Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Агроклиматическое регулирование теплового и радиационного режимов в защищенном грунте

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Агроклиматическое регулирование теплового и радиационного режимов в защищенном грунте"

¿гЗОТСОКЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ¿КАДИЛИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК имени В. И.ЛЕНИНА

отдел !АГРОФИЗИЧЕСКИ! ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КРИВСМАЗ Юрий Анатольевич

А1ТОКЛИМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО И РАДИАЦИОННОГО РЕЖИМОВ В ЗАЩИЩЕННОМ ГРУНТЕ

Специальность: II.00.G9 - метеорология, климатология,

агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических паук

Ленинград 1990

Работа выполнено' в Агрофизическом научно-исследовательском институте

Научные руководители: доктор технических наук Д.А.Куртенер и доктор физико-математических наук И.Б.Усков.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, Лискер й.С.,

кандидат технических наук Позин Г.М.

Ведущая организация - Ленинградский сельскохозяйственный

институт, г.Пушкин.

Запрета состоится 19-.)0 г. в _15_ часов

на заседании Специализированного ученого сбвета К 020.21.01 в Агрофизическом научно-исследовательском институте по адресу: 195220, Ленинград, Гражданский проспект, д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АФК.

Автореферат разослан "____"________ 1990 г.

Отзывы в "2~х экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 195220, Ленинград, Гражданский проспект д. 14, АФИ.

Ученый секретарь Специализированного совета,

кандидат физико-математических наук

Т.М.Бруновь

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЬ!

Аотуальность_работы. Интенсификация производства в теплицах связана с реализацией их круглогодичной эксплуатации, и уменьшением потерь продукции на этапе производства в теплое время года.

Известные мероприятия улучшения микроклимата тешшц летом исследованы в разных климатических условиях и к тому же на объекг тах не подобных по конструктивному исполнению. Это не позволяет сравнивать и выбирать оптимальные техногенные воздействия в зависимости от реально складывающейся метеообстановки, типа культивационного сооружения и требований технологии защищенного грунта.

В связи с этим создание единой концепции для прогнозирования эффективности противоперегревных мероприятий является актуальным, это и предполагает создание математической или физихо-статисти-ческой модели микроклимата теплиц для летнего периода их эксплуатации.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Агрофизического научно-исследовательского института в рамках научно-технического задания (I980-I9S5 г.г.) О.сх. 57.02.01 "Разработать методы и системы культивирования растений в регулируемых условиях и сооружениях защищенного грунта" ( per. £ 01830074842).

Ш^ь_ра^та_и_задачи_иссле5ований.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов управления и моделей микроклимата теплиц предназначенных, для изучения и прогнозирования противоперегревных мероприятий.

Поставленная цель достигается путем решения следуших задач:

- разработкой концепции математической модели микроклимата теплиц для анализа широкого спектра техногенных воздействий.

- проведением численных экспериментов на ЭВМ для оценки эффективности воздействия и сравнения известных противоперегрев-

ных мероприятий,

- проведением экспериментального изучения управления микроклиматом ангарной пленочной теплицы с охлаждением ограждения проточной водой и внешними солнцезащитными устройствами.

Нзучная_новизна состоит в следующем:

- впервые проведена классификация противоперегревных мероприятий, предполагающая.существование всего четырёх их типов;

- разработан алгоритм, позволяющий планировать оптимальный набор систем снижения перегревов применительно к конкретным типам теплиц, климатической зоне, и требованиям технологии;

- проведен анализ радиационного взаимодействия элементов культивационных сооружений, противоперегревных систем и растительного покрова,

- в рамках предложенной концепции исследованы особенности микроклимата теплиц, снабжаемых вентиляцией рабочего объёма через водоиспарительнув панель,

3. Практическая значимость работы состоит в том, что:

- открыта возможность стабилизации освещенности внутри теплицы на уровне близком к оптимальному при допустимой температуре воздуха внутри сооружения в условиях снятия комбинированного перегрева путем орошения ограждения теплицы и притенения регулируемыми, внешними, свободно-вентилируемыми солнцезащитными экранами,

- проведен сопоставительный анализ исследованных методов снижения перегревов на основе предложенных микроклиматических критериев,

- показано, что в условиях возникновения радиационного перегрева наиболее эффективна вентиляция сооружений производимая по вертикальной координате.

