Проект гелиотеплицы, подогреваемой альтернативной энергией

Аннотация: В статье представлен проект и расчёты новой шторной гелиотеплицы, обогреваемой геотермальными водами. В мире существует много разных видов и конструкций теплиц. При использовании данного типа теплиц наблюдается экономия горюче-смазочных материалов и электроэнергии. Подобные теплицы можно использовать в Узбекистане и других странах, богатых источниками геотермальных вод.

Жители городов и сел летом и осенью без ограничения принимают витамины в виде фруктов и овощей и это укрепляет их организм. Зимой и ранней весной фрукты и овощи на рынке дороже, что оказывает влияние на их покупку. Из-за нехватки фруктов и овощей организм человека быстро устаёт, что приводит к слабости и различным заболеваниям, утрате трудоспособности. Наше государство заботится о здоровье своего населения. Чтобы обеспечить потребность населения в витаминах, правительство Республики Узбекистан издало указ о постройке теплиц в разных регионах. В настоящее время построенных теплиц недостаточно, чтобы обеспечить потребность населения, а те, которые построены, работают не на полную мощность.

В данное время разработаны разные конструкции теплиц. Среди них есть одно- и двухскатные цилиндрические, одинарные блочные из металла, с пленочным и стеклянным покрытием. В теплицах, эксплуатируемых в Узбекистане, солнечная энергия используется в основном для фотосинтеза. Для отопления теплицы чаще используется органическое топливо. В последнее время для уменьшения себестоимости продуктов, выращиваемых в теплицах, ученые рекомендуют использовать для их отопления альтернативные источники энергии. В условиях Узбекистана, где солнечной энергии более чем достаточно, ее вполне можно использовать и для отопления теплиц.

В обычных теплицах солнечная энергия аккумулируется на земле, где растет растение, коэффициент аккумуляции составляет 25…30 %. В гелиотеплицах коэффициент аккумуляции составляет 40…50 %. Коэффициент аккумуляции – это отношение количества поглощённой солнечной энергии в теплицах, к общему количеству солнечной энергии:

,          (1)

где Q_a – аккумулированная солнечная энергия;

Q_R – общее количество солнечной энергии;

Количество аккумулированной солнечной энергии зависит от конструкции теплицы и физических свойств материалов поглотителя, который находится в теплице, и определяется по следующей формуле:

.          (2)

где m_i и c_i – масса и коэффициент удельной теплоёмкости материалов теплоаккумулятора, соответственно;

∆t – перепад температур между конечной и начальной температурой аккумулятора.

В гелиотеплицах в качестве теплоаккумулирующих материалов можно использовать печки, жжёный кирпич, воду, залитую в посуду разной формы и объёма, песок и другие материалы. Экспериментальные исследования показали, что вода является самым лучшим теплоаккумулирующим веществом в связи с тем, что имеет высокий коэффициент удельной теплоёмкости, требует минимум места в теплице и не допускает резкого повышения и понижения температуры.

Многолетние эксплуатационные исследования показали, что в зимний период при очень низких температурах окружающего воздуха для сохранения требуемой температуры в гелиотеплицах необходимо использовать дополнительные отопительные системы или электрический калорифер. Поэтому для отопления теплицы возможно, совместно с энергией солнца, использовать энергию геотермальных вод, в тех местах, где имеются геотермальные источники. В этом случае улучшаются технико-экономические характеристики теплицы, и уменьшается себестоимость производства овощей и фруктов. Учитывая все вышеизложенные факты, для улучшения технической характеристики теплицы, нами был разработан проект конструкции шторной гелиотеплицы (далее – ШГТ), в которой эффективно используются энергии солнца и геотермальных вод.

Поперечное сечение проектируемой ШГТ показано на рис. 1. Она состоит из следующих частей:

1 и 2 – прозрачные поверхности, принимающие энергию солнца (стекло толщиной 3 мм);
3 – штора, изготовленная из прозрачной плёнки;
4 – теплоизолятор, изготовленный из камыша или другого теплоизоляционного материала;
5 – посуда с водой (может быть изготовлена из стали или алюминия);
6 – северная стена теплицы, строится из жженного кирпича;
7 – полезная поверхность почвы теплицы;
8 – простая отопительная система состоящих из стальных труб;
9 – передняя вертикальная стена теплицы, строится из деревянного или металлического каркаса со стеклянными окнами;
10 – устройство, открывающее и закрывающее штору.

Принцип работы ШГТ следующий: при восходе солнца штора из прозрачной плёнки при помощи установки (10) открывается, часть солнечных лучей попадает на почву (7), а часть поглощается аккумуляторами, которые установлены на стене. Постепенно температура в теплице повышается. При повышении температуры в теплице увеличивается конвективное движение воздуха, что даёт возможность дополнительно наполнить аккумуляторы.

Рис. 1. Шторная гелиотеплица

В середине дня этот процесс развивается быстрее, соответственно накопление тепла происходит быстрее. Этот процесс продолжается до захода солнца. После захода солнца с целью уменьшения теплопотерь, штора закрывается. При помощи этой шторы потеря энергии с прозрачной поверхности теплицы уменьшается в 2…3 раза.

Вечером, когда солнечная энергия не поступает, теплица отапливается при помощи энергии, собиранной в аккумуляторе. С целью уменьшения потерь тепла в теплице можно установить шторы на вертикальной южной стене.

На территории Узбекистана не всегда можно достигнуть желаемых результатов только от солнечной энергии. Поздней осенью, зимой и ранней весной бывает много облачных дней. Поэтому для шторной теплицы необходимо использовать геотермальные воды. Для этого из геотермальных источников через насос горячая вода отправляется в отопительные трубы (8). Воздух подогревается и, когда температура достигает 25…30º С, вода сливается. Для максимального использования геотермальных вод, требуется установка специальной отопительной системы. При ее использовании горячая вода возвращается в отопительные котлы.

В некоторых зарубежных странах, например в Японии и Исландии горячую воду, сливающуюся из теплиц, используют в парниках. При длительной пасмурной погоде, теплоаккумулятор используется как теплообменник.

Применив предложенные решения на практике, в шторных гелиотеплицах зимой, ранней весной и поздней осенью можно выращивать овощи и фрукты, а также цитрусовые растения.

Гелиотеплицы, подогреваемые альтернативной энергией можно строить вблизи источников геотермальных вод, что существенно сэкономит расход топлива для выращивания овощей и фруктов.

Список литературы

1. Умаров Г., Усманов М. Использование солнечной энергии в сельском хозяйстве. Ташкент : Издательство «Наука», 1994. 64 с.
2. Альтернативные источники энергии и их использование. Республиканская научно-техническая конференция. Бухара, 2015. 426 с.
3. Якубов Ю. Н. Аккумулирование энергии солнечного излучения. Ташкент : Издательство «Наука», 1984. 108 с.

 

Материал поступил в редакцию 16.06.2017
© Ахтамов Б. Р., Муртазоев А. Н., 2017