CC BY
1
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
Научная статья УДК 629.7.048.7
DOI: 10.24412/2227-9407-2024-12-47-58 EDN: VSTLVU
Результаты экспериментальных исследований работы активной подпочвенной системы теплоаккумуляции зимней теплицы
Максим Юрьевич Попов
Донской государственный аграрный университет, Персиановский, Россия 19тахт95@таИ ги, https://orcid.org/0000-0Q01-5551-9422
Аннотация
Введение. Эффективное теплоснабжение культивационных сооружений в холодный период года - это актуальная задача исследования. Применение тепловых аккумуляторов в зимних теплицах показало положительный эффект, однако наблюдалось значительное количество недостатков.
Материалы и методы. В статье представлены материалы экспериментального исследования разработанной конструкции активной подпочвенной системы движения и распределения тепловых потоков для эффективного теплоснабжения в зимний период.
Результаты. В тексте статьи описан процесс сборки подпочвенной системы и показана спецификация материалов. С учетом всех необходимых требований к эффективному теплоснабжению был разработан и построен экспериментальный образец теплицы с подпочвенным тепловым аккумулятором.
Обсуждение. Работает система отопления следующим образом: в дневное время фотоэлектрические модули (ФЭМ) вырабатывают электроэнергию, которая подзаряжает блок аккумуляторов (АКБ). После зарядки АКБ энергия направляется контроллером на ТЭН бака нагревателя. Для принудительного движения жидкости по замкнутому контуру используются циркуляционные насосы, которые перекачивают жидкий теплоноситель через все водяные контуры. Тем самым подогревают нижние слои песчано-гравийной засыпки теплового аккумулятора и выполняют функции тепловой завесы. В то же время нагревается бетонная плита от солнечного излучения, тепло передается в верхние слои ПГЗ. Поскольку гряды стоят на бетонной плите, нижние слои почвы косвенно нагреваются. Часть тепла расходуется на подогрев воды для полива.
Заключение. Днем система накапливает тепловые потоки в бетонной плите и песчано-гравийной засыпке (ПГЗ). Экспериментально установлено, что для роста зелени при отсутствии солнечного излучения (ночь) необходимо обеспечить теплицу минимальным количеством тепла.
Ключевые слова: автономное энергоснабжение, движение тепловых потоков, исследование теплового аккумулятора, особенности теплового аккумулятора, теплоснабжение теплиц
Благодарности: автор статьи выражает благодарность руководству Азово-Черноморского инженерного института ФГБОУ ВО «Донской ГАУ» в г. Зернограде за предоставление материально-технической базы института для проведения научных исследований.
Финансирование: работа финансировалась за счет средств АНО «Агентство инноваций Ростовской области» при выполнении проекта «Круглогодичная, автономная экотеплица с системой обогрева почвы от солнечной энергии» в рамках коммерчески ориентированных научно-технических проектов молодых ученых «Студенческий Стартап (очередь II)».
© Попов М. Ю., 2024
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if ТРГНМП!nfiiFS FI РГТШГЛ! РПШРМРМТ^^^^^^Ч^Ч^^
lyvmlvmiii^ electrical technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx
Для цитирования: Попов М. Ю. Результаты экспериментальных исследований работы активной подпочвенной системы теплоаккумуляции зимней теплицы // Вестник НГИЭИ. 2024. № 12 (163). С. 47-58. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-12-47-58. EDN: VSTLVU.
Introduction. Efficient heat supply of cultivation structures during the cold period of the year is an urgent research task. The use of heat accumulators in winter greenhouses showed a positive effect, but a significant number of shortcomings were observed.
Materials and methods. The article presents the materials of an experimental study of the developed design of an active subsoil system of movement and distribution of heat flows for efficient heat supply in winter. Results. The text of the article describes the process of assembling the subsurface system and shows the specification of materials. Taking into account all the necessary requirements for efficient heat supply, an experimental model of a greenhouse with a subsurface heat accumulator was designed and built.
Discussion. The heating system works as follows: during the daytime, photovoltaic modules (PVM) generate electricity, which recharges the battery pack (B). After charging the B, the energy is sent by the controller to the heating element of the heater tank. Circulation pumps are used to force the liquid to move along a closed circuit, pumping the liquid coolant through all water circuits. Thus, they heat the lower layers of sand and gravel backfill of the heat accumulator and perform the functions of a thermal curtain. At the same time, the concrete slab is heated by solar radiation, the heat is transferred to the upper layers of the subsurface heat accumulator. Since the ridges are on a concrete slab, the lower layers of the soil are indirectly heated. Part of the heat is spent on heating water for irrigation. Conclusion. During the day, the system accumulates heat flows in a concrete slab and sand and gravel backfill (SGB). It has been experimentally established that for the growth of greenery in the absence of solar radiation (night), it is necessary to provide the greenhouse with a minimum amount of heat.
Key words: autonomous power supply, movement of heat flows, study of heat accumulator, features of heat accumulator, heat supply of greenhouses
Acknowledgments: the authors of the article express their gratitude to the management of the Azov-Black Sea Engineering Institute of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Donskoy SAU in Zerno-grad for providing the material and technical base of the institute for conducting scientific research.
