Skleníková energie

Vzhledem k vysoké ceně energie je podíl nákladů na tento zdroj při výrobě skleníkových produktů v průměru 50–60 procent, což nutí podnikatele umisťovat komplexy v jižních oblastech Ruska. Je však toto řešení jediným východiskem ze situace?

V říjnu 2015 ruský prezident Vladimir Putin pověřil ruskou vládu, aby vyvinula mechanismy ke snížení nákladů na elektřinu pro zemědělce pěstující zeleninu v chráněné půdě. To naznačuje přání státu zlepšit situaci ve skleníkovém sektoru země a částečně vyřešit jeden z hlavních problémů v této oblasti zemědělsko-průmyslového komplexu. Zemědělští výrobci se to zatím snažili regulovat sami – hledali cesty, jak ušetřit peníze výstavbou velkých skleníkových projektů na území Krasnodaru a Stavropolu, Rostovské oblasti a dalších jižních oblastech země, kde kvůli vysoká průměrná roční teplota a velký počet slunečných dní, můžete trochu ušetřit na nákladech za energii.

SICK BOD

Hlavním limitujícím faktorem pro rozvoj skleníkového zemědělství je bezuzdné zvyšování tarifů za teplo a elektřinu a účtů za energie. Za posledních pět let vzrostly náklady na plyn téměř o 300 procent a pro zásobování skleníkového komplexu elektřinou je třeba zaplatit velké sumy peněz. Nákupy za velkoobchodní ceny zajišťují jen asi 50 procent požadovaného objemu plynu a přibližně 30 procent elektřiny. Chybějící množství je nakupováno za komerční cenu, zatímco tarify za plyn a elektřinu se každým rokem zvyšují a několikrát převyšují inflaci.

Dodavatelé mají významný vliv na ceny, kvalitu a dodací podmínky, přičemž nejdůležitější složkou při výrobě skleníkových produktů jsou tepelné zdroje. Dnes je struktura nákladů na pěstování zeleniny heterogenní: hnojiva tvoří 5-8 procent z celkového objemu, osivo a sadba – 4-6 procent, mzdové náklady – 20-25 procent, elektřina – 14-18 procent, tepelné energie a plyn – 35–40 procent, ostatní náklady vynakládají 10–15 procent. Je zřejmé, že celkové náklady skleníkových farem na elektřinu a teplo dosahují v průměru minimálně 50 procent všech nákladů. V některých sklenících může podíl nákladů na elektrickou a tepelnou energii dosahovat až dvou třetin celkových nákladů. To vše předurčuje potřebu hledat pro tyto účely alternativní a levnější zdroje energie.

EKOLOGICKÁ HROZBA

V současných podmínkách existuje jedno efektivní východisko: je nutné široce využívat úsporné technologie při výstavbě skleníkových komplexů a pěstování rostlinných produktů, stejně jako využívat vnitřní zdroje elektráren, vytvářet skleníkové farmy založené na jaderné energii. elektrárny a tepelné elektrárny. V takových podnicích vzniká v důsledku technologického cyklu přebytečná tepelná energie. Často se nevyužívá a zároveň způsobuje znečištění ploch sousedících se stanicemi a narušení biologické rozmanitosti v nich. Zvýšením teploty v nádrži az toho vyplývající změnou jejich přirozeného hydrotermálního režimu se urychlují procesy vodního kvetení v důsledku rozvoje modrozelených řas; klesá rozpustnost plynů ve vodě, což je nebezpečné zejména pro vodní organismy – ryby. Mění se i fyzikální vlastnosti kapaliny a aktivují se v ní všechny chemické a biologické mechanismy. V ohřívací zóně se snižuje průhlednost vody, zvyšuje se hladina pH a urychluje se rozklad snadno oxidovatelných látek. Rychlost fotosyntézy v takovém vodním útvaru znatelně klesá. Náchylnost živých organismů k toxickým látkám se obvykle zvyšuje se zvyšující se teplotou vody.

