ЖУРНАЛ "КАКТУСЫ И ДРУГИЕ СУХОЛЮБИВЫЕ РАСТЕНИЯ" - выпуск 9-10 (3-4 за 2001 год)
ОПЫТ
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПОСТРОЙКИ ОТАПЛИВАЕМЫХ ТЕПЛИЦ ДЛЯ КРУГЛОГОДИЧНОГО НАРУЖНОГО СОДЕРЖАНИЯ КАКТУСОВ И ДР. СУККУЛЕНТОВ
Столяров Александр Александрович, Москва
Практически у всех кактусоводов наиболее беспокойное время, это весна, когда растения выносят на летнее содержание, и осень, когда их надо заносить в помещения. В связи с особенностями нашего климата погода в эти сезоны неустойчива и коварна. Растения могут погибнуть или пострадать от внезапных похолоданий. Да и сама перестановка – операция довольно длительная и трудоёмкая, если коллекция крупная. Поэтому некоторые кактусоводы изготавливают для свои растений отапливаемые теплицы, пригодные для круглогодичного наружного содержания. Пятилетний опыт эксплуатации такой теплицы даёт мне право поделиться своими соображениями и опытом в этом вопросе.
На самом первом этапе проектирования теплицы возникает вопрос: чем и как её отапливать? Применительно к городским условиям наиболее приемлемым с технологической точки зрения представляется использование электроэнергии. Рассмотрим возможные варианты этого способа.
- а. Подогрев снизу с помощью ТЭНов в основании теплицы.
- б. Подогрев сверху с помощью ИК излучателей.
- в. Подогрев сверху тёплым воздухом с помощью тепловентилятора.
Каждый из этих трёх способов имеет свои особенности, которые необходимо знать.
Нижний подогрев очень хорош летом, в период вегетации, когда корни растений активно функционируют. В этом случае тепло снизу стимулирует рост корней и их действие. Нижний подогрев поможет избежать неприятностей, когда грунт влажный, а погода стала холодной. А также создаёт высокую влажность воздуха в самой теплице, необходимую растениям в период роста. Другое дело зимой, когда растения стоят сухие и не растут. Так как грунт при нижнем подогреве имеет более высокую температуру, чем воздух в теплице, происходит сильное иссушение земляного кома. Происходит это потому, что нарушается динамическое равновесие между влагой, адсорбированной почвенными коллоидами (в основном минералами) и парами воды в воздухе теплицы. При этом почвенные коллоиды начинают отдавать свою воду. Вследствие этого (иссушение земляного кома, повышенная температура корней) происходит гибель не только мелких, но и крупных скелетных корней растения и, следствие, значительная потеря воды стеблем и гибель всего растения. Отсюда мы видим, что нижний подогрев в чистом виде в период зимней стагнации неприемлем.
Верхний подогрев с помощью инфракрасных излучателей (ИК) - свободен от недостатков нижнего подогрева, но ИК излучатели более всего нагревают верхние части растений, что может вызвать их зимний рост, что, как известно, весьма нежелательно.
Разновидностью верхнего ИК излучения является подогрев лампами подсветки (обычно люминесцентными), но при этом нам может не хватить их мощности для поддержания заданной температуры внутри теплицы, также будет нарушен световой суточный режим растений и зависимость количества освещения, полученного растениями от внешней температуры. При этом также значительно снизится срок службы ламп подсветки из-за их частых включений. Так что и этот способ подогрева не годится в качестве основного.
И ещё одно замечание: в холодное время года, когда теплица закрыта, нарушается естественная вентиляция внутритепличного пространства. Это вызывает застой воздуха, его повышенную влажность при низкой температуре и, как следствие, появление грибковых инфекций. Поэтому вентиляция теплицы в холодное время года так же необходима, как и летом. Но естественная вентиляция зимой вызывает большие потери тепла, что неэкономно, поэтому нужна принудительная вентиляция теплицы. Но описанные выше способы обогрева не обеспечивают принудительной вентиляции.