Апробация работы. Полученные результаты использованы при со-

ставленш "Методических рекомендаций но расчету противоперегрев-ных мероприятий для проведения научных исследований микрх!:лимгтз в разведочных стеклопластиковых теплицах" (КЖГСиЦ, г.Адлер. 108ь г.), и включены во "Временные рекомендации по расчету .микроклимата теплицы утилизатора тепловых отходов" (Москва, 1ГЙ7 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ. Список основных работ помещен в концу авторе 1<'рпта.

Объем_работа^ Диссертация состоит из введения, трех, глав, выводов, приложения и списка литературы. Сбтем работы составляет 131 страницу, в том числе 20 рисунков. 18 таблиц л 13 страниц библиографии, включающей 120 найменова;ий. из них 21 иностр.-ншие.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБСТа I* РЕЗУЛЬТАТ* 7С.СЛЕД0НАН;Г/

?_первой_главе показаны отличия агроклиматического регулирования, как комплексного подхода, от автоматического регулирования по одному параметру и су^&ствувдих методов расчета микро климата теплиц.

Рассмотрены два традиционных пути созданач микроклимат.-, культивационных сооружений, - системы замкнуто?- (АС? - автоматическая система регулирования) и разомкнутого регулир-ванил (ИУС - янформационно-улравляхецая система К

Анализ показал, что при решении задачи управления, наиболее приемлема ИУС для функционирования которой, в отличил от АСР. обязательны сведения о вогмуа;аюцих воздействиях дельней среды, данные о свойствах объекта и средствах регулирования, лозволлхдие формировать средство управления адекватное возму^аюцему воздействию дальней среды.

Замена чувствительной компоненты и внешней среды климатологической моделью превращает КУС в информационную систему поиска активной компоненты (ИС-ПАК) по выбранной модели внешней среды

(рисунок .1), алгоритм функционирования которой представлен следующим образом: ,

информационная компонента

климатологическая модель данные об объекте технологические требования данные о средствах управления

Рис. I. Блок-схема ИС-ПАК. Анализ изменений температуры наружного воздуха ( Тн ) и солнечной радиации ( ) во времени позволяет раскладывать в ряд Фурье ход годовых изменений Тнг и с}я: по среднемноголетним среднемесячным наблюдениям (кривая А на рисунке 2)

= а0+ £ ( а. соэ 1ыь + Ъ, э1п 1ы1;),

1. =1 п

(1.1)

V

= с0 + £ ( с^оз + <3.^

1=1

где:

аэ = V

а,

с,

а.,

со - Чн » ' "1. ' -I

амплитуды и частота 1 - тых гармоник, "I - номер месяца.

Введен .-показатель относительного перегрева ДТ = Тв - Тн , * АТ1 = 4Н • * >• (1-2)

где 1 - номер варианта конструктивного исполнения теплицы, определено сочетание Тн и , при которых Тв близка к опти-

мальной -Т.

опт

в

, и изменяется в диапазоне

опт

в

(1.3)

Область - О , в которой обеспечивается температура близкая к

ТБопт , ограничена значениями

г ^ = V - Г1

1 т + _ т + I Н. >- в

+ /

Чн . I ), Ч* • 1 >•

(1.4)

где

1 ) и ( qв

1 ) соответствуют минимуму и

тн = Тн

11ш

Пял

11т| _В

Рис.

q диаграмма

максимуму некоторого регулируемого параметра 1, и лежит между ли ниями О и Е, рис. 2. . "

Учет критических значений / ¡р ^ где ¡р _ коэффициент облученности, ведет к тому, что соответствующие им границы В и С разделят плоскость на четы-

ре области: в первой для охлажде-ния - оптимальна только вентиляция. Во второй к вентиляции надо добавить притенение; в третьей от вентиляции необходимо отказаться

и перейти на более эффективные мероприятия охлаждения сооружения, так как Тн1:1л1 = Тв+ - ДТ1 , здесь ДТ1 - разность температур, при которой вентилирование неэффективно, зависит от нормируемой скорости перемещения воздуха относительно растений ( ^ ) и связана с кратностью воздухообмена Г и направлениями - х , у , г движения воздуха в теплице, соотношениями;

где 1у - длина, 1Х - ширина, С, = V / Б - коэффициент объема , / - объем, Б - площадь сооружения. В четвертой области к охлаждению необходимо добавить притенение.