Funding: the work was financed by the ANO «Agency of Innovations of the Rostov Region» during the implementation of the project «Year-round, autonomous eco-greenhouse with a soil heating system from solar energy» within the framework of commercially oriented scientific and technical projects of young scientists «Student Startup (stage II)».
For citation: Popov M. Yu. Results of experimental studies of the work of the active subsoil heat accumulation system of the winter greenhouse // Bulletin NGIEI. 2024. № 12 (163). P. 47-58. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-12-47-58. EDN: VSTLVU.
Results of experimental studies of the work of the active subsoil heat accumulation system of the winter greenhouse
Maksim Yu. Popov
Don State Agrarian University, Persianovsky, Russia [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5551-9422
Abstract
Введение
ником света и тепла которого является солнечное излучение. Малогабаритные теплицы быстро нагреваются и быстро остывают. Это обусловлено неплотностью покрывного материала, его большой
Теплоснабжение теплиц в зимний период -актуальная проблема. Так как теплица - это сложное архитектурное сооружение, основным источ-
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
площадью покрытия, толщиной и рядом других факторов. Большая часть тепла в световой период дня утилизируется через форточки при проветривании, а его можно накопить и использовать в ночное время, что привет к значительной экономии энергоресурсов.
Цель - экспериментально исследовать прототип теплицы с активной подпочвенной системой теплоаккумуляции и доказать эффективность её использования в зимний период.
Задачи исследования:
1. Экспериментально доказать эффективность применения активной подпочвенной системой теп-лоаккумуляции.
2. Проверить возможность совместной работы системы теплоснабжения и активной подпочвенной системы теплоаккумуляции в холодный период года.
Определены факторы, прямо влияющие на внутренний микроклимат в теплице:
1) температура окружающего воздуха;
2) плотности трамбовки и влажность ПГЗ;
3) температура контуров теплоснабжения, скорость потока;
4) глубина промерзания внешнего грунта.
Эксперимент проводился в г. Зернограде Ростовской области, в период с ноября по март 2023-2024 гг. Климат умеренно континентальный, с теплой зимой и жарким летом.
Материалы и методы
Теплоаккумулирующая система [1; 2; 3]:
1) котлован размером 8*4 м глубиной 0,5 м, скважины водоснабжения глубиной 30 м;
2) изоляция внутреннего объёма ПГЗ пенопо-лиэстиролом. Весь котлован теплоизолирован от внешнего грунта;
3) нижний слой ПГЗ засыпан на высоту 150 мм сверху теплоизоляционного материала и плотно утрамбован;
4) нижние тепловые контуры выложены улиткой и закреплены на металлической сетке, длина контура не более 100 м, диаметром трубы 16 мм;
5) второй теплоаккумулирующий слой толщиной 250 мм, материал плотно уложен и утрамбован;
6) верхние тепловые контуры выложены улиткой и закреплены на металлической сетке, длина контура не более 100 м, диаметр трубы 16 мм;
7) бетонная плита (приемник тепла и обогреватель) толщиной 100 мм залита поверх контуров теплоснабжения (рис. 1 и 2) [2; 3; 4].
Рис. 1. Монтажная схема расположения металлопластиковых труб в ПГЗ и бетонной плите Fig. 1. Installation diagram of the arrangement of metal-plastic pipes in the PGZ and concrete slab Источник: рисунок разработан автором в Компас 3D в процессе исследований
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
Рис. 2. Активная подпочвенная система теплоаккумуляции (в разрезе): 1 - несущая конструкция; 2 - система водоотвода; 3 -теплоизолирующий материал; 4 - бетонные сваи; 5 - контур теплоснабжения; 6 - бетонная плита; 7 - внешний грунт Fig. 2. Active subsoil heat accumulation system (in section): 1 - supporting structure; 2 - drainage system; 3 - heat-insulating material; 4 - concrete piles; 5 - heat supply circuit; 6 - concrete slab; 7 - external soil Источник: рисунок разработан автором в Компас 3D в процессе исследований
В отличие от системы напольного отопления предлагаемая активная подпочвенная система тепло-аккумуляции представляет собой 4 контура теплоснабжения на разных глубинах ПГЗ. Верхние контуры активно нагревают бетонную плиту и теплоакку-мулирующий слой, а нижние выполняют роль тепловой завесы, не дают тепловым потокам обогревать внешний грунт. Это позволяет динамично регулировать температуру внутри теплицы при резких изменениях температуры окружающей среды [1; 2].
Количество тепловой энергии, которую получит массив почвы в грядках, когда почва контактирует с бетонной плитой, определяется выражением
[1; 2; 3]:
2д = Ш= 1 ( <2 д +!Т= Ь, (1)
где <д - количество теплоты, приходящее на поверхность почвы, Дж; < ^ - количество теплоты от г-го контура теплоснабжения, Дж; Р] - площадь теплого пола, м2; - теплопроводность теплоаккуму-лирующего материала, Вт/(м°С); <5у - толщина теп-лоаккумулирующего материала, м; - разность между показателями температуры почвы, ПГЗ и бетонной плиты, °С.
