Сельское хозяйство
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
Лента новостей
ГК «Деловые Линии» поделились статистикой в сегменте доставки малогабарита
На Жилищном конгрессе обсудили, что делать с семейными долгами
Как продолжать путешествовать несмотря на санкции
Мини-футбол, воркаут, цигун: на ВДНХ открывается новый спортивный сезон
Четыре столичных ресторана вошли в пятерку лидеров всероссийской премии
Музейные площадки Москвы приглашают на Дни исторического и культурного наследия
Введение
Актуальность проблемы.
Наращивание объемов производства разнообразной сельскохозяйственной продукции,
развития агропромышленного комплекса, рациональное использование земли и воды,
селекционная работа, выведение новых сортов сельскохозяйственных культур,
научные основы повышения их урожайности, повсеместная организация тепличных
хозяйств все это обеспечит в стране
продовольственного изобилия. Это является
стратегическим ориентиром и важнейшим приоритетом проводимым Президентом
Туркменистана Гурбангулы Бердымухамедовым политику продовольственной программы
[1].
Продовольственной программе страны
предусматривается значительное увеличение производства продуктов овощеводства.
Для нормального обеспечения овощами населения по расчетам специалистов
необходимо не менее 2 м площади на человека. Важную роль при решении
Продовольственной программы играют разработка и создание сооружений,
обеспечивающих производство овощей при минимальных затратах.
В настоящее время выращивания
овощных культур в тепличных хозяйствах, является энергоемким производством.
Овощная продукция выращенная в защищенном грунте, обходится дорого из-за
высокой стоимости культивационных сооружений и отопительных систем, например на
производство 1 кг овощей в теплицах затрачивается 10-13 кг у.т. и удельный вес
расхода на отопление составляет от 40 до
60%, оплата рабочей силы обходится от 15 до 25%, амортизационные отчисления от
10 до 15% [2-9].
Поэтому при проектировании и
районирования теплично — парникового хозяйства первостепенное внимание следует
уделять выбору наиболее рациональных источников технического обогрева,
обосновывая его технико — экономическими расчетами. Вопросы удешевления
теплофикации и уменьшения капиталовложений в строительство котельных, можно
решить, комбинируя возобновляемые источники энергии (солнце, термальных вод) с
промышленными тепловыми отходами.
В последние годы все чаще
поднимается вопрос о программировании урожая. В задачу входят, разработка
комплекса взаимосвязанных мер своевременное и высококачественное осуществление
инновационных технологии, которых позволит обеспечить достижение заранее
рассчитанного уровня урожая высокого качества.
К числу
таких мер можно отнести:
1. создание путем мелиорации и
агротехники таких условий среды, которые лучше бы соответствовали потребностям
культивируемых растений;
2. оптимальное природно-климатическое
районирование выбранных сортов в соответствии с агроклиматом и созданным
микроклиматом;
3. использование сортов, наиболее
соответствующих условиям окружающей среды в данном регионе.
Указанным
мероприятиям должны предшествовать:
— агроклиматическая оценка
потенциальных возможностей формирования урожая в отдельных регионах;
— выяснение и обоснование
необходимости перечисленных мероприятий;
— прогноз их эффективности (оценка
прироста урожая по отдельным культурам).
Цели и задачи исследования
Cоставить математическую модель прогноза технико-экономической
энергоэффективность для создания микроклимата солнечной
теплицы траншейного типа. На основе решенной математической модели с
использованием геоинформационной системы составить климатическую карту
районирования и разработать номограмму оптимального микроклимата солнечной
теплицы в Туркменистане.
Для достижения этих целей решались следующие задачи:
— исследованы природно — климатические
условия с целью определения возможности круглогодично выращивания различные
сельскохозяйственные культуры в климатической
зоне Туркменистана;
— изучить агрометеорологические факторы, влияющие на микроклимат
солнечной теплицы по регионам страны;
-составить
математическую модель теплотехнических параметров микроклимата солнечной
теплицы траншейного типа с учетом климатических условии регионов Туркменистана
и на их основе составить районированную климатическую карту и построить
номограмма для прогноза температурного режима солнечной теплицы траншейного
типа для северного, восточного, центрального, юго — западного регионов страны
— рассчитать технико-экономическую энергоэффективность предпосылки
использования традиционных источников топлива для обогрева теплиц зимой и
охлаждения от перегрева теплицы летом по
регионам Туркменистана и провести их
сравнительный анализ.
Научная новизна работы заключается
в составленной математической модели теплотехнических параметров микроклимата солнечной
теплицы траншейного типа с учетом агроклиматических условии регионов Туркменистана
и на их основе разработана, составлена климатическая карта районирования и построена
номограмма для прогноза температурного режима теплицы траншейного типа для
северного, восточного, центрального, юго — западного регионов страны.
1. Основные источники
энергии защищенного грунта
Методология исследования.
Энергетической базой защищенного грунта могут служить любые источники энергии
(рис.1). До недавнего времени ими в основном были природные органические
топлива: уголь, нефть, газ. В настоящее время большое внимание уделяется
возобновляемым источникам энергии (солнца. геотермальным источникам энергии).
Рис. 1. Энергетические ресурсы
защищенного грунта.
