Забезпечення необхідного мікроклімату в культиваційних спорудах захищеного ґрунту при вирощуванні овочів i розсади в зимовий та ранньо-весняний періоди потребує значних витрат теплової енергії. Це найбільш концентровані й енергоємні споживачі теплоти. На 1 кг вирощеної в теплицях сільськогосподарської продукції витрачається близько 10 – 15 кг палива [2]. Тому в умовах суворого дефіциту та дороговизни енергоресурсів традиційні підходи до тепло- та холодозабезпечення недостатні i проблема економії енергоресурсів при теплопостачанні споруд захищеного ґрунту шляхом поліпшення їхнього обігріву та використання нетрадиційних джерел енергії - надзвичайно актуальна.
Сучасні економічні умови вимагають створення такої теплиці для вирощування овочевих культур, яка дала б можливість налаштувати енергоощадну технологію їх виробництва за рахунок традиційних джерел теплопостачання та максимального використання сонячної енергії, а також значного зменшення тепловтрат через огороджуючі конструкції з раціональним використанням теплоти під час комп’ютерного регулювання її витрати, що зумовлює створення надійного, оптимального мікроклімату i, як наслідок, дає можливість збільшити врожайність тепличних овочів та підвищити їх якість при значному зменшенні витрат теплової енергії [2, 5].
Радіаційний режим території України [1] сприятливий для практичного використання сонячної енергії. Україна розташована між 44° i 52° північної широти та 22° i 41° східної довготи. Згідно з останніми метеорологічними спостереженнями в Україні протягом року буває, залежно від регіону, 100–200 сонячних днів. У результаті обробки статистичних метеорологічних даних щодо надходження сонячної радіації визначено питомі енергетичні показники з надходження сонячної енергії та розподіл енергетичного потенціалу сонячного випромінювання для кожної територіальної зони України.
Середньорічна кількість сумарної сонячної радіації, що надходить на 1 м2 поверхні, на території України знаходиться в межах: від 1000 кВт год./м2 у північній частині України i до 1400 кВт год./м2 в АР Крим. Якщо підрахувати сумарну сонячну радіацію, то одержимо такий результат: сонячна енергія, що реально надходить за три дні на територію України, перевищує річне споживання електроенергії в нашій країні. Тривалість прямого сонячного випромінювання впродовж року в північно-західній частині України становить 1600 – 1700 год. У лісостеповій зоні вона зростає до 1900 – 2000 год. за рік, а у степовій зоні та на узбережжі морів досягає 2300 – 2400 год. за рік. Максимальна тривалість сонячного випромінювання у Кримських горах – 2453 год. за рік.
Середньорічний потенціал сонячної енергії в Україні 1235 кВт· год./м2, що відповідає енергоємності приблизно 100 л дизельного палива або 100 м3 природного газу, є достатньо високим, набагато вищим ніж, наприклад, у Німеччині (1000 кВт·год./м2 ) та Польщі (1080 кВт· год./м2). Отже, ми маємо хороші можливості для ефективного використання сонячної енергії на території України.
Термін «ефективне використання» означає, що геліоустановка працюватиме з віддачею в 60% i більше, а це 9 міс. у південних областях України (з березня до листопада) i 7 міс. – у північних областях (з квітня до жовтня). Взимку ефективність роботи падає, але не знижується до 0. Це значить, що в умовах нашого клімату, сонячні системи теплопостачання можуть працювати із змінною ефективністю цілий рік.
Схил покрівлі теплиці з південного боку виконано з світлопроникного матеріалу, що має визначені оптичні властивості – пропускає фізіологічну радіацію, необхідну для росту i розвитку рослин, північна вертикальна i похила та торцеві поверхні – східна i західна, це тришарова конструкція огороджувальної поверхні теплиці: прозорий матеріал – шар повітря – теплозахисний екран, термічний опір теплопередачі якого збільшується від
0,25(м2 К)/Вт до 2,20 (м2 К)/Вт. Він залежить від товщини екрана i може значно змінюватися[4].