Этот подход позволил классифицировать все противодерегревнне лэроприятия на пассивные - изменяющие влияние естественных факторов и не использующие дополнительную энергию для стоков тепла, а только - на интенсификацию естественных процессов (воздухообмен, гритенение), и на активные - основанные нэ использовании спе-щальных энергетических средств исскуственного отбора тепла, в соторых энергия расходуется непосредственно на его удаление. Сре-

да пассивных и активных существуот адаптивные, регулирующие собственную мощность в зависимости от внешних факторов или условий микроклимата. Возможны и комбинации активных и пассивных -системы.

Таким образом, в областях T-q диаграммы оптимальны строго определенные приемы снижения перегревов. В I и II все пассивные и их комбинации, в III и IV все активные в сочетании с пассивными и обязательным притенением во II и IV. Эта методика позволяет при известных характеристиках противоперегрьвных систем строить в T-q плоскости области, удовлетворящие условиям (1.4), и, имея климатическую модель, определять эффективность и время применения того или иного приема.

Зо_втордй_главе описана концепция построения модели для изучения теплового режима воздушной среды теплицы, представленная системой уравнений баланса энергии и массы.

Развитие этого направления определили работы Л.Н.Ануфриева и Г.М.Позкна, Д.А.Куртенера и 0.Л.Релетина, В.А.Фоломеева и E.G. Фоминова, В.Е.Есина» Ван Вийка и других.

Основные предпосылки формулируются следующим образом.

1. Постулируется аддитивность потоков тепла и массы при тепло- и массообмене.

2. Предполагается, что связи между элементами модели тлеют детерминированный характер и могут быть выражены в виде функциональных зависимостей.

3. Задаются виды тепло- и массопередачи на поверхностях ограждения и почвы, а также области, в пределах которых они реализуются.

4. Постулируются физические механизмы тепло- и массообмена в воздушной и почвенной средах. Воздушная среда рассматривается как замкнутое пространство с хорошо перемешиваемым газом, в результа-

те обеспечивается пространственная однородность 'полей температуры и влажности воздуха. Для описания энергообмена в почве применяют модели эффективной теплопроводности и диффузионного влагоперено-са при пренебрежении эффектами переноса тепла потоками влаги.

При этих условиях записывается система из К уравнений. Составляющие этих уравнений выражаются через Еходпые переменные S-L , i-= 1, 2, ... п, и состояния s , 3 = 1, 2, ... m ,

Fb(»Ifft2, ... Sj ,s2, ... sm) = 0 , b = 1.2.... K. (2.1)

К этим уравнениям присоединяются уравнения эффективной теплопроводности

д дТ ЗТ

-A(s,t) - + = c(z.t)---, (2.2)

dz dz ист <?t

и уравнение Д'арси для влагопереноса в почео,

а г ар -, ар

—! k(P,z,t)(--А> g> + *т R (P.z.t) = г -, (2.3)

dz L dz 3 -1 йшВ' dt

где Тп - температура почвы, s - пространственная координата, направленная вглубь почвы, h - нижняя граница почвенного массива, Гист - внутрипочвенный источник тепла, X - коэффициент теплопроводности , с - коэффициент объемной теплоемкости, г = д W/ / ЭР , к - коэффициент влагопроводности, рв - плотность воды, g - гравитационное ускорение, Р - капилярнкй потенциал, 1 !0 - функция источника почвенной влаги, W - объемная влажность.

Неотапливаемое культивационное соорул:енио, снабжаемое про-тивоперегревными устройствами, солнцезащитным экраном и системой орошения, сведено к системе из восьми слоев i . В зависимости от площади и степени перекрытия слоев, вся площадь теплицы предс-тав-ленз десятью фрагментами, рисунок 3.