Из приведенного выражения (1) следует, что максимальную энергоэффективность активной подпочвенной системы, обеспечивающей тепловой энергией теплицу, возможно достичь при минимальных потерях тепла. В связи с этим есть ряд условий, которые должны учитываться как при установке, так и в процессе эксплуатации системы [1; 4; 5].
1. При монтаже системы необходимо свести к минимуму теплопотери в почвенном массиве, окружающем конструкцию, путем тщательной тепло- и гидроизоляции боковых и нижних слоев почвы по всему периметру теплицы [7; 8].
2. Засыпать ПГЗ мелкой фракции послойно с уплотнением. При увеличении плотности тепловой поток эффективней передается от частицы к частице. При правильном монтаже весь объём ПГЗ прогревается быстро и равномерно [2; 9; 10].
3. Монтировать тепловые контуры послойно, на указанном расстоянии [11].
4. Поверх теплоаккумулирующего материала ПГЗ залить бетонную стяжку 100 мм, она обеспечит механическую защиту, оградит попадание влаги и равномерно распределит тепло во всей площади пола [11; 12; 13].
5. Периодичность подачи теплоносителя. В зависимости от динамики изменения температуры снаружи теплицы увеличивается или уменьшается скорость подачи теплоносителя. В случае снижения температуры окружающей среды теплоноситель в первую очередь подается в верхние контуры. После равномерного прогрева теплоноситель подается на нижние контуры теплоснабжения.
Учтя все вышеперечисленные условия, разработан и построен прототип системы теплоаккуму-ляции. На рисунке 4 изображён поэтапный процесс строительства активной подпочвенной системы теплоаккумуляции для малогабаритной теплицы [14; 15].
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
3 4
Рис. 3. Процесс монтажа экспериментального образца активной подпочвенной системы теплоаккумуляции: 1 - теплоизоляция от внешнего грунта, засыпка нижнего слоя ПГЗ; 2 - монтаж труб теплоснабжения (первый контур); 3 - монтаж труб теплоснабжения (второй контур); 4 - комплекс гряд Fig. 3. Installation process of an experimental sample of an active underground heat storage system: 1 - thermal insulation from the outer soil, backfilling of the lower layer of the PGZ; 2 - installation of heat supply pipes (first circuit); 3 - installation of heating pipes (second circuit); 4 - ridge complex Источник: фото сделаны автором в процессе исследований
Процесс создания подпочвенной тепловой системы включал в себя следующие этапы [1]:
1. Теплоизоляционным материалом принят пеноплекс фундамент со средней плотностью от 29,0 до 33,0 кг/м3, плотностью на сжатие при 10 % линейной деформации не менее 0,27 Па и коэффициентом теплопроводности при (25±5) °С, равном 0,032 Вт/м°С.
2. Пеноплекс вертикально монтировался по периметру котлована, швы герметизировали монтажной пеной во избежание мостиков холода. На дно котлована монтировались горизонтально, с уплотнением в местах стыка, стыки герметизировались монтажной пеной. Засыпку осуществляли с последующей трамбовкой (рисунок 3, 1). Монтаж теплового контура осуществлялся на кладочную металлическую сетку, шагом 200^200 мм с фиксацией трубы.
3. Поверх контура производилась засыпка ПГЗ с последующим механическим уплотнением (рисунок 3, 2).
4. Для прокладки контуров теплоснабжения использовалась металлопластиковая труба D = 20 мм, S = 2 мм, L < 70 м. Смонтирована улиткой, по тепло-распределению улитка предпочтительнее змейки, поскольку обеспечивает равномерное распределение тепла по бетонной плите и ПГЗ [1; 2; 3; 4; 7].
5. Основной объём активной подпочвенной системы теплоаккумуляции засыпан гранитовым щебнем фракцией 20-40 мм. Используется не только при производстве бетона, но и для изготовления железобетонных конструкций и дорожных покрытий в местах высокой транспортной нагрузки. Общий объём ПГЗ составил более двадцати тонн.
6. Сверху верхнего слоя ПГЗ смонтированы верхние контуры теплоснабжения, по аналогии с нижними. Сверху основных контуров теплоснабжения залита бетонная плита объёмом 3,2 м3, толщина плиты 100 мм (рисунок 3, 3). В углах и по центру теплоаккумулирующей системы смонтированы технологические шахты, для контроля состояния тепловых контуров и засыпки.
1
2
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
7. Грядки выполнены из металлического уголка 30 мм, сварены секциями, в короб секции по размеру вставлен плоский шифер и зафиксирован саморезами. = 12 м2, Угрунта = 4,8 м3 (рисунок 3, 4) [5; 6; 7]. Расположены на бетонной плите, по центру теплицы.
8. Прототип размещен с запада на восток. Поликарбонатом на юг, а утепленной стеной на север. Площадь покрытия 8покр. поликарб. = 44 м2. Толщина поликарбоната 8 мм. Северная стена состоит из металлического профиля 60 мм, обшита снаружи профнастилом. В середине утеплена каменной ватой, внутри теплицы обшита влагостойкой ОСБ [1; 5; 6; 7; 8].
Для испытания экспериментального образца выбран осенне-зимне-весенний период, когда снижается солнечная активность и температура. Экспе-
римент проходил с конца октября по конец сентября в г. Зернограде Ростовской области.
