Библиографическое описание:

Вардияшвили А. А., Захидов Р. А., Файзиев Т. А., Хатамов И. А., Абдиназаров С. Б. Определение теплотехнических свойств почвы в гелиотеплицах // Молодой ученый. — 2015. — №2. — С. 130-133.

Узбекистан располагает практически всеми видами нетрадиционных источников энергии благодаря своему уникальному географическому положению. В связи с этим одной из приоритетных задач поставленной перед правительством Республики считается постепенный переход к возобновляемым источникам энергии с целью экономии традиционных -энергетических ресурсов для будущего поколения. Говоря о техническом потенциале альтернативных источников энергии в Узбекистане которая составляет 180 млн. т.н. э. в год и в три раза превышает ее ежегодную потребность в энергоресурсах еще раз свидетельствует и перспективном пути развитие, чтобы обеспечить себя и окружающих неисчерпаемыми ресурсами от природы.

С этой целью Президентом Республики Узбекистан И. А. Каримов 1 марта 2013 года был подписан Указ «О мерах по дальнейшему развитию альтернативных источников энергии», который является историческим документом по пути дальнейшего существенного расширения масштабов практического применения альтернативных источников энергии в различных отраслях народного хозяйства [1].

Системы гелиоустановок в первую очередь могут использоваться в условиях южных районов страны, которые характеризуются благоприятными для этой цели климатическими условиями, обилием солнечных дней и высокой интенсивностью солнечной радиации.

Климатические и погодные условия юга Средней Азии позволяют использовать для обогрева гелиотеплиц солнечную энергию. Частично или полностью становится ненужным технический обогрев, что дает значительную экономию топлива, следовательно, себестоимость продукции уменьшается. По сравнению с другими районами средней полосы страны на юге нашего региона освещенность и солнечная радиация больше в 5–6 раз, число ясных и солнечных дней в 4–5 раз, а отопительный сезон в 3 раза меньше. Все это открывает широкие возможности для использования гелиотеплиц в нашем регионе.

Многолетняя эксплуатация гелиотеплиц с аккумуляторами тепла в условиях Кашкадарьинский области показала, что годовая экономия составляет 300…400 т усл. топлива на 1 га полезной площади.

Как известно, влажность и плотность корнеобитаемого слоя почвы играют важную роль в произрастании растений, определяют теплофизические характеристики почвы. Сведения о действительной влажности и плотности почвы (даже приближенные) позволяют более точно охарактеризовать теплоаккумулирующие свойства и температурный режим почвы как по поверхности, так и по глубине.

Во время опыта образцы грунта брались на различных глубинах с помощью бура и подпочвенных размеров, с сохранением естественной структуры. Пробы брались через 3–6 часов после полива и за день до следующего полива. Влажность определялась наиболее распространенным методом-методом термической сушки [2–3].

Результаты измерений приведены на рис. 1 и 2. Как видно из рис.1, средняя влажность (весовая) почвы колеблется в пределах , по глубине меняется линейно и выражается зависимостью

                                                                                                                 (1)

где  и  -весовая влажность почвы на глубине 3х и на поверхности почвы в %; х- глубина от поверхности почвы, м; Зависимость (1) можно выразить через удельную плотность

                                                                                                                (2)

где - удельная плотность почвы в кг/м3.

Рис. 1. Изменение влажности почвы по глубине: 1 — более двух месяцев; 2 — между поливами месяц; 3 — 12–13 дней, 4 — 7–9 дней, 5 —3–4 дня

 

В интервале  м график, выражающий изменение плотности по глубине, имеет изгиб (рис. 2). Это связано с агротехнической обработкой почвы, глубина которой в защищенном грунте обычно не превышает 0,3 м.

Рис. 2. Изменение плотности почвы по глубине: -весовая влажность почвы.

 

Плотность практически меняется также линейно и определяется выражением

                                                                                                              (3)

С учетом (2) получим:

.                                                                                                             (4)

Как известно, при всем многообразии типов почвы, удельная теплоемкость сухой почвы не отличается больше, чем на 10–15 % и находится в пределах  кДж/кг×К. Объемная теплопроводность почвы с учетом влажности определяется по формуле, принимая .