Согласно этой концепции удельная доля I каждого фрагмента 3 в культивационном сооружении будет равна

(2.4)

где - площадь фрагмента, Б - площадь теплицы.

Таким образом, предлагается концепция модели культивационного сооружения, теплообмен между ^-фрагментами которого отсутствует, что позволяет представить распределение параметров по областям для всей теплицы.

>1

3=6

ш

3=2

ж

3=7

ж

еэ

;Н

ж

3=8

3=9

3=5

3=10

Рис,. 3 Схемы многослойных

т

2 однородных по структуре

3 фрагментов - 3 . | Номера слоев 1:

6 I - окружающая среда, 3 2 - внешний солнцезащитный экран или ограждение теп-т лицы, 3 - воздушная прос-2 лойка, 4 - слой водяного " охлаждения, 5 - солнцеза-5 щиеная штора или огражде-® нив теплицы, 6 - воздух 8 теплицы, 7 - фитослой, 8 - почва.

Исследован тепловой режим теплицы, снабженной системами солнцезащитных устройств, экранами и шторами, водяным охлаждением ограждения и продольной вентиляцией через водоиспарительную панель на входе. Такое сооружение интерпретировано как плоский воздуховод, стенками которого являются, светопрозрачное ограждение, фитослой и поверхность почвы. Тепловой баланс элемента такого воздуховода, с размерами С , , с1у , выделенного в плоскости перпендикулярной направлению движения воздуха у , записывается:

где аос , аОр , ааогр , аатр , , ао^ , ¿а. , ск^ -соответственно изменение теплосодержания сечения йу , радиационный баланс, потери тепла через ограждение, на транспирацию, на испарение, на воздухообмен, на конвективный теплообмен и в почву.

йОс = ЙОр - йаогр - сХ^

При моделирования лучистого теплообмена, культивационное сооружение рассмотрено как система плоско-параллелышх оптически однородных слоев, радиационное взаимодействие между которыми описывается рекуррентными формулами /3/, которые применены нами для анализа лучистого теплообмена в пленочной теплице с солнцезащитными устройствами и системой орошения ограждения. Характеристики исследованных вариантов теплицы приведши в таблице I.

Таблица I

в а Р и а н т X St с л Значения коэффициентов отражения - г, и пропускания - т, слоев i Температура • слоя ■1 X Моделируемые слои теплицы

V я А короткие волны длинные волны

J* ri \ i f г. т. L 1. TL,°C

X I О Cj О 4 5 0.3 0.3 0.02 0.98 0.1 0.7 0.14 0.12 0.05 0.0 0.4 0.3 0.02 0.84 0.1 0.3 0.4 0.45 0.13 0.0. 28 IS IS 27 no экран, слой воды, оболочка , фито-слой, почва,

о <t -L П 3 5 0.1 0.7 0.02 0.98 0.6 0.3 0.14 0.12 0.05 0.0 0.1 0.3 0.02 0.84 0.4 0.3 0.4 0.45 0.18 0.0 28 16 16 27 no ¿jfj обо-.лочка, слой воды, штора, фито-слой, почва,

Солнцезащитные устройства из светоотражающей полиэтиленовой пленки в первом варианте моделируют экран, во втором - штору. Для сравнения принято, что температуры слоев с одинаковыми номерами равны.

При расчете принимали, что q4 равна ICCO Зт/м^. Коротковолновая радиация составляет половину интегральной и равна 5СС

О

Вт/м". Анализ результатов численных экспериментов (таблица 2) по-

казал, что при снижении радиационных перегревов теплиц, экран эффективнее шторы.

