Сайт по созданию и продаже "Умных Теплиц" и сопутствующих товаров.

Расчёт количества вентиляторов. Часть 3.

Часть 3. Накопление тепловой энергии в воздухе теплицы. Сотовый поликарбонат и плёнка — естественные тепловые потери через стенки и крышу.

На казалось бы простой вопрос потребовалось написать целую диссертация. В виду того, что есть некоторые проблемы с разбивкой текста на страницы, пришлось создать 4 отдельные статьи. Поэтому, их или нужно ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО читать, начиная с части №1 (в противном случае половину не поймёте) или сразу читать часть № 4.

Кому лень читать и вникать — в части №4 итоговые выкладки.


Часть 4. Накопление тепловой энергии в воздухе. Сколько воздух в себя вберет тепла.

Начинаем с табличных значений:

    • Удельная теплоемкость СУХОГО воздуха равна 1005 Дж/кг * 1°С;
    • Перевод величин: 3600 Дж = 1 Вт;
    • Разницы температур между землёй (+25 °С) и воздуха под крышей теплице (+45 °С) составляет + 20 °С.
    • Теплоёмкость СУХОГО воздуха (по молекулярной массе) при разнице температур в 20 °С равна     1005*20 = 20100 Дж/кг
    • Плотность сухого воздуха при температуре 45 °С равна 1,118 кг/м³.
    • Но в теплице воздух ВЛАЖНЫЙ. Стандартная влажность 70-85%. Для 100% влажности при t=+25°C (температура окружающего воздуха) абсолютное содержание влаги равно 22,83 гр/м³. Для 75% эта цифра составит 22,83*0,75=17,12 гр/м³.
      Для 100% влажности при t=+45°C абсолютное содержание влаги равно 64,85 гр/м³. Для 75% эта цифра составит 64,85*0,75=48,64 гр/м³. Данные взяты с сайта «Инженерный справочник таблицы DPVA.RU» .
    • Удельная теплоемкость воды примем 4187 Дж/(кг * К), так как в нашем температурном режиме значения меняются очень незначительно.

Итого получаем, что 1 м³ воздуха с влажностью 75% при температуре 45 °С имеет удельную теплоёмкость равную «удельная теплоёмкость сухого воздуха + удельная теплоёмкость влаги». Но в расчётах будет немного другая цифра — будет расчёт по количеству энергии, которую нужно потратить для нагрева сухого воздуха с +25 °С до +45 °С и для нагрева влаги в воздухе с +20 °С до +45 °С (влага берётся из земли, а температура земли всегда меньше температуры окружающего воздуха, так как идет процесс испарения). Данные интересуют на 1 м³, так как тепло будет отводится вентилятором, а там учет идет по кубатуре (метрам кубическим).

Получаем (1’005 Дж/кг)*(20°С)*(1,118 кг/м³) + (((48,64 гр/м³)-(17,12 гр/м³))/1000)*(25°С)*(4187 Дж/(кг * К)).
Сокращаем и      (20’100*1,118) + (0,788*4187)=25’771 Дж.
В ваттах это 25’771 /3’600=7,16 Вт на 1 м³ воздуха в теплице. Именно столько тепла будет отводиться вентилятором с каждым кубометром воздуха.

Расчёт для сумасшедших —  до какой температуры должен нагреться воздух внутри теплицы под крышей, чтобы впитать в себя всю тепловую энергию от нагревания земли солнцем. От солнца в полдень в июне, излишек тепла составит примерно 250 Вт тепла в час. Теперь 250 Вт/(7,16 Вт/м³)= 35 раз. Теперь дельту в 20 °С умножаем на 35 раз и получаем 700 °С. Именно такая температура образовалась бы в теплице, если бы не было теплопотерь через стенки теплицы и отводимого вентилятором тепла. То есть получаем температуру как на Венере.

Для температуры под крышей теплицы равной 40 °С получаем (1’005 Дж/кг)*(15°С)*(1,127 кг/м³) + (((50,672*75% гр/м³)-(17,12 гр/м³))/1000)*(20°С)*(4187 Дж/(кг * К))=18739 Дж. В ваттах это 5,21 Вт.


Част 5. Сотовый поликарбонат и пленка — естественные тепловые потери.

Так как нагретый воздух контактирует с крышей теплицы и с её стенками, то происходит естественная потеря тепла (теплопроводность от горячего к холодному). Вот эти цифры и вычислим.

Теплопотери можно рассчитать по следующей формуле: Площадь поверхности * К * Разность температур(°C)
Площадь поверхности — вся внешняя поверхность теплицы с применением понижающих коэффициентов (ближе к земле температура ниже).
Разность температур =  разность температур между температурой снаружи и внутри теплицы (под крышей).
К- коэффициент теплопроводности материала. Watt/(м²*K)

Для распространенных в строительстве теплиц материалов коэффициент К имеет следующие значения:

  • Сотовый поликарбонат однокамерный толщина 4 мм равно 3,9 Вт/(м2 * К)
  • Сотовый поликарбонат однокамерный 6 мм по таблицам = 3.6  (=3.5 расчёт по аналогам)
  • Сотовый поликарбонат однокамерный 8 мм по таблицам = 3.3  (=3.1 расчёт по аналогам)
  • Сотовый поликарбонат однокамерный 10 мм = 3.0
  • Сотовый поликарбонат двухкамерный 16 мм по таблицам = 2.3 (=2.1 расчёт по аналогам)
  • Стекло оконное 3 и 4 мм = 6.25  Толщина 6 и 8 мм = 5,8 Вт/(м²*К).
  • Однокамерный стеклопакет 4-12-4 мм = 3,1
  • Полиэтиленовая плёнка 180-200 mkm = 7.5.
  • Двухслойная надутая полиэтиленовая плёнка 180-200 mkm = 3.5

 

Стандартная теплица. Низкая крыша. Отсутствие резерва по перегреву.

Стандартная теплица 3,2 * 4,0 метра имеет прямоугольный периметр, затем 0,5 метра вертикальный подъем и затем полусфера с диаметром 3,2 метра. То есть получаем куб и полусферу. Высота теплицы примерно 2,1 метра в самой высокой точке (пике). В этой теплице горячему воздуху негде храниться — и при добавлении новое порции горячего воздуха по крышу теплицу, он начинает опускаться к земле и обжигает растения. По другому — верхний горячий слой увеличивает свою толщину и потихоньку приближается к растениям со стороны крыши (как бы опускается). Поэтому, резервной высоты для хранения сверх горячего воздуха в пиковые часы нагрева солнцем такая теплица не имеет. Это большой минус, так как вентилятор должен работать по максимальным значениям (подушки безопасности нет).

Второй тип теплиц повыше: имеют высоту примерно 2 метра по бокам и затем крыша коньком. Общая высота 2,9 метра. Размеры 3,2*8,0 метров.

Здесь попроще — верхний 1 метр можно смело отложить под пиковый буфер хранения тепла, который затем потихоньку выводится наружу. Так, с 11 до 13 часов температура под крышей будет повышаться, даже при работающих вентиляторах, но затем температура под крышей теплицы пойдет на спад. Этот верхний буфер позволяет иметь реальный запас по мощности вентилятора в 27%.

Так, повышение вверху температуры с 45 до 50 С не будет вредить растениям (есть запас по высоте), но позволяет накопить лишней энергии на 56 Вт и при повышенной температуре. Сама крыша и боковые стенки будут более эффективнее будет отдавать тепло (разница температур больше). Каждый куб воздуха при t=50 ºС выводит на 1,95 Вт тепла больше. Напомню, при 45 ºС это каждый куб выводит 7,16 Вт тепла. При 50 ºС каждый куб отводит уже 9,11 Вт тепла (так как абсолютное содержание воды гораздо больше). Разница 1,95/7,16=27%. То есть прибавка составит 27% при температурном запасе  для растений (горячий воздух не дойдет до растений).

Давайте теперь считать тепловые потери для 45 °С. Разница температур: у земли =+25, под крышей = +45 С.

Потери для стандартной (низкой теплицы). Высоту берем 1,5 метра (комфортная высота по температурному режиму для растений) и пиковую температуру для оставшихся 0,6 метра. Температура плавно повышается с +25 до +45 на дистанции по высоте в 1,5 метра. То есть средняя температура (+25+45)/2=+35 С. Берем площадь боковых стенок куба (3,2+4+3,2+4)*0,5=7,2 м². Площадь всей крыши равна 2πR/2*L=3,14*1,6*4=20,1 м². Из него вычитаем на боковушки (высота с 0,5 метра до 1,5 метра) и получаем (3,2+4+3,2+4)*1=14,4 м². Значит на самый горячий воздух остаётся примерно 20,1-14,4=5,7 м². Есть кое какие упрощения. Если считать по уму, то отклонения будут около 3%, но при существенном усложнении формулы.
Для теплицы 3,2*8 получаем боковые стенки куба = (3,2+3,2+8+8)*0,5=11,2, площадь всей крыши равна 3,14*1,6*8=40,2 м². Вычитаем площадь боковушки и получаем крыша = 40,2-(3,2+8+3,2+8)*1,0=17,8 м².

