Экономичное поликарбонатное ограждение теплицы круглогодового использования

Введение. Однопролётные теплицы с поликарбонатной кровлей широко применяются в малых формах хозяйствования. Производителями теплиц предлагаются арочные культивационные сооружения пролётом от 4 до 20 м и длиной до 200 м, в том числе и для круглогодового применения [1-5]. В ограждающих конструкциях теплиц возможно использование сотовых поликарбонатных листов толщиной от 4 до 16 мм. С увеличением толщины поликарбонатного ограждения будут увеличиваться единовременные затраты на его устройство, но снижаться эксплуатационные расходы на отопление теплицы в холодное время года. Известно, что на восполнение тепловых потерь через ограждающие конструкции этого вида сооружений приходится до 95% расходов на отопление [6].

Цель исследования предусматривала разработку способа обоснования экономически    целесообразной    толщины    поликарбонатного    ограждения культивационного сооружения, при которой суммарные затраты по ограждению за планируемый период его окупаемости будут минимальны. Известно, что нормы по проектированию теплиц СП 107.13330.2012 «Теплицы и парники» и РД-АПК1.10.09.01-14 «Методические рекомендации по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады» не содержат конкретных указаний по энергоэкономичному решению ограждающих конструкций теплиц из поликарбонатных панелей.

Метод исследования предусматривал аналитическое достижение результата с использованием элементов математической статистики и дифференциального исчисления.

Результаты исследования. Для теплицестроения рынком предлагается ряд торговых марок сотовых поликарбонатных листов (СПКЛ). Для проведения исследования в качестве примера выбраны СПКЛ марки TEPPOL/UNIPOL, использованные характеристики которых приведены в табл.1 [7].

Рассматривалась целевая функция

А = А 1 + А 2 = min ,                            (1)

где А – суммарные затраты по ограждению за планируемый период окупаемости сооружения, руб/м2;

А 1 – единовременные затраты (стоимость СПКЛ) на устройство ограждения хозяйственным способом, руб/м2;

А 2 – расходы на газовое отопление на восполнение тепловых потерь через ограждение за планируемый период окупаемости теплицы, принятый равным трём годам, руб/м2.

Таблица 1 – Технико-экономические показатели сотовых поликарбонатных листов TEPPOL/UNIPOL

Толщина листа, мм	Общее сопротивление теплопередаче R О , м2 оС/Вт	Стоимость листа, руб/м2 **
4	0,440*	248
6	0,462*	272
8	0,501*	420
10	0,538*	548

*Общее сопротивление теплопередаче поликарбонатных листов R O приведено с учётом сопротивлений теплоотдаче внутренней и наружной поверхностей листа, установленного в ограждении теплицы.

**Стоимости поликарбонатных листов приведены для г. Орла.

Для выбранной марки СПКЛ зависимость их стоимости от общего термического сопротивления R 0 является практически функциональной (рис. 1) и после обработки методом наименьших квадратов была представлена в виде линейной функции (коэффициент корреляции уравнения связи r = 0,99)

С П = 3220Д 0 -1191 руб/м2 (2)

Рисунок 1 – График изменения стоимости поликарбонатных листов в функции их общего термического сопротивления

Эксплуатационные расходы на газовое отопление теплицы в холодный период года для Орловской обл. (ноябрь – март) за принятый период её окупаемости устанавливались на основании следующего выражения

^(^(С о^ + ^ + С отз ) , ^к0

где t_B - температура воздуха в теплице при выращивании холодостойких культур (редис, салат, лук, укроп и др.), рекомендуемая [8] равной 15^оС;

t_H - средняя наружная температура отопительного периода (ноябрь - март) для Орловской обл., равная - 4,4^оС, рассчитанная по Своду правил [9];

Z – годовая длительность отопительного периода, составляющая 151 сутки (3624 часа);

Сот1, Сот2, СОТ3 – стоимость по годам 1000 ккал газа в течение принятого срока окупаемости теплицы, рассчитанная по данным [10, 11] и составляющая для юридических лиц и индивидуальных предпринимателей Орловской обл. с учётом НДС 20% в 2023 г – 1,08 руб., в 2024 г – 1,17 руб., в 2025 г – 1,26 руб. (ежегодное увеличение тарифа 8%).

Суммарные затраты по ограждению за период окупаемости теплицы

А = 3220^0 — 1191 + —2 (Ст1 + Сот2 + Сотз)

к0

Первая производная выражения (4) по R 0 равна

« 3220 - (М^ (Сотт + Сот2 + Сотз)

ако

После приравнивания производной нулю и преобразований получено выражение для общего термического сопротивления ограждающей конструкции R 0 , которое должно соответствовать наименьшим затратам по ограждению за планируемый период окупаемости теплицы

« 0

(£ в —£ н )£(£ от1 +С от2 +С отз2 д]        1000^3220

Вычисленное по (6) значение RО = 0,24 м2•0С/Вт находится за пределами нижнего показателя термического сопротивления (табл. 1) и его нельзя принимать в качестве оптимального. Тем не менее, полученное выражение (6) позволяет сделать некоторые общие выводы: в регионах при большой разности (t5 - tH), длительным холодным периодом Z и высокой стоимостью получения тепла поликарбонатное ограждение должно быть большей толщины. При длительном сроке окупаемости теплицы толщина ограждения также должна увеличиваться.

Анализ первой производной (5) показал, что при всех приведенных в табл.1 значениях R О она положительна. Следовательно, с увеличением толщины поликарбонатного ограждения суммарные затраты (А) за планируемый период окупаемости теплицы будут увеличиваться и оптимальной следует считать минимальную толщину СПКЛ равную 4мм (рис. 2). Такое увеличение суммарных затрат по ограждению можно объяснить преобладанием роста затрат на СПКЛ над экономией затрат на отопление теплицы. Однако в регионах с отличающимися от рассмотренных исходных данных (технико-экономических показателей поликарбонатных листов, климатических и экономических условий) вывод по экономичному решению ограждения теплицы может не совпадать с приведенным.

При рассмотрении поликарбонатных листов других торговых марок для экономического выбора толщины поликарбонатного ограждения теплицы целесообразно использование компьютерных программ при подборе корреляционного уравнения связи, построении графиков и вычислений.

Рисунок 2 – Изменение удельных расходов по ограждению за планируемый период окупаемости теплицы в функции общего термического сопротивления поликарбонатных листов:

Выводы. На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

• 1.    Предложен способ обоснования экономически целесообразной толщины поликарбонатного ограждения теплицы круглогодового использования.

• 2.    Установлено, что суммарные затраты по поликарбонатному ограждению теплицы будут наименьшими для начальной толщины из рассматриваемого ряда толщин сотовых поликарбонатных листов, если рост стоимости 1м² ПК листов превышает снижение затрат на отопление применительно к такой же площади и толщине ограждения в течение расчётного срока окупаемости теплицы.