Таблица 2

Результаты расчета полного лучистого теплообмена, Вт/м2

*ь

41

¡г:

136.36 55.37

?г>7 ог>

68.89 352.11

-6.43

-0.3

10.07

14.37

-9.55

-20.48 -14.05 -13.85 -23.92 -9.55

53.1 0.0

36.4 87.Г,

13.5

4Б.67 -0.3 46.52 73.2-3 3.95

г/и.йй 123.45 123.75 77.23 3.95

279.25 55.37 118.66 68.89 II

9.35 16.02 31 »33 -8.6 4.52

52.62 146.0 43.29 0.0 27.27 38.7 -4.08 90.0 4.52 13.9

155.35 16.02 70.05 81.4 18.44

341.26 185.91 169.89 99.84 18.44

Для анализа микроклимата теплицы с продольной вентиляцией через водоиспарительнув панель (сооружение такого типа изучено в Научно-исследовательском Инстите Горного Садоводства и Цветоводства Кретовым И.А.), принято, что воздухообмен происходит равномерно по длине теплицы. Зависимость и(у) задана:

и = и 1

[1 - (1 - ПУ] ,

У

йи ЙУ

(2.6)

где у = у / 1_у , и0 - скорость воздуха в начальном сеченал теплицы.

Решение уравнения (2.5) относительно Тв позволяет найти

1 - Б

ДТ = В ДТ0 + \р q (1 - г)(1 - (3)

У

т + 1

о = (1 - г Ш + 1)/(1 - гит + 1), ш = К п. Ьу / Цв £ у0 (1 - г) ♦

(2.7)

(2.8) (2.9)

здесь, ДТ = Т0 - Тн - средний по длине относительный перегрев внутреннего воздуха теплицы, ДТ0 = Т0- Тн - относительный температурный эффект "мокрой стенки".

Анализ полученных зависимостей показал, что влияние у на снижение относительного перегрева неоднозначно. При низких значениях ДТ0 (0 + -Ю°С) наблюдается увеличение ДТ с ростом воздухообмена через ограждение. Однако, при высоких уровнях ДТ0 (от -10 °С и.более) охладительный эффект обращается в пользу герметичного ограждения.

Адекватность разработанной модели реальным объектом подтверждается сопоставлен:»!.! расчета относительного перегрева теплицы, построенной в г.Сочи, с данными, предоставлении нам Кратовым А.И., таблица 3.

Таблица 3

Система охлаждения Чн ' . Вт/м 2 ис , м/с Перегрев, ДТ , '"С

реальный расчетный

без вентиляции и охлаждения С вентиляцией без охдажд. С вентиляцией и охлаждением 500 - 750 625 500 - 750 625 500 -=- 750 625 0.02 0.0441 0.0441 14 н- 16 О С 1_» — О -6 - -I Т л л 4.03 п о о.

В_третьей_главе_показано, что аналитический путь исследования микроклжата соооружения затруднен при анализе комплексов противоперегревных мероприятий и, особенно, многослойных сооружений. К таким объектам относятся теплицы, снабжаемые системам;! мелкодисперсного орошения ограждения и солнцезащитным приспособлением одновременно. Примером такого объекта может служить двухслойная пленочная ангарная теплица с орошением ограждения проточной водой, построенная на территории Адлерской Овощной Опытной Станции Научно-Исследовательского Улститута Овощного Хозяйства, на модели которой проведены экспериментальные исследования.

Конструкция модели, обеспечивала соблюдение требований геометрического и теплового подобия реальной теплице и ориентирована коньком с востока на запад. Модель имела размеры; высоту -1м., ширину - 2 м. и длин:/ -6 м. При этом коэффициент ограждения составил 3.14, а коэффициент объёма С. - 0.78 м, расстояние мевду каркасами ограждения и солнцезащитного приспособления в коньке 35 и у оснований 20 см. В системе орошения были применены девять дуговых форсунок мелкодисперсного распыла, при этом удельный расход воды составлял около 0.015 л/мс'с.

В программу эксперимента вошло исследование четырёх способов снижения перегревов 3 , основанных на применении внешних солнцезащитных приспособлений в двух исполнениях: вентилируемых - экраны и невентилируемых - шторы, в комбинации с мелкодисперсным орошением ограждения теплицы. Экраны и шторы выполняли из полиэтиленовой, пленки с различными (1 = а, б, в) коэффициентами светопро-пуекания, что позволило провести исследования в широком диапазоне изменения ip.

