Математическая модель лучистого отопления теплицы

Для поддержания благоприятных условий роста растений в защищенном грунте в холодный период года требуется согласованная работа систем отопления и орошения, обеспечивающих оптимальный микроклимат теплицы. Существенное влияние на тепловой режим почвы и параметры воздушной среды оказывает выбор системы отопления – в частности, автономных лучистых систем на основе потолочных газовых инфракрасных излучателей темного типа. Цель исследований заключается в разработке математической модели тепломассообмена в теплице при использовании лучистого (инфракрасного) отопления в условиях полива, предназначенной для обоснования требуемой тепловой мощности системы отопления и расчета оптимального массового расхода воды для ирригации в холодный период года. Математическая модель включает в себя воздушную среду, поверхность почвы и ограждающие конструкции теплицы, а также учитывает лучистый теплообмен в системе «Излучатель → почва ↔ ограждение». Предложена формула для определения коэффициента многократного отражения инфракрасного излучения, позволяющая вычислять результирующий тепловой поток, поглощаемый поверхностью почвы.

1. Аралов Е.С., Коротков В.Д. Физико-математическое моделирование температурного режима летней теплицы // Научные исследования современных ученых: Сборник материалов XXIII Международной очно-заочной научно-практической конференции. Москва, 2024. С. 38-43. EDN: DCQCLP

2. Каравайков В.М., Овчинников А.В. Системный подход к построению математической модели теплопередачи через оболочку культивационного сооружения // Вестник Костромского государственного университета им. Н.А. Некрасова. 2012. Т. 18, № 2. С. 232-235. EDN: PYNRGJ

3. Пенджиев А.М., Пенжиева Д.А. Физическая, математическая модель для описания термического режима в комбинированных культивационных сооружениях // Проблемы современной науки и инновации. 2017. № 3. С. 4-18. EDN: YMAZCV

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

5. Болотских Н.Н. Инфракрасный обогрев теплиц с помощью электрических длинноволновых нагревательных панелей // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2015. № 9 (140). С. 43-52

6. Ежов С.А., Рукин В.А., Токарева А.Н., Панченко С.В. Особенности методики расчета тепловых нагрузок в теплице при использовании энергосберегающих систем отопления // Современные научные исследования: проблемы и перспективы: Сборник материалов VII Международной научно-практической конференции. Зерноград: ДонГАУ, 2024. С. 97-101. EDN: CMPWVQ

7. Mezrhab Ah., Elfahr L., Naji H., Lemonnier D. Computation of surface radiation and natural convection in a heated horticultural greenhouse // Applied Energy. 2010. № 87. Pр. 894-900

8. Kokieva G.E., Voinash S.A., Sluchevsky A.M., Maksimovich K.Yu. Research of the mathematical model of heated greenhouses // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. № 720. DOI: 10.1088/1755-1315/720/1/012104

9. Hao W., Jintao W., Ruifeng Zh., Zhenjun X. Study of solar combined air energy greenhouse heating system model // Frontiers of Energy Research. 2022. Vol. 10. DOI: 10.3389/fenrg.2022.927048

10. Benhmidene A., Mami M., Hidouri K. et al. Internal temperature stability of agricultural greenhouses through solar thermal energy storage // Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. 47. 12112-12129. 2025. DOI: 10.1080/15567036.2025.2505198

11. Brunetti, Gian Luca. Preliminary indicators for passive solar greenhouse design // Solar Energy. 290. 113385. 2025. DOI: 10.1016/j.solener.2025.113385

12. Ghosal M.K., Tiwari G.N. Mathematical modeling for greenhouse heating by using thermal curtain and geothermal energy // Solar Energy. Vol. 76. Pр. 603-613. DOI: 10.1016/j.solener.2003.12.004

13. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. Москва: АВОК-ПРЕСС, 2002. 194 с. EDN: SXQNSV

14. Pavlov M.V., Vafaeva Kh.M., Karpov D.F. et al. Impact of environmental factors on indoor air temperature in gas-fired radiant heated cultivated structures // E3S Web Conf 511:01036. 2024. DOI: 10.1051/e3sconf/202451101036

15. Karpov D.F., Vafaeva Kh.M., Pavlov M.V. et al. Parametric analysis of a radiant gas heating system for controlled-environment agriculture with preheated ventilation // E3S Web Conf 511:01010. 2024. DOI: 10.1051/e3sconf/202451101010

16. Vafaeva Kh.M., Karpov D.F., Pavlov M.V. et al. Enhancing energy efficiency in greenhouses: gas-radiant heating with preheated ventilation // E3S Web Conf 581:01042. 2024. DOI: 10.1051/e3sconf/202458101042

17. Vafaeva Kh.M., Pavlov M.V., Karpov D.F. et al. Optimizing heating systems for greenhouses using gas radiators // Journal of Engineering. 9586181. 2025. DOI: 10.1155/je/9586181