Фиксировалась температура бетонной плиты инфракрасным пирометром, показания с толщи ПГЗ снимались в технологических шахтах по углам и в центре с помощью датчиков температуры [15; 20]. Показания с этих термодатчиков усреднялись и сверялись с данными из других шахт для получения объективной информации. С сентября по ноябрь активная подпочвенная система функционирует самостоятельно, без подключения системы отопления. С конца ноября по апрель работает совместно с системой отопления, с мая по июнь -самостоятельно. Показания датчиков и ИК-пирометра дублировались спиртовыми термометрами. Обработка полученных данных проводилась в программе Microsoft Excel.
Резервный источник теплоснабжения
сшэ 11
Основной источник теплоснабжения
Система управления «Smart»
m
СЕ-
Ш
-ЧЯ
ш
Накопитель тепла (Емкость для полива)
Sri
ttttt
0
0
4
7
5
3
Рис. 4. Схема энергоснабжения автономной теплицы с системой теплоаккумуляции: 1 - основной источник теплоснабжения (бак-накопитель с нагревательным элементом); 2 - подпочвенная система теплоснабжения; 3 - контур теплоснабжения по периметру теплицы, 4 - накопитель тепла, емкость для полива теплой водой; 5 - система управления переключения источниками теплоснабжения; 6 - циркуляционные насосы; 7 - резервный источник теплоснабжения Fig. 4. Power supply diagram of an autonomous greenhouse with a heat accumulation system: 1 - main heat supply source (storage tank with heating element); 2 - underground heat supply system; 3 - heat supply circuit along the perimeter of the greenhouse, 4 - heat storage tank, tank for watering with warm water; 5 - heat supply source switching control system; 6 - circulation pumps; 7 - backup heat supply source Источник: рисунок разработан автором в процессе исследований
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
Результаты
Параметры окружающей среды в этот период года достаточно сильно изменяются в течение дня, недели и месяца. В связи с этим необходимо отслеживать показания снаружи теплицы ^^ и относительную влажность, фНВ1 % [9; 10]. На юге Ростовской области средняя температура в январе -0,8 °С. Иногда бывает резкое снижение температуры, что может привести к негативным последствиям в теплице, поэтому необходимо сразу поднять температуру теплоносителя или использовать резервный автономный источник обогрева [19; 20]. Для зелени и микрозелени температура внутри теплицы должна поддерживаться от +12 до +18 °С [1; 2; 7; 11; 12]. Так как почва имеет достаточно большой массив, необходимо следить за температурными показателями грунта внутри грядок.
Грядки установлены на бетонной плите, контролировать температуру грунта возможно нагревом бетонной плиты [7; 13; 14]. А именно регулировкой температуры теплоносителя в контурах теплоснабжения, скоростью движения теплоносителя и количеством подключенных контуров и интенсивности полива почвы СП0Л, кг/м2.
Процесс теплоснабжения разделен на дневной и ночной. Днем ФЭМ вырабатывают электроэнергию, которая распределяется на нагреватель и блок АКБ, после зарядки аккумуляторов вся энергия перенаправляется на нагревательный элемент 1. Циркуляционные насосы перемещают жидкий теплоноситель по контурам теплоснабжения 2-3, нагревая
нижний слой тепловой завесы. Вместе с генерацией электрической энергии солнечное излучение попадает в теплицу через светопрозрачное ограждение и нагревает бетонную плиту, грядки и конструкцию. Поскольку тепловой поток стремится в сторону наименьшей температуры, то он направлен в активную подпочвенную систему теплоаккумуляции [17; 18] Также почва в грядках и металлические опоры накапливают дополнительное тепло. В теплице смонтирован дополнительный контур теплоснабжения 3, располагается по периметру теплицы на высоте 50 см от пола, он создает эффект тепловой чаши. Он также обогревает ёмкость для полива 4 (рисунок 4).
Днем активная подпочвенная система тепло-аккумуляции накапливает тепловую энергию от солнечного излучения. В случае резких перепадов температуры в холодное время года, в темное время суток, если система справляться не будет, 7 резервный источник обогреет теплицу [7; 15].
В ходе экспериментального исследования теплицы зимой получены следующие данные, представленные на рисунках 5 и 6.
Температура окружающей среды зимой в Зернограде варьируется 1нв. = -10,3...9,8 °С, летом ^ = 18,7.38 °С.
Эксперимент показал, что лучистый тепловой поток эффективно аккумулируется в активной подпочвенной системе, проходя через все слои теплового аккумулятора. Система показала стабильную работу, которая способна поддерживать оптимальный микроклимат в теплице в холодный период года.