За рахунок зростання термічного опору огороджувальної поверхні теплиці та відбивання теплового випромінювання сонця від ґрунту, шатра, теплозахисного екрана втрати теплоти через огороджувальні конструкції значно зменшуються. При коефіцієнті відбивання радіаційного теплового потоку 0,9 втрати теплоти взимку зменшуються на 136-195 Вт/м2. При цьому значно підвищується енергоефективність системи теплопостачання теплиці та знижується собівартість продукції.
Тепловий режим забезпечується комбінованою системою опалення, яка включає використання традиційного джерела енергії – водяного та поновлюваного – сонячної енергії. Регулювання параметрів мікроклімату, витрат теплоносія, контроль поливу, мінерального живлення, електродоосвітлення у розсадному відділенні, підживлення вуглекислотою здійснюється комп’ютерною системою контролю мікроклімату.
Сонячна енергія використовується для безпосереднього підігрівання середовища теплиць для вирощування овочів за рахунок проходження інфрачервоного випромінювання через прозорі світлопроникні огороджувальні конструкції та відбивання його всередину теплиці від внутрішньої поверхні теплозахисних екранів 3 (див. рисунок). Для підігрівання води, що надходить у труби системи водяного опалення 4, а також на технологічні та побутові потреби встановлені вакуумно-сонячні колектори, які поглинають до 97 % сонячної енергії, а зворотне випромінювання зменшується до 3 – 7 %.
Сучасні сонячні системи гарячого водопостачання здатні на 60 – 80 % забезпечити потребу в гарячій воді на широті Києва, а в Криму – на всі 100 %. Важливою перевагою вакуумних сонячних колекторів є їх здатність працювати при низьких температурах (до –35 °С). Вони працюють i в хмарні дні, поглинаючи інфрачервоне випромінювання, яке проходить крізь хмари. Повністю забезпечити теплицю теплотою сонячні системи теплопостачання здатні з квітня до жовтня. У холодний період року при цілорічній експлуатації – частково, інша частина теплоти надходить від електричного або газового котла, що забезпечує роботу системи водяного опалення.
Тепличний комплекс працює за програмою, яка залежить від виду овочів i забезпечує підтримання необхідних параметрів мікроклімату протягом всього технологічного процесу вирощування овочів. Таким чином, при встановленні теплозахисних екранів втрати теплоти через огороджувальні конструкції за рахунок зростання їх термічного опору від 0,25(м2 К)/Вт до 2,20 (м2 К)/Вт, та відбивання теплового випромінювання сонця від ґрунту, шатра та від внутрішньої поверхні теплозахисних екранів зменшуються на 136 – 195 Вт/м2.
Слід зазначити, що коефіцієнт заміщення теплового навантаження (частка сонячної енергії в покриванні теплового навантаження), який при поглинанні вакуумними колекторами 90 % випромінювальної енергії сонця та мінімальному рівні рефлексії становить 0,58.
Список літератури
1. Волеваха М. М. Енергетичні ресурси клімату України / М. М. Волеваха, М. .Гойса – К.: Наук. думка, 1967.— 132 с.
2. Корчемний М.О. Енергозбереження в агропромисловому комплексі. /Корчемний М.О., Федорейко В.М, Щербань В.А. – Тернопіль: Підручники i посібники, 2001. – 984 с.
3. Авезов Р. Р. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. / Р.Р. Авезов, А.Ю. Орлов. – Ташкент: Фан, 1988. – 288 с.
4. Пат.N 49137 Україна, МПК АО1G 9/00. Теплиця енергоефективна /Лазоренко В.О.; власник Національний університет біоресурсів i природокористування України. – N U200907158; заявл.9.07.2009; опубл. 26.04.2010, Бюл. N8.
5.Сарнацкий Э.В.Системы солнечного тепло– и хладоснабжения / Э.В. Сарнацкий,
С.А. Чистович. – М.: Стройиздат, 1990. – 328 с. Підготовлено за сприяння к.т.н., В.О. Лазоренко
|