Потери для высокой теплицы. Высоту берем 2,0 метра (комфортная высота по температурному режиму для растений) и пиковую температуру для оставшихся 0,9 метра. Температура плавно повышается с +25 до +45 на дистанции по высоте в 2,0 метра. То есть средняя температура (+25+45)/2=+35 С. Берем площадь боковых стенок (3,2+8+3,2+8)*2,0=44,8 м². Для вычисления площади крыши имеем высоту, равные скаты крыши теплицы и ширину 3,2 метра. По теореме Пифагора получаем боковой скат крыши теплицы равен 1,85 метра. Площадь коньковой  крыши равна (1,85*2)*8=29,6 м². Значит на самый горячий воздух приходится 29,6 м².

Теплопотери  составят:

  • теплица 3,2*4. H=2.1m. Из сотового поликарбоната 4 мм. Стенки = (7,2+14,4)*3,9*(35-25)= 842 Вт/в час. Крыша = 5,7*3,9*(45-25)=445 Вт/час. ИТОГО = 1287 Вт/час
  • теплица 3,2*8. H=2.1m. Из сотового поликарбоната 4 мм. Стенки = (11,2+22,4)*3,9*(35-25)= 1310  Вт/в час. Крыша = 17,8*3,9*(45-25)= 1388 Вт/час. ИТОГО = 2698 Вт/час
  • теплица 3,2*4. H=2.1m. Из полиэтиленовой плёнки 150-200 мкр. Стенки = (7,2+14,4)*7,5*(35-25)= 1620 Вт/в час. Крыша = 5,7*7,5*(45-25)= 855 Вт/час. ИТОГО = 2475 Вт/час
  • теплица 3,2*8. H=2.1m. Из полиэтиленовой плёнки 150-200 мкр. Стенки = (11,2+22,4)*7,5*(35-25)= 2520 Вт/в час. Крыша = 17,8*7,5*(45-25)= 2670 Вт/час. ИТОГО = 5190 Вт/час
  • теплица БОЛЬШАЯ 3,2*8. H=2,9-3,1m. Из полиэтиленовой плёнки 150-200 мрн. Стенки = 44,8*7,5*(35-25)= 3360 Вт/в час. Крыша = 29,6*7,5*(45-25)= 4440 Вт/час. ИТОГО = 7800 Вт/час. Для перепада в 25 °С получаем 9750 Вт/час
  • теплица БОЛЬШАЯ 3,2*8. H=2,9-3,1m. Из сотового поликарбоната 4 мм. Стенки = 44,8*3,9*(35-25)= 1747 Вт/в час. Крыша = 29,6*3,9*(45-25)= 2309 Вт/час. ИТОГО = 4056 Вт/час. Для перепада в 25 °С получаем 5070 Вт/час
  • теплица БОЛЬШАЯ 3,2*8. H=2,9-3,1m. Из сотового поликарбоната 10 мм (или однокамерного стеклопакета 4-12-4 мм). Стенки = 44,8*3,0*(35-25)= 1344 Вт/в час. Крыша = 29,6*3,0*(45-25)= 1776 Вт/час. ИТОГО = 3120 Вт/час. Для перепада в 25 °С получаем 3900 Вт/час
  • теплица БОЛЬШАЯ 3,2*8. H=2,9-3,1m. Из сотового поликарбоната 16 мм. Стенки = 44,8*2,3*(35-25)= 1030 Вт/в час. Крыша = 29,6*2,3*(45-25)= 1362 Вт/час. ИТОГО = 2392 Вт/час. Для перепада в 25 °С получаем 2990 Вт/час

 

Добавить комментарий

Войти с помощью: 
Закрыть меню
Выберите поля, которые будут показаны. Прочие будут скрыты. Перктаскивайте мышкой для изменения порядка полей.
  • Изображение
  • SKU
  • Рейтинг
  • Цена
  • Запасы
  • Доступность
  • В корзину
  • Описание
  • Содержимое
  • Вес
  • Размеры
  • Цвет
  • Атрибуты
Сравнить
×

Корзина