Рис. 5. Результаты термометрии теплицы ночью с системой теплоаккумуляции и без нее Fig. 5. Results of greenhouse thermometry at night with and without a heat accumulation system Источник: график построен автором на основе полученных экспериментальных данных
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
«
a. -
35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
-15,0 -20,0
V ' У = it - Е К)\' 1 4Е- 15 \5 " l,2561xJ + 157(144 Xs _ >Е+09х! f2E+14x 1Е+1Х ♦
V ♦ ♦ ♦
■ \ > • ♦Л » 1 ж
* v т *_1 / • »• • ♦ * % L * L Г
»6 ■ « ■ ♦ 9 uv * * - ■ .*• ■ *. ■
/ к ■ %'и х - ■ ■ * " >н : .4 ■ ■ V
,0г^- -JOI^ ф *т ь в да* * и у* i ■ гся>*
■ Щ ■
у = -2Е -1 Ох6 + 6Е -05х - ».»«Эх4 + 4II905X3 - 1Е+10х; + ЗЕ+14х - 2Е+18
► Температрура в теплицы в дневной период с системой теплоаккумуляции
■ Температура в теплицы в дневной период БЕЗ системы теплоаккумуляции
Дата
Рис. 6. Результаты термометрии теплицы днем с системой теплоаккумуляции и без нее Fig. 6. Results of greenhouse thermometry during the day with and without a heat accumulation system Источник: график построен автором на основе полученных экспериментальных данных
Анализ рисунков 5 и 6 показал, что в теплице поддерживается стабильная температура, вне зависимости от изменений внешней температуры.
Обсуждение
Взяты за основу дневной и ночной периоды, когда присутствует и отсутствует солнечное излучение, главный источник теплоснабжения. Эксперимент показал, что активная подпочвенная система теплоснабжения поддерживает температуру в теплице в среднем на 8 градусов. Данная зависимость видна при солнечном излучении и без него. Установлена и доказана эффективность использования подпочвенного теплового аккумулятора [7; 15; 16].
Оптимальный режим эксплуатации теплицы:
1. Начало посадки растений в сентябре, когда достаточно теплая погода на юге Ростовской области, теплица функционирует без системы отопления. Происходит активный запас тепловой энергии в верхние слои системы теплоаккумуляции. Теплица активно проветривается, полив умеренный.
2. В октябре температура окружающей среды снижается в ночной период, система теплоаккуму-ляции достаточно прогрета, теплица функционирует самостоятельно, без системы отопления. В вечернее время увеличивается период досветки. Теплица активно проветривается, полив умеренный.
3. В ноябре начинает функционировать система отопления, в ночной период, днем теплица обогревается солнечным излучением. Растения до-свечиваются утром и вечером, проветривание сни-
жается, водоподготовка и полив остаются прежними.
4. В декабре солнечная активность снижается, ее недостаточно для поддержания оптимальных параметров микроклимата. Оставшиеся растения убираются, и наступает этап технологических работ (замена или рыхление грунта, удаление плесени, обеззараживание теплицы серными и табачными шашками, очистка всех поверхностей).
5. С середины января теплица начинает функционировать, количество солнечного излучения увеличивается. Однако энергии достаточно только для некоторых элементов, например бокса рассады. Он изолирован и имеет собственную мини-систему обогрева и досветки.
6. С февраля теплица работает в штатном режиме, февраль схож с ноябрем по солнечной активности.
7. Март идентичен по солнечной активности и температурному режиму с октябрем, а апрель - с сентябрем.
8. С мая по август температура окружающей среды значительно повышается, солнечная активность растет, теплица активно проветривается. Излишки электрической энергии используются для электрификации уличного освещения и других малых потребителей.
Заключение
Определено, что средняя температура окружающего воздуха в октябре-ноябре 2023 года со-
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
ставляет днем 13 °С, ночью 7,3 °С, в декабре-январе 2023-2024 годов днем 2,8 °С, ночью 1,3 °С, со скачками до -17 °С ночью и -14 °С днем. Экспериментально выявлено, что средняя температура воздуха в теплице в течение ноября-января 2023-2024 годов составляет утром 10 °С, а вечером 15 °С. Для выращивания зеленых овощных растений в темное время суток в зимний период года необходимо ежечасно обеспечить малогабаритное сооружение 5 кВтч тепловой энергии. В декабре и январе планируются профилактические работы. Вся выработанная элек-
троэнергия перенаправлена в зону рассады. Учитывая длительность солнечного излучения в этот период, идентифицируют ее как 10 часов зарядки. Было выявлено, что подпочвенный тепловой аккумулятор за счет дневного накопления тепла обеспечивает ночью 2,2 кВтч тепловой энергии, аккумулирование тепла в конструкциях теплицы оценивается значением 1,6 кВтч; недостающую тепловую энергию вырабатывает электронагреватель, смонтированный в баке-накопителе и питаемый от АКБ заряженных в светлое время суток.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Yudaev I. V., Seregin A. A., Popov M. Yu. [et al.]. Design of an active subsurface system thermal energy supply to the bio-vegetation complex // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2023. V. 1138, № 1. P. 012020. DOI 10.1088/1755-1315/1138/1/012020. EDN WEPYCJ.
2. Андреев С. А., Загинайлов В. И. Управление энергетическими потоками в системах комбинированного электроснабжения объектов АПК // Агроинженерия. 2021. № 6 (106). С. 68-73. DOI 10.26897/2687-1149-20216-68-73. EDN YKRMJK.
