Отопление для теплицы

Расчет пиковой тепловой нагрузки

В январе для отопления теплицы потребуется 57 кВт/ч в ночное время. Днем приток от солнечной энергии снижает нагрузку до 31 кВт/ч.

В августе потребуется 21 кВт/ч для охлаждения теплицы.

Более подробно о теплотехническом расчете и пример таблицы расчета можно посмотреть в нашем блоге.

Параметры теплопроводности элементов конструкции

Каркасная стена 142мм U=1.27 Вт/м2/С, утеплитель минеральная вата U=0.3 Вт/м2/С. Теплопроводность двойной плёнки с воздушной прослойкой U=4 Вт/м2/С [1, 8]. Пол по грунту U=0.36 Вт/м2/С (6).

Инфильтрация

Приток с улицы оценивается в 109 м3/час с учетом высоты здания, фактора погоды и ветра и кратности воздухообмена при давлении 50 Па, ACH50 = 3 объемов воздуха в час [9].

Тепловая нагрузка растений

Растения при испарении воды понижают температуру воздуха в теплице.

2040 кустов по ~4.4 ватт/ч/куст при поливе 0.2 л/сут/куст [6].

Освещение

Включается на вечернее время на 5 часов. Плотность светового потока 5 ватт/м2. Не является основным источником света для роста растений, при котором освещение может быть 300 — 500 ватт/м2 [3, 6].

Солнечная энергия

Тепловой поток от солнца рассчитан исходя из угла падения солнечных лучей и положения и наклона поверхности к солнцу [1].

Обозначения углов для расчета тепла от солнца [1] qs = A * E * cosθ * SHGC [1]. где qs — тепловой поток от солнца, кВт/ч A — площадь поверхности, м2 Е — прямая солнечная радиация, кВт/ч/м2 (2) θ — угол падения солнечных лучей (3) SHGC — коэффициент поглощения солнечной энергии поверхности

Нормы расхода тепла на теплицы

Если для временной сезонной теплицы устанавливать системы обогрева не требуется, то круглогодичная конструкция требует обязательного отопления. Причем очень важно рассчитать нормы расхода тепла для теплицы заранее. Делается это для того, чтобы не потратить лишние деньги на излишнее дополнительное оборудование. Или же, наоборот, наладив минимальный обогрев, не заморозить растения.

Тепловой расчет теплицы – важная ступень в планировании всего будущего сооружения.

Правила проектирования системы отопления в теплицах

Главная задача отопления теплицы – создание необходимого микроклимата для растений. В понятие «необходимого микроклимата» входит поддержание заданных температур воздуха и почвы. «Наобум» правильно организовать этот процесс не получится.

Теплоснабжение можно наладить за счет использования таких ресурсов:

• вторичные энергоресурсы;
• тепло геотермальных вод;
• от ТЭС, АЭС, ТЭЦ;
• собственные источники тепла.

В капитальных круглогодичных теплицах лучше организовывать водяное отопление или комбинированное отопление (водяное в сочетании с воздушным). Также не лишним будет наладить обогрев почвы. Комбинированное отопление применяют в тех регионах, где столбик термометра зимой опускает ниже -20 градусов.

Если теплица однопролетная, то на долю воздушного обогрева должно приходиться до 35-50 процентов вырабатываемого тепла. В многопролетных теплицах нагрузка на воздушное отопление снижается до 20-40 процентов от общего расхода тепла зимой.

Теплопотери теплицы

Расчет отопления теплицы не может происходить без учета теплопотерь, которые неизбежны. Теплица, как бы хорошо она не была герметизирована, не в состоянии удерживать все тепло.

Тепло пропускается через щели, форточки и дверь, вентиляцию, грунт, если нет искусственного обогрева почвы, и через обшивку и цоколь сооружения.

Для точного определения количества теплопотерь применяется специальная формула. Теплопотери находятся путем умножения общей площади поверхности теплицы на коэффициент теплопроводности материала (свой для каждого укрывного материала) и на максимальную разность температур между необходимой в теплице и самой холодной на улице.

Теплопотери = Площадь поверхности * К * Разность температур.

