Электрический обогрев почвы и воздуха

Для обогрева воздуха применяют только посевной нагрев.

Для обогрева почвы применяют прямой и косвенный нагрев (нагрев сопротивлением) и косвенный индуктивный нагрев.

В парниках и теплицах распространен элементный и эл.калориферный способы нагрева. (с помощью стальной изолированной оцинкованной проволоки диаметром 2…6мм, нагревательных проводов, кабелей).

Нагреватели размещают в асбоцементных трубах диаметром 50…150мм, которые уменьшают с небольшим наклоном в песке под слом почвы, насыпанным на теплоизолирующий слой шлака. Нагревательные элементы в трубах защищены от влаги и механических повреждений, их легко эксплуатировать при этом, так же выравнивается температура почвы.

Недостатки: большой расход труб.

При обогреве неизолированным проводом с экранной сеткой нагревательным элементом является стальная проволока, которую укладывают зигзагообразно в слой песка поверх провода насыпают слой песка 15-20см, и укладывают экранированную сетку, которую присоединяют к нулевому проводу сети, поверх сетки насыпают культурный слой почвы.

При этом тепло выделяется как в самом нагревателе, так и в почве за счет тока протекающего между проволокой и сеткой.

Недостатки: расход металла (проволоки); возможность поражения током.

Парники с обогревом асфальтобетонными плитами обладают большой аккумулирующей способностью, обеспечивают равномерность нагрева и высокую электрическую безопасность.

На грунт насыпают слой шлака 0,2м, затем посыпают его песком, на песок укладывают асфальтобетон.

78% песок, 9-12 бетон

Затем укладывают стальной неизолированный провод 2..3мм.

Затем снова закладывают асфальтобетон, который обеспечивает хорошую изоляцию (380В).

При обогреве воздуха провод подвешивают на строительных конструкциях или крепят на несущем тросе.

Обогрев при помощи калориферов применяют в высоких теплица, парниках и пленочных укрытиях для этого укладывают в подогреваемый слой гончарные или асбоцементные трубы, а калорифер устанавливают в системе воздуховодов в трубы подают подогретый воздух.

Преимущество: простота, возможность автоматизации.

Используют установки СФОЦ.

 

 

Расчет нагревательных элементов для обогрева грунта

Мощность установки определяется исходя из условия теплового баланса, она должна быть достаточной для компенсации потерь тепла в окружающую среду. Расчет ведут по ночной температуре.

Условие баланса: Qоб=Qогр+Qвет+Qгрунт+……[Дж]

Qоб – необходимая производительность (энергия) обогрева

Qогр – потери через ограждения

Qвет – потери тепла с вентиляцией воздуха

Qгр – потери тепла в грунт

 

Точный расчет

Точный расчет теплового баланса часто затруднителен из-за недостаточности исходных данных, следовательно, в практических расчетах зачастую пользуются приблизительной формулой.

;         или P=k₀A₀(t _вн -t_нар)

А₀ – площадь отепления

t_вн t_нар – температура внутри и снаружи

k₀ – приведенный коэффициент теплоотдачи через остекление который изменяет в зависимости от скорости ветра от 0 до 10м/с - изменяется от 4 до 12 вт/м²с.

R_T- удельное термическое сопротивление остекления м²с/Вт.

А₀ – площадь, определяется конструкцией теплицы

По удельным величинам мощность обогрева определяется: Р =Р₀ А₀.

Р₀ – удельная поверхностная мощность обогрева Вт / м².

В зависимости от климатического района Р₀= 150…200 Вт / м².

Соотношение мощностей почвенного и воздушного обогрева берется по опытным данным.

Например, для парников: 

Р_почвы = (0,5 –0,7) Р_{воздушного обогрева}

для теплиц: 

Р_почвы = (0,3 –0,5) Р_{воздушного обогрева}

Нагревательные элементы почвенного и воздушного обогревов рассчитываются отдельно.

Цель расчета определить диаметр и длину нагревательных элементов.

Исходя из конструкционных соображений обычно первый параметр задают, а другие рассчитывают.

 

Методика расчета

Для почвенного обогрева:

1. определить мощность обогревателя на одну фазу:

Р_{нагревателя}=Р_почвы / m;

m – число фаз

2. Определить фазный ток нагревателя

I_ф= Д_нагр / U_фcos j

cos j=0,9

3. Определить допустимый ток провода при заданной температуре провода и его диаметре.

Температура провода в асфальтобетонных плитах не должна превышать 10^оС, следовательно, нагревательный элемент рассчитывают, используя экспериментальные данные.

 

 

Номограмма диаметров провода в зависимости от температуры стальной оцинкованной проволоки и допустимой токовой нагрузки

 

4. Рассчитывают число параллельных ветвей в фазе

n=I_ф/I_доп

5. Определяем уточненное значение силы тока в ветви

I_д=I_ф/n

6. Возвращаемся к монограмме и уточняем температуру по уточненному току

7. Определяем удельное линейное сопротивление R_l, зная диаметр проволоки и его температуру.

8. Находим фазное активное сопротивление ветви зная r, U, cos j

9. Рассчитываем длину провода (длину ветви), подключаемое на данное сопротивление U (U_ф)

l= Rв/ Rс

10. Находим суммарный расход провода

l _S =nmL

 

Оптимальный микроклимат и длительный период вегетации семян овощных культур создают условие для развития и размножения в почве вредителей и возбудителей болезни. Следовательно, в почву необходимо обеззараживать или заменять, процесс замены требует больших затрат.

Чаще всего прибегают к стерилизации почвы, при этом нагрев почвы до 90-100^оС паром или электрическим током - наиболее эффективные способы борьбы с вредителями.

Преимущество электрического нагрева в том, что почву после стерилизации можно использовать сразу же, а процесс автоматизируется и контролируется.

Для обогрева почвы применяют стерилизаторы с элементными или электродными нагревателями.

Элементный стерилизатор представляет собой ящик в котором установлены пластины из сплава на основе алюминия и на пластина укреплены тэны. Тепловой поток от тэнов передается пластинам, а от низ в почву.

Электродный стабилизатор выполнен из деревянного ящика, вставленны 4 электрода и подключены на 380В.

Для равномерного распределения нагрузки между фазами крайние электроды соединяют между собой проводами, электрический ток проходя через почву нагревает его.

è Система управления.

Как объект автоматизации теплицу характеризуют параметры отопления естественную и принудительную вентиляции температурно-влажностные параметры воздуха и почвы, данные технологического оборудования для посева, приготовления минеральных удобрений.

Внешние факторы: солнечная радиация, скорость и направление ветра, температура воздуха.