Это может обеспечить третий способ подогрева – с помощью тепловентилятора, когда воздух, нагнетаемый вентилятором, нагревается ТЭНом и подвётся в пространство теплицы. Ниже будет показано, как можно осуществить эффективный нагрев и достаточную вентиляцию теплицы без больших потерь тепла.
Оценивая всё вышесказанное можно заключить, что оптимальным выходом было бы использование всех трёх способов подогрева при оборудовании наружной теплицы, которые можно было бы комбинировать в зависимости от сезона и погоды. Это будет выглядеть следующим образом:
Лето – период вегетации. Высокая естественная освещённость.
- а. Ясная солнечная погода.
ночь – без нагрева и вентиляции;
день – вентиляция без нагрева при температуре в теплице выше установленного уровня (солнечный перегрев).
- б. Пасмурная погода (тёплая).
ночь – без нагрева и вентиляции;
день – нижний подогрев без вентиляции для обеспечения высокой разности дневной и ночной температур.
- в. Пасмурная погода (холодная).
ночь – нижний подогрев без вентиляции;
день - аналогично.
В режимах «б» и «в» теплица закрывается не полностью и вентиляция осуществляется естественным путём.
Зима – период стагнации; низкие естественные освещённость и температура.
ночь – незначительный нижний подогрев для предотвращения переохлаждения корней; верхний подогрев тепловентилятором (основной).
день – подогрев лампами подсвечивания. Если их мощности не хватает – включается подогрев в режиме «ночь».
Естественно, что все эти операции должны осуществляться автоматически программным устройством регулирования температуры. Это устройство должно иметь три установки температуры:
Тн – ночная температура включения подогрева;
Тд – дневная температура включения подогрева;
(Температура Тд должна быть больше Тн для обеспечения естственного суточного хода температуры.)
Тпер – температура солнечного перегрева. При этой температуре включается вентилятор без подогрева (охлаждение теплицы летом).
Переключатель (ручной или автоматический) режимов Тд и Тн. Автоматическое переключение этих режимов может осуществляться либо часовым механизмом, либо по внешней освещенности, причём переключение в режим Тд может осуществляться одновременно с включением подсветки.
Теперь подробно о каждом способе подогрева.
Нижний подогрев осуществляется ТЭНами (термоэлектрическими нагревателями), представляющими собой металлическую трубку, заполненную окисью магния (шамот), изолирующим от стенок трубки электрическую спираль внутри трубки, к которой и подводится напряжение. ТЭНы выпускаются на различные мощности, напряжения и различных размеров. В принципе для обогрева теплицы подходят любые ТЭНы. Но нужно отметить некоторые обстоятельства.
- Для того, чтобы обеспечить равномерный нагрев дна теплицы, ТЭНы должны располагаться под ним равномерно.
- Каждый отдельный ТЭН должен нагреваться до невысокой температуры ( в установившемся режиме) – это необходимо и с точки зрения пожарной безопасности, и с точки зрения безопасности растений, которые в случае аварии устройства управления могут пострадать от перегрева. Во-вторых, чем ниже нагревается ТЭН, тем дольше его срок службы. Поэтому температура нагрева каждого ТЭНа должна лежать в пределах 50 – 70 градусов. Для того, чтобы произвести несложные расчёты, необходимо знать ряд правил:
а. При последовательном соединении п ТЭНов суммарная мощность цепочки уменьшается в п раз; например, имеются ТЭНы мощностью 2 квт каждый, а нам надо получить мощность нагревателя 500 вт (это примерно 1 куб. метр объёма теплицы). Тогда п = 2 квт/ 0.5квт = 4. А мощность каждого ТЭНа составит Р = 2000вт/ 4х4 = 125 вт. При этом коэффициент нагрузки каждого ТЭНа составит соответственно 1/16. При таком коэффициенте нагрузки ТЭНы будут служить практически вечно, температура их нагрева будет лежать в допустимых пределах.