Обработку данных начинали с определения точек, отвечающих относительной стабильности потока солнечной радиации, как основного фактора определяющего тепловой режим, за период, превышающий время установления квазистационарного теплового режима модели теплицы. В ходе проведения эксперимента были зафиксированы условия, позволяющий непосредственно оценить время отклика, составившее 20 -г 25 минут. Данные о тепловом и радиационном режимах моделируемой теплицы, полученные таким образом, соответствуют квазистационарному тепловому режиму и, как следствие, содержат минимум погрешности связанной с динамикой процесса нагрева или охлаждения модели.

Критерием оценки теплового режима культивационного сооружения служит разность температур £Т , внутреннего и наружного Та

воздуха,

ДТ = Тв - Тн , (3.1)

которая является функцией её энергетического состояния. ЛТ аппроксимировали линейной функцией от интенсивности солнечной радиации

АТ = а0 + а1 , (3.2)

здесь а0 и а1 коэффициенты, имеющие физический смысл соответственно тепличного зй)екта создаваемого в отсутствии солнца и коэффициента чувствительности к солнечной рэдаащи. Значения этих коэффициентов, коэффициента корреляции г , и ч5 приведены в таблице 4.

Таблица 4

31 ao - °c а, ,°C /кВт r lp

la 4.54 18.06 0.93 0.60.3

16 1.67 15.57 0.97 0.485

Ib 1.38 13.35 0.94 C.239

2a 1.74 18.39 0.97 o ~ 4 * u . c^-r

26 1.92 18.65 0.99 0.518

2b -3.61 13.1b 0.96 u . 1 ÍJ

3 7.19 19.82 0.97 0.73S

3B I.5I 8.69 0.96 0.224

i 1.24" 20.44 0.92 0.718

4a I.4I 19.02 0.84 0.570

46 0.98 20.06 1.00 0.500

4b -1.30 9.07 1.00 0.239

Апроксимация а0( 1р ) и а1( р ) произведена функциями, обла-дающими свойствами монотонного возрастания с увеличением аргумента. В соответствии с проведенным анализом, эти зависимости имеют вид,

/О О \ . и }

' (3.4) , уравнений

aOJ = Aj + В3 ч> ,

Значения коэффициентов В1, С - , D - и Fi

J «J «i ti

(3.3) и (3.4), представлены в таблице 5.

Таблица 5

3 , °С В . , °С и ' - кВт Г. , — л

I 0.00 5.46 1.03 21.05 0.365

п -5.88 17.85 1.33 23.4 0.369

о 0.00 10.75 1.312 24.53 0.694

-6.24 9.21 0.418 25.35 0.786

При подстановке (3.3) и (3.4) в (3.2), и допуская при этом, что изменение температуры воды в системе орошения Тт приводит к пропорциональному изменению величины ДТ при одинаковых значениях параметров ¡р и , и, учитывая работу вентиляции для всех вариантов изучаемых противоперегревных систем, получим

ДТ3-1 ^ - ДТ ) + ДТд ДТт

дт^ =---, (3.6)

г А3 ( 1 - св £ £ / Ф у

где у = 3 - 1 , для 3^2- при использовании штор, и 3 = 4 - при использовании экранов. Таким образом, получены формулы для экспертной оценки перегревов воздуха ангарной пленочной вентилируемой теплицы при применении солнцезащитных вентилируемых и певентилируемых приспособлений и орошении ограждения проточной водой.

Сопоставление результатов эксперимента для систем второй группы с данными полученными на пленочной двухслойной гидротешш-це. показывает адекватность полученных эмпирических моделей.

Как следует из анализа результатов наблюдений, все параметры противоперегревных систем и параметры микроклимата взаимосвязаны. Введение общего критерия эффективности, учитывающего весь комплекс показателей при любых возможных метеоусловиях затруднено. Поэтому критерием оценки эффективности способа регулирования микроклимата может служить один из лимитирующих показателей. Так,

наиболее эффективным следует считать способ, который по сравнении с другими в тех же условиях позволяет в меньшей степени ухудаать показатели микроклимата в целом, и особенно такие как: освещенность, температуру и скорость движения воздуха в сооружении.

Критерием оценки способа, основанного на орошении ограждения и применении солнцеза^тных приспособлений без вентиляции, согласно данной трактовке, есть расчетная величина коэффициента све-топропускакия необходимого для получения заданной температуры воздуха в теплице ( 1р ) вычисляемая при решении уравнения

■ Ву ( А3 - ЛТт ) < + ( Аз - ЛТт ) + В^ АТт 9И

с.

