І в тепличних грядках своя фізика

І в тепличних грядках своя фізика

Існує поширена думка, що парниковий ефект з'являється через те, що теплове випромінювання (ІЧ – інфрачервоний), просочилося всередину теплиці, відбивається від внутрішньої поверхні покриття назад всередину, і тому теплиця гріється. Насправді це не так.

Незаплямоване скло (плівка) пропускає близько 90% сонячного світла та ІЧ-випромінювання, при цьому в обох напрямках. Якась частина, природно, відбивається (близько 5%), але це – крихти. Від землі відбивається близько 15% вхідного потоку випромінювання, від покриття – 5% від цих 15. Зрозуміло, що це маленьке величина (менше відсотка) не може надати істотного на термічний баланс. Тепло, поглинене самим склом, теж не впливає на термічний режим всередині. Дуже брудне скло може показувати до 30% променів і всмоктувати практично до 100% випромінювання – залежно від густоти заляпаності. Але повітря в теплиці скло не нагріє – воно тут же остигає назовні!

Щоб хоч приблизно усвідомити всю цю фізику, необхідно розібратися, звідки тепло береться і куди воно подінеться.

Всі ми усвідомлюємо, що нашу теплицю гріє сонце: днем в ній стає тепло, а вночі холодно. І щоб навчитися дуже використовувати це тепло, потрібно розібратися, як потрапляє туди це тепло і що все-таки відбувається з ним далі.

Для довідки: Сонце відправляє на Землю в 20 000 разів більше енергії, ніж її розтрачує населення землі з усім його паливом, ГЕС, ТЕЦ, АЕС та іншими ЄС. У середньому третя частина сонячного випромінювання відбивається від планети, ще чверть йде на випаровування підземних вод, близько половини – на зігрівання земної «кірки», і тільки 0,2% – на фотосинтез. Приблизно половина сонячного випромінювання – термічні (інфрачервоні) промені, що і робить сонечко таким ніжним. Всього 5% – ультрафіолет, інші – видиме світло.

Сонце відправляє нам найпотужніший потік енергії: на кожен квадратний метр нашої планети припадає по 1,373 кв. Це – по обігрівача в 1,4 кВт на кожному квадратному метрі теплиці! На жаль, (а точніше за все – на щастя!) Не вся ця енергія до нас доходить.

Сонячний діапазон можна умовно поділити на три приблизно рівні по енергії частини:

1. Короткохвильове випромінювання – рентгенівські промені і жорсткий ультрафіолет;

2. Мягенький ультрафіолет і видима частина діапазону;

3. Інфрачервоне випромінювання (термічні промені).

1-ша частина цілком поглинається атмосферою, а друга і третя практично стовідсотково доходять до земної поверхні, тільки незначно поглинаючись і розсіюючись частинками пилу і атмосферної води.

Щільність потоку сонячного випромінювання, що пройшло всі шари атмосфери, становить приблизно 1 кВт на 1 квадратний метр, що, погодьтеся, теж багато. Зрозуміло, що дана величина сильно залежить від хмарності – хмари можуть відображати від 60% до 90% випромінювання, а хмари пропускають тільки 5-7% променів – одну двадцяту частину. Але в непогану погоду цієї енергії вистачило б, щоб за одну хвилинку підігріти кубометр повітря на 46 градусів – іншими словами за кілька хвилин все живе зварилось б! Але цього не відбувається: далеко не все випромінювання перетворюється в тепло.

Ось промениста енергія досягла поверхні. Якщо поверхня повністю попередня, то вся енергія перетворюється в тепло і нагріває її. Якщо білий або дзеркальний – відбивається і летить назад в космос.

Насправді повсякденні предмети можуть відображати від 2% до 95% падаючого випромінювання. Наприклад, чистий сухий сніг відбиває до 95%, брудний сніг – 50%, пісок – 30%, зелена трава – 26%, суха травичка – 19%, чорнозем – 14%, дерен – 26%, хвойний ліс – 10-12 %. Темні предмети можуть всмоктувати близько 80-90%, перетворюючи цю енергію в тепло. У цілому наша планета відбиває близько 30% падаючого на неї енергії, в головному за рахунок хмар і снігових покривів на полюсах.

