Тепловой режим культивационных сооружений определяется эффективностью теплозащиты ограждающей поверхности и системой обогрева и вентиляции.
Источниками тепловой энергии являются: 1) солнечная радиация, основанная на «тепличном эффекте» (тепличным, или парниковым, эффектом называется повышение температуры воздуха и почвы в культивационных сооружениях вследствие превращения попадающей сквозь стекло или пленку коротковолновой солнечной энергии в тепловую (инфракрасную), не проходящую обратно сквозь светопрозрачное ограждение); 2) биохимические реакции при разложении органических материалов микроорганизмами (биологический обогрев); 3) подогрев воды и воздуха при сжигании топлива (водяное, калориферное отопление, прямое сжигание газа в теплицах); 4) геотермальные воды (водяное и калориферное отопление); 5) электрическая энергия (электрический обогрев).
Характеристика различных источников тепла. Наиболее экономичными источниками тепла являются тепловые отходы промышленных предприятий и геотермальные воды.
Экономическая эффективность систем отопления определяется не только стоимостью источников тепловой энергии, но и местом их расположения, периодом использования и другими факторами. С понижением температуры теплоносителя и удалением его от теплиц экономическая эффективность отопления теплиц снижается.
В зимних теплицах, где 30—50 % всех эксплуатационных расходов на выращивание овощей приходится на обогрев, экономическая эффективность систем отопления в основном определяется стоимостью теплоносителя. В весенних пленочных теплицах затраты на обогрев значительно меньше, а основной их составляющей являются затраты на амортизацию, обслуживание, текущий ремонт систем обогрева. В этих условиях электрический обогрев не менее эффективен, чем другие способы обогрева.
Солнечный обогрев необходимо максимально использовать в дополнение к другим способам обогрева. При этом в результате «тепличного эффекта» температура воздуха в теплицах повышается на 10—30 °С. Это позволяет эксплуатировать некоторые сооружения закрытого грунта только на солнечном обогреве. Надо помнить, что при солнечном обогреве без применения дополнительных приемов невозможно гарантировать защиту растений от заморозков, особенно под полимерными пленками с высокой проницаемостью для инфракрасных лучей.
Во многих странах проводятся исследования по использованию солнечной энергии для отопления теплиц путем ее накопления и хранения в специальных аккумуляторах, расположенных в самой теплице, и расхода этой энергии в нужное время.
При этом экономия тепловой энергии составляет 40—50 %. Накопление солнечной энергии на практике быстрее всего можно реализовать при кратковременном ее хранении.
Биологический обогрев наиболее доступен, но требует значительных затрат. В качестве биотоплива используются органические материалы (навоз, городские отходы, древесные опилки, древесная кора, солома), выделяющие тепло в процессе сбраживания микроорганизмами.
Лучше всего для этих целей использовать навоз или солому. В 1 см3 навоза содержится более 100 млрд бактерий, масса которых достигает 10—15 % массы сухого вещества навоза. Наиболее интенсивно разогревается конский навоз. Его температура после разогрева в первое время повышается до 60—70 °С. Затем сначала быстро, потом медленно она снижается и лишь через 2 месяца достигает 27—30 °С. Такой навоз можно применять в качестве биотоплива с января — февраля в ранних парниках и теплицах.
Навоз крупного рогатого скота разогревается медленно. Максимальная температура его не выше 53 °С и быстро снижается (через 7—15 дней до 28 °С). При добавлении к этому навозу опилок, соломы интенсивность его саморазогрева усиливается. Его используют для средних парников.
Условия эффективного «горения» биотоплива — аэрация, наличие легкоусвояемых азотистых соединений, влажность в пределах 65—70 %, нейтральная или слабощелочная реакция, начальная положительная температура не ниже 5—8°С.
Как биотопливо навоз в промышленном овощеводстве закрытого грунта практически не используется из-за высокой трудоемкости и трудности регулирования температурного режима. Хотя в небольших хозяйствах при наличии навоза и определенных навыках использования это может быть наиболее дешевым и доступным способом обогрева парников. В условиях дефицита и дороговизны энергетических ресурсов не следует пренебрегать биообогревом. Солома широко применяется, обеспечивая, например, повышение урожая огурца на 30—40% по сравнению с использованием технического обогрева. Это объясняется повышением содержания С02 в воздухе, стимулирующим влиянием вновь образующихся при разложении соломы гуминовых кислот, физиологически активных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. В пленочных теплицах Украины используются соломенные тюки и нетюкованная солома — от 50 до 200 т/га. Технология выращивания культур упрощается при применении нетюкован- ной соломы.
