Новый документ. В основном мы используем традиционные энергоресурсы, такие, как нефть, уголь, природный газ. При этом наносится колоссальный ущерб экологии нашего общего дома под названием земля
 Скачать 332.7 Kb.
|
|
Прежде всего, необходимо тщательно провести подготовительные работы. Для этого нужно изучить исходные климатические данные, исследовать особенности грунта, а также оценить возможности соединения теплицы с жилым домом. Целесообразно также выяснить назначение этой теплицы, которое может быть многоцелевым. При проектировании следует сопоставить различные альтернативные варианты и выбрать лучший из них. Необходимо составить подробный план осуществления проекта, подготовить список необходимых материалов с указанием их стоимости и т. д. К строительным работам следует приступать только после того, как владелец сможет построить теплицу в своем воображении. Многоцелевое назначение теплицы Застекленная веранда. Теплица соединенная с индивидуальным жилым домом, может оказаться наиболее подходящим помещением для отдыха. Она пригодна для использования на протяжении почти всего года, пока светит солнце или длится теплый пасмурный день, а также в ночное время после солнечного дня. В теплице создается своеобразная климатическая зона, промежуточная между наружным воздухом и воздухом отапливаемых помещений. Через теплицу квартира открывается наружу, благодаря чему предоставляется возможность общения с природой, в то же время теплица защищает жилой дом от охлаждающих ветров. Поэтому ее используют также в качестве защитной зоны. Создаваемый в теплице, микроклимат обеспечивает благоприятные условия, как для человека, так и для растений. Полученный в северных странах опыт показал, что длительность использования теплицы в течение года достигает 8—9 месяцев, начиная с февраля и до октября включительно. Конечно, температура воздуха в теплице меняется довольно существенно в различные месяцы и даже в течение одного и того же дня в зависимости от температуры наружного воздуха, ветра и, прежде всего, от наличия или отсутствия солнечного излучения. В ясный февральский день температура воздуха в теплице может подниматься до 20 °С, в то время как в пасмурную погоду она может колебаться около нуля. Летом необходимо обеспечить возможность проветривания теплицы, поскольку она служит эффективным накопителем солнечного излучения и в закрытом помещении температура воздуха легко поднимается до 40—50 °С. Во время отопительного сезона температура внутреннего воздуха в теплице всегда выше температуры наружного воздуха. Разность этих температур возрастает с понижением температуры наружного воздуха (см. на рис. 6 область, соответствующую периоду декабрь — январь), в особенности в солнечные дни, например в феврале и марте. Рис. 6. Сравнение колебаний внутренней и наружной температуры в теплице. Вo многих отношениях теплица служит аналогично традиционной застекленной веранде и обеспечивает реализацию тех же эксплуатационных возможностей. Еще несколько десятилетий тому назад застекленную веранду устраивали как во многих индивидуальных домах, так и в больших зданиях коллективного пользования. Такая застекленная веранда, часто имеющая красивые узорчатые окна; обычно украшала весь дом. Остается только догадываться о причинах, по которым застекленная веранда почти полностью исчезла в домах, построенных, начиная с 1950-х годов. Может быть, ее сочли бесполезной и устаревшей частью здания, поскольку начали применять усовершенствованные способы отопления помещений. Стоимость жидкого топлива, расходуемого на отопление, была весьма низкой, а использование центрального отопления оказалось очень удобным для населения. Изменившаяся энергетическая обстановка и тревожные сигналы о возрастающем загрязнении окружающей атмосферы заставили людей задуматься над проблемой энергообеспечения и заняться не только разработкой новых, но и переоценкой старых конструктивных решений. Так снова пришли к застекленной веранде, которая признана целесообразной для практического использования. В результате применения усовершенствованных способов теплоизоляции и герметизации в настоящее время стало возможным сооружение теплиц, которые отличаются более благоприятными условиями для отдыха человека по сравнению с застекленными верандами. Пребывание в таких теплицах можно уподобить условиям нахождения