V jaderných elektrárnách se spolu s výrobou elektřiny uvolňuje obrovské množství tepla: až 4 kWh tepelné energie na 1 kWh elektrické energie. Například JE Volgodonsk využívá více než 120 tisíc metrů krychlových na chlazení pouze jednoho jaderného reaktoru. m vody za hodinu, poté je odeslána do chladicího jezírka o teplotě asi 30 °C. Zároveň se na rozsáhlém území zhoršuje ekologická situace. Aby se snížilo tepelné znečištění přírodního prostředí, v některých jaderných elektrárnách se staví obří chladicí věže, které jsou vysoké přes 100 m a stojí asi miliardu rublů. Odhaduje se, že stanice, která vyrábí 3000 1800 MW elektřiny ročně, současně produkuje odpadní teplo, k jehož rozptýlení je zapotřebí nádrž o velikosti alespoň 9 10 hektarů a hloubce 35–50 m. Voda, která tuto přebytečnou tepelnou energii absorbuje, vstupuje do chlazení rybník. Ještě teplý – teplota může dosáhnout 1–15 °C – se vypouští do blízkých řek nebo jiných vodních ploch. To vede k narušení přirozené tepelné rovnováhy, mění biorytmy vodních obyvatel, zvyšuje jejich náchylnost k toxinům a radionuklidům a podporuje rozvoj modrozelených řas. Když teplota vody stoupne jen o 20 °C, biologická spotřeba kyslíku se zvýší o XNUMX–XNUMX procent.

ZAVŘÍT ŘEŠENÍ

Jako příklad škodlivého vlivu sekundárního tepla z jaderných elektráren na životní prostředí lze uvést úhyn jezer Posvo a Udomlya v roce 1988, kde byla odvedena voda z chladicího rybníka jaderné elektrárny Tver. V zimě byla teplota vody 46 ° C, v létě – 25–34 ° C. V důsledku toho se stalo to, před čím vědci varovali: rychlý rozvoj bakterií, řas, úhyn ryb a následně dalších vodních organismů.

Podobné výpočty pro tepelné elektrárny ukazují, že elektrárna o výkonu 1000 MW vyžaduje nádrž o ploše 810 hektarů a hloubce asi 9 m V průměru taková výroba zvyšuje teplotu vody v porovnání s okolím 5–15 °C. Pokud je tento indikátor v nádrži 16 ° C, pak se odpadní voda v tepelné elektrárně zahřeje na 22–28 ° C a v létě na 30–36 ° C. S tímto množstvím energie je možné vytápět velké plochy skleníků, které navíc poslouží jako umělý radiátor-chladič – při vypouštění do zásobníku se sníží teplota vody. Využití tohoto přebytečného tepla pro vytápění skleníků nebo dokonce řady velkých komplexů umístěných ve vhodných vzdálenostech od podniků vyrábějících energii nejen výrazně sníží náklady na vytápění, ale také výrazně sníží negativní důsledky znečištění přilehlých oblastí.

Pěstitelé skleníků také čelí značným provozním nákladům na noční osvětlení, které rostliny nutně potřebují. Tepelné a jaderné elektrárny se přitom neustále potýkají s problémem nedostatečné poptávky po „noční“ energii, kterou lze částečně realizovat v rámci blízkých velkých skleníkových komplexů. Hlavní výhodou elektráren je přitom nízká cena vyrobené energie. Jaderná elektrárna nebo velká tepelná elektrárna – uhelná nebo plynová – by podle propočtů mohla pomocí svých energetických zdrojů poměrně snadno pokrýt potřebu tepla velké – až 100 hektarové – skleníkové farmy. Praxe ukazuje, že spolupráce mezi skleníky a podniky vyrábějícími energii, především tepelnými elektrárnami, je zcela reálná. Podle ministerstva zemědělství už asi 30 procent areálů využívá teplo získané z tepelných elektráren a dalších energetických podniků.

VZÁJEMNÉ VÝHODY

Přebytečné teplo mohou dodávat i jiné podniky vyrábějící energii. Například na farmách jednoho moskevského agrokomplexu, které odebírají teplo z místní ropné rafinérie, jsou roční náklady na vytápění skleníků 2–2,5krát nižší než v komplexech, které jsou zásobovány teplem z vlastních kotelen. Při recyklaci průmyslového tepelného odpadu se spotřeba paliva sníží šestkrát. Ne vždy je však spolupráce s tepelnými elektrárnami výhodná. Hodně záleží na vzdálenosti mezi skleníkem a tepelnou elektrárnou a také na stavu potrubí. Například skleníková elektrárna v Saratovské oblasti se potýkala s následujícím problémem: délka potrubí do městské tepelné elektrárny je 11 km a její stav není příliš žádoucí. Proto společnost dospěla k rozhodnutí postavit vlastní kotelnu.