Технический обогрев. Примерная мощность нагревательных элементов в зимних теплицах — 300—400 Вт/м2 светопро- зрачного покрытия, а весной, начиная с конца марта, — 100— 150 Вт/м2. Две трети этой мощности используется на обогрев воздуха, одна треть — на обогрев почвы.
Основной вид отопления зимних теплиц — водяное отопление с принудительной циркуляцией.
Электрическое отопление — самый совершенный, наименее трудоемкий способ обогрева, позволяющий осуществлять полную централизацию и автоматизацию управления системой, высокоэффективен в качестве аварийного обогрева. Наиболее практичны и доступны для массового использования следующие способы электрического обогрева почвы: элементный — стальной проволокой сечением 2,5—3 мм в изоляционных трубах, стальной неизолированной проволокой на пониженном напряжении и нагревательным изолированным проводом.
Элементный обогрев применяется для обогрева почвы парников и теплиц, воздуха в малогабаритных теплицах.
Очень просто и удобно обогревать почву стальной неизолированной проволокой сечением 4—7 мм, уложенной рядами в слой песка, по которой проходит ток от 24 до 50 В. Основным недостатком метода является необходимость применения понижающего трансформатора, быстрая коррозия и трудность замены проволоки, опасность обслуживания при включенной системе. Эти недостатки устраняются при использовании изолированного нагревательного провода марок ПОСХВП и ПОСХВТ. Он представляет собой стальную проволоку, покрытую поливиниловой изоляцией с внешним диаметром 3 мм. Провод можно использовать на поверхности почвы и в почве. Наиболее экономичен в эксплуатации наземный способ укладки провода, смонтированного секциями на деревянных рейках. На провод устанавливают питательные горшочки (рис. 10). После выборки рассады нагревательный провод сматывают и хранят вместе с рейками. Управление системой осуществляется с помощью терморегуляторов ДТКБ-53, ПТР-2,04 и ЭРА-М.
Использование электроэнергии в нелимитное время суток (в ночные часы) и ее аккумуляция в почве на оставшуюся часть суток позволяет в весенние месяцы получить высококачественную рассаду при экономии электроэнергии.
Воздушное отопление осуществляется подогревом воздуха с помощью калориферов, тепловых генераторов с использованием электроэнергии, горячей воды, пара, горячих газов, прямого сжигания газа внутри помещения и последующим сосредоточенным выпуском нагретого воздуха без управления его движением или распределением с помощью пленочных рукавов (рис. 11). Этот способ обогрева является основным в весенних теплицах. В зимних теплицах его используют дополнительно к водяному отоплению.
Обязательное условие эксплуатации калориферов — бесперебойное снабжение электроэнергией для работы вентиляторов.
Методы улучшения температурного режима. При сооружении различных способов обогрева надо учитывать биологические требования культур. Так, огурец — теплолюбивая культура, которая хорошо растет при теплой почве и воздухе, причем температура почвы должна быть выше температуры воздуха на
Рис. 10. Обогрев почвы проводом ПОСХВ, уложенным под горшочки с рассадой
несколько градусов. Для помидора температура почвы должна быть или равна температуре воздуха, или быть ниже, так как в противном случае растения «жируют», т. е. развивается большая вегетативная масса в ущерб плодообразованию.
Тетииераотз^нь/г/^елсг/тидолженобеспечиватьтребованиякуль- тур в разное время суток. Чтобы нормально проходили физиологические процессы, температура воздуха ночью должна быть на 3—8 °С ниже дневной, в пасмурную погоду — на 3—5 °С ниже, чем в ясную. Не забудьте приобрести термометры, конечно, спиртовые, а не ртутные, для измерения температуры воздуха и почвы. Методы улучшения температурного режима должны быть направлены на уменьшение теплопотерь, аккумуляцию тепла и борьбу с перегревами.
