Почему в вашей многопролетной теплице слишком жарко? Причины и решения.

Высокие температуры могут ограничивать урожайность, увеличивать потребность в воде и затруднять регулирование микроклимата. Если в многопролетной теплице слишком жарко, причиной могут быть вентиляция, затенение, циркуляция воздуха, расположение оборудования или даже конструкция здания.

Первый шаг — количественный. Измерьте повышение температуры по сравнению с температурой окружающей среды и сравните его с заявленными характеристиками установленных систем. В хорошо спроектированном многопролетном доме одной лишь вентиляцией с частотой 40–60 воздухообменов в час должно быть достаточно, чтобы поддерживать внутреннюю температуру в пределах нескольких градусов от температуры наружного воздуха; после этого остается только затенение и испарительное охлаждение. Если наблюдаемое повышение температуры значительно больше, проблема заключается в недостаточной мощности или неисправности системы распределения, а не в погоде.

Определите основные причины чрезмерного парникового тепла.

Если требуется дополнительное охлаждение, определите источник нежелательного тепла и причину, по которой оно не отводится наружу. Правильная диагностика позволит решить реальную проблему, а не просто увеличить энерго- и эксплуатационные расходы без улучшения условий для растений.

Недостаточная вентиляция крыши

Естественное восходящее движение воздуха может происходить под крышей многопролетной теплицы, и тепло может накапливаться в ней. Это тепло может накапливаться на крыше, если вентиляционные отверстия слишком малы, расположены неудачно, заблокированы или недостаточно открыты. Ситуация усугубляется в периоды интенсивного солнечного света. В больших помещениях с боковой вентиляцией удаление горячего воздуха может быть недостаточным.

Определяющим фактором является соотношение площади вентиляционных отверстий и площади пола. Для того чтобы естественная вентиляция справлялась с пиковой тепловой нагрузкой, суммарная площадь отверстий на крыше и боковых стенках должна составлять не менее 15–20% от площади пола, измеренной как эффективная свободная площадь проема. Пересчет этого соотношения на многопролетный дом площадью 5000 м² дает примерно 750–1000 м² действительно открытой вентиляционной площади, при этом коньковые вентиляционные отверстия должны сочетаться с низкорасположенными притоками. Испытания различных комбинаций отверстий показывают, что боковой приток в сочетании с наветренными вентиляционными отверстиями на крыше обеспечивает наибольший естественный поток — около 12,3 воздухообменов в час при скорости ветра всего 0,5 м/с, — в то время как конфигурации только с вентиляционными отверстиями на крыше или только с вентиляционными отверстиями на подветренной стороне значительно отстают.

Проверьте вентиляционные отверстия на предмет достаточной открытости и отсутствия препятствий, а также окружающих зданий, экранов и оборудования, блокирующих надлежащую вентиляцию. Также следует проверить автоматические системы управления вентиляцией на предмет неправильных настроек температуры или механических неисправностей.

Ограниченное движение воздуха

Вентиляционные отверстия — это отверстия, которые обеспечивают вентиляцию, но не обязательно равномерную. Если поток воздуха не распределяется к центру или нижней части зоны выращивания, в зоне роста образуются зоны перегрева. Вентиляторы могут помочь циркулировать воздух внутри и минимизировать зоны застоя.

Расчет параметров внутренней циркуляции воздуха следует производить исходя из площади пола, а не наугад. Общепринятое эмпирическое правило для горизонтального воздушного потока гласит: примерно 2 CFM производительности вентилятора на квадратный фут площади пола, или около 0,6 м³/мин на квадратный метр, при условии, что воздух движется по замкнутому контуру через воздуховод. Это отдельный расчет от расчета мощности настенных вытяжных вентиляторов, обеспечивающих воздухообмен, и недостаточный расчет является наиболее распространенной причиной того, что в доме с видимой работающей вентиляцией все еще остаются зоны перегрева в центральных пролетах.

Их расположение должно быть частью непрерывного воздушного потока; не следует просто направлять воздух в одну точку. Недостаточный воздухообмен также может повышать уровень влажности при плотной посадке растений. Это важно для циркуляции воздуха не только как меры контроля температуры, но и для поддержания общей стабильности окружающей среды.

Чрезмерное поглощение солнечного тепла

Интенсивное солнечное излучение может быстро повышать температуру в теплице, особенно в часы пиковой солнечной активности. Количество тепла, поступающего в теплицу, зависит от покрытия, ориентации теплицы, затенения и местных солнечных условий.

Затенение — это мера снижения тепловой нагрузки, поэтому характеристики сетки следует выбирать, исходя из измеренного уровня излучения. Выбор сетки обычно выражается в процентах затенения, а для внутренних сеток — также в характеристиках отражения: отражающие алюминиевые сетки поддерживают температуру в теплице на 4–8 °C ниже, чем черная сетка с тем же номинальным процентом затенения, поскольку они отражают излучение обратно наружу, а не поглощают его и не излучают повторно в растения. Та же самая серия сеток, установленная в качестве энергосберегающей, также позволяет сэкономить 30–50% энергии на отопление в холодные периоды, поэтому передвижная отражающая сетка часто окупается вдвое.

Подвижные солнцезащитные экраны могут уменьшить теплопотери от солнечного излучения при необходимости, но чрезмерное затенение также может снизить полезное освещение. Поэтому затенение следует использовать в сочетании с вентиляцией и другими методами охлаждения. Следует отметить, что стеклянная крыша Venlo пропускает только 75–85% падающего света в сборе, еще до закрытия каких-либо экранов — поэтому стратегия использования экранов должна строиться на основе базовой светопропускаемости конструкции, а не на основе чистого солнечного излучения.

Холодопроизводительность не соответствует нагрузке

Охлаждающее оборудование должно соответствовать размерам многопролетной теплицы и местным условиям. Система недостаточной мощности может работать круглосуточно, но при этом не поддерживать желаемую температуру. Профессионал должен... производитель многопролетных теплиц можно оценить тепловую нагрузку до определения необходимого холодильного оборудования.

Здесь встречаются две распространённые ошибки. Первая — расчет мощности исходя из средней, а не пиковой тепловой нагрузки, что гарантирует дефицит мощности в расчетный день. Вторая — игнорирование того факта, что эффективность испарения конечна: системы с вентилятором и испарительными панелями рассчитаны на 70–80% эффективности увлажнения воздуха относительно разрежения по влажному термометру, поэтому при общей эффективности системы примерно в 80% достижимое падение температуры составляет около 9 °F (5 °C), а подаваемый воздух обычно поступает на 10–20 °F ниже температуры окружающей среды. В влажный день разрежение по влажному термометру уменьшается, поэтому та же система обеспечивает меньшую производительность — расчет необходимо проверять при локальном расчетном значении температуры влажного термометра, а не при пиковом значении температуры сухого термометра.

Это особенно важно для крупных сооружений, где несколько зон выращивания могут подвергаться различным условиям. Эффективность охлаждения также следует оценивать в самый жаркий период эксплуатации. Это оборудование будет хорошо работать в более прохладном климате, но не в пиковые периоды жары.

Проверьте, откуда поступает и куда накапливается тепло.

Перед установкой охлаждающего оборудования проверьте, откуда поступает тепло и где оно накапливается. В большой многопролетной теплице температура в разных пролетах может отличаться из-за ориентации крыши, плотности посадки растений, оборудования и циркуляции воздуха.

Проверьте площадь вентиляционного отверстия и наличие защитных сеток.

Фактическая площадь вентиляционного отверстия важнее, чем его размер на чертеже. Москитные сетки также могут ограничивать поток воздуха, особенно когда они загрязняются или забиваются.

Необходимо количественно оценить негативное влияние сетки, а не считать его несущественным. Испытания в аэродинамической трубе противомоскитных сеток с пористостью 25–53% показывают, что скорость вентиляции снижается по мере уменьшения пористости, поскольку сетка снижает коэффициент истечения воздуха через отверстие. На практике стандартная сетка снижает поток воздуха через отверстие на 10–20%; сетка с размером ячейки 75 меш снижает естественную вентиляцию примерно на 25% по сравнению со 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 свободного пространства.

Убедитесь, что вентиляционные отверстия на крыше и боковых стенках полностью открыты и что сетки чистые. Если сетки являются частью вентиляционных отверстий, при расчете размеров вентиляционной системы следует учитывать их сопротивление воздушному потоку.

Проверьте внутренние источники тепла.

Некоторое оборудование может дополнительно нагревать теплицу. Насосы, электродвигатели, осветительные приборы, отопительные трубы и электрооборудование могут увеличивать тепловую нагрузку, особенно в закрытых помещениях.

При исследовании зоны перегрева следует проверить расположение оборудования. Перемещение оборудования, выделяющего тепло, за пределы зоны выращивания, если это возможно, может снизить внутреннюю тепловую нагрузку.

Сравните температуру между пролётами.

Многопролётную теплицу не следует рассматривать как единую температурную зону. Сравнивайте показания с разных пролётов и зон выращивания, чтобы определить, где температура достигает максимума.

Если в одном месте постоянно жарче, проверьте вентиляционные отверстия, затенение, плотность посадки растений, оборудование и циркуляцию воздуха, прежде чем увеличивать мощность системы охлаждения для всего объекта. Полезным методом диагностики является одновременная регистрация показаний на уровне водосточных желобов, на уровне кроны и у пола в трех или более пролетах; теплая зона, сохраняющаяся на уровне кроны, в то время как показания на уровне водосточных желобов нормальные, указывают на проблему с циркуляцией воздуха, тогда как измерение температуры на всем пролете указывает на проблему с вентиляцией или тепловой нагрузкой.

Неправильные настройки климат-контроля

Однако, если элементы управления настроены неправильно, даже хорошая система никогда не сможет показать плохие результаты. Датчики могут быть размещены не в том месте, пороговые значения могут быть установлены слишком высоко, или оборудование может включаться слишком поздно. Изучите расположение датчиков и сравните показания датчиков для разных частей зоны выращивания. Условия в большой многопролетной теплице могут быть недостаточно точно отражены одним датчиком.

Также следует учитывать требования к условиям выращивания для настройки параметров управления. Установка температур, аналогичных тем, которые используются весной и летом, осенью и зимой может вызвать ненужный стресс и привести к перерасходу энергии. Вентиляция и регулировка зон защиты должны осуществляться поэтапно, а не с переключением: ступенчатая программа, при которой вентиляционные отверстия открываются постепенно, затем закрывается зонт, а затем запускается система зон защиты, позволяет избежать перерегулирования, которое неизбежно возникает при использовании одной заданной температуры в большом объеме воздуха.

Примените практические решения для снижения внутреннего тепла.

Планирование системы охлаждения следует проводить сразу после определения причины возникновения проблемы, а не путем замены одного элемента оборудования. Оптимальным вариантом является использование комбинации вентиляции, затенения, циркуляции воздуха, размеров тепличного оборудования и настроек управления в зависимости от условий эксплуатации теплицы.

Улучшить естественную вентиляцию

Если причиной перегрева является скопление воздуха, первым делом следует усилить эффективную вентиляцию. Крышные и боковые отверстия должны обеспечивать отвод горячего воздуха и приток холодного наружного воздуха. Убедитесь, что вентиляционные отверстия свободны, а механические компоненты регулярно проверяются.

Если вентиляционные отверстия автоматические, проверьте, работают ли датчики температуры в нужное время. Конструкция также является важным фактором. Вентиляцию и качество воздуха следует учитывать на этапе проектирования, а не как второстепенный вопрос для производителя многопролетных теплиц.

Добавить контролируемое затенение

В периоды сильной жары системы затенения могут ограничивать попадание прямых солнечных лучей в течение дня. Они очень удобны и могут использоваться в условиях прямого солнечного света, особенно в жаркую погоду. Система должна быть мобильной и не должна постоянно препятствовать проникновению света. Производители могут обеспечить больше тени в жаркие периоды дня и меньше тени в периоды лучшего освещения.

Используйте регулируемое затенение: изменяйте площадь покрытия в зависимости от количества солнечного света и потребностей культуры.

Избегайте постоянного сильного затенения: чрезмерное затенение может уменьшить количество полезного света.

Согласуйте с вентиляцией: затенение эффективнее, если горячий воздух также может выходить наружу.

Отслеживайте реакцию растений: корректируйте настройки, когда растения проявляют признаки теплового или светового стресса.

Увеличьте внутреннюю циркуляцию воздуха.

Циркуляционные вентиляторы можно использовать для перемещения воздуха в зоне, которая теплее, чем остальная часть теплицы. Они также могут уменьшить расстояние между верхней и нижней зонами выращивания. Расположение вентиляторов должно зависеть от планировки. Не создавайте изолированные схемы циркуляции воздуха, которые приводят к застою воздуха в центре. Рассчитывайте производительность контура примерно в 2 кубических фута в минуту на квадратный фут площади пола, что эквивалентно примерно 0,6 м³/мин на квадратный метр, и убедитесь, что воздух действительно поступает на дальнюю сторону каждого пролета, а не рассеивается в нескольких метрах от вентилятора.

Также необходимы регулярные проверки. Например, загрязненные детали или компоненты с поврежденными лопастями вентилятора или засоренным воздушным потоком могут привести к снижению производительности, которое не будет сразу заметно.

Обзор холодильного оборудования

Если вентиляция и затенение неэффективны, проверьте мощность и состояние системы охлаждения. Охлаждающее оборудование должно быть рассчитано на охлаждение пиковой тепловой нагрузки теплицы, а не средней тепловой нагрузки. При реализации коммерческого проекта следует учитывать количество зон выращивания, плотность посадки, укрытие, температуру наружного воздуха и предполагаемое время работы.

При проверке существующей системы пылеулавливающих панелей необходимо последовательно проверить четыре момента: полностью ли увлажнена вся поверхность панели, находится ли скорость потока в пределах, установленных производителем панели, обеспечивает ли панель 70–80% от доступного понижения температуры по влажному термометру и является ли расчетное значение температуры по влажному термометру реалистичным для данного участка. Система, которая соответствует всем четырем требованиям, но все еще не может поддерживать заданное значение температуры, действительно нуждается в увеличении мощности.

Предприятиям, занимающимся производством многопролетных теплиц, также следует выбирать оборудование, которое будет легко обслуживать и которое можно будет расширять. Сложные в обслуживании системы могут привести к длительным простоям в важный период выращивания растений.

Обновление мониторинга и автоматизации

Раннее выявление проблем, связанных с температурой, может помочь в их решении. Можно определить зоны роста, а время начала повышения температуры можно установить с помощью датчиков, размещенных в соответствующих местах.

Затем систему автоматизации можно запрограммировать на открытие или закрытие вентиляции, затенения и вентилятора, а также на включение системы охлаждения при определенных условиях. Это позволит свести к минимуму необходимость ручной регулировки при изменении погодных условий.

Мониторинг не должен использоваться в качестве замены физического осмотра. Состояние и использование оборудования и окружающей среды также следует регулярно проверять, поскольку датчики могут давать ложные показания, смещаться или выходить из строя.

Часто задаваемые вопросы

Открытые вентиляционные отверстия могут не обеспечивать достаточный приток воздуха для теплицы такого размера. Неправильное расположение вентиляционных отверстий, слабое движение воздуха, сильный солнечный свет или недостаточное охлаждение также могут привести к перегреву. Проверьте эффективное соотношение площади вентиляционных отверстий к площади пола, сравнив его с базовым расчетным значением 15–20%, убедитесь в наличии ветроприемных отверстий, которые можно соединить с выходными отверстиями на коньке, и вычтите 10–20% (или больше для мелкоячеистой сетки) на противомоскитную сетку, прежде чем делать вывод о достаточности вентиляционных отверстий.

Обычно летом максимальная скорость охлаждения составляет около 40–60 воздухообменов в час, а для контроля влажности зимой — около 1 воздухообмена в час. Если в жаркий день в доме показания кондиционера значительно ниже нижнего предела, ограничивающим фактором является мощность или распределение вентиляции, а не само охлаждающее оборудование.

Затенение может уменьшить теплопотери от солнечного излучения, но обычно оно должно сочетаться с вентиляцией и регулированием воздушного потока. Чрезмерное затенение может уменьшить количество света, доступного для растений. Передвижной отражающий экран является лучшим вариантом, если необходимо как охлаждение, так и сохранение тепла зимой, поскольку тот же экран, который поддерживает температуру в теплице на 4–8 °C ниже, чем аналогичный черный экран, также возвращает 30–50% тепловой энергии, когда закрыт ночью.

Системы с мокрыми площадками рассчитаны на 70–80% разрежения по влажному термометру. При общей эффективности системы около 80% практическое падение температуры составляет примерно 9 °F (5 °C), а подаваемый воздух обычно достигает растений на 10–20 °F ниже температуры окружающей среды. Площадка, которая производит значительно меньше, обычно недостаточно увлажнена, работает выше номинальной скорости потока или позволяет воздуху обходить поверхность площадки.

Используйте вентиляторы производительностью около 2 CFM на квадратный фут площади пола, что составляет примерно 0,6 м³/мин на квадратный метр, и расположите их таким образом, чтобы воздух двигался по замкнутому контуру внутри навеса, а не в изолированных зонах. Это отдельная система, дополняющая вытяжные вентиляторы, которые обеспечивают необходимый воздухообмен.

Одновременно регистрируйте температуру и влажность на уровне водосточного желоба, навеса и пола в нескольких пролетах при открытых вентиляционных отверстиях. Если показания на всем пролете совпадают с показаниями наружных условий, это указывает на проблему с вентиляцией или нагрузкой. Постоянное наличие теплого участка на уровне навеса при нормальных показаниях водосточного желоба свидетельствует о проблеме с циркуляцией и распределением воздуха.

Перегрев теплицы обычно является результатом взаимодействия нескольких факторов, а не одной изолированной неисправности. Прежде чем вкладывать средства в серьезные изменения, предприятиям следует оценить вентиляцию, теплопотери от солнечного излучения, циркуляцию воздуха, мощность системы охлаждения и настройки управления.

Сравнивая эти показатели с опубликованными проектными значениями, можно получить измеримые результаты: эффективная площадь от вентиляционного отверстия до пола составляет 15–20%, в пиковый период воздухообмен составляет 40–60 в час, потери из-за использования сетки — 10–20%, циркуляционная способность — около 2 кубических футов в минуту на квадратный фут, а эффективность нагревательных элементов — 70–80%, что приводит к снижению температуры примерно на 9 °F. Какой бы из этих показателей ни не соответствует текущим требованиям, именно его следует исправлять в первую очередь.

Правильный выбор конструкции у надежного производителя многопролетных теплиц может предотвратить многие проблемы с регулированием температуры с самого начала. Для существующих конструкций систематическая проверка и целенаправленная модернизация могут создать более стабильную среду, избегая при этом ненужного оборудования и эксплуатационных расходов.