Na základě praxe provozování farem s tepelnými elektrárnami lze konstatovat, že náklady na teplo se v tomto případě snižují na polovinu. Náklady na produkci skleníků se snižují v průměru o 18–20 procent, což je významné vzhledem k poměrně nízké ziskovosti produkce skleníků. Tento efekt lze výrazně zvýšit diverzifikací velkých tepelných elektráren. To je možné vzhledem k vysoké likviditě jejich produktů. Následně může jaderná elektrárna nebo tepelná elektrárna, která prošla částečnou diverzifikací, dodávat na trh produkty, které jsou pro ně nové, ale spotřebiteli neustále žádané, např. výstavba a provoz chlazeného skladu, který každý velký skleníkový podnik musí mít. Využitím vnitřních zdrojů bude zároveň elektrárna vysoce konkurenceschopná, obyvatelé budou profitovat i z nákupu relativně levné a kvalitní zeleniny a ovoce a stát profituje ze snížení dovozních nákladů.

Téměř pro všechny regiony Ruska je ohřev půdy ve skleníku jedinou příležitostí pro časnou výsadbu zahradních plodin. Nejčastěji je úkolem udržovat požadovanou teplotu, aby byly sazenice chráněny před proměnlivým počasím na jaře, protože celoroční systém vytápění je pro většinu farem příliš drahý a nevyplácí se sklizní.

Topný kabel pro skleníky se úspěšně používá při organizaci dodatečného nebo hlavního ohřevu půdy a vzduchu, chrání rostliny před podchlazením a udržuje optimální teplotu pro získání požadované plodiny.

Při organizaci vytápění je třeba vzít v úvahu, že bez ohledu na to, jaké zdroje tepla se používají k vytápění, spotřeba energie, pokud jsou všechny ostatní věci stejné (doba provozu systému, izolace, plocha), bude stejná – 80-100 W / m2. To znamená, že pro vytápění skleníku budete muset jakýmkoli způsobem získat toto množství energie, bez ohledu na její zdroj. Rozdíl ve způsobech vytápění je tedy v účinnosti (COP), složitosti organizace, provozu a dostupnosti zdroje energie.

Kabel pro vytápění skleníku od výrobce

Maloobchodní cena: 18 218 RUR / kus RUR 36 436 / PC
Velkoobchodní cena

Maloobchodní cena: 1 871 RUR / kus RUR 3 741 / PC
Velkoobchodní cena

Maloobchodní cena: 6 200 RUR / kus RUR 12 400 / PC
Velkoobchodní cena

Maloobchodní cena: 12 857 RUR / kus RUR 25 713 / PC
Velkoobchodní cena

Zdroje energie pro vytápění

• sluneční
• Zemní plyn / kapalné palivo
• Tuhé palivo
• Elektřina
• Biopalivo

Jak bylo uvedeno výše, vyhřívaný skleník spotřebovává určité množství energie bez ohledu na typ jeho zdroje. Při organizaci vytápění je proto třeba především vzít v úvahu dostupnost, náklady a vlastnosti provozu zařízení (sezónnost, umístění, izolace, možnosti ovládání zařízení)

Jak vytápět skleník?

Existuje mnoho způsobů vytápění skleníku, od těch nejzákladnějších, jako je instalace ohřívače nebo topení v kamnech, až po organizaci komplexních “chytrých” systémů (solární vytápění, autonomní topná stanice).

Konvekce (přirozená nebo umělá) je způsob vytápění, při kterém se skleník vytápí přílivem masy ohřátého vzduchu (trouby, solární panely, otevřené hořáky, elektrické konvektory, krby). Nejjednodušší způsob, jak organizovat vytápění, protože nevyžaduje další konstrukce uvnitř skleníkového prostoru. Nevýhodou je nerovnoměrný ohřev a složitost ovládání.

Kolektory – systém potrubí rozmístěných po ploše vytápěného skleníku, ve kterém cirkuluje chladicí kapalina (voda, vzduch, pára). Tato metoda umožňuje rovnoměrně rozdělit chladicí kapalinu po ploše skleníku. Jako generátor energie mohou fungovat kotle (tuhá paliva, plyn, elektrické), pece.

Infratopení – využití zdrojů infračerveného záření (konvektory, topná fólie). Infračervený zdroj tepla neohřívá vzduch, ale povrchy předmětů (podobně jako slunce), čímž nejefektivněji spotřebovává elektřinu. Systém se poměrně snadno instaluje a reguluje pomocí teplotních čidel a termostatů.

Biologické vytápění – biopaliva (obvykle hnůj se slámou, rašelina) jsou umístěna přímo v zemi.

Kabelové vytápění – rozvod topného tělesa přímo v půdě skleníku.

