Приставні оранжереї (зимові сади)
На мал. 1 зображено переріз оранжереї. Вона має прозорі вікна, які зазвичай нахилені під кутом 70° до поверхні ґрунту з метою максимізації теплових надходжень у зимовий час. Стіна будинку, до якої приставляється оранжерея, для отримання максимуму теплової енергії фарбується у темні кольори. Другим накопичувачем тепла є вологий родючий оранжерейний ґрунт, який теж має високу теплоємність. І нарешті, надлишкове тепло з допомогою труб і вентилятора передається у піщано-гравійний акумулятор. Таким чином стабілізується мікроклімат оранжереї.
Нижче у табл. 1 подані температури повітря всередині і зовні оранжереї, а також на поверхні ґрунту. Вимірювання проводились 15 січня щодві години.
Більш наглядними є температурні графіки. Без підігріву ґрунту коливання температури повітря в оранжереї досягають 60°С (мал. 2), а з підігрівом –30°С (мал. 3). Окрім того, температура поверхні непрогрітого ґрунту коливається у межах від –1,67°С до +1,11°С, а прогрітого — в межах від +1,67°С до +5°С. Зрозуміло, що при підігріві ґрунту зменшуються тепловтрати оранжереї і, відповідно, збільшується запас тепла, накопиченого у вологому ґрунті, що має підвищену теплоємність.
Приведені дані наглядно свідчать, що накопичення тепла у ґрунті
створює більш сприятливі умови для розвитку рослин. Наприклад, використання оранжерей
з повітряним підігрівом ґрунту у напівзасушливих районах Індії з різкими коливаннями
денної і нічної температур дозволило збільшити врожайність овочів у 3–4 рази.
На основі вищеотриманих експериментальних даних приймемо, що усереднена температура
всередині оранжереї на протязі шести сонячних годин — з 8 ранку до 14 — становить 21°С.
Згідно з формулою
Q = Δt/R
1 м2 полікарбонату, опір теплопередачі якого дорівнює
0,18 м2С/Вт, випромінює (21 + 12,2)/0,18 = 185 Вт тепла за
годину. Відповідно, за 6 годин тепловтрати 1 м2 складатимуть 1,11 кВт.год.
При загальній площі вікон 8,92 м2 тепловтрати вікна сягають 9,9 кВт.год.
Відповідно, тепловтрати стелі, підлоги, стін і дверей «потягнуть» ще 40%. Разом
оранжерея за 6 годин втратить 14,0 кВт.год теплової енергії.
Тепер оцінимо теплові надходження через вікна впродовж цих 6 годин. Прийнявши ці
надходження рівними 0,5 кВт.год/м2, отримаємо
8,92×6×0,5 = 26,7 кВт.год. Тобто за шість годин чисті теплові
надходження складають 26,7 – 14,0 = 12,7 кВт.год. Можна вважати, що меншу
частину цього тепла засвоять повітря, стіни і верхній шар ґрунту, а більша частина
з часом «вивітриться» назовні. Якщо кожні 6 годин оранжерея втрачає 14 кВт.год
теплової енергії, то до ночі утворений тепловий запас вичерпається. Тому підігрів
ґрунту оранжереї гарячим повітрям стає неминучим.
На мал. 4 зображений переріз тепло- і гідроізольованого теплового акумулятора, розміщеного у нижній частині оранжереї. Під родючим ґрунтом є волога піщано-гравійна суміш, яка може накопичити значну кількість теплової енергії. Слід зазначити, що з метою здешевлення вартості оранжереї, можна використати недорогі пластикові каналізаційні труби. Для збільшення теплопередачі слід зменшити віддаль між трубами і вибрати їх відповідний діаметр. У стіні оранжереї облаштована трубка для зливання залишків вологи.
Запас накопиченого тепла залежить від маси вологого родючого ґрунту, піску, і гравію. Якщо шар ґрунту має товщину, ширину і довжину відповідно 0,5; 1 і 9,5 м, то його вага складатиме приблизно 6000 кг. Тоді об′єм шару піщано-гравійної суміші (0,3; 1 і 9,5 м) складає 2,85 м3, а його вага — приблизно 5000 кг. Приймемо, що теплоємності вологого ґрунту і піску приблизно однакові і складають 1600 Дж/кг.С. Тоді кількість тепла Q, що можна накопичити в акумуляторі, складе Q = M.C.Δt = 11000×1,6×30/3600 = 146 кВт.год, що аж занадто.
Досконаліша методика розрахунку тепловтрат і надходжень повинна
ґрунтуватися на кліматичних умовах місцевості (градусо-доби) і даних про інсоляцію
з використанням калькулятора тепловтрат.
Зростання цін на газ і електроенергію
є найкращим стимулятором для застосування приставних оранжерей навіть в існуючих
будинках.
Література:
- www.PlantBedHeating.htm
- Sharan G., Jadrav R. Soil temperature regime of Ahmedabad. Journal of Agricultural Engineering, 39 № 1.
Юрій Дудикевич E-mail: jurijdudykevich@ukr.net