+ АТт Чн ^

Гз

+ А3 ( Тт

Тв ) =□

(3.7)

Для оценки эффектитвности способов, в качестве исходных данных взяты результаты среднемноголетних метеонаблюдений для жаля

района города Сочи: Т = 25.8

qч - изменяющееся даскретнс

от 0.4 до I кЕт/м1"; = 30 а

На графиках рисунка 2 приведены результаты численного исследования облученности внутри теплицы, из которых видно, что в случае использования экрана без орояения ограждения, в теплице возможно обеспечить достаточный уровень облученности растений в пределах (60 - 80 Ет/м ). Рост инсоляции при водит к значительно меньшему снижению облу-

х, и Тт от 21 до 9 иС.

ченности внутри теплицы, чем при использовании шторы. Заксномер-лность снижения qБ с ростом дн в теплице со шторой сохраняется при любых температурах теплоносителя. Напротив, экран позволяет получать уже при Т^ , равной 15 °С, облученность внутри теплицы, достаточную для нормального развития растений и, как видно из графиков, допускает даже некоторый рост дв.при увеличении qн .

При снижении температуры наружного воздуха до значений, меньших чем оптимальная, возрастает целесообразность вентиляции теплицы, и тогда вторым критерием, характеризующим эффективность систем снижения перегревов, может служить кратность воздухообмена Гн , необходимая для создания в сооружении заданных значений параметров микроклимата. При этом, система вентиляции обеспечивающая скорость движения воздуха относительно растений близкую к оптимальной (П.2 -г 0.5 м/с), и будет наиболее эффективной.

При расчете кратности воздухообмена для известных характеристиках теплицы и ограждения рекомендуется использовать формулу

— _

( А3 - ЛТТ > + ДТ3 ДТт - ЛТ А3

А3 ДТ св С

(3.8)

Для значений коэффициента светопропускания ограядения выб-раннго таким образом, чтобы в районе города Сочи обеспечить облученность растений внутри теплицы, равную 240 ВтЛГ, выполнены расчеты Гн с учетом среднемноголетних среднемесячных значений температуры наружного воздуха - Тн , и солнечной радиации для марта, мая и июня при одновременном обеспечении оптимальной температуры внутреннего воздуха, равной 25 °С. Значение ДТт принимали равным 6 °С. Результата расчета представлены в таблице 6.

Анализ этих данных показывает, что в марте использование орошения и экранов необызательно, так как при этом меньше

руля, а наилучшей цля данных условий звляется сухая наружная штора при ^пользовании которой реальна естественная вентиляция теплицы. Однако, уже в мае эффективнее экран с орошением t принудительная вентиляция, так как необходимая кратность возду-гробмена составит 129 I/ч. При этом продольная вентиляция позво-шет получить Ug равную 0.21 м/с. В июле скорость движения воз-iyxa при продольной вентиляции составит уже 1.7Бм/с, что в три ¡аза превышает оптимальную. Таким образом, в результате анализа [елается вывод, что вентилирование теплицы должно быть или попе-¡ечным' (расчет дает скорость близкую к оптимальной - 0.58 м/с) ли вертикальным, тогда расчетная скорость составит 0.23 м/с.

вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Проведенные исследования позволили заключить, что системы нижения перегревов являются необходимыми техническими мероприя-иями при интенсивной эксплуатации теплзщ в теплое время года.

Исследование механизмов возникновения перегревов внутреннего оздуха культивационных сооружений показало, что наиболее знзчи-ыми являются: радиационный - возникающий при высокой инсоляции более 500 Вт/м ) сооружений, и температурный - вызываемый превы-екием температуры наружного воздуха над технологической нормой ля растений выращиваемых в теплице, а также комбинация радиа-лонного и температурного перегревов.