Všechny způsoby organizace mají své výhody a nevýhody, které se nebudeme zabývat, podrobně popisující způsoby vytápění skleníků a skleníků pomocí elektrického topného kabelu.

Kabelové vytápění půdy ve skleníku

Systém kabelového elektrického vytápění skleníku se skládá z přímotopného kabelu uloženého v zemi a řídicího systému, který představují regulátory teploty a teplotní čidla.

Výhody kabelového vytápění skleníků

Kabel je položen pouze pod postelemi, rovnoměrně rozložený po celé ploše. Topný kabel má po celé délce stejný tepelný výkon, takže se nemusíte bát přehřátí nebo podchlazení rostlin.

Kromě toho lze pokládání kabelů provádět s různými roztečemi (vzdálenost mezi závity) – a v různých částech skleníku si můžete vytvořit vlastní mikroklima, které je pro určitý typ rostliny nezbytné. Takový efekt je obtížné vytvořit a udržet pomocí například ohřevu vody nebo vzduchu.

Topný kabel pro skleníky

Pro ohřev půdy a vzduchu ve sklenících se používá dvoužilový odporový topný kabel v sekcích s lineárním výkonem 14-17 W / m. Tento výkon stačí k zajištění požadované teploty 15-25°C v závislosti na druhu pěstovaných rostlin. Odporový topný kabel má konstantní lineární výkon (na rozdíl od samoregulačního), používá se také pro vytápění střech a podlah (včetně betonových).

Kabel se skládá ze dvou žil vedoucích proud (hlavního a zpětného) – dvoužilového kabelu, takže není nutné vracet další část napájecího kabelu ke zdroji energie, přičemž konec části umístěte tam, kde je to vhodné.

Vnitřní izolace (čím vyšší je teplota tání izolace, tím spolehlivější je ochrana kabelu před přehřátím a zničením). Proto moderní kabely používají teflonovou izolaci s bodem tání 185°C. Odtokové jádro spolu s hliníkovou clonou plní funkci uzemnění, clona zároveň slouží jako mechanická ochrana.

Vnější plášť kabelu zajišťuje těsnost konstrukce a chrání ji před vnějšími vlivy.

Samoregulační kabel v systémech zemního vytápění není účinný, protože schopnost samoregulace (závislost výkonu kabelu na vnější teplotě) vede k rychlému poklesu výstupního výkonu při práci v půdní vrstvě. Zhruba řečeno, kabel se zahřeje sám.

Odporový kabel se prodává v hotových sadách různých délek, . není možné změnit délku hotového úseku, protože výkon odporového kabelu závisí na průřezu vodiče. Pro každou délku úseku je použit kabel určitého úseku. Změnou délky topné části změníte výkonovou charakteristiku sekce, což může vést k nedostatečnému výkonu, případně k přehřátí či dokonce zkratu.

Tovární část je vybavena napájecím kabelem pro připojení k napájecí síti, studená část drátu je připojena k topné pomocí objímek s teplem smrštitelnými bužírkami. V moderních kabelových topných systémech se využívá i technologie bezespárového spojování, kdy je spoj přívodní a topné části umístěn pod vnějším pláštěm kabelu. Takové spojení je spolehlivější a bezpečnější, protože není narušena celistvost pláště, neexistuje žádná lepicí základna, která časem koroduje, čímž se narušuje těsnost spojení.

Maximální teplota ohřevu kabelu pro skleníky je 65°C, jedná se o nízkoteplotní topný kabel. Maximální provozní teplota je charakteristika, která určuje mez ohřevu kabelu.

Nechybí ani parametr „maximální expoziční teplota“, který udává teplotní limit vnějšího vlivu prostředí, při kterém si kabel zachovává své vlastnosti. U nízkoteplotního kabelu je to obvykle 70-85 °C. Pro použití ve skleníku není tento parametr tak důležitý, protože kabel je pod zemí a není vystaven hmatatelnému vlivu vnějšího prostředí. Tato hodnota je však stále uvedena v charakteristikách odporového kabelu, protože jej lze také použít pro vytápění střechy, kde vystavení například slunečnímu záření může vést k přehřátí pláště.

Hotová část odporového kabelu se smršťovací manžetou.

Hotová odporová kabelová část s bezobjímkovým připojením.

Výpočet délky topného kabelu pro vytápění skleníku

Při výpočtu celkové kapacity topného systému se bere v úvahu užitná plocha skleníku (plocha obsazená lůžky a jejich umístění) a stupeň izolace. Dále je nutné určit, zda se bude ohřívat pouze půda – pak lze výkon systému brát 75-80 W/m2, nebo také vzduch skleníku. V tomto případě je výkon od 80 do 100 W / m2.

