Расчет теплообмена и радиационной составляющей теплопотерь пленочных гелиотеплиц с экраном

Для экономии энергии и потерь теплоты в культивационных сооружениях применяют двух и трехслойные пленочные и пластмассовые оболочки, разделенные воздушными прослойками. В воздухе таких прослоек обычно содержатся водяные пары, поэтому их можно рассматривать как полупрозрачные относительно теплового излучения. Для определения эффективности применения прозрачной буферной защиты, произведен расчет для три варианта защиты (ангарной, блочной и полуцилиндрической) в теплице с полезной площадью 200 м². Температура в прослойках, а также внутри и снаружи теплицы измерялась лабораторными термометрами и медь- константановыми термопарами. Для визуализации конвекции воздуха в буферной защите применялись табачный дым и алюминиевая пудра. Решение задачи лучистого теплообмена для однослойных теплиц, а также для теплиц с полностью прозрачными и непрозрачными в области инфракрасного излучения экранами приводится в [1].

Теплопередача в воздушной прослойке прозрачной защиты происходит за счет естественной конвекции, теплопроводности и излучения. Для аппроксимации расчета такого конвективного теплообмена принято использовать безразмерный коэффициент конвекции [2], характеризующий влияние конвекции на общий теплообмен: , где -эквивалентный коэффициент теплопроводности; - теплопроводность среды (воздуха).

Так как циркуляция воздуха обусловлена разностью плотностей нагретых и холодных слоев и определяется произведением , то

(1)

при

(2)

Плотность теплового потока в прослойке, вычисляли по формуле

,(3)

где - толщина воздушной прослойки, м; -температурный перепад в прослойке, ⁰С. При расчетах в формулах (2) и (3) за определяющий размер принимали толщину воздушной прослойки ; за определяющую температуру принимали среднюю температуру воздуха в прослойке.

Выявлено, что в буферно-прозрачной защите теплицы при коэффициенте конвекции ; теплотехнические параметры составляют, соответственно, ; ; ; при двухслойном покрытие с толщиной и ; ; ; ; следует отметить, что эквивалентный коэффициент теплопроводности в буферном покрытии и 5,23 раз больше чем в двухслойном; коэффициенте теплоотдачи в буферной покрытий уменьшается в 1,85 раза, следовательно, уменьшается тепловой поток в 1,78 раза. В качестве расчетного примем режим наихудшей энергетической обеспеченности теплицы, когда противоизлучение окружающих тел практически равно нулю, т. е. отдельно стоящая теплица в безоблачную морозную ночь.

Рис. 1. Схема лучистых потоков в блочной пленочной теплице с экраном: 0-поверхность почвы; 1-экран; 2 –внешнее плёночное покрытие

Рассмотрим схему лучистых потоков в блочной пленочной теплице с экраном. Потери теплоты радиации, Вт, определяются эффективным излучением наружной поверхности прозрачной изоляцией .

Эффективное излучение полупрозрачной поверхности, Вт, в общем случае можно определить как алгебраическую сумму собственного, отраженного и проникающего излучения по формуле

,(4)

где - собственное излучение наружной поверхности прозрачной изоляции; - эффективное излучение соответственно наружной поверхности экрана и внутренней поверхности изоляций; — пропускательная способность внутренней поверхности прозрачной изоляции; коэффициенты соответственно облученности шатра экраном и самооблученности прозрачной изоляции.

Из (4) видно, что для определения требуются значения эффективных излучений других поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене. Запишем эффективные излучения всех поверхностей в виде

(5)

Составим расширенную матрицу системы (5), подставляя значения коэффициентов облученности на основании данных , и, полагая, что отношение :

Произведя преобразования Гаусса и решая матрицу относительно окончательно получим

где, - результирующее излучение системы почва-экран; -приведенный коэффициент отражения системы почва-экран; R₀,R_1В, R_1H, R_2В — отражательная способность соответственно почвы, поверхностей экрана внутренней и наружной, внутренней поверхности прозрачной изоляции.

D_1В, D_1H, D_2В — пропускательная способность соответственно внутренней и наружной поверхностей экрана, внутренней поверхности прозрачной изоляции.

Полученная зависимость может быть использована для расчета теплопотерь и других сооружений со светопрозрачными покрытиями.

В условиях г. Карши для холодных дней зимнего периода потери тепла радиацией пленочных теплиц площадью 200 м² с экраном при наружной температуре наружного воздуха , при укрытии полиэтиленовой пленкой составляет 18 кВт к базисному варианту 100 %, а при укрытии дополнительным экраном из полиэтиленовой пленки составляет 16 кВт к базису составляет 88 %. Показано, что применение двойного прозрачного ограждения в теплицах повышает температуру почвы по сравнению с одинарным на С в ночное время и на С в дневное. Температура воздуха в объеме теплицы повышается на 10 С независимо от времени суток. Анализ полученных результатов показал также, что благодаря геометрической структуре в модели полуцилиндрического покрытия теплицы температурный режим более стабилен, чем в ангарной и блочной теплице и менее зависим от изменений температуры внешней среды.

Литература:

1. Дроздов В. А. Савин В. К. Теплообмен в светопрозрачных огрождаюших конструкциях. М.Стройиздат.-1970.-307с.
2. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена.-М. Атомиздат.1979.-416с

[1] Грант РУз А-4–47.