Краткий обзор. Например,
в Германии в конце 70 годов: 73 % суммарной площади теплиц обогревалось легким
жидким топливом, 18 % —тяжелым, 7 % —твердым топливом и 2 % — природным газом
[2]. В Нидерландах топливный баланс иной и 80 % защищенного грунта обогревалось
природным газом [4].
Однако по мере истощения мировых
запасов органического топлива, все большее внимание уделяется возможностям
использования вторичных теплоэнергоресурсов (ВТЭР), т. е. тепла, которое
является побочным продуктом различных технологических процессов. К таким
процессам относится обжиг клинкера при производстве цемента, тушение кокса,
охлаждение доменных печей, перегонка нефти, охлаждение конденсаторных
установок тепловых и атомных электростанций и т. д.
Перспективными источниками ВТЭР
являются тепловые отходы тепловых и атомных электростанций (ТЭС и АЭС). Дело в
том, что коэффициент полезного действия современных турбоагрегатов не превышает
40%. Следовательно, 60% топлива, затрачиваемого на производство электроэнергии,
полезно не используется. В работе [4] указывается, что суммарный сброс тепла
всеми ТЭС в Советском Союзе составляло свыше 4,19-109 ГДж/год. В 90
годы тепловые отходы ТЭС и АЭС в Европейской части и СНГ составила 1010 ГДж/год, что
эквивалентно сжиганию 0,4-10 т условного топлива в год. Тепловые отходы ТЭС в
США оцениваются в 56,3х106 т условного топлива: во Франции—13,96-106
т, в Англии — 5,12-10б т, в Бельгии —3,23-106 т [5].
Следует отметить, что термический потенциал таких
энергоресурсов, как правило, весьма низкий. Например, температура воды,
сбрасываемой после охлаждения конденсаторных установок тепловых и атомных
станций, равна (в среднем) зимой 12—15°С, летом 15—25 °С [3,6].
Другим мощным источником ВТЭР являются тепловые
отходы газокомпрессорных станций. Продукты сгорания имеют температуру около
250—300°С, что позволяет получать теплоноситель в виде горячей воды с
температурой 90—130°С.
Большое внимание в настоящее время
уделяется возможностям использования глубинного тепла Земли. СНГ обладает весьма большими запасами геотермальных
вод (ГТВ). Наиболее перспективными районами, является Кавказ, южная часть
Средней Азии, Западная Сибирь и Камчатка. Температура ГТВ определяется районом
расположения источника (скважины) и варьирует от 35 до 90 °С.
Накоплен положительный опыт по
использованию ГТВ в защищенном грунте. В частности, на Камчатке на Паратунском
месторождении ГТВ (температура 80—90°С) построен тепличный комбинат [4]. В
пригороде г. Махачкала (Тернаир) подземная вода с температурой 63 °С
используется для обогрева парников и теплиц. Теплично-парниковые хозяйства,
обогреваемые термальной водой, построены в городах Циами и Охурей [2-5].
Аналогичные исследования проводятся
и за рубежом. Во Франции [2-5] для обогрева теплиц используется термальная
вода с температурой 69 °С, получаемая из скважины глубиной 1800 м. Дебит
скважины 2000 м3/ч. В работе [4] указывается, что такой источник тепла
позволяет обогреть 10 га зимних теплиц. В Венгрии в 1974 г. термальными водами
обогревалось 50 га теплиц и 100 га теплофицированного грунта [5]. Запасы ГТВ в
Чехословакии оцениваются в (3, 5… 4)
106 кВт [2-5].
Другая возможность использования глубинного тепла
Земли заключается в вентиляции глубоких шахт. Например, в работе [2-6]
указывается, что в США имеется около 200 тыс. не эксплуатируемых шахт и других
подземных выработок, температура воздуха в которых равна 10—18 °С.
Эксперименты по обогреву теплиц от такого источника тепла дали положительные
результаты [2-9].
При использовании традиционных
источников энергии происходит интенсивное загрязнение окружающей среды. В
меньшей степени это явление наблюдается при утилизации ВТЭР и глубинноготепла
Земли. Поэтому, наряду с изысканием и освоением новых месторождений природного
топлива и интенсификацией использования вторичных энергоресурсов и
геотермальных вод, большой практический интерес представляют поиски и освоение
так называемых «чистых» источников энергии, т. е. таких источников, использование
которых не приводит к загрязнению окружающей среды.
К «чистым» источникам энергии можно
отнести климатические ресурсы и, прежде всего, солнечную радиацию. Известно,
что на поверхность Земли поступает около 7,5 1017 кВтч солнечной
энергии в год. Примерно половина ее расходуется на испарение, около 1 %
аккумулируется растениями. Таким образом, количество энергии, которое в
принципе может быть полезно использовано, составляет около 4 1017кВт-ч
в год. Чтобы наглядно оценить эту величину в Туркменистане приведено на карте см.
рис.2. и энергетический
потенциал ВИЭ огромен и составляет:
Солнца — 4·1015 кДж или 1.4 ·109 т у.т. в год; ветра — 640 ·109 кВт ч в
год; геотермальных вод —
2,5 млн. т у.т в год, кроме того
еще достаточно энергия биомассы и малых рек.
Применение солнечной энергии для
обогрева защищенного грунта осуществляется двумя путями. Первый основан на
особенности светопрозрачного ограждения пропускать солнечную радиацию в
культивационное сооружение в препятствовать выходу тепловой энергии наружу.
Иными словами, культивационное сооружение является ловушкой для солнечной
энергии.