б. При параллельном включении п ТЭНов суммарная мощность увеличивается в п раз, а мощность каждого ТЭНа равна номинальной. Например, имеются ТЭНы мощностью 100 вт, а нам нужно получить мощность 500 вт. Тогда п = 5, а мощность каждого ТЭНа будет равна 100 вт. При этом коэффициент нагрузки каждого ТЭНа будет равен 1. Надёжность и безопасность такой системы будет гораздо ниже, чем при последовательном соединении. Итак, как мы видим, лучше использовать ТЭНы большой мощности. Как правило, они имеют и большие размеры, что упрощает их крепление под дном теплицы. Дно теплицы желательно сделать металлическим (например, толстый алюминий) для равномерного распределения тепла по площади дна.
Тепловентилятор: в настоящее время можно приобрести много различных типов тепловентиляторов, но, к сожалению, все они малопригодны для использования в малых теплицах. Дело в том, что в качестве нагревательного элемента в них используется открытая спираль большой мощности (для эффективного нагрева). При этом воздух, прошедший через такую спираль, имеет высокую температуру, но очень плохой ионный состав (мёртвый воздух). Также возникает опасность перегрева отдельных частей теплицы при распределении воздушного потока внутри неё. Так же опасен такой вентилятор в пожарном отношении, т.к. при отказе самого вентилятора спираль сильно перегреется и перегорит, так что налицо и низкая надёжность устройства. Не помогает и последовательное соединение нескольких тепловентиляторов, т.к. при достижении необходимой низкой температуры спирали сами вентиляторы перестают вращаться и теплообмен становится практически нулевым. Можно самому доработать заводской тепловентилятор, разделив электроцепи вентиляторов и нагревательных элементов. При этом можно менять как частоту вращения вентилятора (с помощью добавочных сопротивлений или конденсаторов) для обеспечения необходимого воздушного потока, так и температуру нагревательного элемента (с помощью, например, тиристорного регулятора и т.д.) для согласования значений воздушного потока и температуры нагревательного элемента. Однако наилучший вариант, это самостоятельно изготовить тепловентилятор из комбинации малогабаритного вентилятора (для охлаждения электронных устройств) и спирального ТЭНа от электропечей (мощностью в 1 квт), имеющего значительно большую поверхность, чем открытая спираль той же мощности. Ещё больше увеличить поверхность теплообмена (тем самым понизив температуру ТЭНа) можно, поместив ТЭН между двумя металлическими пластинами с отверстиями. Необходимо подобрать расход воздуха и мощность ТЭНа таким образом, чтобы температура ТЭНа лежала в пределах 60-80 градусов. И ещё одно замечание. Необходимо устанавливать не мене двух тепловентиляторов, причём так, чтобы каждый из них смог один обеспечить необходимое количество тепла для обогрева всей теплицы в самое холодное время, а включать их надо оба сразу на пониженной мощности каждого Это необходимо на случай выхода из строя одного из них. Тогда можно отключить неработающий тепловентилятор, а второй возьмёт на себя всю нагрузку. Такое резервирование обеспечит высокую надёжность системы и минимальное время для устранения неисправности в холодное время года, когда нельзя оставлять теплицу без подогрева на длительное время.
|
Выше было отмечено, что нельзя осуществлять нагрев тепловентилятором сквозным путём, т.е. когда наружный холодный воздух проходит через тепловентилятор, поступает в теплицу и затем выходит наружу, т.к. при этом расходуется недопустимо большое количество электроэнергии. Выход состоит в том, чтобы при работе тепловентилятора воздух циркулировал между тепловентилятором и внутренним объёмом теплицы и лишь незначительная часть наружного воздуха вовлекалась в эту циркуляцию, и также лишь незначительная часть внутреннего воздуха выходила наружу. Как это сделать схематично показано на рисунке. Из рисунка видно, что регулируя высоту крышки можно регулировать соотношение между наружным и внутренним воздухом, участвующими в циркуляции. Из этого же рисунка видно, что теплицу не нужно на зиму особенно герметизировать (с помощью клейкой ленты и т.д.).
