Определение теплотехнических свойств почвы в гелиотеплицах | Статья в журнале «Молодой ученый»

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. — URL https://moluch.ru/archive/82/14899/ (дата обращения: 19.09.2018).

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.

Основные термины (генерируются автоматически): глубина, Узбекистан, теплофизическое свойство почвы, поверхность почвы, удельная теплоемкость, солнечная энергия, солнечная радиация, объемная теплоемкость, весовая влажность почвы, альтернативный источник энергии.


Похожие статьи

Возможности использования грунта в качестве аккумулятора...

Возвращаясь к вопросу аккумулирования солнечной энергии достаточно вспомнить, что регионы, климат которых формируется большей частью под воздействием морей, отличаются мягкостью, так как водная среда, обладая высокой теплоёмкостью и подвижностью...

Аккумулирование тепла в системах солнечного отопления

В пассивных ССО солнечная радиация поглощается элементами здания и сохраняется в

При f=10…80 % удельный объем Vак, отнесенный к 1 м2 солнцеулавливающих поверхностей

Основным недостатком гравийных насадок является низкая теплоёмкость, что требует...

Методика расчета температурного режима гелиотеплицы...

лист растений, солнечная энергия, почва, солнечная радиация, коэффициент затенения, суточный ход, растение, подпочвенный аккумулятор тепла, поверхность почвы, тепловой баланс.

Повышение энергоэффективности систем теплоснабжения...

теплоснабжение, горячее водоснабжение, солнечная радиация, солнечная энергия, солнечный коллектор.

Перспективы использования солнечной энергии в ГВС на примере Республики Узбекистан.

Использование низкопотенциальной солнечной энергии...

энергии [1]. Энергетика страны развивается высокими темпами, увеличивается удельные и

Расширяется спектр первичных источников энергии, включаемых в топливно-энергетический баланс.

Тепловая мощность коллектора солнечной энергии (КЭС) определяется по формуле

Поглощение и рассеяние солнечного излучения в гелиотеплице...

Уникальная способность воды запасать и высвобождать энергию особенно хорошо видна из ее теплофизических характеристик: Удельная теплоёмкость

Солнечная радиация подающая на поверхность гелиотеплицы при прохождения через стеклянное покрытие, поглощалась...

Снижение энергоёмкости систем увлажнения вентиляционного...

В связи с этим для дальнейшего развития использования альтернативных источников энергии (АИЭ), которые Узбекистан располагает богатыми ресурсами, Президентом нашей страны принят Указ «О мерах по

где, Ср = 3,48 кДж/(кг.к) — удельная теплоёмкость картофеля.

Кварцевый влагомер для быстрого измерения влажности почвы

Применяемые способы измерений влажности почвы можно объединить в группы [1]: термостатно-весовой метод (эталонный); электрический — по диэлектрической

Под влиянием солнечной радиации отмечены большие погрешности в измерениях.

Возможности использования грунта в качестве аккумулятора...

Возвращаясь к вопросу аккумулирования солнечной энергии достаточно вспомнить, что регионы, климат которых формируется большей частью под воздействием морей, отличаются мягкостью, так как водная среда, обладая высокой теплоёмкостью и подвижностью...

Аккумулирование тепла в системах солнечного отопления

В пассивных ССО солнечная радиация поглощается элементами здания и сохраняется в

При f=10…80 % удельный объем Vак, отнесенный к 1 м2 солнцеулавливающих поверхностей

Основным недостатком гравийных насадок является низкая теплоёмкость, что требует...

Методика расчета температурного режима гелиотеплицы...

лист растений, солнечная энергия, почва, солнечная радиация, коэффициент затенения, суточный ход, растение, подпочвенный аккумулятор тепла, поверхность почвы, тепловой баланс.

Повышение энергоэффективности систем теплоснабжения...

теплоснабжение, горячее водоснабжение, солнечная радиация, солнечная энергия, солнечный коллектор.

Перспективы использования солнечной энергии в ГВС на примере Республики Узбекистан.

Использование низкопотенциальной солнечной энергии...

энергии [1]. Энергетика страны развивается высокими темпами, увеличивается удельные и

Расширяется спектр первичных источников энергии, включаемых в топливно-энергетический баланс.

Тепловая мощность коллектора солнечной энергии (КЭС) определяется по формуле

Поглощение и рассеяние солнечного излучения в гелиотеплице...

Уникальная способность воды запасать и высвобождать энергию особенно хорошо видна из ее теплофизических характеристик: Удельная теплоёмкость

Солнечная радиация подающая на поверхность гелиотеплицы при прохождения через стеклянное покрытие, поглощалась...

Снижение энергоёмкости систем увлажнения вентиляционного...

В связи с этим для дальнейшего развития использования альтернативных источников энергии (АИЭ), которые Узбекистан располагает богатыми ресурсами, Президентом нашей страны принят Указ «О мерах по

где, Ср = 3,48 кДж/(кг.к) — удельная теплоёмкость картофеля.

