Повышение тепла путем управления энергоносителя

В работах зарубежных исследователей [1; 2] научно обоснована целесообразность применения тепловой энергии от систем облучения для повышения энергоэффективности тепличных технологий. Доказано, что как светильники с разрядными лампами высокого давления (РЛВД), так и светильники с разрядными лампами низкого давления (РЛНД) вносят существенный вклад в формирование теплового баланса теплиц.

На основании исследований профессора Карпова [3] полагаем, что режим с принудительной вентиляцией при номинальном режиме работы, где теплоносителем будет воздух, является наиболее подходящим для использования в технологических схемах систем облучения. Так как в режиме работы облучателя без принудительной вентиляции конвективный поток не контролируется и не управляется, определять его величину не целесообразно.

Поскольку тепловая мощность складывается из лучистого потока инфракрасного излучения и конвективного тепла, определим, как изменятся две этих составляющие энергетического баланса при исследуемых режимах.

Расчеты выполняем по методике, изложенной в [4], используя законы Стефана-Больцмана и Ламберта. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Данные по определению тепловой мощности потока излучения

Очевидно, что один тепличный облучатель с мощностью комплекта «лампа + ПРА + вентилятор», равной 774 Вт, способен выдавать тепловой поток 540 Вт.

Для оценки технических возможностей применения полученных результатов на практике были промоделированы в программе DIALux облучательные системы, работающие в теплице [5], с режимами принудительной вентиляции и без нее. Исходные данные для расчетов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Исходные данные вариантов систем облучения

Изменение величины облученности требует корректировки количества облучателей в теплице: без принудительной вентиляции среднее число облучателей составит 334 шт., с режимом принуди- тельного охлаждения – 308 шт. На рисунке 1 показано, как меняется энергопотребление в зависимости от режима работы облучателя.

Рис. 1. Электроэнергетические показатели вариантов облучения: а – удельная установленная мощность; б – потребление электроэнергии за сезон

Предпочтительным с позиции энергопотребления будет режим при U = 200…240 В с применением принудительной вентиляции. В данном режиме средняя удельная установленная мощность Руд системы облучения составит 148 Вт/м2, что на 6% меньше по сравнению с режимом U = 200…240 В без применения вентиляции.

Из рисунка 1 видно, что происходит снижение потребления электроэнергии за сезон Wсез на 3% или на 3 800 кВт·ч.

На рисунке 2 представлена схематическая реализация облучательной системы на тепличных облучателях с функцией принудительного охлаждения, с применением термоэлектрических генераторных модулей и термотрансформаторных установок.

Рис. 2. Облучательная система с применением термоэлектрических генераторных модулей и термотрансформаторных установок

Если необходимо изменить уровень фотосинтетически активной радиации по требованиям технологии выращивания, то при помощи подвижных электроталей 5 рама 2 меняет свое положение, путем перемещения вверх-вниз, поднимая или опуская облучатели 3.

Представленное техническое решение имеет ряд преимуществ перед известными конструкциями: повышается эффективность использования энергетического потока облучательной системы за счет возможности управления данным потоком в зависимости от технологического процесса; снижаются затраты энергии на обогрев, так как инфракрасная составляющая потока излучения облучателей в виде тепловой энергии нагретого воздуха не удаляется из помещения, а участвует в формировании микроклимата теплицы; систему облучения можно располагать ближе к растениям за счет того, что облучатели охлаждаются и не могут причинить вред растениям. Тем самым увеличивается величина фотосинтетически активной радиации без дополнительных облучателей.

Таким образом, облучательные системы на тепличных облучателях с функцией принудительного охлаждения могут дать дополнительный эффект экономии при применении термоэлектрических генера торных модулей и термотрансформатор ных установок.