человека на открытом воздухе. В теплице лучше, чем на застекленной веранде, удерживается тепло, несмотря на то, что площадь ее застекленной поверхности больше, чем у традиционной веранды. Вечером после солнечного дня в теплице можно ужинать, пить кофе и т. п. даже в прохладную и ветреную погоду. Уже на этапе проектирования теплицы необходимо предусмотреть рациональное использование пространства для осуществления различных функций. Для выращивания растений необходимо иметь соответствующий рабочий инвентарь, сапоги и рабочую одежду, для которых целесообразно отвести место в самой теплице или рядом с нею. Накопитель солнечного излучения Теплица оборудуется большим светопропускающим покрытием, преимущественно ориентированным на юг. В зависимости от конструктивного решения теплицы и теплоаккумулирующей способности расположенной за ней квартиры большую часть попадающего в теплицу солнечного излучения можно использовать для нужд человека и растений. В этом отношении теплица напоминает плоский солнечный накопитель, о чем позднее будет сказано более подробно. Основное различие заключается в том, что под покрытием теплицы находится помещение, которое пригодно как для использования в качестве жилой комнаты, так и для выращивания растений и утилизации тепла солнечных лучей. При правильном проектировании она представляет собой весьма эффективный накопитель тепловой энергии, поскольку более половины поступающего солнечного излучения в период отопительного сезона можно использовать для дополнительного обогрева жилых комнат. В северных странах удается получать таким путем больше тепловой энергии, чем с помощью самых лучших солнечных накопителей. Солнечная теплица для растений В дневное время накопление солнечной энергии в теплице происходит примерно так же, как в традиционной оранжерее. Небольшая часть этой энергии расходуется в виде естественного света для растений, а основная часть — в виде тепловой энергии для поддержания условий, необходимых для роста растений. В солнечный день все же можно утилизировать только часть падающего излучения. В оранжерее или обычной теплице для растений часть солнечного излучения расходуется на создание избыточной теплоты в тех случаях, когда общее количество поступающей лучистой энергии больше, чем теплопотери через наружную оболочку теплицы (после того, как в ней будет достигнута соответствующая температура воздуха). Уменьшения теплопотерь достигают использованием более совершенных конструктивных решений теплоизоляции, а также путем применения необходимой арматуры и размещения светопропускающих конструкций главным образом в южном направлении. Дополнительно осуществляется передача тепловой энергии (которая не требуется в теплице в дневное время) либо в отапливаемые жилые комнаты, либо для нагрева массивных объектов. Возникающее при этом, особенно в период отопительного сезона, избыточное тепло не требуется выводить наружу. Другими словами, можно весьма эффективно утилизировать солнечное излучение, в результате чего существенно уменьшаются потребности в дополнительном отоплении. Большей частью в теплицах, где растения выращиваются только для домашних нужд, единственным источником теплоты служит солнечная энергия, к которой добавляется небольшой теплоперенос из жилых комнат (в период отопительного сезона). Как правило, здесь неприменяются устройства и системы для регулирования температуры и влажности воздуха. Несмотря на это, в теплице можно обеспечить благоприятные условия для роста растений, если учитывать и соответственно использовать микроклиматические зоны, возникшие в пространстве теплицы. В соответствии с процессами, протекающими в природе, в теплице существенно меняются световой и тепловой режимы, в особенности по вертикальному градиенту теплицы, а также и по ее глубине в зависимости от формы и конструкции. Эти изменения необходимо учитывать при выборе растений и места их посадки. Существует мнение о высокой влажности и загрязненности теплиц, что неблагоприятно отражается на жилых помещениях. Однако дело обстоит совсем не так! Хорошо ухоженное и соответствующим образом проветриваемое пространство теплицы радует глаз человека. Там свежий воздух, наполненный ароматами. Грунт для выращивания растений состоит главным образом из торфа и является практически чистым, а правильно приготовленный компост не имеет