Прогнозирование температуры воздуха в культивационном сооружении после отключения системы отопления

Создание благоприятных климатических условий для выращивания растений в культивационном сооружении напрямую связано со стабильной работой системы отопления, особенно в зимний период года. Цель исследований – предупредить гибель растений в защищенном грунте в случае аварийного отключения системы отопления. В работе предложен способ определения температуры внутреннего воздуха как основного параметра микроклимата помещения после полного прекращения подачи тепловой энергии и последующего остывания системы теплообеспечения. Метод расчета основан на уравнении теплового баланса помещения, широко используемом при проектировании систем отопления, и законе регулярного теплового режима первого рода, суть которого заключается в том, что понижение температуры во всех точках системы в ходе ее остывания происходит одинаково, подчиняясь экспоненциальному закону (для условий конвективного теплообмена Bi  1). Реализация предложенного способа выполнена на примере промышленной теплицы «Фермер 7.5» (Российская Федерация), предназначенной для круглогодичного выращивания растений. Установлено, что после аварийного отключения системы отопления температура внутреннего воздуха (начальное значение – 22°C) достигнет условно критического значения 8°C через приблизительный интервал времени 1 ч 15 мин. Влияние величины тепловых потерь на продолжительность падения температуры воздуха в помещении до критического значения незначительно (в среднем увеличивается на 0,2 ч на каждые 0,1 м² ∙ К/Вт термического сопротивления ограждения). Уменьшение тепловых потерь приведет к закономерному снижению начальной тепловой мощности системы отопления (до ее отключения) с целью поддержания требуемой температуры внутреннего воздуха, и как следствие – к сокращению количества тепловой энергии, которую она передаст помещению в течение остывания.

1. Лошкарев И.Ю. Энергосберегающие принципы в тепличных комплексах / И.Ю. Лошкарев, В.М. Наход, А.Я. Аберясьев // Актуальные проблемы энергетики АПК: материалы IХ международной научно-практической конференции. Саратов, 2018. С. 109-110.

2. Romanovski V., Zhang Z., Akbarisehat A. Nanobiosensors for precision farming and sustainable agriculture // in: Agricultural Sustainability through Nanotechnology. 1st ed. CRC Press. Boca Raton. 2025: P. 156-174. DOI: 10.1201/9781003354253-10.

3. Cossu M., Yano A., Li Zh., Onoe M., Nakamura H., Matsumoto T., Nakata J. Advances on the semi-transparent modules based on micro solar cells: First integration in a greenhouse system // Applied Energy. 2016. No 162. P. 1042-1051. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.11.002

4. Periakaruppan R., Romanovski V., Kumar T.S., Vanathi P., Praveena M., Anilkumar A., Sivaraj D., Ahamed N., Murugesan S., Chandrasekar D., Selvaraj K. Innovations in modern nanotechnology for the sustainable production of agriculture // ChemEngineering. 2023. 7(4). 61. DOI: 10.3390/chemengineering7040061

5. Kavga A., Konstas I., Panidis T. Assessment of infrared heating benefits in a production greenhouse // Applied Engineering in Agriculture. 2015. Vol. 31 (1). P. 143-151. https://doi.org/10.13031/aea.31.10747

6. Romanovski V., Matsukevich I., Romanovskaia E., Periakaruppan R. Nano metal oxide as nanosensors in agriculture and environment // in: Nanometal Oxides in Horticulture and Agronomy. Elsevier. 2023. P. 321-352. DOI: 10.1016/B978-0-323-91809-1.00016-0

7. Овчинников А.В. Определение и оптимизация тепловой нагрузки культивационного сооружения / А.В. Овчинников, В.М. Каравайков // Энерго- и ресурсосбережение – XXI век: сборник материалов VIII международной научно-практической интернет-конференции. Орел: 2010. С. 136-138.

8. Sonneveld P.J., Swinkels G.L.A.M., Tuijl B.A.J., Janssen H., Bot G.P.A. Greenhouse with a CPV system based on NIR reflecting lamellae // Acta Horticulturae. 2012. P. 43-50. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.927.3

9. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. Учебник. Санкт-Петербург: АВОК Северо-Запад, 2006. 400 с.

10. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: МЭИ, 2001. 472 с.

11. Самарин О.Д. Расчет остывания помещений здания в аварийных режимах при переменной температуре наружного воздуха // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. Вып. 1. С. 77-83. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.1.77-83

12. Малявина Е.Г. Определение времени остывания помещения после отключения системы отопления с учетом теплоустойчивости внутренних и наружных многослойных ограждающих конструкций / Е.Г. Малявина, Р.Г. Ахвердашвили // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023. № 10 (778). С. 83-96. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2023-778-10-83-96

13. Горелов М.В. Экспериментальное определение времени остывания здания при аварийном отключении системы теплоснабжения / М.В. Горелов, С.В. Гужов, Е.М. Горячева, М.Ю. Юркина // Энергобезопасность и энергосбережение. 2020. № 4. С. 11-15. https://doi.org/10.18635/2071-2219-2020-4-11-15

14. Разаков М.А. Особенности теплонапряженности машинного зала при отключении системы отопления // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24. № 6. С. 133-142. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-6-133-142

15. Симашев В.И. Разработка системы управления ассоциативно-защищёнными картографическими базами данных в распределённой вычислительной среде / В.И. Симашев, М.Г. Нуриев // Международный научно-исследовательский журнал. 2025. № 4 (154). DOI: 10.60797/IRJ.2025.154.89

16. Климов В.В. Оборудование теплиц для подсобных и личных хозяйств. М.: Энергоатомиздат, 1992. 96 с.

17. Сканави А.Н. Отопление. Учебник. М.: Стройиздат, 1988. 416 с.

18. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М.: Гостехиздат, 1954. 408 с.

19. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник. М.: Стройиздат, 1991. 735 с.

20. Дроздов В.Ф. Отопление и вентиляция. Отопление. Учебник. М.: Высшая школа, 1976. 280 с.

21. Павлов М.В. Метод и алгоритм расчета системы газолучистого отопления культивационного сооружения с предварительным подогревом приточного воздуха / М.В. Павлов, Д.Ф. Карпов // Природообустройство 2024. № 5. С. 57-64. DOI: 10.26897/1997-6011-2024-5-57-64

22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025619659 Российская Федерация. Программа для определения температуры внутреннего воздуха в помещении после отключения системы отопления: заявл. 28.03.2025: опубл. 16.04.2025 / А.А. Фролова, М.Г. Нуриев, М.С. Шкиндеров [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».