Эффективным способом снижения теплопотерь в зимних теплицах являются теплоизоляция и герметизация ограждения пенопластами, синтетическими материалами. В блочных остек-
Рис. 11. Рассадоовощная пленочная теплица конструкции УИМЭЖ с распределением теплого воздуха от теплогенератора посредством перфорированного пленочного рукава
ленных теплицах боковое ограждение изнутри усиливают вторым слоем пленки, в пленочных теплицах применяется двойной слой пленки с воздушным промежутком между ними. Двойной слой пленки на 25—30 % уменьшает теплопотери сооружения, но на 10—20% снижает освещенность, ухудшает условия вегетации, приводит к удлинению срока созревания. С целью уменьшения теплопотерь используются трансформирующие механизированные зашторивающиеся системы, которые закрываются на ночь, снижая теплопотери в теплице на 30—50%. В жаркую солнечную погоду они защищают растения от перегрева.
Оптимальным решением является применение в зоне выращивания рассады съемных теплозащитных экранов, которые используются в ночные часы и холодные периоды (рис. 12). Они могут располагаться на каркасах или бескаркасных пленочных укрытиях. В опытах УНИИОБ при экстремальных значениях наружной температуры (-27°С) в теплице с одним почвенным обогревом мощностью 80 Вт/м2 повышение экранирующего слоя пленки с 30 см до 150 см снизило температуру воздуха над зелен-
Рис. 12. Применение второго слоя пленки на тоннельном укрытии в теплице УНИИОБ для защиты растений от заморозков
ными культурами с -1 до -5°С, т. е. на 4°С. В парниках тепло сохраняется путем покрытия их соломенными матами. Те, кто были связаны с сельским хозяйством, знают, что такое соломенные маты, которые являются неотъемлемой частью парникового хозяйства. Их плетут на специальных станках. В домашних условиях маты проще всего изготовить следующим образом. Берут два слоя старой полиэтиленовой пленки по размеру парника, между ними кладут солому и прошивают все промасленным шпагатом.
Эффективным является мульчирование почвы светопрозрач- ной пленкой. Оно повышает температуру почвы днем до 4—8 °С, ночью — до 2—4°С, уменьшая потери тепла, способствует появлению дружных всходов на 2—4 дня раньше.
Использование теплоудерживающих полимерных пленок в сравнении с обычной полиэтиленовой на 1—3°С повышает температуру в сооружениях.
Температурный режим в пленочных сооружениях характеризуется большой амплитудой колебания: в солнечные часы температура воздуха под пленкой может превышать наружную на 10—30 °С, а ночью лишь на 2—5 °С.
Обязательным условием эксплуатации пленочных сооружений является заблаговременная их установка, не менее чем за 10 дней до высадки, с тем чтобы почва под ними прогрелась. Однако полиэтиленовые укрытия нельзя считать «скорой помощью» защиты растений от заморозков.
Недостатком полиэтиленовой пленки является высокая прозрачность для тепловых лучей. В ясные безоблачные ночи полиэтиленовая пленка не задерживает тепло, и я наблюдала, что под укрытием из полиэтиленовой пленки температура воздуха была даже на 1 °С ниже, чем в открытом грунте, где температурный режим мог смягчаться передвижением воздушных масс. И растения помидоров, посаженные в предыдущий день, одновременно с покрытием пленкой, погибли от заморозков.
В литературе встречаются различные сведения о способности полиэтиленовых укрытий защищать растения от заморозков.
И меняются эти пределы от - 2 °С до - 3,5 °С. Наши исследования показали, что способность пленочных укрытий защищать от заморозков зависит от целого ряда условий.
Полив почвы как средство борьбы с заморозками давно применяется в сельскохозяйственной практике. Известно, что полив значительно увеличивает теплоемкость и теплопроводность почвы. Ночью по влажным горизонтам почвы тепло активнее, чем по сухим, передается из глубоких слоев к поверхности.
Кроме того, полив почвы способствует повышению влажности в приземном слое воздуха, что значительно уменьшает длинноволновое излучение поверхности почвы.
В ходе ночного понижения температуры происходит конденсация паров воздуха, и капли воды, оседая на растения и внутреннюю поверхность пленки, выделяют теплоту парообразования.
При температуре О °С начинается переход влаги в состояние льда, что сопровождается дополнительным выделением тепла.