Коэффициент теплопроводности укрывных материалов имеет следующие постоянные значения:

• Однокамерный сотовый поликарбонат 4 мм — 3,9;
• Однокамерный сотовый поликарбонат 8 мм — 3,3;
• Двухкамерный сотовый поликарбонат 16 мм — 2,3;
• стекло одинарное 3 мм – 6;
• стеклопакет однокамерный – 2;
• пленка полиэтиленовая одинарная – 10;
• пленка полиэтиленовая двойная — 5,8;
• пленка двойная дутая — 3,5.

Коэффициент теплопроводности фундамента или железобетонного цоколя равен 2.

Нюансы расчета тепловой необходимости для теплицы

Факторов влияющих на то, сколько именно тепла потребляет теплице, сколько она теряет, и до какой именно отметки придется нагревать теплоносители множество. В расчет берутся далеко не все, только основные, либо же основываются на средних данных. Итак, принято считать, что:

• температуру в помещении рассчитывают так, как будто все время ночь, и она не прогревается за счет солнечного света;
• значение уличной температуры – самое низкая отметка, зафиксированная ночью зимними месяцами;
• не берутся в расчет теплопотери и теплоотдача через грунт;
• чаще всего среднюю температуру почвы приравнивают к средней температуре воздуха, хотя первую величину считают по площади, а вторую – по объему;
• влажность воздуха и содержание углекислого газа в нем не учитываются;
• считается, что вентиляция в помещении естественная;
• все расчеты делают так, как будто в помещении нет растений, и они никак не влияют на теплоотдачу и теплопотери;
• за точку отправления принимают то, что изначально установлена самая оптимальная система отопления, хотя конфигурация может быть любой, в том числе и ошибочной.

Как рассчитать мощность котла для теплицы

Какой бы вид отопления не был выбран, в любом случае отапливать теплицу дорого. Несмотря на качественную герметизацию, больших потерь тепла не избежать, а, значит, и топить надо усиленно. Иначе растения замерзнут.

Тот или иной котел выбирается на основе точных подсчетов всех потерь и требуемой нагрузки. Также надо обращать внимание на КПД самого котла и на то, на каком топливе он работает. Все эти данные позволяют рассчитать пиковую нагрузку на отопительную систему теплицы.

Кстати, при выборе котла нужно учесть тот факт, что его максимальная мощность должна превышать рассчитанный максимум на 20 процентов. В случае чего проще убавить с помощью терморегулятора отопление, чем покупать дополнительный котел.

Еще специалисты советуют брать два котла, чтобы они работали на 60-70 процентов своей мощности. Либо же один из них использовать как запасной на случай поломки основного.

Расчет отопительной системы

Расчет отопительной системы теплицы производится по следующей формуле:

Q системы отопления = K (коэффициент теплопроводности укрывных материалов) * (Т самая возможная низкая температура на улице – Т самая высокая в помещении) * k инфильтрации, то есть потери тепла через щели. Коэффициент инфильтрации в основном равен 1,25. Для заводских теплиц его в расчет не принимают.

Для примера произведем расчет отопления теплицы из поликарбоната. Общая площадь укрывного материала пусть будет равна 150 кв. м. Укрывной материал – однокамерный сотовый поликарбонат толщиной 8 мм. Для него К будет равен 3,3 Вт/м2С. Температуру в теплице нужно поддерживать на уровне 16 градусов. В данных широтах столбик термометра опускает до -30 градусов. Дельта температур будет равна 46 градусам. Инфильтрация присутствует, берем стандартное значение k – 1,25.

В итоге получаем: 3,3*46*1,25=28,5 кВт.

Если теплица такого же размера выполнена из стекла, то тепла ей понадобится почти в два раза больше – 51,75 кВт. Пленочная конструкция потребует систему отопления с производительностью до 83 кВт.

Формулу можно приметь и для обратного расчета. Если у вас уже есть котел, то вы сможете с ее помощью рассчитать, какие размеры должны быть у будущей теплицы, и чем именно ее следует укрыть.

Особенности расчета и проектирования отопления теплицы

Техническое задание, где будут произведены все работы по расчету отопления и указаны наиболее оптимальные варианты котлов, виды отопления и все затраты на его установку, можно составить самому либо заказать в соответствующих инстанциях. Самостоятельно это сделать дешевле, но гораздо более хлопотно. Доверить кому-либо проще, но дороже.

