Как решить проблему плохой циркуляции воздуха в многопролетной теплице?
Плохая циркуляция воздуха приводит к перепадам температуры, влажности и уровня газов по всей теплице. В многопролетной теплице эту проблему может быть сложнее диагностировать, поскольку зоны выращивания взаимозависимы.
Прежде чем менять оборудование, стоит разграничить два понятия, которые часто путают. Вентиляция — это обмен воздуха между внутренним и наружным пространством, измеряемый в воздухообменах в час и обычно рассчитанный на 40–60 воздухообменов в час при пиковом летнем охлаждении и минимум около 1 воздухообмена в час зимой. Циркуляция — это внутреннее движение воздуха внутри помещения, измеряемое полнотой воздушного контура и рассчитанное примерно на 2 кубических фута в минуту на квадратный фут площади пола. В теплице может быть обеспечен достаточный обмен воздуха, но при этом оставаться застойные зоны, а также может наблюдаться интенсивное внутреннее перемешивание, но при этом происходить перегрев. Первым продуктивным шагом является диагностика того, какой из этих двух процессов неисправен.
Найдите место, где нарушается циркуляция воздуха.
Перед заменой оборудования необходимо выявить места со слабым и/или нестабильным движением воздуха. Диагностика позволит производителям скорректировать компоновку, устранить препятствия и решить, необходима ли механическая циркуляция.
Проверьте наличие зон застоя роста.
Сравните условия на уровне посевов, между рядами и у крыши. Теплые участки — это зоны со слабым движением воздуха. Ищите различия между внешними пролетами и центром. Если, например, ситуация с потоком воздуха часто меняется в одной области, это может быть проблема распределения потока, а не проблема вентиляционной мощности.
Практическое испытание представляет собой трехступенчатую проверку. Необходимо одновременно регистрировать температуру и влажность на уровне водосточного желоба, на уровне навеса и у пола как минимум в трех пролетах. Постоянное наличие теплого, влажного участка на уровне навеса при нормальных показаниях водосточного желоба свидетельствует о нарушении циркуляции. Изменение высоты всего пролета, соответствующее температуре наружного воздуха, указывает на нарушение вентиляции или несущей способности. Запись показаний в разное время суток позволяет отличить истинные проектные недостатки от переходных процессов.
Осмотрите вентиляционные отверстия и проемы.
Крыша и боковые отверстия должны обеспечивать беспрепятственный воздухообмен. Приток свежего воздуха в пространство для выращивания может снижаться из-за закрытых вентиляционных отверстий, неисправных механизмов, заблокированных отверстий или неправильной координации управления.
Осмотрите все вентиляционные секции, а не только одно вентиляционное отверстие. Проверьте эффективную площадь вентиляционных отверстий в процентах от площади пола: для естественной вентиляции обычно требуется не менее 15–20% площади пола в сумме с учетом кровельных и боковых отверстий, измеренных после ферм, механизмов и экранов. При недостаточной вентиляции в многопролетной теплице можно проверить схему вентиляции. производитель многопролетных теплиц .
Обратите внимание на физические барьеры.
Конструкции, экраны, перегородки и подвесное оборудование могут препятствовать циркуляции воздуха в плотно расположенных культурах. Даже при работающих вентиляторах и вентиляционных отверстиях эти барьеры могут создавать застойные зоны. По мере роста растений проверяйте правильность установки. Ограниченное воздушное пространство в зрелых растениях и оборудовании может стать проблемой.
Москитные сетки заслуживают особого внимания, поскольку их негативное воздействие измеримо: сетки, защищающие от насекомых, с пористостью от 25% до 53% снижают скорость вентиляции по мере уменьшения пористости, стандартная сетка обычно обходится в 10–20% меньше воздуха, чем незаблокированное отверстие, сетка с размером ячейки 75 меш снижает естественную вентиляцию примерно на 25% по сравнению с сеткой с размером ячейки 40 меш, а сетка с размером ячейки 50 меш и коэффициентом открытой площади 55% на отверстии площадью 100 м² пропускает воздух, эквивалентный лишь примерно 55–60 м². Теплоизоляционные и солнцезащитные сетки, оставленные частично закрытыми, оказывают аналогичное воздействие, и их легко упустить из виду.
Проверьте направление и положение вентилятора.
Вентиляторы должны создавать запланированный поток воздуха через посевы, а не перемещать большие объемы воздуха вокруг одной небольшой области.
Проверьте высоту, направление, расстояние между вентиляторами и последовательность их работы. Также учтите высоту растений и внутреннее оборудование, которое может блокировать поток воздуха. Цель состоит в уменьшении застойных зон без создания чрезмерных сквозняков. Для горизонтальных систем воздушного потока правило расчета составляет примерно 2 CFM производительности вентилятора на квадратный фут площади пола, или примерно 0,6 м³/мин на квадратный метр, при этом вентиляторы располагаются в линию так, чтобы выходной поток одного вентилятора подавался на вход следующего. Вентиляторы, наклоненные вниз или расположенные неравномерно, нарушают замкнутый контур и создают зоны рециркуляции, которые операторы обычно описывают как «воздух просто не доходит до дальнего конца».
Сравните условия по всей конструкции.
Анализируйте закономерности и делайте выводы на основе данных о температуре и влажности, собранных в разных местах. Измерения вблизи крыши, растительного покрова, стен и центра позволяют выявить различия, которые не были обнаружены при беглом осмотре.
Проводите измерения в разное время. Выявленные закономерности могут указывать на необходимость корректировки вентиляции или кровообращения.
Улучшение циркуляции воздуха за счет более эффективной координации системы.
Выявите слабые места и улучшите циркуляцию воздуха с помощью вентиляции, вентиляторов, изменения планировки и настроек управления. Цель состоит в том, чтобы гарантировать равномерное движение воздуха для роста растений, но при этом не создавать излишних сквозняков, теплопотерь или потребления энергии. Этот баланс должен быть достигнут в хорошо спроектированных многопролетных теплицах.
Улучшение естественного воздухообмена
Естественная вентиляция обеспечивает приток наружного воздуха в здание, в то время как теплый и влажный воздух удаляется из здания. Крышные и боковые отверстия могут работать одновременно, если они правильно расположены и управляются.
Не всегда увеличение размеров отверстий позволяет решить проблемы с циркуляцией воздуха. К другим факторам относятся направление воздушного потока и наличие препятствий внутри помещения. Комбинации отверстий также существенно различаются по эффективности: боковой приток в сочетании с вентиляционными отверстиями на крыше с наветренной стороны обеспечивает наибольший естественный поток — около 12,3 воздухообменов в час при скорости ветра 0,5 м/с, — в то время как варианты только с вентиляционными отверстиями на крыше и только с вентиляционными отверстиями с подветренной стороны показывают заметно худшие результаты. Если в доме есть коньковые вентиляционные отверстия, но нет нижнего притока для их подачи, увеличение хода вентиляционных отверстий не поможет.
Используйте циркуляционные вентиляторы стратегически.
Циркуляционные вентиляторы используются для циркуляции воздуха в помещениях, где обычные окна не могут обеспечить такую циркуляцию. Их следует располагать таким образом, чтобы обеспечить непрерывный поток воздуха через растения, а не зонированный. Режим работы вентилятора должен соответствовать плотности посадки растений, температуре, влажности и размеру теплицы.
Сначала составьте карту воздушных потоков: определите застойные зоны, прежде чем устанавливать оборудование.
Располагайте вентиляторы таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение воздушного потока: направляйте поток воздуха в слабочувствительные зоны.
Избегайте сильных сквозняков: сильный прямой поток воздуха может навредить чувствительным культурам.
Обеспечьте свободный доступ к проходам: уберите препятствия, блокирующие движение.
Расчет размеров в зависимости от площади пола: рассчитайте примерно 2 кубических фута в минуту на квадратный фут (около 0,6 м³/мин на м²) циркуляционной мощности.
Скоординированная вентиляция и охлаждение
Системы охлаждения и вентиляции должны обеспечивать согласованную подачу воздуха без конкуренции. Плохая координация может привести к слишком быстрому удалению кондиционированного воздуха и/или к невозможности циркуляции более холодного воздуха по всей площади посевов.
Это реальный риск для испарительных систем. Система охлаждения с вентилятором и охлаждающей подушкой рассчитана на эффективность смачиваемой подушки в 70–80%, что обеспечивает падение температуры примерно на 9 °F (5 °C) при общей эффективности системы около 80%, при этом подаваемый воздух поступает на 10–20 °F ниже температуры окружающей среды. Если вентиляционные отверстия на крыше открыты во время работы вентиляторов подушки, большая часть охлажденного воздуха уходит через конек, не достигая растений, и измеренная эффективность охлаждения резко падает, даже если все компоненты работают.
Планируйте последовательность операций, исходя из реальных условий. При проектировании многопролетной тепличной системы производитель многопролетных теплиц может помочь скоординировать вентиляцию, охлаждение и циркуляцию воздуха.
Настройте внутреннюю компоновку.
Правильное размещение культур, оборудование, пешеходные дорожки и перегородки могут улучшить циркуляцию воздуха. Не следует высаживать слишком много растений только потому, что есть место; необходимо оставлять пространство для движения воздуха между зонами выращивания. Обеспечьте беспрепятственный доступ к оборудованию и вентиляционным каналам. Иногда циркуляцию воздуха можно улучшить за счет изменения планировки, а не путем внесения существенных изменений.
Управление воздушным потоком между соединенными пролетами
В соединенных между собой теплицах могут возникать различные схемы циркуляции воздуха, если воздух не перемещается равномерно между секциями. Проверьте отверстия, ряды растений и внутреннее оборудование на каждой секции. Поддержание свободных путей циркуляции помогает предотвратить образование локальных зон повышенной температуры или влажности и позволяет вентиляторам более равномерно распределять воздух по всему производственному помещению.
Проверьте циркуляцию воздуха по соединенным пролетам.
В больших многопролетных теплицах воздух не всегда циркулирует равномерно. Различия в расположении вентиляционных отверстий, плотности посадки растений, внутреннем оборудовании и давлении могут привести к тому, что один пролет будет получать больший поток воздуха, чем другой.
Карта основных воздушных трасс
Определите, откуда поступает наружный воздух, откуда должен выходить теплый воздух и как воздух движется над посевами. Проверьте эти пути, когда растения достигнут ожидаемого размера во взрослом состоянии, поскольку густая посадка растений может значительно изменить поток воздуха.
Цель состоит в том, чтобы выявить участки, где воздух поступает к растениям, но не распределяется равномерно, или где воздух задерживается до выхода. Дымовой тест или измерение с помощью ручного анемометра на высоте растительного покрова преобразуют эти данные в карту, которую можно сравнить с предполагаемым контуром циркуляции воздуха, и производитель многопролетных теплиц должен быть в состоянии предоставить расчетный путь воздушного потока для этого сравнения.
Проверьте разницу давлений между зонами.
В больших смежных помещениях могут возникать различные условия давления при одновременной работе вентиляционных отверстий, вентиляторов или охлаждающего оборудования. Вентилятор в одной зоне может отводить воздух от другой зоны, вместо того чтобы улучшать общую циркуляцию.
Проверьте работу вентилятора совместно с кровельными и боковыми вентиляционными отверстиями, охлаждающим оборудованием и сетками. Система должна работать в комбинациях, создающих запланированный путь воздушного потока, а не конкурирующие движения воздуха. В случае нескольких пролетов и ступеней охлаждения последовательность работы вентилятора, вентиляционного отверстия и сетки должна быть скоординирована в рамках одной программы, которую производитель многопролетных теплиц может указать в качестве части логики управления.
Проверьте циркуляцию воздуха после изменений в росте растений.
По мере роста или увеличения плотности посадки растений поток воздуха может меняться. Оборудование, подвесные системы и опорные конструкции для растений также могут изменять первоначальный путь воздушного потока.
Поэтому после существенных изменений в посевах или добавления оборудования следует повторно проверять циркуляцию воздуха. Это поможет выявить новые застойные зоны до того, как они станут регулярной проблемой, связанной с температурой или влажностью. Следует ожидать, что объем свободного воздуха над растительным покровом и сопротивление горизонтальному потоку существенно изменятся по мере смыкания листвы, поэтому программу циркуляции следует перебалансировать в этот момент, а не в конце сезона.
Обслуживание вентиляторов и вентиляционного оборудования.
Некачественное техническое обслуживание может постепенно снижать эффективность циркуляции воздуха, даже если первоначальная система была спроектирована правильно. Очистите лопасти вентилятора, осмотрите двигатели, проверьте вентиляционные механизмы и удалите пыль или растительные остатки из отверстий. Регулярные проверки также помогают выявлять механические проблемы до того, как они снизят циркуляцию воздуха в важных зонах выращивания. Загрязненные сетки — особый случай: поскольку сетка уже в чистом состоянии снижает поток воздуха на 10–20%, загрязненная мелкоячеистая сетка может незаметно снизить его еще больше.
Автоматизация мониторинга и управления
Датчики и контроллеры могут регулировать работу вентиляторов, вентиляционных отверстий и охлаждающего оборудования в зависимости от изменения условий. В большой теплице следует использовать показания из нескольких зон выращивания, а не полагаться на один датчик.
Настройки управления должны соответствовать видам выращиваемых культур и условиям эксплуатации. Автоматическое управление также следует регулярно проверять, поскольку неисправный датчик или исполнительный механизм могут создавать проблемы с потоком воздуха, оставаясь незамеченными сразу.
Часто задаваемые вопросы
К распространенным причинам относятся недостаточная вентиляция, неправильное размещение вентиляторов, внутренние препятствия, густая посадка культур и плохо скоординированные климатические системы. Фактическую причину следует выявить до установки оборудования. На практике наиболее частыми конкретными неисправностями являются соотношение площади вентиляционного отверстия к площади пола ниже проектного базового значения в 15–20%, коньковые вентиляционные отверстия без нижнего входного отверстия, циркуляционный контур недостаточного размера по сравнению с правилом 2 CFM на квадратный фут, а также частично закрытые сетки или затеняющая ткань.
Нет. Вентиляторы могут улучшить циркуляцию воздуха, но они не могут компенсировать засоренные вентиляционные отверстия, плохие пути циркуляции воздуха или неподходящую конструкцию системы. Увеличение циркуляционной мощности в доме с недостаточной площадью вентиляционных отверстий повышает внутреннее перемешивание воздуха, не отводя тепло, и часто маскирует реальную проблему, увеличивая при этом эксплуатационные расходы.
Универсального значения не существует, поскольку требования зависят от размера, планировки, плотности посадки, климата и оборудования. Можно указать общую производительность: около 2 кубических футов в минуту на квадратный фут площади пола, примерно 0,6 м³/мин на квадратный метр, для горизонтального контура воздушного потока, плюс производительность вытяжного вентилятора, обеспечивающая требуемую скорость воздухообмена 40–60 воздухообменов в час при пиковом охлаждении. Размещение вентиляторов и охват воздушного потока имеют большее значение, чем просто увеличение их количества.
Измерьте температуру на трех высотах — в водостоке, навесе и на полу — в нескольких пролетах одновременно. Теплый, влажный участок, ограниченный уровнем навеса, в то время как показания водостока нормальные, указывает на проблему с циркуляцией и распределением воздуха. Равномерное повышение температуры по всему пролету, соответствующее погодным условиям, указывает на проблему с вентиляцией или конфигурацией вентиляционных отверстий.
Поскольку объем свободного воздуха над растениями и сопротивление горизонтальному потоку меняются по мере заполнения теплицы растениями, циркуляционная система, сбалансированная для пустого или молодого урожая, обычно оказывается недостаточной при полном росте растений, поэтому программу циркуляции обычно необходимо перебалансировать после того, как растения начинают расти, а также после любых существенных изменений во внутренней планировке.
Только косвенно, и это может усугубить ситуацию. Если вентиляционные отверстия на крыше остаются открытыми во время работы испарительной системы, охлажденный воздух выходит через конек, прежде чем достигнет растений, поэтому измеренная производительность падает значительно ниже 70–80% эффективности охлаждающей панели, на которую рассчитана система. Сначала исправьте путь воздушного потока, а затем оцените, действительно ли требуется дополнительная мощность охлаждения.
Хорошая циркуляция воздуха — это вопрос проектирования системы, а не просто проблема вентилятора. Предприятиям следует оценивать вентиляционные отверстия, внутренние препятствия, размещение вентиляторов, координацию охлаждения и системы контроля микроклимата как единую взаимосвязанную систему.
Важно помнить, что вентиляция и циркуляция — это разные величины с разными проектными целями: 40–60 воздухообменов в час в пиковый период для обмена воздуха и около 2 кубических футов в минуту на квадратный фут для внутреннего контура, — и что неисправность в одной из них нельзя устранить за счет мощности другой.
Опытный производитель многопролетных теплиц может помочь интегрировать эти элементы до монтажа и уменьшить проблемы с циркуляцией воздуха в дальнейшем. Для существующих конструкций целенаправленная корректировка может улучшить циркуляцию воздуха без замены каждого компонента.