запаха. Насекомые обычно не проникают из теплицы в жилые комнаты. На основании полученного в Финляндии опыта можно указать лишь один отрицательный фактор: высокая влажность воздуха в теплице, особенно в летнее время, в связи с чем, необходимо предотвратить переход влаги из теплицы в жилые комнаты. Однако это наблюдается главным образом вне отопительного сезона. Углы падения солнечных лучей и интенсивность излучения Высота солнца существенно влияет на приход солнечной радиации. Когда угол падения солнечных лучей мал, то лучи должны проходить путь сквозь толщу атмосферы. Солнечное излучение частично поглощается, часть лучей отражается от частиц, взвешенных в воздухе, и достигает земной поверхности в виде рассеянного излучения. Высота солнца непрерывно изменяется по мере перехода от зимы к лету, как и при» смене суток. Наибольшее значение этот угол достигает в 12 ч 00 мин (солнечное время). Принято говорить, что в этот момент времени солнце находится в зените. В полдень интенсивность излучения также достигает максимального значения. Минимальные значения интенсивности излучения достигаются утром и вечером, когда солнце расположено низко над горизонтом, а также зимой. Правда, зимой на землю падает несколько больше прямого солнечного света. Это обусловлено тем, что абсолютная влажность зимнего воздуха ниже и поэтому он меньше поглощает солнечное излучение. Солнце восходит в 6 ч 00 мин на востоке и незначительно освещает восточную фасадную стену (только в виде излучения, отраженного атмосферой). С увеличением угла падения солнечных лучей быстро возрастает интенсивность солнечной радиации, падающей на поверхность фасадной стены. Примерно в 8 ч интенсивность солнечной радиации составляет уже около 500 Вт/м², а максимального значения, равного примерно 700 Вт/м², она достигает на южной фасадной стене здания немногим ранее полудня. При вращении земного шара вокруг своей оси за одни сутки, т. е. при видимом движении солнца вокруг земного шара, меняется угол падения солнечных лучей не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Этот угол в горизонтальной плоскости называется азимутальным углом. Он показывает, на сколько градусов угол падения солнечных лучей отклоняется от северного направления, если полный круг составляет 360 °. Вертикальный и горизонтальный углы связаны между собой так, что при изменении времен года всегда два раза в год угол высоты расположения солнца на небосводе оказывается одинаковым при одних и тех же значениях азимутального угла. Траектории Солнца при его видимом движении вокруг земного шара зимой и летом в дни весеннего и осеннего равноденствия. Проектируя эти траектории на горизонтальную плоскость, получают плоскостное изображение, с помощью которого обеспечивается возможность точно описать положение солнца на небосводе, если смотреть с какой-то определенной точки на земном шаре. Такая карта солнечной траектории называется солнечной диаграммой или просто солнечной картой. Поскольку траектория солнца изменяется при перемещении с юга (от экватора) на север, то для каждой широты существует своя характерная солнечная карта. Отражение солнечного излучения от поверхности земли Зимой на вертикальные поверхности, например, на фасадные стены зданий, может отражаться от земной поверхности значительное количество дополнительного солнечного излучения. Из общего количества солнечной энергии, падающей на горизонтальную поверхность земли, до 50—80% в зависимости от чистоты снега отражается от снежного покрова. Неровная поверхность земли, оставшаяся под снежным покровом растительность и т. д. рассеивают большую часть солнечного излучения. Это означает, что только примерно половина излучения, падающего на горизонтальную поверхность, отражается и попадает на поверхность фасадной стены. Можно вычислить, что в результате отражения возрастает вероятность использования солнечного излучения примерно на 25%. Такой выигрыш имеет существенное значение, особенно в начале весны, когда угол высоты расположения солнца на небосводе быстро увеличивается и соответственно на поверхность земли будет падать и отражаться от нее большее количество солнечных лучей. Снег является естественной теплоизоляцией; 30 см снега соответствует слою минеральной ваты толщиной 5 см. Весной снег оттаивает сначала с южной стороны, и поэтому возрастает площадь поверхности, через