3. Yudaev I. V., Popov M. Y., Seregin A. A. [et al.]. Balance of heat flows in autonomous bio-vegetation complex as basis for its design // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Zernograd, Rostov Region, 27-28 августа 2020 года. Zernograd, Rostov Region, 2021. P. 012036. DOI 10.1088/1755-1315/659/1/012036. EDN ZCLNKR.
4. Zaginaylov V., Mamedov T., Stushkina N. [et al.]. Improving reliability of power supply facilities in agro-industrial sector // E3S Web of Conferences : International Scientific Conference «Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East» (AFE-2022), Tashkent, Uzbekistan, 25-28 января 2023 года. V. 371. Tashkent, Uzbekistan: EDP Sciences, 2023. P. 03041. DOI 10.1051/e3sconf/202337103041. EDN ZRIEUR.
5. Кирин И. Г. Патент № 2817421 C1 РФ, Способ стабилизации теплового режима в теплице и устройство для его реализации / заявл. 29.09.2023 : опубл. 16.04.2024. EDN KGLFEU.
6. Попов М. Ю. Патент № 2799060 C1 РФ, Теплица с обогревом почвы солнечной энергией / заявл. 13.10.2022: опубл. 03.07.2023. EDN OMGDQA.
7. Zhang Ch., Yang Q., Yang L. [et al.]. Experimental investigation and life-cycle cost analysis of a multi-pipe array heat storage system using phase-change materials for solar greenhouse heating // Journal of Enhanced Heat Transfer. 2023. V. 30, № 8. P. 121-140. DOI 10.1615/jenhheattransf.2023049508. EDN JDWCKH.
8. Wan X., Xia T., Li Y. [et al.]. Study on a novel water heat accumulator below the north roof in Chinese solar greenhouse: System design // Applied Thermal Engineering. 2023. V. 234. P. 121316. DOI 10.1016/j.applthermaleng.2023.121316. EDN CUDNQV.
9. Смирнов П. А., Тихонова А. В. Опытно-аналитическое определение критических температурных точек теплицы // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 4 (68). С. 98-105. DOI 10.12737/2073-0462-2023-98-105. EDN ARPPWM.
10. Ergashev Sh. H., Fayziev T. A., Tilavov Yu. S. [et al.]. Mathematical modeling of greenhouse-livestock complex heated by solar and bioenergy sources // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. V. 1070, № 1. P. 012031. DOI 10.1088/1755-1315/1070/1/012031. EDN YVWXBZ.
11. Savytskyi M., Bordun M., Danishevskyy V. Accumulation of solar energy to heat greenhouses // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: 15, Dnipro, 27-29 мая 2020 года. Dnipro, 2020. P. 012013. DOI 10.1088/1757-899X/985/1/012013. EDN DBGRPW.
12. Burdenkova E. Y. Evaluation of the Efficiency of Daily Accumulation in Heat Supply of a Greenhouse and Vegetable Plant from Condensing Power Plants and Nuclear Power Plants // 2020 International Multi-Conference on
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nízirs fi ргтшгд! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
lyvmlvmiii^ ele ct km cal technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2020, Vladivostok, 06-09 октября 2020 года. Vladivostok, 2020. P. 9271132. DOI 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271132. EDN PGSSOS.
13. Rasakhodjaev B. S., Boboeva M. O., Dilishatov O. U. [et al.]. Calculation specifics in the study of solar greenhouses with thermal energy accumulator in mind // Ensuring Sustainable Development in the Context of Agriculture, Energy, Ecology and Earth Science (ESDCA-III-2023) (IOP conference series: earth and environmental science). 14-18 марта 2023 года. V. 1212, 2023. P. 12041. DOI 10.1088/1755-1315/1212/1/012041. EDN MVOJSE.
14. Wu X., Li Y., Jiang L. [et al.]. A systematic analysis of multiple structural parameters of Chinese solar greenhouse based on the thermal performance // Energy. 2023. V. 273. P. 127193. DOI 10.1016/j.energy.2023.127193. EDN EPRIUD.
15. Meng F., Chu Qi. Heat storage and release performance experiment of externally hung phase change solar greenhouse in severe cold regions of Northeast China - Taking Fuxin City as an example // Journal of Energy Storage. 2023. V. 58. P. 106411. DOI 10.1016/j.est.2022.106411. EDN QLTINO.
16. Безруких П. П., Темеров А. В. Разработка и реализация энергоэффективных решений с использованием возобновляемых источников энергии для индивидуального домохозяйства // Вестник Московского энергетического института. 2023. № 6. С. 88-96. DOI 10.24160/1993-6982-2023-6-88-96. EDN RYQSKW.
17. Борщев Н. О. Определение эффективной тепловой проводимости тепловых аккумуляторов методами параметрической идентификации // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024. № 1 (766). С. 101-109. DOI 10.18698/0536-1044-2024-1-101-109. EDN MXDXAA.
18. Chen X., Golyanin A. Design of a Heat Exchanger - a Heat Energy Accumulator With an Oscillating Coil for Heating Hot Water With a Capacity of 25 kW // Bulletin of Science and Practice. 2022. V. 8. № 8. P. 309-316. DOI 10.33619/2414-2948/81/33. EDN GBRVVG.
