Солнечные теплицы
В процессе фотосинтеза из диоксида углерода и воды под действием солнечного света образуются углеводы и молекулярный кислород. А из молекул углеводов, в свою очередь, образуются органические вещества, необходимые для жизни и роста растений.
В обычной теплице растения поглощают и аккумулируют где-то десятую часть энергии попадающего на них солнечного излучения, потому что из-за большой площади светопрозрачных поверхностей возникают значительные теплопотери, которые надо компенсировать. Теплицы могут обогреваться горячей водой, водяным паром, нагретым воздухом, инфракрасным излучением или продуктами сгорания топлива.
Но можно создать солнечную теплицу, точнее, теплицу на солнечной энергии. В гелиотеплице теплопотери существенно снижены за счет теплоизоляции. Кроме того, в них обеспечено не только улавливание максимально возможного количества солнечной энергии, но и накапливание, аккумулирование образующейся избыточной теплоты.
Принцип работы гелиотеплицы
Сама солнечная теплица, по сути, является пассивной солнечной отопительной системой. Аккумулятор теплоты необходим для повышения её эффективности. На рисунке показана схема солнечной теплицы с двойным остеклением, теплоизолированной северной стенкой, имеющей отражательное покрытие на внутренней поверхности, и грунтовым аккумулятором теплоты.
Такие теплицы, как правило, являются весенними и бесстеллажными, а их покрытие может быть как стеклянным, так и пленочным. И вне зависимости от материала покрытие обязательно должно быть двойным. Это позволит избежать появления конденсата, который, во-первых, уменьшает прозрачность покрытия, а во-вторых, стекая с него (покрытия), создает избыточную влажность почвы. И это неблагоприятно влияет на развитие растений. Использование двойного покрытия уменьшит теплопотери внутреннего слоя; при этом оно не будет настолько охлаждаться, чтобы разница температур привела к конденсации влаги. Основной удар охлаждения извне примет на себя наружный слой.
Но следует учитывать, что причиной появления конденсата может стать и повышенная влажность. Для поддержания необходимого уровня влажности нужно регулярно проветривать теплицу. От площади вентиляционных отверстий напрямую зависит качество воздухо- и газообмена в теплице. В идеале она должна составлять 18-25% от общей площади теплицы. Для того чтобы воздухообмен был более эффективным, вентиляционные отверстия необходимо расположить в направлении господствующих ветров.
В солнечных теплицах не предусмотрен обогрев при помощи газа или электричества, поэтому к ним предъявляются особые требования, направленные на уменьшение теплопотери. В первую очередь эти требования касаются размещения теплицы.
В солнечных теплицах применяют различные приспособления для аккумуляции тепла. Так, например, можно установить внутри теплицы контейнеры с материалом, обладающим хорошей способностью накапливать солнечное тепло в течение дня, а ночью его отдавать, например, с галькой, гравием или их смесью.
Часто применяют также водяные подгрунтовые коллекторы. В емкости в течение дня нагревается вода, которая через систему труб и насосов уходит под грунт, отдавая ему тепло, возвращается охлажденной и вновь нагревается. На протяжении всего дня вода циркулирует под грунтом, нагревая его, а ночью он остывает, отдавая тепло воздуху теплицы.
Обратите внимание!
Есть ещё очень простой и оригинальный способ создания водяного коллектора без применения труб и насосов. Для этого можно использовать обычные пластиковые бутылки, в которые налита вода. Такие бутылки нужно установить вниз горлышком (при завинченных пробках) в углубления, сделанные в почве.
Днем вода забирает солнечное тепло, не давая воздуху в теплице перегреться; ночью же она отдает его, обогревая воздух. При помощи такого самодельного устройства можно также регулировать влажность почвы. Для чего необходимо оставить в бутылках немного воздуха, а крышку закрутить неплотно. Тогда днем при нагреве воздух в бутылках расширится и вытеснит часть воды в почву, а ночью при охлаждении воздух будет снова подсасываться в бутылку. Доливать в бутылки воду нужно каждые 3-4 дня. Однако такое остроумное решение проблемы обогрева может быть эффективным только для теплиц небольшой площади.
Форма односкатных солнечных теплиц: а — с наклонными светопрозрачными стенками; 6 — с цилиндрическими светопрозрачными стенками; в — с наклонной крышей и вертикальной передней прозрачной стенкой; г — с наклонной передней прозрачной стенкой; д — с теплоизолированной передней стенкой. 1 — светопрозрачная изоляция; 2 — прозрачная крыша; 3 — теплоизолированная стенка
На рисунке показаны различные геометрические формы пристроенных солнечных теплиц. Они различаются по степени использования солнечного излучения, по возможности наиболее рационального использования внутреннего пространства и, соответственно, по конструкции. Угол наклона южной остекленной поверхности к горизонту зависит от широты местности и для Средней полосы России может быть 50-60°, при этом угол наклона крыши 20-35°. Оптимальное отношение площади поверхности грунта к площади светопрозрачной поверхности составляет 1:1,5. При этом обеспечивается оптимальный энергетический баланс и хорошее использование внутреннего пространства. При вертикальном расположении передней стенки не обеспечивается максимальное улавливание солнечной энергии.
Оптимальные значения углов наклона поверхностей выбираются по максимальному углу высоты солнца в зимние месяцы для данного района. Отдельно стоящую солнечную теплицу устанавливают на ровном незатененном месте с естественной защитой от ветра, например с помощью кустарников или забора с северной стороны. Для максимального улавливания солнечной энергии конек крыши необходимо ориентировать вдоль оси восток-запад.
Солнечная теплица с галечным аккумулятором теплоты: 1 — светопрозрачная изоляция; 2 — опорная стенка; 3 — северная стена; 4 — теплоизоляция; 5 — галечный аккумулятор; б — ящики с рассадой; 7 — защищенный грунт; 8 — теплоизолированный фундамент
Внутренняя поверхность северной стенки должна иметь отражательное покрытие, для чего её нужно покрасить белой матовой краской. Это обеспечивает лучшую освещенность теплицы и уменьшает теплопотери. При хорошей теплоизоляции северной стены теплопотребление теплицы снижается в два раза. Во избежание неконтролируемого воздухообмена должны быть тщательно уплотнены двери, окна, фрамуги вентиляционных отверстий.
Для теплоизоляции непрозрачных поверхностей ограждающих конструкций используются различные материалы:
• минеральная вата,
• пенополистирол,
• прессованная солома,
• опилки,
• стружка.
В качестве материала светопрозрачной изоляции используются:
• стекло,
• полимерная пленка,
• листы прозрачной пластмассы.
Летом в солнечной теплице может возникать непереносимая жара. Для предупреждения перегрева в теплице должна быть достаточная масса теплоаккумулирующего материала, обеспечен хороший воздухообмен и предусмотрено затенение, что значительно снижает температуру воздуха, растений и интенсивность лучистого теплообмена.
Объем аккумулятора теплоты (водяного, галечного, грунтового), площадь остекленных поверхностей и толщина теплоизоляции определяются расчетным путем с учетом климатических данных.