которую солнечный свет проникает в теплицу (если оттаивает изморозь на стекле). Бывший директор Научно-исследовательского института метеорологии профессор Росси разработал интересный вариант строительства теплицы в Лапландии. В этом решении оптимально использованы климатические условия Лапландии как в отношении накопления солнечной энергии (на отопление), так и с точки зрения защиты теплицы от ветра и теплопотерь. Южная половина небосвода Хороший метод определения периода инсоляции теплицы заключается в следующем: необходимо представить, что вы стоите в этой теплице и смотрите по часовой стрелке с востока на запад и от горизонта вверх. Тем самым вы как будто находитесь в центре небосвода и теплицы, и впереди открывается вид на южную половину неба. Начиная с осени и вплоть до весны солнце восходит и заходит по такой полукуполообразной зоне. В любой день указанного периода оно перемещается вдоль поверхности этой зоны и его видно (в безоблачную погоду) с утра до вечера. В условиях Финляндии солнце никогда не светит прямо сверху вниз, как это наблюдается в южных странах недалеко от экватора (±23,5 ° северной и южной широты). Однако вследствие рассеяния солнечного излучения, например в облачный день, свет приходит в помещение теплицы со всех сторон, даже непосредственно сверху (рис. 43). Необходимо, чтобы растения ежедневно в течение как можно более длительного времени подвергались солнечному освещению, поскольку реакция фотосинтеза не происходит, если освещенность будет слишком низкой. Большинству растений требуется минимальная освещенность солнечным светом от 2000 до 3000 лк с тем, чтобы обеспечивались удовлетворительные условия их роста. Рис. 42. Вид на южную половину небосвода из теплицы при отсутствии преград. Рис. 43. Вид из теплицы на южную половину небосвода. Даже в том случае, когда часть стен и потолка создают преграду, открывается 50% южной половины небосвода. В середине зимы такие значения освещенности достигаются на открытом воздухе только в полдень примерно в течение 1 ч, а зачастую из-за толстого слоя облаков даже это исключается. Только в феврале (октябре) достигаются желаемые усредненные уровни освещенности в течение достаточно длительного времени (примерно с 9 до 15 ч). Для выращивания растений освещенность является более важным фактором, чем температура, поэтому путем соответствующего размещения и придания формы такой теплице необходимо гарантировать, чтобы сама теплица и особенно растения получили достаточное количество световой энергии. Солнечные лучи должны проникать сквозь 1—2 слоя стеклянного или полиэтиленового покрытия, поэтому интенсивность солнечного света, попадающего в помещение теплицы, уменьшается примерно на 30%. В окружающей среде также нередко имеются здания и растения, которые создают тень и тем самым уменьшают полезную освещенность, создаваемую солнечным светом. Существуют две причины, по которым теплицы не рекомендуется возводить полностью из прозрачных материалов: во-первых, в солнечные дни в такой теплице может накопиться слишком много лучистой энергии, в результате чего температура поднимается там до недопустимого уровня; во-вторых, светопропускающие материалы отличаются плохими теплоизоляционными свойствами, в связи с чем могут возникнуть большие теплопотери. Для получения удовлетворительного конечного результата необходимо оптимизировать ряд факторов, например ориентацию теплицы, размер застекленной площади оболочки теплицы, ее форму и тепло-аккумулирующую способность, а также свести к минимуму затененность теплицы окружающей средой в холодное время года. Этот процесс весьма сложен и требует помощи ЭВМ. На основе проведения автоматической обработки информации «atk» и учета практического опыта можно сформулировать «правило большого пальца» (т. е. лучшее решение), согласно которому площадь свето-пропускающего покрытия теплицы должна быть такой, чтобы открывалась половина небосвода. Если теплица используется в основном как бытовое помещение, то площадь светопропускающего покрытия можно несколько уменьшить. В этом случае важно достигнуть благоприятной температуры, т. е. уменьшения теплопотерь, так как теплицу стремятся использовать осенью и весной вечерами, когда солнце уже за горизонтом. В этом случае небольшие участки для выращивания растений можно организовать в хорошо освещеннных местах. |