CC BY
19УДК 631.234:631.147
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ПАРАМЕТРЫ ФЕРМЕРСКИХ ТЕПЛИЦ
А.А. Блажнов
ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина
Аннотация. Одна из основных задач агротехники - минимизация ресурсозатрат на единицу продукции. В суммарных тепловых потерях теплиц круглогодового использования примерно 95% составляют потери через светопрозрачные ограждающие конструкции. Поэтому для снижения энергетических затрат площадь ограждающих конструкций культивационного сооружения должна быть минимальной. Цель исследования предусматривала вывод формул для обоснования энергосберегающих объёмно-планировочных параметров теплиц, предлагаемых рынком для фермерских хозяйств, и сравнительную оценку различных типов сооружений. Получены формулы для определения минимального коэффициента ограждения теплиц различной формы, на основе которого проведено их сравнение по тепловым потерям и расходу материалов на ограждающие конструкции.
Ключевые слова: фермерская теплица, коэффициент ограждения, рациональные типы теплиц.
Введение. Выращивание сельскохозяйственной продукции в культивационных сооружениях является одним из видов фермерской деятельности. Для круглогодичного использования заводами - изготовителями предлагаются различные типы фермерских теплиц, основные из которых показаны на рис.1[1-5]. Светопрозрачные ограждающие конструкции теплиц обладают небольшим термическим сопротивлением и в холодный период года тепловые потери через них являются весьма значительными [6-9]. Выбор рациональной формы и размеров культивационного сооружения позволяет уменьшить тепловые потери и повысить рентабельность производства продукции.
а
б
Рисунок 1 - Основные типы фермерских теплиц: а- ангарная с прямолинейными скатами; б - блочная (многопролётная) с прямолинейными скатами; в - арочная с круговым очертанием покрытия; г - многопролётная с очертанием скатов по окружности
Цель исследования предполагала установить зависимости для определения размеров теплиц, обеспечивающих минимизацию тепловых потерь через ограждающие конструкции, и провести сравнение различных типов фермерских теплиц по удельным тепловым потерям и удельному расходу материалов на ограждающие конструкции.
Материалы и методы. Для достижения намеченной цели использовался аналитический метод с применением положений математического анализа. Сравнение
в
г
удельных тепловых потерь и удельных расходов материалов при оценке теплиц различном формы можно выполнить на основе анализа коэффициента ограждения, показывающего отношение площади светопрозрачных ограждающих конструкций к площади застройки теплицы. Сооружению с меньшим коэффициентом ограждения соответствуют более низкие значение тепловых потерь и площади ограждающих конструкций. Связь удельных тепловых потерь и коэффициента ограждения показана следующей формулой
q = mKorp , (1)
где q - удельные тепловые потери, вт/м2; m - тепловая характеристика, равная произведению коэффициента теплопередачи на разность температур, вт/м ; Когр -коэффициент ограждения.
Результаты и обсуждение. Математическое выражение коэффициента ограждения ангарной теплицы (рис.1,а),
Т. 2h 1 2h L (2)
когр = — +-+ -т + тг tga , (2)
L cosa A 2A
где h- высота продольного вертикального ограждения, не менее 1,5 м по технологическим требованиям; L и A - соответственно ширина и длина теплицы;а - угол наклона скатов кровли, обычно равный 30о.
Минимальное значение коэффициента ограждения можно установить подставив в формулу (2) значение длины теплицы А = F/L (F - требуемая площадь теплицы), продифференцировав выражение по L и решив полученное уравнения относительно ширины теплицы. Так, для теплицы площадью 500 м2 получим
L3tga + 2hL2 _ 1000h = 0 (3)
Откуда оптимальное значение пролёта теплицы Lопт = 12 м, а соответствующий пролёту минимальный коэффициент ограждения КоГР = 1,56.
В однопролётных теплицах с одинаковыми площадями и наклонами плоских скатов изменение коэффициента ограждения происходит вследствие изменения площадей боковых и торцовых стен, площадь кровли при изменении планировочных размеров сооружения остаётся постоянной.