                                                                                                          (5)

Если известны влажность почвы  и плотность  на поверхности почвы, можно определить удельную теплоемкость на глубине х

                                                                                         (6)

Как видно из формул (3) и (6), значения  судут иметь самые различные значения не только для разных почв, но и в пределах одной и той же, так как влажность и плотность могут изменяться в значительных пределах.

Если принять , , то

                                                                                                              (7)

Для глубины х=0,5 м

.                                                                                                            (8)

Таким образом, в нашем случае, при определении теплоаккумулирующих характеристик в верхнем слое почвы необходимо принимать значение (7), а на глубине аккумулирующих каналов [2] при х=0,5 м принимаем значения (8).

В гелиотеплицах солнечная энергия аккумулируется в верхнем и аккумулирующем слоях почвы. Для нахождения количества аккумулированной энергии необходимо иметь данные, характеризующие теплофизические свойства почвы.

Теплофизические характеристики связаны между собой зависимостями:

,                                                                                        (9)

где  и  -удельная и объемная теплоемкость;

-плотность, объемный вес;

 — коэффициенты температурно- и теплопроводности, теплоусвояемости.

Из выражения (9) видно, что для полной характеристики теплофизических свойств почвы необходимо иметь данные по трем величинами:

.

Как показывает сравнительный анализ, при использовании справочных значений теплофизических величин (например, из [4]), расчетные характеристики (количество аккумулированной энергии, глубина проникновения температурной волны в почве) значительно отличаются от экспериментальных (до 30 %). Такое расхождение не позволяет достаточно точно охарактеризовать энергообеспеченность гелиотеплиц в холодное время года.

Для определения действительных теплофизических свойств почвы авторами проверены измерения температуры- и теплопроводности почвы в гелиотеплицах в зависимости от влажности и плотности.

Температуропроводность определялась методом регулярного режима с использованием цилиндрического калориметра [4]; теплопроводность –методом зонда [4, 5]. Медный зонд диаметром 6 мм и высотой 20 мм, внутри которого находится медь- константовая термопара и нихромовая спираль для нагрева, заполнена парафином.

Ошибки, зависящие от точности изготовления конструкции [5], показаний приборов и расчетов, составляют для температуропроводности +5,5 %, теплопроводности -+7,5 %.

Температуропроводность растет по мере увеличения влажности до некоторого предела, после достижения которого величина ее падает, объемная теплоемкость увеличивается линейно с повышением влажности. Изменение температуропроводности сначала определяется ростом теплопрводности, когда же величина последней затухает, приближаясь к теплопроводности воды, отношение , уменьшается. Следовательно, падает и кривая температуропроводности.

Рассматриваемая почва тяжелосуглинистая, для нее характерен медленный рост теплопроводности с увеличением влажности. Количественные значения коэффициента теплопроводности для тяжелосуглинистых почв при прочих равных условиях всегда ниже, чем для легко- и среднесуглинистых [3], что подтверждается данными измерений (рис. 3.).

Рис. 3. График зависимостей

 

При определении аккумуляции тепла верхнего слоя почвы нужны значения, соответствующие глубине 0–30 см для аккумулирующих каналов. При глубине залегания х=0,5 м [2] необходимы данные для глубин 40–60 см.

 

Литература:

 

1.         И. А. Каримов Указ «О мерах по дальнейшему развитию альтернативных источников энергии», газета «Народное слово» № 43 (5717), 2013 г. 2–марта.

2.         Вардияшвили А. Б., Ким В. Д. Гидравлический и теплотехнический расчет подпочвенной аккумулирующей системы гелиотеплиц// Гелиотехника, -1980. -№ 6. с. 48–53.

3.         Чудновский А. Ф. Теплофизика почв. –М.: 1976.

4.         Линевич Ф. Измерение температуры в технике: Справочник. –М.: 1980.

5.         Осипова В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. –М.: 1980.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle