Вентиляция теплицы - воздуховоды по Японской технологии
Проектируем воздуховоды для эффективной циркуляции воздуха в небольшой теплице с учетом Японских технологий по вентиляции теплиц и эффектом "решето". Поехали!
Тузовский Михаил 9 марта 2021
Embedded Files
Тузовский Михаил 9 марта 2021
Вентиляция теплицы - подача воздуха к каждой полке растений
Задача вентиляции теплицы
Задача вентиляции теплицы
Равномерность распределения воздуха позволяет добиваться единого микроклимата в теплице, что препятсвует образованию плесени и грибка, улучшая скорость роста и качество растений [1].
Кратность воздухообмена (ACH) для вентиляции теплиц составляет 5 - 8 объемов воздуха в час [1].
Скорость движения воздуха в теплице 0.5 - 0.7 м/с (более 1 м/с мешает росту растений, более 5 м/с может вызвать физическое повреждение растений). Скорость движения воздуха на листьях растений 0.03 - 0.1 м/с [2].
В целях данной работы равномерность определяется визуальным объемом помещения теплицы в котором скорость движения воздуха составляет от 0.3 до 0.5 м/с.
Японские технологии
Японские технологии
Для равномерной подачи воздуха к растениям предложено использовать систему воздуховодов соединенных с камерой статического давления {1}.
Японская технология вентиляции теплицы - вид сбоку
Воздуховоды диаметром 48мм подходят к каждой полке с растениями. Распределение воздуха производится через отверстия 8мм с углом в 80 градусов.
Японская технология вентиляции теплицы - разрез
Все отверстия, а значит и растения под ними, получают одинаковое кол-во воздуха в силу того, что площадь отверстий много меньше площади поверхности воздуховода, таким образом создается одинаковое давление на всех стенках воздуховодов (эффект "решета").
Приведенные результаты испытаний показали, что в среднем скорость воздуха на выходе из отверстий составила 10м/с, а скорость в районе стебля 0.5 м/с.
Исходные данные по теплице
Исходные данные по теплице
Теплица представляет собой закрытый модуль-огород с двумя стеллажами по 4 полки каждый. Внешние размеры модуля: длина 6.4м, ширина 2.5м, высота 2.66м. Толщина стенки 150мм. Размер полок: длина полок 3.9 м, ширина 60мм, расстояние между полками 45мм.
Схема теплицы
Конфигурация модели CFD - стеллаж для растений
Для вентиляции одного стеллажа с растениями, используется 4 трубы соединенных с коробом размером: длина 200мм, ширина 150мм, высота 1.6м, в который вентилятор нагнетает подготовленный воздух.
К каждой полке с растениями воздух подается отдельно по трубе с отверстиями. Длина труб 3.7м, внутренней диаметр 38мм, диаметр отверстий 8мм. Каждая труба имеет 18 отверстий, два ряда по 9 отверстий под углом 80 градусов между рядами.
Объем вентилируемого пространства 21.5 м3. Кратность воздухообмена 16 ACH. Используется центробежный вентилятор WBN 130/3.
Аэродинамическая характеристика WBN 130/3
CFD моделирование вентиляции теплицы
CFD моделирование вентиляции теплицы
Для определения равномерности распределения воздуха проведен численный расчет на симуляторе CFD Solidworks.
Моделировался случай вентиляции одного стеллажа с учетом аэродинамической характеристика вентилятора WBN130/3 и системы воздуховодов (короб-трубы-отверстия). Температура воздуха 20С, передача тепла на границах модели отсутсвует. Правая сторона модели открыта для выхода воздуха (граничное условие).
Далее представлены результаты моделирования:
Вентилятор нагнетает воздух в короб, и далее воздух по трубам поступает к растениям
Статическое давление на входе в короб ~265Па, в трубах ~170Па. Расход воздуха 168 м3/час.
Красным показана область в которой скорость воздуха превышает 0.5м/с.
Синим показана область в которой скорость воздуха превышает 0.3м/с.
Видно, что почти во всем объеме пространства скорость составляет 0.3 м/с и выше. Таким образом достигается равномерность распределения воздуха.
Скорость на выходе из отверстий ~10 м/с, скорость в районе стебля ~0.3 м/с
А что если?
А что если?
Интересно что изменится, если, например, изменить диаметр труб или отверстий. Варианты:
Труба 38мм, отверстия 6мм
Труба 38мм, отверстия 8мм (основной - показан выше)
Труба 48мм, отверстия 6мм
Труба 48мм, отверстия 8мм
Результаты параметрических расчетов:
Объем помещения, в котором скорость выше 0.5 м/с.
Труба 38мм, отверстия 6мм
Труба 38мм, отверстия 8мм
Труба 48мм, отверстия 6мм
Труба 48мм, отверстия 8мм
Объем помещения, в котором скорость выше 0.3 м/с.
Труба 38мм, отверстия 6мм
Труба 38мм, отверстия 8мм
Труба 48мм, отверстия 6мм
Труба 48мм, отверстия 8мм
Видно, что наибольшая равномерность распределения воздуха достигается в варианте: труба 38мм, отверстия 8мм (верхний правый на рисунках выше).
Отношения площадей по вариантам - эффект "решето"
Отношения площадей по вариантам - эффект "решето"
В силу того, что площадь отверстий много меньше площади поверхности труб, создается одинаковое давление на всех стенках труб (эффект "решета"). Этот эффект, например, используется в камерах статического давления для создания равномерности распределения воздуха между воздухораспределителями.
Отношения площадей по вариантам
Узловой анализ
Узловой анализ
Для системы воздуховодов (короб+трубы+отверстия) при увеличении расхода воздуха растет давление. Перечение данной кривой с характеристикой насоса определяет рабочую точку системы.
Видно, что при увеличении диаметра труб и диаметра отверстий увеличивается расход воздуха и снижается давление.
Применение частотного преобразователя, для сдвига характеристики вентилятора, позволит осуществлять регулировку системы подачи воздуха.
Узловой анализ воздуховод вентилятор
*характеристика с учетом потерь давления в системе воздуховодов (~12%).
Выводы
Выводы
Задача обеспечения равномерности подачи воздуха является важной при формировании благоприятных условия для роста растений в теплицах.
Японская технология системы воздуховодов с использованием камеры статического давления и труб с отверстиями обеспечивает равномерность подачи воздуха к растениям.
На основании CFD моделирования, определен рабочий проект вентиляции и оборудования для небольшой закрытой теплицы с двумя стеллажами по 4 полки каждый.
Список литературы [...]
Список литературы [...]
Vapor Pressure Deficit and HVAC System Design. Application Note 28. Desert Aire’s. 2019
ASHRAE Fundamentals volume. 1997
Полезные ссылки {...}
Полезные ссылки {...}
Японский патент вентиляция теплиц: https://astamuse.com/ja/published/JP/No/2020000030
Page updated
Google Sites
Report abuse