«Солнечные теплицы» (стр. 5 из 7)

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.