У попередній статті ми з'ясували звідки береться парниковий ефект в теплиці. Однак ще більший інтерес викликають втрати тепла. Ви знаєте, скільки тепла втрачає звичайний житловий будинок? Все, що дає система опалення!
Хороша теплоізоляція може зменшити потужність обігрівачів, і ідеалі, до нуля. Це коли будинок, як термос. На Півночі, наприклад, зустрічаються дуже герметичні фінські будиночки-вагончики, яким вистачало тепла побутових приладів (типу лампочок і електропліток), щоб підтримувати всередині тепло при морозі в -30 С.
А наші звичайні будинки - постійно тліючі вогнища, якими ми старанно опалюємо атмосферу. Що вже говорити про теплиці!
Витік тепла через один шар скла або плівки навіть при повній герметизації жахлива. При різниці температур в 20 градусів, покриття остигає з інтенсивністю від 100 до 500 Вт / кв.м.. - в залежності від погодних умов. В середньому можна прийняти цей відтік тепла за 250 Вт / кв.м.. Тобто з одного квадратного метра відлітає 250 Дж кожну секунду!
Візьмемо для прикладу звичайну садову тепличку площею 20 кв.м. Її обсяг - близько 40 куб.м. загальна площа покриття - близько 40 кв.м. Наша різниця температур - приблизно 20 С. В цьому випадку сумарна втрата тепла через всю поверхню становить вражаючу цифру - 10 кіловат! Простіше кажучи, щоб вночі підтримувати температуру на 20 градусів вище зовнішньої, потрібно тримати постійно включеним 10-кіловатний обігрівач. Це - справжня теплова гармата!
А без обігрівача? Як швидко охолоне повітря в теплиці при такій тепловтрат? На 11 градусів за одну хвилину! Звичайно, при зниженні різниці температур швидкість теплообміну знижується, але це не змінює загальну картину: після заходу сонць теплиця могла б охолонути всього за кілька хвилин.
І охолола б, якби не грунт - потужні природний акумулятор тепла.
Теплоємність грунту не набагато менше, ніж у води. Якщо нагріти шар землі товщиною 10см на 10 градусів, це дозволить зробити запас на 20 квадратах нашої теплички близько 60000 кДж, що при тих же умовах дозволить зберігати тепло вже близько півтори години. Не погано!
Але все ж це всього півтори години. Чому б не згадати і про воду?
Якщо поставити в нашу тепличку, скажімо, дві двохсотлітрові бочки з водою і вони нагріються на 10 градусів, то запас тепла - ще 16800 кДж - дозволить «продовжити агонію» ще на півгодини ... Звичайно, при невеликій різниці зовнішньої і внутрішньої температури, скажімо, в 5-6 градусів, цифри вийдуть набагато більш оптимістичні. Це вже кілька годин. Загалом, ми прийшли до нашої звичайній практиці: міцна, добре прогріта днем теплиця може допомогти пережити короткий і дуже невеликий заморозок - не більше 2-3 градусів ....
Скільки ж потрібно мати води, щоб всю ніч в нашій теплиці було хоча б на 10 С тепліше? Це легко підрахувати. При такому перепаді температур втрата тепла становитиме 5 КВт. За вісім годин на атмосферу полетить 144 000 кДж. Якщо вода, нагріта до 20 ° С, охолоне до 10 С, її знадобиться близько 3400 літрів ... Цілий басейн!
Безсумнівно, для зимового саду або оранжереї це хороший варіант, недарма в будь-який старої оранжереї або колекційної теплиці є басейн. І часто з фонтанчиком! Це і регулятор вологості повітря, і джерело теплої води для поливу, і акваріум, і ставок для водних рослин, і місце відпочинку, і деталь інтер'єру. А заодно і потужний тепловий буфер!
Але в овочевий теплиці - не до жиру.
Простіший шлях для нас - змусити покриття теплиці менше віддавати тепло. Наприклад, покриття другим шаром плівки з повітряним зазором між ними дозволяє знизити тепловтрати вдвічі. А в вітряну і дощову погоду - вчетверо! Адже внутрішня плівка не намокає і не обдувається вітром. А вітер, між іншим, підсилює віддачу тепла в 4-5, а сильний вітер - в 8-10 разів!
Мудрі скандинави відмовилися від одинарних покриттів. Вони занадто прозорі для літа і дуже сильно втрачають тепло в холодну пору. Незважаючи на те, що подвійні покриття поглинають третину сонячного світла, вони зберігають тепло, і загальний підсумок виявляється виграшним.