Celkový výkon topného systému se vypočítá podle vzorce:

Plocha * 100 W/m2 = pro ohřev vzduchu ve skleníku.

Plocha * 80 W/m2 = pro zemní vytápění.

Nejnižší tepelnou vodivost má komůrkový polykarbonát komůrkový 4-6 mm, skleníky z tohoto materiálu jsou nejteplejší, nejodolnější a nejspolehlivější. Při stavbě skleníků se používá také sklo a samozřejmě plastová fólie.

Topný výkon tedy přímo souvisí s tepelnou vodivostí materiálu, ze kterého je vyroben. Vzhledem k tomu, že úkolem vytápění je přesně kompenzovat teplotní rozdíl uvnitř skleníku a okolí. Výpočty v tomto článku jsou uvedeny pro vytápění skleníku vyrobeného z komůrkového polykarbonátu 6 mm, jehož koeficient tepelné vodivosti je 3.6.

Výkon = T1 – T2 * S * K.

Kde T1 – T2 je teplotní rozdíl,

S je plocha skleníku,

K – součinitel tepelné vodivosti.

Polykarbonát 4 mm	3.9
Polykarbonát 6 mm	3.6
Polykarbonát 8 mm	3.3
Polykarbonát 10 mm	3.0
Polykarbonát 16 mm	2.3
Sklo 3 mm	6.0
Jednokomorové okno s dvojsklem 4 mm	1.9
Polyetylenová fólie 180-200 mkm	7.5
Dvouvrstvá nafukovací polyetylenová fólie 180-200 mkm	3.5

Topný výkon pro skleník vyrobený z jiných materiálů se tedy vypočítá s ohledem na jejich tepelnou vodivost:

Vytápění skleněného skleníku – Topný výkon (polykarbonát 6 mm) * 1.7

Polyetylenové vytápění skleníku – Tepelný výkon (polykarbonát 6 mm) * 2.1

Dále je třeba v sekci vybrat hotovou sadu pro napájení nebo délku kabelu. Jak jsme řekli výše, odporový kabel se prodává pouze v hotových sadách, takže před zahájením instalace musíte vybrat úseky požadované délky a vypočítat jejich počet, protože délku úseků nemůžete změnit.

V závislosti na lineárním výkonu kabelu (W / m) – se vypočítá celkový výkon jedné sady (část kabelu v sekci).

Skleník s užitnou plochou 17 m2 vyžaduje topný systém o celkové kapacitě 17 m2 * 100 W/m2 = 1700 W.

Pokud má vámi vybraný topný kabel lineární výkon 14 W/m, budete potřebovat úsek 121 m.

Pokud celková vytápěná plocha přesahuje maximální délku jednoho kabelového úseku v sestavě (obvykle maximální délka jedné kabelové sady nepřesahuje 200 m), použijí se dvě nebo více samostatných sekcí, připojených k síti přes termostat.

Výběr systému regulace vytápění skleníku

POZORNOST! Připojení odporových kabelových úseků k síti se provádí pouze. přes termostat. Vzhledem k tomu, že odporový kabel má konstantní výkon, závisí jeho teplota ohřevu pouze na parametrech nastavených nastavením termostatu. Systém zapojený bez termostatu se zahřeje na maximální teplotu bez zohlednění parametrů vnějšího prostředí, což povede k přesušení kořenů rostlin, rychlému výpadku systému a havarijním provozním stavům.

Pomocí termostatu můžete nastavit požadovanou teplotu vzduchu ve skleníku a také upravit provozní režimy v závislosti na denní době (při použití programovatelných modelů termostatů). Termostat tak umožňuje ušetřit až 30 % elektrické energie.

Regulace teploty se provádí pomocí teplotních čidel (obvykle se jedná o teplotu půdy – čidlo se instaluje mezi závity topného kabelu) a čidla teploty vzduchu (umístěné v samotném termostatu). Termostat se instaluje uvnitř skleníku ve výšce minimálně 30 cm od povrchu země.

Existují omezení výkonu systému připojeného k jednomu termostatu. Existují různé typy termostatů v závislosti na výkonu – 3/3,5/4/6 kW. Celkový výkon systému by tedy neměl překročit jmenovitý výkon termostatu.

V našem případě je celkový výkon systému 1.7 kW, což znamená, že lze použít termostat 3-3.5 kW, což odpovídá většině domácích termostatů používaných v systémech kabelového vytápění.

Připojení kabelové části k termostatu.