Блочную теплицу (рис.1,б) можно рассматривать как состоящую из n двускатных теплиц. Следовательно, коэффициент ограждения теплицы будет зависеть только от изменения площади торцовых и продольных стен. Площади торцовых и продольных стен
FT = 2n( Lh + L2tga) ; (4)
FnpCT = 2hb = 2h — , (5)
Ln
где n- количество пролётов в теплице; L- пролёт, м; h - высота продольных стеклянных стен, не менее 2,1м по технологическим требованиям; а - угол наклона скатов кровли в градусах; b - длина теплицы, м; Fn - площадь пола теплицы, м2.
Сумма торцовых и продольных стен
FT + FnPCT = 2Lnh + ^^ + 2h— (6)
2 Ln
Считая L известной величиной (технологически заданной), установим n, соответствующее минимуму суммы площадей стен. Для определения экстремальных значений функции (6) возьмём первую производную по n
d(ft + Fпрст ) = 2Lh _ 2hFn + ftgq (7)
dn Ln2 2
Приравняв производную к нулю определим п, соответствующее минимуму суммы площадей стен ¥т + ¥ПР СТ )
2ЬН+ — о (8)
Ьп2 2
Тогда п =2 Н¥п (9)
п = ■ ,,
Ьу 4Н + Ьtga
Подставляя в (9) значение технологически требуемого пролёта Ь, можно определить количество пролётов п, а затем и ширину блочной теплицы, соответствующую минимальному значению коэффициента ограждения.
Из математического выражения коэффициента ограждения арочной однопролётной теплицы с круговым очертанием покрытия (рис.1,б)
Когр =П(-&- + (10)
2 2¥п
следует, что при постоянной площади теплицы ¥П с увеличением пролёта Ь (диаметра окружности) значение КогР возрастает. Наименьший коэффициент ограждения будет соответствовать минимально допустимому по технологическим требованиям пролёту.
Коэффициент ограждения многопролётной арочной теплицы с круговым очертанием покрытия (рис.1,г)
К _п 2Н п(2ЬН + пЬ2) (10)
огр 2Ь Ьп ¥П
Полученные формулы минимального коэффициента ограждения для принятых значений пролёта и площади теплицы для наиболее характерных типов фермерских теплиц сведены в табл.1.Формулы позволяют определить ресурсосберегающие объёмно -планировочные параметры культивационных сооружений.
Таблица 1 - Формулы минимального коэффициента ограждения теплицы
Покрытие Минимальный коэффициент ограждения К^ГР Оптимальное количество пролётов п при соответствующем К(ШГР
Двускатное с углом наклона скатов 30о К1ШП 1 , 2Н , 2Н , Ltg300 КОГР _ + + + ео8 30° Ьп Ь 2Н п — М Н¥П 4Н + 0,577Ь
С очертанием по окружности ж 2Н п(2ЬН + пЬ2) К ОГР _ + + 2Ь Ьп ¥П п _ 2 1 2Н¥п Ь\ 8Н + пЬ
С очертанием по эллипсу ж¥п 2Н 2ЬпН+-- КОГР —1,075 + + 4 Ьп ¥П п — 4 1 Н¥п Ь\ 16Н + пЬ
Неравноскатное с углами наклона скатов 30 и 60о Кшш 1 , 1 , 2Н , (ЬН + 0,216Ь2)2п КОГР _ + + + еоБ30° еоБб0° Ьп ¥П п — М Н¥П Ь\Н + 0,216Ь
В качестве примера вычислены минимальные коэффициенты ограждения для
2
основных типов фермерских теплиц площадью 300 м (табл.2).
