Физико-механические свойства и оптические величины некоторых прозрачных покрытий гелиотеплицы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 ноября, печатный экземпляр отправим 10 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Вардияшвили, А. А. Физико-механические свойства и оптические величины некоторых прозрачных покрытий гелиотеплицы / А. А. Вардияшвили, С. Э. Каримова, А. А. Вардияшвили, К. Н. Холов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 23 (365). — С. 23-25. — URL: https://moluch.ru/archive/365/81856/ (дата обращения: 23.10.2021).



В работе экспериментально исследуются физико-механические свойства и фотометрические характеристики во всем доступном диапазоне длин волн, необходимых для расчета теплового баланса пленочных покрытий.

Ключевые слова: использование солнечной энергии, интенсивность солнечного излучения, светопрозрачное ограждение культивационных сооружений, полиэтиленовая пленка, тепловое излучение, поток лучистой энергии, полимерные материалы, коэффициент теплопроводности ограждения, теплоотражающая способность пленки.

В последние годы светопрозрачную пленку начали использовать как заменитель стекла для культивационных сооружений в виде тоннелей и пленочных теплиц. Это дает возможность получать рассаду более высокого качества, чем в парниках под остекленными рамами.

Преимущество пленочных теплиц, малогабаритных арок и т. д. заключается в том, что в них благодаря герметичности пленки создается благоприятный температурный режим. В течение длительного периода основным материалом для покрытия культивационных сооружений защищенного грунта было стекло. Однако такие сооружения дорогостоящие, что препятствовало расширению площадей теплиц и парников.

В результате обширных исследований физико-механических свойств пленок ученые выявили перспективный вид пленки в овощеводстве: полиэтиленовая.

Полиэтиленовая пленка – самая распространенная пленка в овощеводстве. Она представляет собой гибкий, эластичный материал с глянцевой гидрофобной поверхностью, матовая с белесым оттенком. Ее получают полимеризацией этилена, который добывают из нефтяного и природного газа (Ващенко, 1974). Толщина пленки колеблется от 50 до 250 мк, ширина полотна 140–300 см. Для выращивания рассады овощей используется в основном пленка толщиной 100 мк, частично и 150 мк. Полиэтиленовая пленка широко применяется в овощеводстве благодаря ее положительным свойствам: она в 40–50 раз легче стекла, в 1 кг ее в зависимости от толщины содержится от 5 до 20 м 2 , эластична, обладает хорошими физическими и оптическими свойствами, практически не поглощает воду и почти не изменяет линейные размеры, не набухает и не провисает, пропускает 52 % ультрафиолетовых лучей, 73 % видимого света, 81 % коротких инфракрасных и 80 % длинноволновых лучей, морозостойка — выносит понижение температуры до — 66º. Однако при использовании следует учитывать и ее недостатки: высокая проницаемость в области длинноволнового теплового излучения, в результате которого наблюдается большое колебание температуры днем и ночью, снижение прозрачности за 3–4 месяца эксплуатации на 15–20 % [1].

Основное назначение светопрозрачного ограждении — пропускать лучистые потоки (наибольший интерес представляют лучистые потоки в видимой и инфракрасной областях спектра и дальней инфракрасной области). Прозрачность материалов для той или иной области спектра зависит от их физической природы. Для ограждающих конструкцией культивационных сооружений используют силикатное стекло и полимерные материалы (пленки из полиэтилена, поливинилхлорида, полиамида, стеклопластики).

Способность светопрозрачного материала пропускать поток лучистой энергии определяется коэффициентом пропускания

,(1)

Где - коэффициент пропускания чистого материала при падении лучей в направлении нормали к поверхности; — коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности (его значение может колебаться от 0 до 0,5); – коэффициент, показывающий степень уменьшения светопрозрачности ограждения за счет несущих конструкций –рам, шпросов, прогонов (для стекла или стеклопластика его значение равно 0,03…0,1; для ограждений из полимерных пленок-0); - коэффициент, учитывающий угол падения лучей.

При определении следует учитывать интегральное значение коэффициента пропускания как в области видимого и ближнего инфракрасного, так и дальнего инфракрасного спектра. Все указанные выше светопрозрачные материалы обладают высокой прозрачностью в видимой части спектра (результат теплового излучения) высоким коэффициентом пропускания обладают только пленки из полиэтилена.

Важной теплофизической характеристикой является альбедо , при помощи которого оценивают способность поверхности отражать солнечную радиацию.

Альбедо зависит от состояния поверхности (гладкая, шероховатая, чистая), физической природы материала, угла падения лучей и ряда других факторов. Величина альбедо равна , (2)

где — значение альбедо при падении лучей перпендикулярно к поверхности; — коэффициент, учитывающий угол падения лучей. При величине угла между нормалью к поверхности и направлением лучей не более 30º для полимерных пленок и 50 для стекла величина практически не меняется.

Альбедо стекла равно 0,07. для полимерных пленок его значение примерно в 1,5 раза больше.

Следующей теплофизической характеристикой является коэффициент теплопроводности ограждения. Вследствие малой толщины стенки светопрозрачных ограждений термическое сопротивление мало ( ) и в инженерных расчетах теплового баланса сооружений защищенного грунта его не учитывают.

