Воздушные режимы теплиц в теплый период года Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ

УДК 697: 725

БОДРОВ МИХАИЛ ВАЛЕРЬЕВИЧ, канд. техн. наук, [email protected]

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет,

6Q395Q, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65

ВОЗДУШНЫЕ РЕЖИМЫ ТЕПЛИЦ В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА

Экспериментально на моделях теплиц получены аэродинамические коэффициенты, необходимые для определения интенсивности естественного воздухообмена в теплый период года. Аналитическим методом исследовано влияние гравитационного и ветрового давлений и приведены количественные значения величин кратностей воздухообме-нов при различных режимах эксплуатации теплиц и направлений ветра.

Ключевые слова: теплицы, естественный воздухообмен в теплый период года, аэродинамические коэффициенты, гравитационное давление, ветровое давление.

BODROV, MIKHAIL VALERJEVICH, Cand. of tech. sc., [email protected]

Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering,

65 Ilyinskaya st., Nizhny Novgorod, 6Q395Q, Russia

AIR MODES IN HOTHOUSES DURING THE WARM PERIOD OF YEAR

Aerodynamic factors for determining the intensity of natural air exchange during warm period of year have been experimentally obtained on hothouses models. Influence of gravitational and wind pressure has been analyzed and quantitative values of frequency rates sizes of air exchanges have been resulted at various modes of hothouses operation and wind directions.

Keywords: hothouses, natural air exchange during warm period of a year, aerodynamic factors, gravitational pressure, wind pressure.

Естественные способы вентиляции теплиц (организованное проветривание, активная шахтная вентиляция) осуществляются за счет гравитационно-

© М.В. Бодров, 2011

го и ветрового давлений. Анализ влияния наружных факторов на воздухообмен показал, что необходим учет изменения направления ветра, его скорости, сочетания наружной температуры и скорости ветра, распределения аэродинамических коэффициентов на поверхности сооружения. Известные работы по экспериментальному исследованию аэродинамических характеристик зданий основаны на аэродинамических испытаниях моделей [1]. Они позволяют определять аэродинамические характеристики на основе уравнений подобия. Полученные аэродинамические характеристики относятся к зданиям и с некоторыми допущениями могут быть приняты аналогами для ангарных и блочных теплиц. Исследования [1, 2, 3] показали, что аэродинамические характеристики зданий с фонарями мало зависят от формы кровли, а определяются их общими размерами, шириной и высотой фонарей. Поэтому полученные расчетные формулы могут быть использованы и для треугольных фонарей, под которыми в нашем случае следует понимать шатры теплиц.

Однако отсутствие апробированных практикой экспериментальных данных по аэродинамическим коэффициентам не позволяет получать аналитическими методами достоверные результаты расчета интенсивности возду-хообменов в теплицах различной конфигурации в теплый период года.

Для определения расхода воздуха через конструктивные элементы ограждений и фрамуг необходимо знать распределение давлений изнутри и снаружи теплицы. Среди методов построения эпюр давления на ограждении при расчете теплиц наиболее удобными могут быть метод избыточных давлений [4] и метод фиктивных давлений [2]. Этими методами возможно выполнить расчет интенсивностей воздухообменов и их кратностей в теплицах при совместном действии ветрового и гравитационного давлений.

Для изучения организации принципов проветривания в блочных и ангарных теплицах были осуществлены аэродинамические испытания геометрически подобных им моделей в аэродинамической трубе. Испытания проводились в лаборатории кафедры «Отопление и вентиляция» ННГАСУ.

Испытанные модели блочных и трехзвенных теплиц выполнены с учетом требований теории подобия для возможности переноса полученных аэродинамических коэффициентов на натурные объекты. Скорость воздушного потока на рабочей площадке аэродинамической трубы ув = 9,0 м/с. При температуре воздуха ^ = 16,4 °С (плотность рв = 353/(273 + 16,4) = 1,22 кг/м3) динамическое давление потока составляло рд = 1,22 (9,0)2/2 = 49,4 Па. Аэродинамический коэффициент су,7 в 7-й точке равен су. = рс. /рд = 2рс. /рвУв2. Места

расположения точек измерений и направлений обдува моделей блочной теплицы приведены на рис. 1.

Важным обстоятельством при определении аэродинамических коэффициентов, согласно исследованиям Э.И. Реттера [1], является вывод, что аэродинамические коэффициенты, полученные при испытаниях сложных моделей, равны коэффициентам таких же моделей с открытыми проемами.

Характер работы аэрационных фрамуг теплиц (приток-вытяжка) определяется значениями аэродинамических коэффициентов суЛ (+) или (—) в проеме при открытом положении фрамуг.

26 25 24 23 22

27"

28"

29-

30'

31,

16

15

21'

20'

18.

17.

19

141312 1110

В

3 2 1

17

18

19

20 21

36 35 34 33 32

4 В|

сечения

^ уклоны

-3» движение

воздуха

Рис. 1. Места расположения точек измерений и направлений обдува модели блочной теплицы

Для каждой из боковых сторон модели блочной теплицы при различных направлениях обдува получены общие распределения и конкретные значения в точках измерений аэродинамических коэффициентов, позволяющие построить общие и конкретные эпюры (примеры общей эпюры коэффициентов сУ7-в различных сечениях теплицы приведены на рис. 2, а конкретные, в зависимости от направлений ветра для каждой из боковых поверхностей модели, - на рис. 3). Положительные значения коэффициентов (+) отложены вне контура модели, отрицательные значения (—) - внутри контура. Для трехзвенной модели теплицы эпюры аэродинамических коэффициентов (сул) качественно не отличаются от эпюр давлений для моделей блочных теплиц.

Расчеты воздухообменов при совместном воздействии гравитационного и ветрового давлений показали: при воздухообмене под действием гравитационных сил (при скорости ветра ув < 0,5 м/с) в каждом звене теплицы формируются самостоятельные области циркуляции внутреннего воздуха. Приточный воздух поступает в теплицу через нижнюю часть аэрационного проема, а внутренний с высокой температурой и относительной влажностью удаляется через верхнюю часть. Регулирование количества подаваемого и удаляемого воздуха проводится установкой фрамуг на угол открытия р.

При открытых двух фрамугах кратность воздухообмена увеличивается в блочной теплице (до 1,6 раза). Однако следует иметь в виду, что увеличение воздухообмена происходит в основном в верхней подкровельной части теплицы и практически не изменяется в рабочей зоне на высоте 1,5 м от почвы. При общем проветривании теплицы целесообразно открывать фрамуги лишь с одной стороны.

8

Рис. 2. Пример формирования эпюр аэродинамических коэффициентов при обдуве модели блочной теплицы

С 26 25 24 23 22

Суг-

' 21 20 19 18 1"

-1,0

-0,5 б о 0,5 1,0

31 30 29 28 27

Рис. 3. Коэффициенты сУі при направлении ветра на боковую поверхность (В):

а - наветренная сторона (точки 36-32); заветренная сторона (точки 26-22); б -по длине модели теплицы (точки 31-27 и 21-17)

/

\

При одностороннем открытии фрамуг и различных разностях температур воздуха (в - ,н) и скоростях наружного воздуха Ун проведена аналитическая оценка воздухообменов в блочной теплице по т.п. 810-99 за счет ветрового ру и гравитационного р, давлений при углах открытия фрамуг от 10 до 25°. Полученные значения кратностей воздухообменов п, ч-1, и расходов воздуха, м3/ч (рис. 4), до проведения дополнительных специальных исследований могут быть приняты за основу расчета воздушного режима таких теплиц в теплый период года.

ОООО ООО ООО о

1 I I I I I I I I I I I I

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

Кратность, 1/ч

Рис. 4. Кратности воздухообменов и расходы воздуха под действием Др и Ару.

---при Ун = 0 м/с;.при Ун = 5,0 м/с

Для осуществления эффективной аэрации при различных направлениях ветра необходимо выбрать положение определенных групп фрамуг. При направлении ветра параллельно коньку теплицы целесообразно открывать фрамуги во всех звеньях теплицы, а при перпендикулярном коньку теплицы или под углом 45° - оставлять открытыми фрамуги только в средней трети теплиц. Открывать фрамуги с наветренной стороны не рекомендуется.

Площадь сечения вытяжного отверстия (проема) ¥, м2, при известном воздухообмене Ь, м3/ч, определяется по общеизвестной формуле:

F = цЬ /3600Л/2?Др7р7.

Значения коэффициента расхода воздуха ц через проем в ограждении в зависимости от изменения давления, площади проема и его формы колеблются в сравнительно небольших пределах ц = 0,6-0,7.

Наибольшая сложность для поддержания требуемой температуры внутреннего воздуха в теплый период года возникает при безветрии, когда аэрация осуществляется только за счет гравитационного давления Др. Для активизации интенсивности аэрации используют дополнительные конструктивные

устройства в виде вытяжных шахт. Регулирование производительности систем активной аэрации осуществляется путем изменения размеров вытяжных отверстий. Расчет аэрации теплиц с шахтами площадью вытяжных отверстий /ш\ = 1,5, /ш2 = 3,0, /ш3 = 6,0 м2 проводился при температурах наружного воздуха = 15 и 25 °С.

Аэродинамические коэффициенты для моделей однозвенной остекленной теплицы (ООТ) и трехзвенной остекленной теплицы (ТОТ), полученные в результате продувки теплиц, приведены в таблице.

Аэродинамические коэффициенты для модели однозвенной и трехзвенной теплицы

Варианты шахты Вид теплицы

ООТ ТОТ

Аэродинамические коэффициенты

Технологический проем, суі Вытяжная шахта, сvш Технологический проем, суі Вытяжная шахта, сvш

I І,5 м2 0,5б -0,42 0,б2 -0,34

II 3,0 м2 0,5б -0,42 0,б2 -0,34

III б,0 м2 0,5б -0,42 0,б2 -0,34

Для случаев безветрия возможна установка осевого вентилятора в вытяжной шахте. При включении вентилятора заборное отверстие вытяжной шахты, предназначенное для осуществления естественной аэрации, закрывается шторой. Производительность вентилятора следует подбирать из условия недопущения повышения подвижности воздуха в теплице более і,9 м/с по требованиям агробиологии.

Выводы

Для получения отсутствующих апробированных практикой методов расчета интенсивности воздухообменов в теплицах в теплый период года проведены аэродинамические испытания геометрически подобных блочных и трехзвенных моделей. Получены аэродинамические коэффициенты для наветренной и заветренной сторон и треугольных шатровых покрытий при отсутствии и наличии вытяжных шахт для различных направлений и скоростей обдува моделей. Рекомендованы количественные значения кратностей возду-хообменов в зависимости от направлений обдува теплиц и открытия фрамуг относительно направления ветра.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Реттер, Э.И. Архитектурно-строительная аэродинамика / Э.И. Реттер. - М. : Стройиз-дат, і984. - 294 с.

2. Батурин, В.В. Основы промышленной вентиляции / В.В. Батурин. - М. : Профиздат, І9б5. - б08 с.

3. Талиев, В.Н. Аэродинамика вентиляции / В.Н. Талиев. - М. : Стройиздат, І979.

4. Каменев, П.Н. Вентиляция / П.Н. Каменев, Е.И. Тертичник. - М. : АСВ, 2008. - біб с.