Кварцевый влагомер для быстрого измерения влажности почвы

Применяемые способы измерений влажности почвы можно объединить в группы [1]: термостатно-весовой метод (эталонный); электрический — по диэлектрической

Под влиянием солнечной радиации отмечены большие погрешности в измерениях.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Возможности использования грунта в качестве аккумулятора...

Возвращаясь к вопросу аккумулирования солнечной энергии достаточно вспомнить, что регионы, климат которых формируется большей частью под воздействием морей, отличаются мягкостью, так как водная среда, обладая высокой теплоёмкостью и подвижностью...

Аккумулирование тепла в системах солнечного отопления

В пассивных ССО солнечная радиация поглощается элементами здания и сохраняется в

При f=10…80 % удельный объем Vак, отнесенный к 1 м2 солнцеулавливающих поверхностей

Основным недостатком гравийных насадок является низкая теплоёмкость, что требует...

Методика расчета температурного режима гелиотеплицы...

лист растений, солнечная энергия, почва, солнечная радиация, коэффициент затенения, суточный ход, растение, подпочвенный аккумулятор тепла, поверхность почвы, тепловой баланс.

Повышение энергоэффективности систем теплоснабжения...

теплоснабжение, горячее водоснабжение, солнечная радиация, солнечная энергия, солнечный коллектор.

Перспективы использования солнечной энергии в ГВС на примере Республики Узбекистан.

Использование низкопотенциальной солнечной энергии...

энергии [1]. Энергетика страны развивается высокими темпами, увеличивается удельные и

Расширяется спектр первичных источников энергии, включаемых в топливно-энергетический баланс.

Тепловая мощность коллектора солнечной энергии (КЭС) определяется по формуле

Поглощение и рассеяние солнечного излучения в гелиотеплице...

Уникальная способность воды запасать и высвобождать энергию особенно хорошо видна из ее теплофизических характеристик: Удельная теплоёмкость

Солнечная радиация подающая на поверхность гелиотеплицы при прохождения через стеклянное покрытие, поглощалась...

Снижение энергоёмкости систем увлажнения вентиляционного...

В связи с этим для дальнейшего развития использования альтернативных источников энергии (АИЭ), которые Узбекистан располагает богатыми ресурсами, Президентом нашей страны принят Указ «О мерах по

где, Ср = 3,48 кДж/(кг.к) — удельная теплоёмкость картофеля.

Кварцевый влагомер для быстрого измерения влажности почвы

Применяемые способы измерений влажности почвы можно объединить в группы [1]: термостатно-весовой метод (эталонный); электрический — по диэлектрической

Под влиянием солнечной радиации отмечены большие погрешности в измерениях.

Возможности использования грунта в качестве аккумулятора...

Возвращаясь к вопросу аккумулирования солнечной энергии достаточно вспомнить, что регионы, климат которых формируется большей частью под воздействием морей, отличаются мягкостью, так как водная среда, обладая высокой теплоёмкостью и подвижностью...

Аккумулирование тепла в системах солнечного отопления

В пассивных ССО солнечная радиация поглощается элементами здания и сохраняется в

При f=10…80 % удельный объем Vак, отнесенный к 1 м2 солнцеулавливающих поверхностей

Основным недостатком гравийных насадок является низкая теплоёмкость, что требует...

Методика расчета температурного режима гелиотеплицы...

лист растений, солнечная энергия, почва, солнечная радиация, коэффициент затенения, суточный ход, растение, подпочвенный аккумулятор тепла, поверхность почвы, тепловой баланс.

Повышение энергоэффективности систем теплоснабжения...

теплоснабжение, горячее водоснабжение, солнечная радиация, солнечная энергия, солнечный коллектор.

Перспективы использования солнечной энергии в ГВС на примере Республики Узбекистан.

Использование низкопотенциальной солнечной энергии...

энергии [1]. Энергетика страны развивается высокими темпами, увеличивается удельные и

Расширяется спектр первичных источников энергии, включаемых в топливно-энергетический баланс.

Тепловая мощность коллектора солнечной энергии (КЭС) определяется по формуле

Поглощение и рассеяние солнечного излучения в гелиотеплице...

Уникальная способность воды запасать и высвобождать энергию особенно хорошо видна из ее теплофизических характеристик: Удельная теплоёмкость

Солнечная радиация подающая на поверхность гелиотеплицы при прохождения через стеклянное покрытие, поглощалась...

Снижение энергоёмкости систем увлажнения вентиляционного...

В связи с этим для дальнейшего развития использования альтернативных источников энергии (АИЭ), которые Узбекистан располагает богатыми ресурсами, Президентом нашей страны принят Указ «О мерах по

где, Ср = 3,48 кДж/(кг.к) — удельная теплоёмкость картофеля.

Кварцевый влагомер для быстрого измерения влажности почвы

Применяемые способы измерений влажности почвы можно объединить в группы [1]: термостатно-весовой метод (эталонный); электрический — по диэлектрической

Под влиянием солнечной радиации отмечены большие погрешности в измерениях.

Задать вопрос