Скільки енергії дійде до поверхні землі в теплиці і перетворюється в тепло, визначають п'ять причин:

– тривалість світлового дня;

– кут падіння сонячних променів (малий – у грудні, найбільший – у червні);

– Прозорість атмосфери.

– Прозорість покриття теплиці;

– Відображає здатність (альбедо) поверхні землі в теплиці.

Ми не можемо впливати на тривалість світлового дня, кут сонця над горизонтом і хмарність. Але прозорість покриття і ступінь чорноти поверхонь в нашій владі. А ці два фактори можуть змінювати ефективність використання сонячного тепла в два-три рази! Приміром, через незаплямоване скло або плівку просочується близько 90% світла і тепла, а пил і бруд на поверхні можуть всмоктувати до 50%. А світла мульча може до того ж відображати до 30% цієї просочилася через бруд половини енергії назад у космос.

Іншими словами в найкращому випадку ми можемо вивудити близько 70% енергії, а в гіршому – близько 30%!

Висновок: щоб зловити найбільшу кількість тепла навесні, необхідно дуже приростити світлопропускання і звести до мінімуму його відображення поверхнею землі і предметами. Всі є поверхні повинні бути дуже темними, а покриття дуже прозорим. Влітку, особливо на півдні, навпаки: доводиться білити, притіняти покриття і класти світлу мульчу на грунт.

Нагріті сонцем предмети, у свою чергу, теж випромінюють тепло, але інтенсивність цього випромінювання значно нижче сонячної радіації. Теоретичний розрахунок вказує: при температурі поверхні +30 С і температурі повітря 0 С втрати тепла, випроміненого з квадратного метра, становитимуть тільки близько 100 Ватт на годину.

Але повітря в теплиці гріється немає від випромінювання – для променів повітря зовсім прозорий. Якщо підвісити зовсім прозорий кубик з плівки, повітря в ньому практично не нагріється. І слава Богу! Якщо б повітря міг грітися променями, верхні шари атмосфери горіли б жаром, а ми низом мерзли б як на морському дні!

Повітря отримує тепло конкретно від предметів, контактно, через передачу руху молекул – як чайник від плити. Жаркий предмет нагріває повітря, і тепле повітря рухається вгору, переносячи тепло нагрітої поверхні. Так з'являється конвективний перенос тепла. Пекуча поверхню планети нагріває атмосферу в головному завдяки конвекції.

У теплиці повітря так стрімко гріється конкретно так як ми не дозволяємо йому полетіти – обмежуємо конвективний перенос тепла в дуже маленькому обсязі. І кардинально видалити надлишкове тепло з теплиці ми можемо тільки спільно з повітрям – методом провітрювання чи охолодження повітря. Це знову підтверджує, що тепло ще більше переноситься нагрітим повітрям, ніж випромінюванням. Ще – це приблизно раз на 5-6. Грунт або будь-який камінь в теплиці, отримуючи від сонця приблизно 600 Вт енергії на кожен квадратний метр, дає, в грубому наближенні, близько 100 Вт у вигляді випромінювання в близько 500 Вт через конвекцію.

Для ясності: Ват – це Джоуль енергії за секунду.

Чим гаряче предмет, тим жвавіше він і дає тепло! Коли грунт нагрілася до межі, потоки енергії врівноважуються: скільки прийшло, стільки і пішло. Сонце продовжує гріти, але температура землі вже не виростає. Певний час виростає температура – грунт дає йому своє тепло. Та й повітря дає своє тепло через покриття теплиці. Скоро і тут все врівноважується: нагрів і охолодження повітря порівнюються. Повітря нагрівся до межі і більше не нагрівається. Зрештою, потоки енергії всередину теплиці і назовні приходять в рівновагу: температури більше не змінюються. Але залишається різниця: всередині ще тепліше. Ця різниця і підтримується припливом енергії сонця.

Але Сонце не висить у небі день безперервно!

Джерело: gradostroitel.com.ua

MAXCACHE: 0.49MB/0.00077 sec