19. Boboev S. M., Eshmatov M. M., Aitmuratov B. Calculation and experimental study of water distributor of stratification heat accumulator of solar heating system // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2022. № 3 (88). P. 129-137. EDN MYELVA.
20. Касымбеков Р. А. Энергосберегающая теплица для малых хозяйств и приусадебных участков // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2021. № 23-2. С. 143-148. DOI 10.26160/2474-5901-2021-23143-148. EDN MXZLGC.
Дата поступления статьи в редакцию 27.09.2024; одобрена после рецензирования 30.10.2024;
принята к публикации 31.10.2024.
Информация об авторе:
М. Ю. Попов - кандидат технических наук, преподаватель 1 категории, факультет среднего профессионального образования, Spin-код: 2415-3833.
REFERENCES
1. Yudaev I. V. Popov M. Y., Seregin A. A. [et al.]. Proektirovanie aktivnoj podzemnoj sistemy teplosnab-zheniya biorastitel'nogo kompleksa [Design of an active subsurface system thermal energy supply to the biovegetation complex], Seriya konferencij IOP: Nauki o Zemle i okruzhayushchej srede [IOP Conference Series: Earth and Environmental Science], 2023, Vol. 1138, No. 1, pp. 012020, DOI 10.1088/1755-1315/1138/1/012020, EDN WEPYCJ.
2. Andreev S. A., Zaginailov V. I. Upravlenie energeticheskimi potokami v sistemah kombinirovannogo el-ektrosnabzheniya ob"ektov APK [Management of energy flows in combined power supply systems of agricultural facilities], Agroinzheneriya [Agricultural engineering], 2021, No. 6 (106), pp. 68-73. DOI 10.26897/2687-1149-2021-668-73, EDN YKRMJK.
3. Yudaev I. V., Popov M. Y., Seregin A. A. [et al.] Balans teplovykh potokov v avtonomnom biorastitel'nom komplekse kak osnova yego proyektirovaniya [Balance of heat flows in autonomous bio-vegetation complex as basis for its design], Seriya konferentsiy IOP: Nauki o Zemle i okruzhayushchey srede [IOP Conference Series: Earth and Environmental Science], Zernograd, Rostov Region, Zernograd, Rostov Region, 2021, P. 012036, DOI 10.1088/17551315/659/1/012036, EDN ZCLNKR.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
4. Zaginaylov V., Mamedov T., Stushkina N. [et al.] Povysheniye nadezhnosti ob"yektov elektrosnabzheniya agropromyshlennogo kompleksa [Improving reliability of power supply facilities in agro-industrial sector], E3S Web of Conferences : Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya «Fundamental'nyye i prikladnyye nauchnyye issledo-vaniya v razvitii sel'skogo khozyaystva na Dal'nem Vostoke» [E3S Web of Conferences : International Scientific Conference «Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East» (AFE-2022)] Tashkent, Uzbekistan, Vol. 371, Tashkent, Uzbekistan: EDP Sciences, 2023, pp. 03041.
5. Kirin I. G. Patent No. 2817421 C1 RF. Sposob stabilizatsii teplovogo rezhima v teplitse i ustroystvo dlya yego realizatsii [Method of stabilizing the thermal regime in a greenhouse and a device for its implementation], za-yavl. 29.09.2023, opubl. 16.04.202, EDN KGLFEU
6. Popov M. Yu. Patent No. 2799060 C1 RF. Teplitsa s obogrevom pochvy solnechnoy energiyey [Greenhouse with soil heating by solar energy] zayavl, 13.10.2022, opubl. 03.07.2023, EDN OMGDQA.
7. Zhang Ch., Yang Q., Yang L. [et al.]. Experimental investigation and life-cycle cost analysis of a multi-pipe array heat storage system using phase-change materials for solar greenhouse heating, Journal of Enhanced Heat Transfer, 2023, Vol. 30, No. 8, pp. 121-140, DOI 10.1615/jenhheattransf.2023049508, EDN JDWCKH.
8. Wan X., Xia T., Li Y. [et al.]. Study on a novel water heat accumulator below the north roof in Chinese solar greenhouse: System design, Applied Thermal Engineering, 2023, Vol. 234, P. 121316, DOI 10.1016/j .applthermaleng.2023.121316, EDN CUDNQV.
9. Smirnov P. A., Tikhonova A. V. Opytno-analiticheskoye opredeleniye kriticheskikh temperaturnykh tochek teplitsy [Experimental and analytical determination of critical temperature points of a greenhouse], Vestnik Ka-zanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan State Agrarian University], 2022, Vol. 17, No. 4 (68), pp. 98-105, DOI 10.12737/2073-0462-2023-98-105, EDN ARPPWM.
10. Ergashev Sh. H., Fayziev T. A., Tilavov Yu. S. [et al.]. Matematicheskoye modelirovaniye teplichno-zhivotnovodcheskogo kompleksa, obogrevayemogo solnechnymi i bioenergeticheskimi istochnikami [Mathematical modeling of greenhouse-livestock complex heated by solar and bioenergy sources], Seriya konferentsiy IOP: Nauki o Zemle i okruzhayushchey srede [IOP Conference Series: Earth and Environmental Science], 2022, Vol. 1070, No. 1, P. 012031, DOI 10.1088/1755-1315/1070/1/012031, EDN YVWXBZ.
11. Savytskyi M., Bordun M., Danishevskyy V.Nakopleniye solnechnoy energii dlya obogreva teplits [Accumulation of solar energy to heat greenhouses], Seriya konferentsiy IOP: Materialovedeniye i inzheneriya [IOP Conference Series: Materials Science and Engineering], May 27-29, 2020, Dnepr, P. 012013, DOI 10.1088/1757-899X/985/1/012013, EDN DBGRPW.
12. Burdenkova E. Y. Otsenka effektivnosti nakopleniya Daylo v teplosnabzhenii teplits i ovoshchevodcheskikh predpriyatiy ot kondensatsionnykh elektrostantsiy i atomnykh elektrostantsiy [Evaluation of the Efficiency of Daily Accumulation in Heat Supply of a Greenhouse and Vegetable Plant from Condensing Power Plants and Nuclear Power Plants], Mezhdunarodnaya mul'tikonferentsiya po promyshlennomu proyektirovaniyu i sov-remennym tekhnologiyam 2020, FareastCon 2020 [International multi-conference on industrial design and modern technologies 2020, FareastCon 2020], Vladivostok, October 06-09, 2020, Vladivostok 2020, pp. 9271132, DOI 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271132, EDN PGSSOS.
13. Rasakhodjaev B. S., Boboeva M. O., Dilishatov O. U. [et al.] Osobennosti rascheta studii solnechnykh teplits s uchetom akkumulyatora teplovoy energii [Calculation specifics in the study of solar greenhouses with thermal energy accumulator in mind], Obespecheniy ustoychivogo razvitiya v kontekste sel'skogo khozyaystva, energetiki, ekologii i nauki o zemle (ESDCA-III-2023) (Seriya konferentsiy IOP: nauki o zemle i ekologii) [Ensuring sustainable development in the context of agriculture, energy, environmental and earth sciences (ESDCA-III-2023) (IOP conference series: earth and ecology sciences)], Volume 1212, 2023, P. 12041, DOI 10.1088/1755-1315/1212/1/012041, EDN MVOJSE.
14. Wu X., Li Y., Jiang L. [et al.]. A systematic analysis of multiple structural parameters of Chinese solar greenhouse based on the thermal performance, Energy, 2023, Vol. 273, pp. 127193, DOI 10.1016/j.energy. 2023.127193, EDN EPRIUD.
15. Meng F., Chu Qi. Heat storage and release performance experiment of externally hung phase change solar greenhouse in severe cold regions of Northeast China - Taking Fuxin City as an example, Journal of Energy Storage, 2023, Vol. 58, pp. 106411, DOI 10.1016/j.est.2022.106411, EDN QLTINO.
57
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
electrical technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
16. Bezrukikh P. P., Temerov A. V. Razrabotka i realizatsiya energoeffektivnykh resheniy s ispol'zovaniyem vozobnovlyayemykh istochnikov energii dlya individual'nogo domokhozyaystva [Development and implementation of energy efficient solutions using renewable energy sources for individual households], Vestnik Moskovskogo energet-icheskogo instituta [Bulletin of the Moscow Energy Institute] 2023, No. 6, pp. 88-96, DOI 10.24160/1993-6982-20236-88-96, EDN RYQSKW.
17. Borshchev N. O. Opredeleniye effektivnoy teplovoy provodimosti teplovykh akkumulyatorov metodami parametricheskoy identifikatsii [Determination of the effective thermal conductivity of heat accumulators using parametric identification methods], Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye [News of higher educational institutions. Mechanical engineering], 2024, No. 1 (766), pp. 101-109, DOI 10.18698/0536-1044-2024-1-101109, EDN MXDXAA.
18. Chen X., Golyanin A. Design of a Heat Exchanger - a Heat Energy Accumulator With an Oscillating Coil for Heating Hot Water With a Capacity of 25 kW, Bulletin of Science and Practice, 2022, Vol. 8, No. 8, pp. 309-316, DOI 10.33619/2414-2948/81/33, EDN GBRVVG.
19. Boboev S. M., Eshmatov M. M. Raschetno-eksperimental'naya studiya vodoraspredelitelya stratifikatsion-noy teplovoy batarei solnechnykh sistem vodoochistki [Calculation and experimental study of water distributor of stratification heat accumulator of solar heating system], Vestnik Volgogradskogo avariyno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura [Bulletin of the Volgograd Emergency Construction University. Series: Construction and architecture], 2022, No. 3 (88), pp. 129-137, EDN MYELVA.
20. Kasymbekov R. A. Energosberegayushchaya teplitsa dlya malykh khozyaystv i priusadebnykh uchastkov [Energy-saving greenhouse for small farms and household plots], Journal of Advanced Research in Technical Science, 2021, No. 23-2, pp. 143-148, DOI 10.26160/2474-5901-2021-23-143-148, EDN MXZLGC.
The article was submitted 27.09.2024; approved after reviewing 30.10.2024; accepted for publication 31.10.2024.
Information about the author: M. Yu. Popov -Ph. D. (Engineering), 1st category teacher, faculty of secondary vocational education, Spin-code: 2415-3833.