Той же ефект виходить, якщо і самі грядки накрити додатковим «ковдрою» з плівки або нетканого матеріалу. Кожен шар укриття збільшує опір теплопередачі приблизно вдвічі. Є подвійні поліетиленові плівки з зпузирчастий повітряним шаром. Вони віддають майже вдвічі менше тепла. А є і потрійні - крім повітряного, ще й шар пенопропілена. Ці рятують від заморозків в -7 ... -8 С. Служать ці плівки довше простого поліетилену - 3-4 роки. Але все одно вони не довговічні: поліетилен руйнується від сонця і морозу. До того ж, «листкові» плівки пропускають лише 60% світла. Для літа - добре, а для весни - погано!
Зараз з'явився матеріал, майже ідеальний для теплиць - стільниковий полікарбонат. Він втрачає на порядок менше тепла, ніж скло і плівка. Наша тепличка з полікарбонатним покриттям втрачала б всього близько 1-2 кіловат. Тобто зберігає тепло в десять разів довше! При цьому світло пропускає, як скло, майже весь. Тут рослини, звичайно, будуть відчувати себе більш комфортно. Додатковий обігрів буде швидше символічним. А з хорошою грубкою полікарбонатна теплиця може працювати і в серйозний мороз - до -40С! У літню пору така теплиця, відповідно, потребує сильнішого провітрюванні, але це питання легко вирішити конструктивно.
Зіставивши надходження і втрати тепла ми можемо тепер зрозуміти, чому навесні, в сонячну, але прохолодну погоду скляна і плівкова теплиця не може перегрітися навіть без провітрювання.
Потік сонячної енергії, «освоєний» теплицею і перетворений нею в тепло, дорівнює приблизно 0,5 КВт на квадратний метр, або для нашої модельної теплички - близько 10 КВт. Приблизно стільки ж втрачає наша тепличка при різниці температур в 20 градусів. Наприклад, коли всередині +30 С, а зовні +10 С. Тобто при такій погоді в теплиці встановлюється рівновага. Крім того, врахуємо: тепловіддача тим вище, чим більша різниця температур. Інакше кажучи, при «перегрів» віддача тепла різко зростає, а при «недогріву» віддача тепла різко зростає, а при «недогріву» знижується. Це згладжує скачки всередині теплиці і як би автоматично підтримує температуру приблизно на 15-25 градусів вище, ніж зовні.
Саме тому весняні парники і розсадники, нашвидку зроблені з плівки, накинутій на дуги, довго обходяться без кватирок. Але ця природна автоматика допомагає тільки тоді, коли навколишнє повітря досить холодний.
А ось ближче до літа, як тільки настає тепла погода і повітря прогрівається вище 20 С, система дає збій. Тобто закони фізики продовжують справно працювати, підтримуючи всередині температуру на 20 градусів вище зовнішньої. Але для рослин 40, а тим більше 50С - на жаль, забагато ... Що робити, ми вже знаємо: знижувати світлопропускання, збільшувати відображають властивості грунту і посилювати конвекцію - відкривати кватирки.
В ідеалі добре б в цей час покрити теплицю матеріалом, пропускає світло, але поглинає (а краще - відображає) теплові промені. Такі матеріали (наприклад, Теплопоглинаюча плівка) вже розроблені, проте поки дороги. Але є і дешеві способи. Наприклад, деякі іноді білять теплицю вапняним молочком з добавкою шпалерного клею. Мінус - потім треба мити! Найкраще накидати згори старі простирадла, маскувальні сітки та інші «тіньові матеріали». Працює ефективно, і мороки небагато.
Отже, до чого ми прийшли? Ось до чого. Теплиця навесні і теплиця влітку - споруди з прямо протилежними фізичними завданнями. І оскільки конструкція теплиці при цьому не змінюється, вона повинна бути багатофункціональна спочатку.
Навесні. для максимального використання сонячного тепла теплиця повинна:
- Пропускати максимум світла: полікарбонат, чисті скла, нова плівка, мінімум рам.
- відображати менше теплового випромінювання: максимум чорних поверхонь всередині теплиці.
- Бути герметичною: всі щілини ретельно закладені.
- Бути захищеної від вітру: деревами, кущами, будовами, іншими теплицями.
- Максимально запасати тепло в грунті: чорні, доверху налиті ємності, щільно закриті прозорою плівкою або кришками.
- Запасати тепло в бетонних доріжках і задньої (північній) кам'яній стіні. Пол і задня стінка - найпотужніші акумулятори тепла.
- Головне: теплиця зобов'язана чинити опір втрат тепла. Другий шар плівки, використання пухирчастої плівки або стільникового полікарбонату, додаткове укривання рослин всередині теплиці при заморозках.
Влітку для зниження перегріву теплиця зобов'язана:
- Пропускати менше світла: побілка, укриття напівпрозорими матеріалами, притенение.
- відображати тепло від грунту: світла мульча, світлі предмети і т.п.
- Посилити провітрювання: збільшений розмір верхніх кватирок.
І, звичайно, кватирки повинні відкриватися самі!