2
Таблица 2 - Минимальные коэффициенты ограждения теплиц площадью 300 м
Ангарная с прямолинейными скатами (рис.1,а) Блочная (многопролётная) с прямыми скатами (рис.1,б) Арочная с круговым очертанием покрытия (рис.1,б) Многопролётная с очертанием скатов по окружности (рис.1,г)
1,56 (117%) 1,74 (130%) 2,63 (197%) 1,34 (100%)
Примечание. Коэффициенты ктГР определены при следующих значениях величин: к =2,1м; а =30о ; Ь = 6 м для арочной и многопролётных теплиц.
Из данных табл.2 следует, что при принятых значениях площади теплицы ¥П и пролёта блочных теплиц Ь меньший коэффициент ограждения соответствует многопролётной теплице с очертанием скатов по окружности. Следовательно, расход материалов на ограждающие конструкции и тепловые потери для такого типа теплиц будут меньшими по отношению к другим типам рассмотренных культивационных сооружений.
Заключение. Выведены формулы для определения рациональных параметров различных типов фермерских теплиц , при которых энергетические затраты на отопление сооружения в холодный период и расход материалов на ограждающие конструкции будут минимальными.
Список используемых источников:
1.Блажнов А.А. Производственные сооружения для фермерских хозяйств: монография /А.А.Блажнов, М.А. Фетисова. - Орёл: ООО ПФ «Картуш», 2017. - 132 с.
2.Теплица Агрисовгаз:[сайт] - URL: http:// 6 cotok.ru > Каталог > Теплицы > АгриСовГаз (дата обращения: 11.11.2021). - Текст электронный.
3.Теплица Агросфера Фермер: [сайт] - URL: http://rus-teplici.ru>catalog/product/teplitsa-agrosfera (дата обращения: 11.11.2021). - Текст электронный
4.Теплица промышленная Фермер-11,5: [сайт] - URL: http://orel.zagorod.shop > shop/teplitsy/dlya fermerov (дата обращения: 11.05.2021). - Текст электронный.
5. Фермерская теплица: [сайт] - URL: http:// ochenkrepko.ru > Фермерские-теплицы (дата обращения: 11.05.2021). - Текст электронный.
6.К.Бекетт. Растения под стеклом (пер. с англ.). М.: Издательство Мир, 1992.- 200стр.
7.Дэвид Г. Хессайон. Всё о теплицах и зимних садах (пер. с англ.).Издательство АСТ.Кладезь, 2014.-128 стр.
8.Сатарова Р. Сотовый поликарбонат - теплосберегающее покрытие для фермерских теплиц /Р. Сатарова// ГАВРИШ Научно-исследовательский институт овощеводства защищённого грунта. - 2017. - №2. - с.48-49.
9.Юдаев И.В. Изучение светопропускающих свойств сотового поликарбоната -покровного материала круглогодичных теплиц/ И.В.Юдаев // Научный журнал Кубанского ГАУ. -2016.- №120(06). - с. 239-252.
Блажнов Александр Александрович, к.т.н., доцент кафедры Агропромышленного и гражданского строительства Орловского государственного аграрного университета
имени Н.В.Парахина
THE RESOURCE-SAVING PARAMETERS OF FARM GREENHOUSES
Blazhnov A.A.
Oryol State Agrarian University named after N.V. Parakhina
Abstract. One of the main tasks of agricultural technology is to minimize resource costs per unit of production. In the total heat losses of greenhouses of year-round use, approximately 95% are losses through translucent enclosing structures. Therefore, in order to reduce energy costs, the area of the enclosing structures of the cultivation facility should be minimal. The purpose of the study have provided for the derivation of formulas to justify energy-saving space-planning parameters of greenhouses offered by the market for farms, and a comparative assessment of various types of structures. Formulas for determining the minimum coefficient of greenhouse fencing of various shapes are obtained, on the basis of which their comparison is carried out on heat losses and material consumption for enclosing structures.
Keywords: farm greenhouse, fencing coefficient, rational types of greenhouses.
Alexander A. Blazhnov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Agro-Industrial and Civil Engineering of the N.V. Parakhin Oryol State Agrarian
University
