Умная теплица - Николай Иванович Курдюмов
А без обогревателя? Как быстро остынет воздух в теплице при такой теплопотере? На 11 градусов за одну минуту! Конечно, при снижении разницы температур скорость теплообмена снижается, но это не меняет общую картину: после захода солнца теплица могла бы остыть всего за несколько минут.
И остыла бы, если бы не почва — мощный естественный аккумулятор тепла.
Теплоёмкость почвы не намного меньше, чем у воды. Если нагреть слой земли толщиной 10 см на 10 градусов, это позволит запасти на 20 квадратах нашей теплички около 60000 КДж, что при тех же условиях позволит сохранять тепло уже около полутора часов. Неплохо!
Но всё же это всего полтора часа. Почему бы не вспомнить и про воду?
Если поставить в нашу тепличку, скажем, две двухсотлитровые бочки с водой и они нагреются на 10 градусов, то запас тепла — еще 16800 КДж — позволит «продлить агонию» еще на полчаса… Конечно, при небольшой разнице наружной и внутренней температуры, скажем, в 5-6 градусов, цифры получатся гораздо более оптимистичные. Это уже несколько часов. В общем, мы пришли к нашей обычной практике: крепкая, хорошо прогретая днем теплица может помочь пережить короткий и очень небольшой заморозок — не более 2-3 градусов…
Сколько же нужно иметь воды, чтобы всю ночь в нашей тепличке было хотя бы на 10 °C теплее? Это легко подсчитать. При таком перепаде температур потеря тепла будет составлять 5 КВт. За восемь часов в атмосферу улетит 144 000 КДж. Если вода, нагретая до 20 °C, остынет до 10 °C, её понадобится около 3400 литров… Целый бассейн!
Несомненно, для зимнего сада или оранжереи это хороший вариант. Недаром в любой старой оранжерее или коллекционной теплице есть бассейн. И часто с фонтанчиком! Это и регулятор влажности воздуха, и источник тёплой воды для полива, и аквариум, и прудик для водных растений, и место отдыха, и деталь интерьера. А заодно и мощный тепловой буфер!
Но в овощной тепличке — не до жиру.
Более простой путь для нас — заставить покрытие теплицы меньше отдавать тепло. Например, покрытие вторым слоем пленки с воздушным зазором между ними позволяет снизить теплопотери вдвое. А в ветреную и дождливую погоду — вчетверо! Ведь внутренняя пленка не намокает и не обдувается ветром. А ветер, между прочим, усиливает отдачу тепла в 4-5, а сильный ветер — в 8-10 раз!
Мудрые скандинавы отказались от одинарных покрытий. Они слишком прозрачны для лета и слишком сильно теряют тепло в холодное время. Несмотря на то, что двойные покрытия поглощают треть солнечного света, они хранят тепло, и общий итог оказывается выигрышным.
Тот же эффект получается, если и сами грядки накрыть дополнительным «одеялом» из пленки или нетканого материала. Каждый слой укрытия увеличивает сопротивление теплопередаче примерно вдвое.
Есть двойные полиэтиленовые плёнки с пузырчатым воздушным слоем. Они отдают почти вдвое меньше тепла. А есть и тройные — кроме воздушного, ещё и слой пенополиэтилена. Эти спасают от заморозков в -7… — 8 °C (фото 30). Служат эти плёнки, конечно, дольше простого полиэтилена — 3-4 года. Но всё равно они недолговечны: полиэтилен разрушается от солнца и мороза. К тому же, «слоёные» плёнки пропускают всего 60% света. Для лета — хорошо, а для весны — плохо!
Сейчас появился материал, почти идеальный для теплиц — сотовый поликарбонат. Он теряет на порядок меньше тепла, чем стекло и плёнка. Наша тепличка с поликарбонатным покрытием теряла бы всего около 1-2 киловатт. То есть хранит тепло в десять раз дольше! При этом свет пропускает, как стекло, почти весь. Тут растения, конечно, будут чувствовать себя более комфортно. Дополнительный обогрев будет скорее символическим. А с хорошей печкой поликарбонатная теплица может работать и в серьезный мороз — до -40 °C! В летнее время такая теплица, соответственно, нуждается в более сильном проветривании, но этот вопрос легко решить конструктивно.
Сопоставив поступление и потери тепла, мы можем теперь понять, почему весной, в солнечную, но прохладную погоду стеклянная и пленочная теплица не может перегреться даже без проветривания.
Поток солнечной энергии, «освоенный» теплицей и превращенный ею в тепло, равен примерно 0,5 КВт на квадратный метр, или для нашей модельной теплички — около 10 КВт. Примерно столько же теряет наша тепличка при разнице температур в 20 градусов. Например, когда внутри +30 °C, а снаружи +10 °C. То есть при такой погоде в теплице устанавливается равновесие. Кроме того, учтём: теплоотдача тем выше, чем больше разница температур. Иначе говоря, при «перегреве» отдача тепла резко возрастает, а при «недогреве» снижается. Это сглаживает скачки внутри теплицы и как бы автоматически поддерживает температуру примерно на 15-25 градусов выше, чем снаружи.
Именно поэтому весенние парники и рассадники, наскоро сделанные из пленки, накинутой на дуги, долго обходятся без форточек. Но эта естественная автоматика помогает только тогда, когда окружающий воздух достаточно холоден.
А вот ближе к лету, как только наступает теплая погода и воздух прогревается выше 20 °C, система дает сбой. То есть законы физики продолжают исправно работать, поддерживая внутри температуру на 20 градусов выше наружной. Но для растений 40, а тем более 50 °C — увы, многовато… Что делать, мы уже знаем: снижать светопропускание, увеличивать отражающие свойства почвы и усиливать конвекцию — открывать фрамуги.
В идеале хорошо бы в это время покрыть теплицу материалом, пропускающим свет, но поглощающим (а лучше — отражающим) тепловые лучи. Такие материалы (например, теплопоглощающая пленка) уже разработаны, однако пока очень дороги. Но есть и дешёвые способы. Например, некоторые иногда белят теплицу известковым молочком с добавкой обойного клея. Минус — потом надо мыть! Лучше всего набрасывать сверху старые простыни, маскировочные сетки и прочие «теневые материалы». Работает эффективно, и мороки немного.
Итак, к чему мы пришли? Вот к чему. Теплица весной и теплица летом — сооружения с прямо противоположными физическими задачами. И поскольку конструкция теплицы при этом не изменяется, она должна быть многофункциональной изначально.
Весной для максимального использования солнечного тепла теплица должна:
• Пропускать максимум света: поликарбонат, чистые стекла, новая пленка, минимум рам.
• Отражать меньше теплового излучения: максимум черных поверхностей внутри теплицы.
• Быть герметичной: все щели тщательно заделаны.
• Быть защищённой от ветра: деревьями, кустами, строениями, другими теплицами.
• Максимально запасать тепло в почве:
