Расчет теплоаккумулятора для теплицы

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Да, можно, вот только непонятно какую температуру вводить и по какому закону ее менять.
Есть реальные графики температуры грунта, например, такой:

Можно нарисовать модель с начальным распределением температур как на графике 1 мая. Методом тыка подобрать температуру верхней стенки модели, чтобы через 90 дней температурное поле совпало с графиком от 1 августа. Останется добавить трубу и выяснить ее влияние. Я думаю, это будет близко к реальности.

 

Да, правильный подход. То есть сначала делаем модель для открытого грунта, находим закон по которому меняется температура верхней стенки в зависимости от времени. Потом модель с введенной трубой. Так же понадобится модель с теплицей сверху с трубами и без труб.
@alexv_1967, для Вашего случая начинаю составлять картинку, поправляйте если что не так с размерами.

Конечно обсуждать тонкости всего комплекса с тепловым насосом лучше в отдельной теме, но пока ее нет, попробуем прояснять ситуацию здесь.
Интересует какой тепловой насос по типу действия и откуда он будет забирать энергию: из грунтового ТА под теплицей или из отдельного контура (воздушного или?)? Про расположение воздушного короба я правильно понял? Насколько я понял планируете еще и водяной ТА? Где он будет находиться?

 

Поясните для тупых. Речь идёт о ТА, который будет заряжаться от воздуха теплицы по принципу теплового насоса?

 

@kivik71, у Вас на картинке она выглядит привлекательней, чем у меня в эскизах - они на даче.
Уровень земли на участке (уровень земли снаружи теплицы) снаружи соответствует уровню грядок.

Воздуховоды. Установлены ближе к внешнему краю грядок. Центр трубы примерно в 15 см (край трубы в 10 см) от края теплицы
Короб. Нужно повернуть на 90 градусов и прикопать в грядку так, чтобы верхний край короба торчал с уровнем грядки. Короб спрятан, сверху съемная крышка, полагаю корням места хватит, а листве короб мешать не будет.

Левая стена теплицы (там где короб) северная. Стенка глухая и теплоизолированная. Вертикально высотой 1,8 м от уровня земли. Левей на 60 см установлена подпорная стена высотой 80 см, между стеной и северной стенкой теплицы засыпана земля. перед засыпкой впритык к подпорной стенке установлен вертикально 10 см лист пенопласта, далее 50 см земли. далее горизонтально пенопласт, на пенопласт цсп лист чтобы ходить по "дорожке". Мало ли нужно чистить снег или ремонтировать крышу или что-то еще. Левей подпорной стенки у меня соседский забор, до него 40-50 см, поэтому шире подпорную стенку делать не стал. Старался теплицу установить ближе к забору.

Правая стенка теплицы (юг). Высота 70 см вертикально. Предполагаю установить двойной поликарбонат, 4 мм, с двух сторон от О-профиля как в старой теплице (типа стеклопакет)

Крыша. Планирую двухскатную с углом наклона в районе на 1 метр высоты 2 метра ширину (короткие стороны прямоугольного треугольника) Конек крыши от северной стороны на 2 метра, от южной на 4,2 метра. Типа южный скат большой, северный короткий. Нужно ли делать северный скат прозрачный или сделать глухой пока не решил - думаю. В итоге в коньке крыша на высоте 2,8 метра от уровня земли на участке или на 3,6 метра от уровня пола в теплице.
Так же с южной стороны теплицы планирую снаружи сооружаю грядку для какой-нибудь клубники. Грядка шириной 60 см, высотой 30 см таким образом из 70 см южной вертикальной стенки 30 см оказывается глухой. Я там тоже как то укладывал осенью пенопласт. По моему снимал почву на 20 см, вдоль глухой стенки пенопласт вертикально 50 см и на дно горизонтально 50 см. Дальше земля 40 см. Здесь могут быть варианты.
Я решил вокруг теплицы утеплить как утепляют моноплиту при строительстве дома. Утеплитель ставят вертикально и горизонтально прикопав на глубине. То, что часть грядки внутри теплицы оказывается в тени и меньше солнца с юга - решил, что пусть летит через крышу, главное утеплится

 

Я решил сделать как минимум два тепловых насоса. Для одного изготовил геотермальный контур. Я строю теплицу-траншею. у меня на участке возникла яма 5х10 метров и почти метр глубиной. Причем для укладки воздуховодов мне все равно нужно было копать ниже. В итоге я "потусил" в теме "Самодельный электрический ямобур" и изготовил установки для горизонтального направленного бурения. Выкладывал фото и видео в этой теме, можно читать с поста №1249
https://www.forumhouse.ru/threads/85465/page-84
В итоге из ямы теплицы пробурил горизонтально на глубине 1-1,4 метра и уложил 350 м. п. 32 водопрводной ПНД-трубы под рассол. Эти трубы торчат сейчас на глубине 1 метр с южной стороны теплицы. Можно будет собрать ТН и брать энергию на отопление в сильные морозы. Возможно когда-нибудь захочу данный геоконтур использовать на отопления дома - нужно все проверить на теплице.
Но в основном у нас морозов сильных нет и планирую брать энергию из воздуха. Для этого купил на Авито внешние не эксплуатировавшиеся старые блоки кондиционеров R22 на 5 и 7 КВт. примерно по 10 тыс за блок. Они на капилярках
Так же на Авито купил два внутренних канальника, по 5 тыс руб, я уже писал. Один переделаю на воду, второй подключу в ВБК (внешнему блоку кондиционера). У меня сейчас два канальника и они будут дуть по очереди в короб, а короб уже в воздуховоды.
В настоящий момент изготавливаю водяной ТА из листов ПНД 4 мм на 6 кубов воды. ТА закопаю ниже уровня пола в теплице. Теплица длиной 11-12 метров. Через каждые 2 метра подпорные столбы. Их шесть рядов (в ряду по 2 столба) В итоге 5ть пространств. Вход в теплицу с запада между первым рядом столбов. Закажу скорей всего металлопластиковую глухую дверь, будет стоить в пределах 5-10 тысяч, самую простую. В первой 1/5 теплице будет все технологическое оборудование по максимуму и под полом я закопаю водяной бак. Размеры бака 1,4х1,4х3 метра (почти 6 кубов). Ходить будем сверху по баку. Сверху в баке будет сделано несколько крышек. Одна большая 70х60 см для занесения подпорного каркаса - каркас внутри будет подпирать бак, чтобы его не сдавили грунт. остальные крышки технологические, чтобы можно было вынуть оборудование для обслуживания не выкачивая воду из бака.
В водяной ТА будет установлен теплообменники -конденсаторы ТН. Теплообменники делаю два из водопроводной медной трубки 12мм длиной 50 метров. крутил в спираль, далее изготовлю из ПНД две трубки и установлю циркуляционный насос так, чтобы он обеспечивал движения воды вдоль медной трубки, нужно выйти на теплообмен 300-500 Вт/м2хК. Решил не закупать ПТО, так как вода в ТА может цвести, и забивать ПТО. А медную спираль если что вынул из бака и отмыл от грязи, слизи и прочей жизни. Медную трубку купил новую водопроводную, 12 мм на 50 м, где-то за 12 тыс руб. Далее из данного водяного ТА вода будет поступать в канальник, который переварим на воду. Таким образом можно будет воду в ТА отогревать как с помощью ТН, так с помощью горячего воздуха в теплице. Воду в ТА планирую нагревать до 30-35 градусов. Выше нет смысла - много будет улетать через стенки + КПД ТН упадет. В итоге если вода в ТА будет 30, Т воздуха в теплице 18, то канальник (он уже фанкойл) будет способен выдавать на отопление в районе 5 КВт или чуть больше, так как на R22 фреоне он был рассчитан на 12 КВт. В ТА тепло планирую загонять из воздушного ТН пока на улице тепло, до минус 10.

В итоге возникает три ТН. Один воздух/воздух из ВБК и канальника. Управлять Тконденсации можно с помощью скорости фана в канальнике
Второй воздух/вода. Из ВБК и медной трубки - спирали. Управлять Тконденсации можно включением -выключением циркляционного насоса.
Третий ТН вода/вода соберу позже, видимо следующей зимой или летом, куплю трехфазный компрессор, ПТО для геоконтура и прочее.

 

Я хочу в отопительный период топить по ночному тарифу, он у меня 1,5 рубля, дневной почти три. Поэтому решил изготовить водный ТА большого размера чтобы в нем накапливать энергию от ТН. Энергию ТН будет брать естественно с улицы, не с теплицы. Но... В момент, когда я буду заряжать летом грунтовый ТА, я могу фаны включать в фанкойле (Фанкойл - это канальник, переделанный с R22 на воду) Таким образом у меня фанкойл в режиме прогрева грунтового ТА будет производить теплую воду и я ее могу утилизировать в водяной ТА Сильно нагреть не получится - воздух не очень горячий. Но до 20 градусов реально.

 

Можно и так попробовать - это будет 5й вариант, а первые 4 такие

И для каждого из этих вариантов разное использование грунтового ТА под теплицей и соответственно для каждого должен быть свой расчет. Лично мне больше нравится первый вариант, но его для @alexv_1967, уже наверное не получится сделать.
@alexv_1967, все стало намного понятнее, подредактирую все подробности на рисунке и выложу в Вашей теме (надеюсь, что она все-таки рано или поздно появится). Можно назвать ее типа Теплица с обогревом тепловым насосом.
А здесь пока предлагаю заниматься более общими расчетами по ТА.

 

Не совсем понимаю что хотим. Графики наглядно показывают, как тепловая волна уходит вглубь и гаснет. Взят регион с Тна глубине 10. Максимальная амплитуда на глубине 2-3 метра +- 3 градуса. Это картинка скорее для Киева, а не для Питера, так как средняя Тулицы в агусте +19, а зимой +1.
У меня если грунтовый ТА стоит под теплицей, то на улице в мае иногда еще снег лежит, а помидоры сажаю в апреле. Грунт уже в грядке должен быть отогрет. Греть грунт нужно пару недель. Каким то способом. Если воздуховодами - то они формируют тепловую волну + теплый воздух в теплице. Поэтому чтобы считать тепловую волну с поверхности земли, нужно знать, когда закрыл теплицу на разогрев весной и какая средняя температура воздуха в это время в конкретной теплице! А это индивидуально. Верно?

 

Значит даем Вам задание найти такую же картинку для Вашего региона, а мы подумаем как вписать такую закономерность по температуре в расчетные программы.

 

Я планирую водопроводные трубы под полом использовать только для отогрева земли весной. Отогреть 1-2 грядки и посадить в них рано помидоры. Пусть остальные грядки отогреваются теплым воздухом теплицы и солнцем без доп "прибамбасов". Я не стал на этом заострять внимание, извините. В итоге основное отопление планирую реализовать с помощью теплого воздуха. Что у меня будет? у меня будет ТН воздух/воздух который будет дуть в воздуховод 40х25 см. Я еще "прикопаю" воздуховоды прямо под полом теплицы и выходы сделаю в центральные грядки. Назовем это отопительные воздуховоды (ОВ) На отопительный сезон - осенью - я сокращу отапливаемую площадь теплицы, она у меня будет поделена на секции. Воздуховоды грунтового ТА заглушу- он отогреет землю на глубине и тепло из него доставать не буду с конца сентября и до следующего сезона. Его задача отсечь "теплоубегание" в землю, под ногами. Заглушить можно просто, надеть полиэтиленовый пакет с резинкой на воздуховоды грунтового ТА, к примеру, и все, не дуют и не подают теплый воздух туда где я перестал отапливать. ОВ же наоборот открою и мои канальники будут подавать теплый воздух прямо в грядки куда я захочу. Именно в те места, где растет "ботва" и я хочу отапливать.
У Вас сейчас нарисованы водопроводные трубы везде. Возможно, я их так же установлю и тепло в них буду загонять из водного ТА. Площадь земли у меня сравнима с площадью крыши. Если земля +20, на улице -10, а крыша из двойного слоя 4 мм поликарбоната, то в теплице будет в районе +5 без всегого доп обогрева. Вроде хорошо? Но помидоры не растут, а мощность нужна огромная, чтобы отапливать всю площадь и компенсировать потери земли в воздух. Нужно ли это мне? Ведь водопроводные трубы нужно установить и закопать, много сочленений для перекомутации не очень хорошо делать. В итоге глубокой осенью нужно сократить "угодья" до минимума, сократить потери на отопление. Для этого ОВ подходят лучше. Открыл нужные воздуховоды, закрыл не нужные и начинай отопление либо с помощью фанкойла, доставая теплую воду из водного ТА, либо с помощью ТН воздух/воздух. ТН воздух/воздух на 5 КВт у меня будет работать в режиме старт/стоп и его есть смысл включать на постоянную работу, когда на улице похолодало до нуля, например. А фанкойл гораздо гибче поддается регулировке мощности - у него 4 скорости вентилятора и чем холодней воздух в теплице, тем он больше мощность выдает. К примеру, Тподачи воды = 30 градусов, а Ттеплицы = 20, чувствуете, как хорошо фанкойл может держать нужную Тв теплице? Упала Т в телице до 10 градусов, мощность фанкойла возросла в 2 раза. И важно то, что по воздуховодам тепло будет подаваться прямо вниз, в грядки, не дуть где-то не понятно где. Т. е. там где растет ботва будет теплей всего.
Ну а ТН воздух/вода может греть воду в ТА практически всегда ночью, по ночному тарифу

 

Спасибо за доверие конечно. Но вроде я хотел сказать, что такие картинки актуальны для расчета грунтовых ТА в чистом поле, а не под теплицей 6х10 метров

 

Посмотрел внимательно на рисунок 1. Нельзя тепло брать прямо из под теплицы и греть им теплицу, а теплица тепло отдает на улицу. Вы можете быстро (например за сентябрь - октябрь) заморозить землю под теплицей и уйти в глубокий минус по Ткипению к морозам. В итоге к морозам Вы получите большие теплопотери вниз, упавшую мощность ТН, так как проморозили геоконтур. Весной нужно будет дольше размораживать геокнтур и даже грунт в грядках. Более того, Вы мне заморозите воду в баке - ТА и его порвет льдом изнутри. Нереальный вариант

 

@kivik71, еще нужно убрать надпись "теплые трубы теплового насоса". Это теплые трубы системы отопления. Я их предполагаю наполнить водой. Теплую воду для них нужно брать из водяного ТА. Как греть воду в ТА - на это есть несколько способов, в том числе ТТК, ТН... Я точно сейчас буду подключать ТН воздух/вода.
Ну и нужно ли закладывать эти трубы для отопления я еще не решил. Если по ним пустить не горячую, а теплую воду 30-35 градусов, то с 1 м. п. трубы на обогрев будет расходоваться 15-50 Вт, это моя оценка. Сложно посчитать точно. Ну и получается нужно уложить более менее равномерно порядка 300 м. п для обогрева. Я не думаю, что нужно на это идти. Вода отдает в грунт, грунт передает в воздух... Общий температурный напор низкий, так как в грунте корни растений и более теплую воду не пустить даже от ТТК. Если только ранней весной для оттайки грунта. Получается, что греть теплицу через теплые водные трубы не реально. Горячую воду не подашь, а теплая вода не согреет.
Иными словами, теплые трубы системы отопления заложу в несколько грядок для разморозки грунта весной. И все на этом, по другому водные трубы не буду использовать

 

Теперь представим ситуацию когда все ТА разогреты, а лето в самом разгаре и солнце нещадно палит. Куда тепло будете девать? Если на улице +30, то с вашим герметичным утеплённым куполом, да ещё обращённым к солнцу, ничто не спасёт от перегрева и растения сварятся. А если откроете окна и двери - превратятся в сухие веники, поскольку если на улице в это время будет атмосферная засуха - скажем, 30% влажности, то в теплице, где под +40, влажность будет ниже чем в пустыне.
Я делаю выводы по наблюдению за домашними растениями: зимой, когда на улице очень низкая влажность, в квартире, где теплее, при приоткрытых окнах влажность падает до 15%. В результате, у влаголюбивых растений начинают засыхать сначала кончики листьев, затем доходит до середины и лист отваливается.
Полагаю, если сделать локальный ТА, тщательно изолированный со всех сторон, то его можно будет нагревать до более высокой температуры. Если сделать контур ТН от воздуха в теплице, то он, если я правильно понимаю, сможет охлаждать воздух в теплице в жару и повышать влажность в ней при закрытых дверях и форточках.
Ещё сильно смущает ваше упоминание о двойном ПК. Даже у нового ПК прозрачность - 81%, у сдвоенного будет 65%. К тому же хотите северный склон сделать глухим - у вас в теплице будут вечные сумерки, ни о каком качестве продукции при такой освещённости уже речи быть не может, а с сентября ничего в ней не будет расти без допосвещения, будь в ней хоть трижды тепло.
Кстати, уменьшается световой поток - уменьшается ведь и количество поступающего тепла. Видел где-то подсчёт количества солнечной энергии, которое грунт со средним альбедо поглощает в теплице. Не поверите, но это всего лишь 15% в теплице с обычным ПК, с двойным, естественно, будет меньше.
Ага, нашёл, только не знаю как файл pdf вставлять, поэтому привожу фрагмент текста:
ИНС №2: тепло выделяется в остеклении и на поверхности почвы внутри теплицы. Принимая степень черноты стекла 0,91, считаем, что 9 % тепла отражается. Согласно коэффициенту теплопропускания теплицы 57 % проходит сквозь остекление к почве. Оставшиеся 34 % тепла выделяются в стекле. Принимаем, что из дошедшего до почвы тепла на ее нагрев идет 27 % от прошедших остекление 57 % (т. е. порядка 15 % от исходного значения).

 

Да, но в них есть много свойств, которые очень хорошо стыкуются с расчетами по ТА.
Когда итоги теоретических расчетов наиболее полезны? Когда они совпадают с практическими результатами. Я не хочу сказать, что именно на этой картинке результаты практических измерений (чистой симметрии не бывает в природе), но практический результат всегда будет находиться где то очень близко к этим линиям.
По этим линиям можно понять и описать математически зависимость температуры от времени (от поступающей солнечной/любой энергии тоже), причем эта зависимость будет одинакова для всех местоположений, будет меняться только амплитуда колебаний. И для каждой местности останется подобрать несколько коэффициентов, которые будут описывать реальную ситуацию.
Далее, когда теория совпадет с практикой на открытом грунте, можно будет вводить изменения, например поставили сверху теплицу, зависимость останется той же самой только добавятся коэффициенты, которые зависят от свойств теплицы.
Если найдутся практические результаты измерений с теплицей и трубами, то будет совсем хорошо, но по крайней мере мои поиски таких практических данных не увенчались успехом. Вроде и теплиц много, и теплиц с ТА и с трубами, есть кто измеряет температуру ... Но как то так получается, что эти измерения немного не в том месте, и они не могут дать полноценной проверки теоретических расчетов.
А почему, потому что мало кто задумывается при земельных работах о том, что надо заложить температурные датчики в определенные места, а потом становится поздно.

Все зависит от разных условий, например близость грунтовых вод, размеры на рисунке кстати не стоят специально. Если правильно рассчитать время прохождения тепловой волны в грунте, то получается как раз очень хорошо, Вы тепловым насосом перехватываете теплопотери от ТА вниз и не даете им рассеяться грунтовыми водами, с другой стороны Вы забираете тепло из грунтовых вод (заморозить их точно не получится).