Основным фактором защиты растений от заморозков под полиэтиленовыми укрытиями при поливе почвы является образование на внутренней поверхности пленки слоя конденсированной воды, который уменьшает пропускную способность укрытия для длинноволнового инфракрасного излучения. Этот слой воды может поглощать до 99 % инфракрасных лучей.
Таким образом, проведенные наблюдения показали, какое большое значение имеет полив под полиэтиленовым укрытием как средство защиты помидоров от заморозков.
Особенно эффективно совместное действие полива и второго слоя пленки на тоннельных укрытиях внутри теплиц (рис. 13). Так, в необычно холодную вторую декаду апреля, когда на поверхности почвы в течение 7 дней наблюдались длительные, по 8— 10 часов, заморозки до минус 5—6°С, а днем была низкая температура воздуха — 13—15°С, рассада помидора в наших опытах не была повреждена. В ночь с 14 на 15 апреля, когда наружная температура опустилась до - 3 °С, в теплице температура воздуха была равна 1°С, а в ночь с 15 на 16 апреля, когда использовали второй слой пленки на укрытиях вместе с поливом, при -6°С температура в зоне стояния рассады была равна 2,5 °С.
Размещение отопительных приборов в зоне выращивания растений дает значительный экономический эффект. При выращивании рассады в основном используется почвенный и надпочвенный обогревы (воздушный — только в качестве аварийного).
Для улучшения температурного режима в теплицах надо размещать сооружения в защищенных от ветра местах, заделывать все щели. С северной стороны могут располагаться заборы, строения. Пристенные теплицы хорошо аккумулируют тепло.
Для аккумуляции тепла солнечной энергии используют любые емкости с водой, в том числе и пластмассовые бутылки, различные черные поверхности. Прекрасным аккумулятором тепла является сама почва, особенно замульчированная черной пленкой.
Рис. 13. Состояние рассады помидора в зависимости от количества снятого ограждения теплиц во время закаливания: 1 — 30 % за 12 дней до высадки; 2 — 100% за 12 дней до высадки; 3 — 100% за 12 дней до высадки
Другам направлением регулирования температурного режима является борьба с перегревами.
В солнечный день температура воздуха в сооружениях закрытого грунта может повыситься до 40 °С, что на 10—15°С выше биологического оптимума. В таких случаях температуру регулируют открытием вентиляционных проемов. В первый период после посадки для сохранения тепла вентиляцию лучше закрывать не позднее 15—16 часов, в более теплое время — в 17—18 часов. При сооружении вентиляции надо помнить, что огурец любит верхнюю вентиляцию, чтобы не было сквозняков, а помидор, наоборот, требует сквозного проветривания. Что же делать, если вы приезжаете на свой участок только в субботу и воскресенье, а ранний урожай хотите иметь? Здесь надо идти на компромисс. У меня есть такой опыт выращивания овощей под укрытиями. Я перфорировала пленку, делая в ней мелкие отверстия, хорошо поливала почву и оставляла широкую емкость с водой.
Для снятия перегрева эффективно кондиционирование воздуха с дополнительным увлажнением, применение различных светозатеняющих устройств, дождевание кровли и другие способы (в том числе мульчирование почвы соломой).
Одним из эффективных способов предотвращения перегрева растений в пленочных теплицах является принудительная вентиляция с увлажнением воздуха, охлаждающий эффект которой доходит до 8 °С.
Из физических методов снижения температуры воздуха и растений наиболее эффективно внешнее дождевание кровли, сооружений. Ранее применяемый способ затенения кровли — ее побелка — снижал в 1,5—3 раза проникновение физиологически активной радиации, тогда как внешнее дождевание повышает ее на 5—14%. Это происходит вследствие отражения света от капельного слоя влаги возле кровли и оптического эффекта тонкого слоя водяной пленки на стоке. Дождевание кровли "снижает температуру воздуха и листьев на 5—13°С.
Для снижения температуры в сооружениях закрытого грунта проводятся также освежающие поливы растений в виде
57
мелкодисперсного распыла воды. В условиях Украины эффективным способом предотвращения перегрева огурца в конце апреля — начале мая является формирование растений шаровой формы. При этом в зоне размещения плодов относительная влажность воздуха составляет 80—95 %, а температура — на 8—15°С ниже, чем над поверхностью растений.
|