Потери теплоты через светопрозрачное ограждение можно уменьшить, если внутреннюю и наружную поверхность стекла покрыть специальной селективной пленкой, например, пленкой двуокиси олова, которая содействует уменьшению теплоизлучения в окружающую среду и лучистого потока, поглощаемого внутренней поверхностью ограждения вследствие теплоотражающей способности пленки.

Исследования [2] показывают, что при использовании стекла, покрытого пленкой двуокиси олова, температура воздуха внутри помещения и температура почвы на 8…9º выше, чем в сооружении, остекленном обычным стеклом. Это позволяет применять неотапливаемые культивационные сооружения в более северных районах или раньше вводить их в эксплуатацию. Кроме того, используют оксиды кобальта, железа, титана, хрома. Стекла, покрытые пленкой из этих материалов, имеют более высокие, чем обычное стекло, показатели прочности. Окиснометаллические покрытия несколько снижают светопропускание стекла.

В инженерной практике пользуются такими показателями, характеризующими температурные интервалы применения ограждений, как термостойкость и морозостойкость. Значения этих показателей светопрозрачных ограждений приведены в табл. 1.

Таблица 1

Термо-и морозостойкость светопрозрачных материалов

Материал

Термостойкость, С

Морозостойкость, С

Стекло

Полиэтиленовая пленка

Полихлорвиниловая пленка

Полиамидная пленка «Рильсан»

Стеклопластик

-

80

65

85

80

-

—60

—15

—65

—60

Полимерные материалы по своим физико-химическим свойствам обладают большими преимуществами по сравнению со стеклом. Это дает возможность широко их использовать при выращивании рассады и овощей.

Из существующих полимерных пленок наиболее перспективны полиамидная и полиэтиленовая, пропускающие 80–90 % солнечного света. В процессе эксплуатации под действием различных факторов внешней среды светопрозрачность пленок падает, в результате снижается приход суммарной радиации.

Наиболее совершенный тип культивационного сооружения-теплицы. В них удобно проводить уход за овощными культурами, механизировать многие процессы. Однако из-за отсутствия долговечной пленки и ограниченности ее производства пленочные теплицы менее распространены, чем малогабаритные пленочные укрытия тоннельного типа и парники.

В силу герметичности полимерная пленка создает благоприятные условия для роста и развития овощных культур: растения ускоряют созревание, становятся более крупными, что положительно сказывается на повышении урожая и улучшении его качества.

В работе экспериментально исследуется фотометрические характеристики во всем доступном диапазоне длин волн, необходимых для расчета теплового баланса пленочных покрытий. Лабораторные исследования проводили на спектрофотометре СФ-4 и приборах ИСК-14, ИСК-22 и КФК-12. Как правило, материалы, используемые в гелиоустановках в качестве прозрачной изоляции, обладают селективными свойствами их оптические характеристики, в том числе пропускательная, отражательная и поглощательная способности лучистой энергии зависят от длины светой волны. Падающий на пленку световой поток делили на отраженный , поглощенный пленкой и прошедший пленку . При измерении сравнивали световые потоки и . Отношение , выраженное в процентах, характерезует прозрачность пленки [3].

Спектральные значения оптических величин, в том числе D, R и А для новой и отработанной (использованной на гелиотеплицах) полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм, измеренные на приборах и вычисленные в соответствующих формулах, показывают, что прозрачность ее почти не изменяется.

В длинноволновой части спектра прозрачность почти постоянна для всех исследованных образцов.

Сравнивая оптические характеристики одних и тех же пленок до и после старения, можно заметить, что в процессе эксплуатации поглощательная способность несколько увеличивается, а пропускательная — уменьшается. Изменения эти не очень велики, в среднем можно считать для полиэтиленовой пленки ; ; .

Литература:

  1. Н. С. Бакурас, Р. К. Камбаров. Выращивание рассады и овощей в пленочных теплицах. Ташкент издательство «Фан». 1979. 104 с.
  2. Б. Х. Драганов, В. В. Есин, В. П. Зуев. Применение теплоты в сельском хозяйстве. Киев: Вища школа. 1983. -239 с.
  3. Криксунов Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники. М., «Советское радио», 1978. -399 с.
  4. Вардияшвили А. А. “Разработка и исследования многофункциональных энергоэффектных гелиотехнических комплексов с использованием энергетических отходов”. Монография. Карши «Насаф» нашриёти 2013 г. 9,6 б.т.
  5. Маркус Т. А., Моррис Э. Н. Здание, климат и энергия. Ленинград. Гидрометеоиздат 1985–542с.
  6. Вардияшвили А. А. “ Солнечный сельский дом гелиотеплицой.”. Ўқув-услубий қўлланма. Карши «Насаф» нашриёти 2017 г. 6,9 б.т.
  7. Вардияшвили А. А. “ Муқобил энергия манбалари”. Монография. Карши «Насаф» нашриёти 2016 г. 9,6 б.т.
Основные термины (генерируются автоматически): полиэтиленовая пленка, пленка, лучистая энергия, материал, ограждение, обычное стекло, поглощательная способность, тепловое излучение, тепловой баланс, теплофизическая характеристика.


Ключевые слова

полимерные материалы, тепловое излучение, поток лучистой энергии, использование солнечной энергии, интенсивность солнечного излучения, светопрозрачное ограждение культивационных сооружений, полиэтиленовая пленка, коэффициент теплопроводности ограждения, теплоотражающая способность пленки
Задать вопрос