Влияние типа зимних теплиц на единовременные и эксплуатационные затраты

Введение. К зимним теплицам строительные нормы СП 107.13330.2012 «Теплицы и парники» относят теплицы круглогодового использования. Для фермерских хозяйств российскими производителями предлагаются различные типы зимних теплиц: многопролётные, так называемые блочные, и однопролётные -ангарные рамные и ангарные арочные (рис.1) [1].

Рисунок 1 – Типы зимних фермерских теплиц: а – блочная; б – ангарная рамная; в – ангарная арочная

Выпускаемые теплицы отличаются геометрической формой, влияющей на площадь поверхности сооружения, а следовательно, и на затраты на ограждающие конструкции и отопление. Строительные нормы и нормы технологического проектирования теплиц не содержат оценки эффективности различных типов теплиц по приведенным показателям. В связи с этим ставилась задача провести такой сравнительный анализ.

Методика и результаты исследования. Установить относительное изменение затрат по различным типам предлагаемых рынком фермерских теплиц в первом приближении можно на основе рассмотрения изменения их коэффициента ограждения, представляющего собой отношение площади ограждающих конструкций сооружения к его площади. Чем меньше значение коэффициента, тем меньше стоимость ограждения и величина теплопотерь. Так, в суммарных теплопотерях зимней теплицы значительный удельный вес (не менее 95%) составляют тепловые потери через светопрозрачное ограждение. Удельные потери тепла через ограждающие поверхности можно определить по следующей формуле q = mK огр ,                             (1)

где q – удельные потери тепла в Вт/м²; m – тепловая характеристика, равная произведению коэффициента теплопередачи на разность температур, в Вт / м² ; К ОГР – коэффициент ограждения.

Для блочной n – пролётной теплицы (рис. 1а) число пролётов, соответствующее минимуму коэффициента ограждения, можно определить по формуле

2     hF

L 4 4h + Ltg a

Здесь L – принимаемый при проектировании пролёт теплицы (м), который по требованиям СП 107.13330.2012 должен быть не более 9м; h – высота продольных стен теплицы от поверхности земли (пола), минимально равная 2,4 м; F – площадь теплицы, м²; α – угол наклона скатов кровли (не менее 25^о).

Определив по (2) оптимальное число пролётов, можно установить минимальное значение коэффициента ограждения блочной теплицы min Ltga 2 h 2 h     1

K orp =--¹---¹---¹--

2 A nL A cos a где А – длина теплицы (м), равная F / L.

Коэффициент ограждения ангарной теплицы рамной конструктивной схемы (рис. 1б)

K ОГР

2 h     1

= — +---

L  cos a

2 h L

+ — + —

A 2 A

tg a

где h – высота продольного вертикального ограждения от поверхности земли (пола), для ангарных теплиц не менее 1,8 м; L и А – пролёт и длина теплицы; α – угол наклона скатов кровли, не менее 25^о.

Заменив в уравнении (4) А= F/L, после дифференцирования dКогр/dL получим уравнение

L tg a  2 hL ²

F   F

- 2 h = 0

из которого после подстановки значений h и tgα несложно подбором определить пролёт теплицы L , соответствующий минимуму коэффициента ограждения.

Из формул (3) и (4) следует, что с увеличением высоты продольных стен теплицы h коэффициент ограждения будет возрастать. Поэтому высоту продольных светопрозрачных ограждений целесообразно принимать минимально допустимой по технологическим требованиям.

У однопролётной теплицы с очертанием по окружности (рис.1в) коэффициент ограждения (6) монотонно возрастает с увеличением пролёта и не имеет минимального значения (высота теплицы принималась равной половине диаметра окружности). Следовательно, для сокращения единовременных и эксплуатационных затрат теплицы такого типа целесообразно проектировать с минимально допустимым по технологическим требованиям пролётом.

K огр = - (— + 1)                            (6)

• 2 2 F

На рис. 2 показано изменение коэффициента ограждения различных типов теплиц в зависимости от их площади.

Рисунок 2 – Изменение коэффициента ограждения К ОГР в зависимости от площади и типа теплиц: 1 – ангарная рамная; 2 – блочная; 3 – арочная с очертанием по окружности

Из приведенных графиков следует, что очертание покрытия и площадь пола теплицы оказывают влияние на величину К ОГР . Наименьшим и примерно равным коэффициентом ограждения отличаются ангарные рамные и блочные теплицы. Соответственно, расходы тепла и материалов на ограждающие конструкции у них будут меньше по сравнению с однопролётными арочными теплицами. При построении графиков использовались следующие параметры теплиц: пролёты блочной теплицы – 6,4м, пролёт арочной теплицы – 9м, угол наклона скатов ангарной рамной и блочной теплиц α = 30⁰, высота продольных стен h принималась минимально допустимой по технологическим требованиям.

Светопрозрачное ограждение рассмотренных типов теплиц предусматривается с использованием стекла (одно- или двухслойным), стеклопакетов (в вертикальном ограждении), сотовых поликарбонатных панелей. Для сокращения теплопотерь экономически целесообразным является применение поликарбонатных панелей, характеризующихся наименьшей стоимостью на единицу термического сопротивления и позволяющих снизить снеговую нагрузку на покрытие [1,2,3]. В арочных теплицах возможно применение двухслойного плёночного ограждения, прочность наружного слоя которого должна быть проверена на ветровую нагрузку [4]. Для снижения конвективных тепловых потерь арочные сооружения на участке застройки следует располагать торцами к преобладающему направлению ветра в холодный период [5, 6].

Выводы