4 Расчет тепловой мощности системы отопления

В соответствии с руководством по техническому расчету культивационных сооружений расчет тепловой мощности защищенного грунта (Вт) рассчитывают для ночного режима в предположении, что растения в теплице отсутствуют, то есть принимается худший вариант по температурному режиму.

Уравнение теплового баланса в этом случае имеет вид:

, (1)

где Ф_от - тепловая мощность системы отопления, Вт;

Ф_р - тепловой поток солнечной радиации, Вт;

Ф_р=0 для отапливаемых сооружений защищенного грунта;

Ф_огр - поток теплоты теряемой через ограждение, Вт;

Ф_гр - поток теплоты теряемой через грунт (почву), Вт;

Ф_вен - поток теплоты теряемой через вентиляцию, Вт;

Ф_и - поток теплоты, расходуемый на испарение влаги из почвы, Вт.

Поток теплоты теряемой через ограждение:

, (2)

где К – коэффициент теплопередачи через светопрозрачное покрытие, Вт/(м²·К);

А - площадь светопрозрачного ограждения, м²;

t_в - расчетная температура воздуха внутри сооружения, ⁰С;

t_н.р. - расчетная температура наружного воздуха, ⁰С;

К_в - коэффициент учитывающий увеличение теплопотерь при скорости ветра свыше 2,3 м/с;

К_инф. - коэффициент учитывающий увеличение теплопотерь на нагрев инфильтрующегося воздуха, К_инф.=1,3;

К_с.с. - коэффициент учитывающий увеличение теплопотерь от расположения ограждений относительно сторон света, К_с.с.=1,0…1,1;

К_вл. - коэффициент учитывающий увеличение теплопотерь от относительной влажности воздуха, К_вл.=1,02…1,05.

Коэффициент учитывающий увеличение теплопотерь при скорости ветра определяется:

К_в=0,775+0,1015·u, (3)

где u – скорость ветра, м/с.

Таблица 4 Значения коэффициента теплопередачи через светопрозрачное

покрытие

Вид покрытия

К, Вт/(м2·К)

стекло в один слой с металлическими шпросами стекло в два слоя с металлическими шпросами стекло в один слой с деревянными шпросами стекло в два слоя, раздельных промежутков полиэтиленовая пленка, покрытая слоем конденсата полиэтиленовая пленка в два слоя, разделенных воздушным промежутком 40 мм со слоем конденсата сухая ординарная полиэтиленовая пленка сухая полиэтиленовая пленка в два слоя, разделенная воздушным промежутком 40 мм

6,4 3,3 5,8 3,5 7,6 14,7 10,0 5,8

Расчетная наружная температура для зимних теплиц равна средней наиболее холодных суток, а для весенних теплиц t_н.р. равна средней температуре наиболее холодного месяца из периода эксплуатации, сниженной на половину суточной амплитуды колебания температуры наружного воздуха (определяется по климатологическому справочнику). В теплицах для выращивания овощных культур и рассады t_в=15⁰С, а в теплицах для выращивания рассады для открытого грунта t_в=12⁰С.

Поток теплоты, теряемый через систему вентиляции, определяется по формуле:

, (4)

где V – внутренний объем сооружений, м³;

ρ - плотность наружного воздуха, кг/м³;

с=1 кДж/(кг·К)- удельная теплоемкость воздуха;

К – кратность воздухообмена.

При водяном обогреве вентиляция теплиц в зимний период осуществляется только за счет инфильтрации и учтено при расчете Ф_огр., а при воздушном и комбинированном способах обогрева кратность воздухообмена не превышает 1...2,5.

При затруднении в оценке значения воздухообмена можно пользоваться приближенным соотношением для теплиц.

Потери теплоты в окружающий грунт можно определить 2 способами.

Первый способ:

(5)

где А_i, λ_i, δ_i - соответственно площадь (м²), теплопроводность Вт/(м·К)), толщина (м) отдельных участков культивационного сооружения, соприкасающегося с окружающим грунтом;

t_в.гр. - температура грунта внутри теплицы на глубине расположения нагревательных труб, t_в.гр.=18⁰С;

t_н.гр.- температура наружного грунта принимаемая равным t_н.р., ⁰С.

Теплопотери через грунт можно рассчитать по уравнению теплопередачи для полов, расположенных на грунте с разбивкой площади теплицы на 4 зоны, из которых первые 3 считая от цоколя внутренней поверхности, имеют ширину 2 метра каждая по контуру теплицы, а оставшаяся внутренняя часть составляет четвертую зону. Коэффициенты теплопередачи для каждой принимаются равным (Вт/(м²·К)): К₁=0,45; К₂=0,233; К₃=0,116; К₄=0,07. Площадь четвертой зоны в расчетах принимается в 4...5 раз меньше фактической.

Второй способ определения потерь теплоты в окружающий грунт:

(6)

где А_i - площадь рассчитываемой зоны, м²;

К_i- коэффициент рассчитываемой зоны, Вт/(м²·К).

Тепловой поток через цоколь Ф_ц рассчитывают по формуле:

(7)

где К_ц - коэффициент теплопередачи через цоколь, Вт/(м²·К);

Высота цоколя принимается 0,3 м, а толщина при кирпичной кладке

может быть 0,38 м (1,5 кирпича), с K_ц=1,55 Вт/(м²·К), 0,51 м (2 кир­пича) с К_ц= 1,23 Вт/(м²·К) и 0,64 м (2,5 кирпича) с К_ц=1,03 Вт/(м²·К).

Если цоколь изготовлен из бетона или железобетона, то К_ц необхо­димо вычислить по формуле:

(8)

где α_вн.=8,75 Вт/(м²·К) - коэффициент теплоотдачи от внутреннего воздуха к поверхности цоколя;

α_н. - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности цоколя к воздуху, Bт/(м²·K);

(9)

Теплопроводность бетона λ_б=7,45 Вт/(м·K), железобетона λ_ж.б.=l,63 Вт/(м·K). Толщина цоколя δ_ц принимается в пределах 0,3. ..0,4 м.

Тепловой поток на испарение влаги, уносимый из культивируемого сооружения с вентилируемым воздухом, приблизительно можно рассчитать по формуле:

(10)

где r =2500 кДж/кг - удельная теплота парообразования в атмо­сферных условиях;

ρ_в - плотность воздуха при температуре t_в, принимается по таблице физических свойств воздуха, кг/м³;

d_в и d_н - соответственно, влагосодержание внутреннего и наружно­го воздуха, кг пара/(кг с.в.) (определяется по Н, d-диаграмме влажного воздуха).

При отсутствии обогрева почвы, то есть когда сооружение оборудо­вано только системой воздушного отопления, учитывают тепловой поток, обусловленный аккумуляцией теплоты в почве за день:

(11)

где А_с - суточная амплитуда температуры на поверхности почвы, принимают равной суточной амплитуде температуры наружного воздуха, °С;

λ_п - теплопроводность почвы, Вт/(м·К);

с_п – удельная теплоемкость почвы, Дж/(кг К);

ρ_п - оптимальная плотность почвы, кг/м³.

Теплофизические характеристики почвы принимаются по таблице 5 в зависимости от состава, плотности и влажности почвы.