В летний тёплый период, когда тепловентилятор работает как вентилятор охлаждения, без подогрева, крышка вообще убирается для достижения максимального воздухообмена, а в теплице открываются дополнительные вентиляционные отверстия и тогда вентиляция осуществляется рактически сквозным путём.
Ещё одно замечание: желательно сделать регулировку воздушного потока вентилятора, чтобы иметь два режима. Малый для холодного времени года (чтобы уменьшить потери тепла) и большой – для тёплого времени года (для максимальной эффективности охлаждения).
Теперь несколько слов о лампах подсвечивания. В настоящее время существует два типа ламп, используемых для этой цели – газоразрядные лампы и лампы накаливания. Оба типа имеют свои как положительные, так и отрицательные качества. Основным типом газоразрядных ламп, используемых кактусоводами, являются дуговые люминесцентные лампы низкого давления (ЛБ, ЛД, ЛДЦ и т.д.). Они обладают высокой экономичностью, большим сроком службы, значительными размерами светящейся части (что необходимо для получения равномерной освещённости пространств теплицы), Их недостатки: небольшая мощность одной лампы (не более 80 вт), что вынуждает использовать для освещения большой площади несколько ламп одновременно; достаточно сложная пускорегулирующая система и, что самое главное, недостаточно равномерный спектр излучения (линейчатость). Но существуют и другие типы газоразрядных ламп, редко используемых кактусоводами. Это – дуговые ртутные люминесцентные высокого давления ДРЛ; дуговые ртутно-галогенные высокого давления – ДРИ, а также дуговые натриевые высокого давления – ДНаТ. Эти типы ламп обладают значительно большей светоотдачей (КПД, экономичностью), чем обычные трубчатые люминесцентные лампы (особенно ДРИ и ДНаТ); значительно более равномерным спектром; большой мощностью одной лампы (до 0ю8-1 квт);более простой пускорегулирующей аппаратурой. Особенно хорошо сочетаются лампы ДРИ (с преобладанием синих лучей) и ДНаТ (с преобладанием красно-оранжевых лучей). Их комбинация даёт спектр излучения, хорошо совпадающий со спектром поглощения хлорофилла. Недостаток этих ламп – малые размеры светящегося тела, что вызывает определённые трудности получения равномерного освещения поверхности в теплице. Выходом из этого положения является возможность перемещения ламп в плоскости потолка теплицы, т.е. в течение нескольких циклов освещения лампы занимают различные положения.
Теперь поговорим о лампах накаливания. Конечно, мы имеем в виду современные типы этих ламп – галогенные лампы. Ясно, что экономичность этих ламп значительно ниже, чем у всех видов газоразрядных ламп. Единственное их преимущество – это идеальный спектр излучения, близкий к естественному солнечному, а также простота включения. Два замечания по эксплуатации галогенных ламп: необходимость «мягкого» включения, т.е. плавного увеличения напряжения на лампе от нуля до номинального. Это значительно увеличит ресурс лампы. Во-вторых, поддержание напряжения на лампе в пределах номинального, т.к. уменьшение напряжения резко снижает световой поток и экономичность лампы, а увеличение напряжения также резко снижает её ресурс.
Исходя из вышесказанного кактусовод может выбрать подходящий ему источник света или их комбинацию, соответствующую его потребностям и экономическим возможностям. Добавлю, что если у кактусовода будет выбор: строить одну большую теплицу или две или более маленьких, то следует отдать предпочтение первому варианту, т.к. у большой теплицы больше тепловая инерция (она медленнее нагревается и медленнее остывает), она более экономичная, т.к. у неё больше отношение объёма к поверхности и, соответственно, меньше теплопотери. Также у большой теплицы относительно меньшие материалозатраты, а, значит, и меньшая стоимость. В силу своей тепловой инерции большая теплица более устойчива к выхолаживанию зимой или перегреву летом в случае отключения электричества.
Автор надеется, что эта статья поможет моим коллегам избежать грубых ошибок в конструировании и постройке теплицы круглогодичного наружного содержания кактусов и суккулентов.
Каталог 