На основе анализа механизма возникновения перегревов прове-зна классификация противоперегревных мероприятий предполагающая ядествование всего четырёх их типов - пассивных и пассивно-адап-

Таблица 6

Месяц март май ИЮЛЬ

fH - °с 13.3 18.1 22.1

qH , Вт/м2 733 795 809

Группы 3 противоперегревных приемов 1 2 4 0.0042 -0.0328 -0.0134 -0.0457 0.1239 0.0608 0.0862 0.0358 0.505 0.355 0.412 0.294

тивных, эффективных в условиях возникновения радиационных перегревов, а также активных и активно-адаптивных.

Разработан алгоритм, позволяющий планировать оптимальный набор систем снижения перегревов внутреннего воздуха в теплое время года применительно к конкретным типам теплиц, климатической зоне, и требованиям технологии варыщивания растений как единого комплекса данных.

Показана целесообразность расположения солнцезащитных экранов вне рабочего объёма теплиц.

Показана возможность стабилизации освещенности внутри теплицы на уровне, близком к оптимальному при допустимой температуре внутреннего воздуха в условиях, способствующих возникновению комбинированного перегрева путем орошения ограждения теплицы проточной водой и притенением регулируемыми, внешними, свободно-вентилируемыми солнцезащитными экранами.

Показано, что в условиях возникновения перегрева воздуха из-за высокого уровня.инсоляции наиболее эффективна вертикальная вентиляция сооружений.

В ряйнах, подверженных перегревам целесообразно строительство теплиц с возможно большим коэффициентом объема.

ф

Выполненное исследование на математической модели показало высокую эффективность эксплуатации теплиц снабжаемых вентиляцией рабочего объёма через водоиспарительную панель.

Изучено управление микроклиматом ангарной пленочной теплицы .с охлаждением ограждения проточной водой и внешними солнцезащитными экранами с естественной вентиляцией подэкранного пространства и без неб.

Предложены эмпирические зависимости расчета микроклимата ангарной пленочной теплицы.

Список_работ

I. Временные рекомендации по расчету микроклимата теплицы-утплтзатора низкопотенциальных тепловых отходов. / Отв. ред. То-милов Л.М. - Орел: издание ОНТИ Гипронисельпрома, 1985, - 24 с.

2. Кривомаз D.A. К анализу стратегии регулирования микроклимата теплиц летом. - Н.т. бюллетень по агрон. физике, $ 59, 1984, с. 15-19.

3. Кривомаз С.А. Моделирование лучистого теплообмена в сооружениях защищенного грунта. - Сб. трудов кШ "Агроклимят и программирование урожая", 1986, с. 169-177.

4. Куртенер Д.А., Кривомаз Ю.А., Трубачева Г.А., Усачев Г.В., Тарасенко B.C., Демерчян К.К., Кузьмицкая С.Н. О регулировании термических условий в теплицах летом в субтропической зоне СССР. - Л.:Н.т. бюллетень по агрон. физике, Jé 51, 1982, с. 22-20.

5. Куртенер Д.А., Кривомаз С.А., Трубачева Г.А., Усачев Г.В. 0 путях борьбы с ьневными перегревами на юге страны. -Л.:Сб. трудов по агрон. физике, № 54, 1983, с. 19-22.

6. Куртенер Д.А., Кривомаз Ю.А., Усачев Г.В., Тарасенко B.C., Кузьмицкая С.Н., Демерчян К.К., Журавлев В.В. Экспериментальное изучение параметров микроклимата в однослойной арочной теплице при применении различных систем борьбы с дневными перегревами. - Л.:Н.т. бюллетень по агрон. физике, Я 56, 1983, с. 16-21.

7. Куртенер Д.А., Кривомаз D.A., Чхаидзе Г.А., Усачев Г.В., Версиров М.Т. Эффективный теплоперенос в комплексных динамических моделях arpoэкосистем. - Л.:Сб. научных трудов "Использование методологии системного анализа при управлении агрозкосистемами", 1987, с. 73-81.

8. Куртенер Д.А., Кривомаз D.A., Холявкин O.A. Вопросы

агрометеорологического обслуживания процесса выращивания растений

ч

в защищенном грунте. - Л.:Сб. научных трудов по агрон. физике "Физические метода и средства получения информации в агромониторинге", 1987, с. 21-30.

■Типография. Заказ

Тираж 100 экз. Бесплатно

Подписано к печати