Техническое задание надо составлять подробно. Оно может быть двух видов. В первом случае вся система отопления будет базироваться на конкретной сумме, которую Вы готовы на это потратить. Во втором – отправной точкой будет служить создание комфортных условий для растений с использованием подходящего варианта системы отопления и нормы расчета тепла для теплицы.

В этом видео вы узнаете как не надо делать отопление в теплице

Расчетом отопления теплицы надо заниматься всесторонне и основательно. Это поможет в зимний период избежать массы проблем, а также сэкономить, не ставя совершенно ненужные нагревательные приборы. Следуя нашим советам, вы сможете отопить теплицу наиболее рационально, а ваш урожай будет качественным и принесет хорошую прибыль, что, в свою очередь, быстро окупит все понесенные затраты.

ogorodnik.net

Микроклимат теплицы

Дефицит давления пара (VPD) между стеблем растения и воздухом в теплице способствет движению воды от корней к листьям. Целевое значение VPD обычно находится в диапазоне от 0.5 до 1.5 кПа [7]. Контроль дефицита давления пара в теплице осуществляется с помощью поддержания заданной точки росы, которая учитывает как температуру, так и влажность [5].

Например при целевом значении VDP в 1 кПа и желаемой температуре в теплице 23С, относительная влажность составляет 64%, абсолютная влажность 11.35 г/кг, тоска росы 16С.

Более подробно про расчет количества воды для увлажнения помещений читайте в нашем блоге.

Концентрация CO2: 1400 — 2200 мг/м3 [1].

Особенности поликарбоната

Этот материал в настоящее время широко применяется в строительстве различных конструкций. Идеально подходит он и для сооружения теплиц: как летних, так и зимних их вариантов.

К заслуживающим внимания особенностям поликарбоната можно отнести его прочность, которая сочетается с легкостью. К тому же поликарбонат — эластичный материал, дающий возможность сооружать из него различной формы конструкции.

Арки любой степени изогнутости, разнообразные геометрические формы: все это вполне доступно сделать при помощи поликарбоната.

Материал замечательно пропускает свет. Согласно исследованиям разработчиков, поликарбонат пропускает примерно 85% солнечного света. К тому же этот уникальный материал — замечательный теплоизолятор, и растениям в такой теплице вполне комфортно. Благодаря теплоизолирующим свойствам, владельцы теплицы затрачивают меньше дорогостоящих ресурсов на отопление: получается довольно существенная экономия.

На видео – зимние теплицы из поликарбоната с отоплением:

Расчет воздушного отопление / охлаждения

Кратность воздухообмена (ACH) для воздушного отопления теплиц составляет 5 — 8 объемов воздуха в час [7].

Расход воздуха для данной теплицы оценен в 5000 м3/час. Параметры подаваемого воздуха:

• Январь: Температура 36С, абсолютная влажность 13.5 г/кг, относительная влажность 35%.
• Август: Температура 16С, абсолютная влажность 9.2 г/кг, относительная влажность 81%.

Скорость движения воздуха в теплице 0.5 — 0.7 м/с (более 1 м/с мешает росту растений, более 5 м/с может вызвать физическое повреждение растений). Скорость движения воздуха на листьях растений 0.03 — 0.1 м/с [1].

Список литературы […]

1. ASHRAE Fundamentals volume. 1997
2. Manual J Residential Load Calculation. ACCA. 1986
3. Indoor Agriculture: HVAC System Design Considerations. Trane Engineers Newsletter volume 48-3. 2019
4. Grow Room Load Determination. Application Note 25. Desert Aire’s. 2019
5. Grow Room Environmental Control. Application Note 26. Desert Aire’s. 2019
6. HVAC Systems and Grow Room Energy Usage. Application Note 27. Desert Aire’s. 2019
7. Vapor Pressure Deficit and HVAC System Design. Application Note 28. Desert Aire’s. 2019
8. Hyung-Kweon Kim etc. Estimation of Thermal Performance and Heat Loss in Plastic Greenhouses with and without Thermal Curtains. Energies article. March 2018
9. ANSI/ASHRAE Standard 62.2-2013, Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings