Рис. 50. Влияние покрытия теплицы на поступление солнечного

света

Рис. 51. Некоторые экономичные формы теплиц

5. АККУМУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И СОЗДАНИЕ ЕЕ ЗАПАСОВ

Обычная оранжерея или теплица при большой поверхности застекленного ограждения плохо аккумулирует солнечную энергию, прежде всего из-за неудовлетворительных характеристик ее теплоизоляции и герметизации. Для поддержания температуры, необходимой для роста растений, требуется дополнитель-64

ная энергия на отопление. Например, обычная оранжерея или теплица, функционирующая круглый год, расходует примерно в 10 раз больше энергии, чем небольшой индивидуальный дом.

Теплица, заглубленная в жилую квартиру, имеет естественную защиту с одной, а нередко и с трех сторон. Теплопотери в жилых помещениях частично используются теплицей. При рациональном строительстве в качестве теплоаккумулятора может использоваться масса, которая содержится в конструкции наружной стены жилого здания. В теплице имеются благоприятные возможности для аккумулирования и создания запасов тепловой энергии, что весьма важно в условиях сурового северного климата Финляндии.

5.1. Аккумулирование тепловой энергии

5.1.1. Влияние увеличения теплоаккумулирующей массы. Влияние теплоаккумулирующей массы на температуру воздуха в теплице и на утилизацию солнечной энергии можно Легко выявить путем сравнения двух теплиц (рис. 52). В одной из этих теплиц (рис. 52, а) не имеется теплоаккумулирующей массы, во второй теплице (рис. 52,6) теплоаккумулирующая способность увеличена в результате возведения задней стенки теплицы из кирпича или бетона. В теплице, не имеющей теплоаккумулирующей массы, наблюдается сильное колебание температуры воздуха днем и ночью. При этом максимальная температура примерно в 15 ч, а самая низкая — ранним утром, перед восходом солнца. При размещении теплоаккумулирующей массы в теплице разность между дневной и ночной температурами воздуха значительно уменьшается — ночная температура повышается, а дневная снижается. В ночное время теплоаккумулирующая масса отдает теплоту, накопленную днем, а днем она служит охладителем, т. е. поглощает теплоту. Эту теплоаккумулирующую массу лучше было бы назвать теплокомпенсато-ром. В теплице, имеющей такую массу, время достижения максимальной температуры сместилось на 2—3 ч. Более равномерное распределение температуры в теплице в разное время суток существенно улучшает условия для роста растений, а также увеличи-. ваетее эксплуатационные возможности.

Слишком жолодмо

Проаерить с помощыо системы

в

ООО]

15"

24

300

12

24 6

Время суток

18 24

6 12 18 24 в

Рис. 52. Влияние добавки тепло-аккумулирующей массы на температуру в теплице (Хельсинки, солнечньЛ день в апреле) а —без массы; б —с добавкой массы; в — интенсивность солнечного излучения (кривая на рисунках представляет результат обработки данных моделирования по программе «SPIEL); / — температура в теплице; 2 — наружная температура; 3 — температура массы

5.1.2. Размещение теплокомпенсатора в теплице и квартире. Солнечнее излучение проникает сквозь прозрачное покрытие теплицы и попадает на стены и пол, а при направленном излучении — на потолок. Главным образом от цвета этих поверхностей зависит, какая доля поступающей солнечной энергии поглощается и какая — отражается. Темные поверхности хорошо поглощают коротковолновое излучение и мало отражают, светлые действуют наоборот, зеркальные поверхности отражают почти весь падающий на них свет.

Тепловая энергия, образующаяся из поглощаемого солнечного излучения, частично передается теплоак-кумулйрующей масСе, а остающаяся часть переходит от поверхности массы к другим поверхностям и оттуда посредством конвекции — в воздух, повышая одновременно температуру воздуха (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Формы теплопередачи в помещении [27]

Поверхность

Пол

Стена

Потолок

Излучение (длинноволновое),

%

54 60 70

Рис. 53. Температура в теплице солнечного дома «Ауринкопиртти-тало» (сплошная линия) и снаружи (штриховая линия) в г. Лай-киа в 1981—1982 гг. (типовой дом по проекту фирмы «Экосо-лар»)

Puc. 54. Влияние цвета на поглощение коротковолнового солнечного излучения [3]

/—черный; 2 —красный и синий; 5 —желтый; 4 —белый; 5 — зеркало

30°

Отраженное солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию только в том случае, если оно падает на поверхность какого-либо предмета или строительной конструкции. Если материал, на который поступает отраженное излучение, характеризуется низкой теплоаккумулирующей способностью или низкой теплопроводностью (например мебель, дощатые стены и т. п.), то он нагревается весьма быстро, и теплота переходит в воздух, в результате чего может произойти его перегрев, с которым приходится бороться с помощью вентиляции.

Эффективность использования прямого солнечного излучения можно повысить двумя способами:

путем поглощения прямого солнечного излучения и аккумулирования тепловой энергии непосредственно той массой, на которую падают солнечные лучи;

путем рассеивания солнечного излучения по всем направлениям, где имеется какая-либо теплоаккумулирующая масса.

Прямое солнечное излучение. При применении первого способа выявляют те участки теплицы и жилой квартиры, на которые падает первичное солнечное излучение в определенные промежутки времени, например между 9 и 15 ч. В качестве вспомогательных средств можно использовать разработанную Гуннаром Плейелем теневую модель (см. п. 4.6.2), а также инсогра-фики и инсоляторы. На полу и стенах модели отмечают участки, на которые попадает прямое солнечное излучение в различные месяцы. Эти участки целесообразно на этапе проектирования покрывать материалами темного цвета, имеющими хорошую теплоаккумулирующую способность. Такой материал должен, кроме того, обладать, способностью воспринимать тепловую энергию с тем, чтобы возможно ббльшая часть теплоты, накопившаяся на его поверхности, могла перейти в эту массу, а не в воздух.

Рассеянное излучение. Солнечное излучение, попадающее в теплицу или через нее в квартиру, можно рассеивать с помощью покрытия из соответствующего стекла или полиэтилена, а также путем применения шероховатой поверхности белого цвета. От этой поверхности свет отражается во все стороны и попадает на другие массы, которыми он и поглощается. Преимуществом данного решения является то, что все массы на->

греваются равномерно, и температура на их поверхности не повышается до столь больших значений, как на поверхности стен, материал которых поглощает солнечное излучение непосредственно. Применение рассеивающих полупрозрачных покрытий благоприятно также и для растений, поскольку свет падает на них равномерно, и солнечные лучи не вызывают «сгорания» растений. Недостаток применения таких покрытий заключается в том, что они не совсем прозрачны для света — окружающее пространство видно сквозь них, как в тумане.

Размещение теплоаккумулирующих масс. Размеры участков в теплице, на которых можно разместить какую-либо теплоаккумулирующую массу, весьма ограниченны. Ббльшая часть стен, а зачастую и крыши теплицы оснащены прозрачным для света покрытием, основная же часть поверхности пола отведена для выращивания растений. Поэтому для других целей остается лишь небольшая часть поверхности пола и часть задней стены, в которой обычно оборудованы также окна и дверь. Эти участки необходимо как можно более эффективно использовать для накопления и создания запасов тепловой энергии. Для решения этой задачи надо, чтобы на теплоаккумулирующие массы, размещенные на указанных участках, падало прямое солнечное излучение в течение большей части светового дня. Таким образом, эти массы будут выполнять функции накопителей солнечной энергии и теплоакку-муляторов. Размещенную таким образом массу называют первичной массой. В зависимости от свойств первичной массы передача теплоты от нее происходит примерно на расстояние до 200 мм. От вторичной массы, которая ие подвергается непосредственному воздействию солнечных лучей или главным образом остается в тени, передача теплоты осуществляется на расстояние 80—100 мм. Поэтому для вторичной массы требуется площадь поверхности в 2—3 раза ббльшая, чем для первичной.

При размещении теплоаккумулирующих масс и выборе материалов надо ответить на следующие вопросы:

что требуется обеспечить теплом в первую очередь — квартиру или помещение теплицы?

каким образом можно с максимальной эффективностью использовать в качестве теплоаккумуляторов