Теплица с точки зрения физики

Благодаря растущей озабоченности по поводу изменения климата (часто называемого «глобальным потеплением») и языку, который возник вокруг этой проблемы, вполне вероятно, что многие молодые люди слышали такие термины, как «парниковый эффект» и «парниковые газы», чем внутри реальной теплицы или знать, что такое даже структура.

Ухоженная теплица — это спокойное и визуально приятное место для посещения или работы, хотя обстановка, возможно, слишком теплая и влажная для вкуса некоторых людей. Однако озабоченность по поводу парниковых газов и их влияния на климат Земли совсем не соблазнителен, а опасения по поводу глобального потепления с каждым годом становятся все более тревожными. Хотя настоящие теплицы не несут ответственности за эффект, который носит их название, основополагающие принципы делают интересным изучение некоторых основных физических принципов.

Как работает теплица?

Теплица названа так потому, что она предназначена для выращивания растений, и большинство растений зеленые, по крайней мере частично. Очевидно, у вас могут быть и растения в вашем доме, но теплицы построены так, чтобы максимизировать «комфорт» растений. По аналогии, вы можете играть в баскетбол на асфальтовой дороге, используя одно временное кольцо, но мало кто будет утверждать, что это так же полезно для улучшения вашей игры, как крытый корт с двумя корзинами на ровном полу.

Что делает теплицу особенной? В первую очередь это количество света, контролируемая температура и количество влаги, которое растения легко получают. Некоторые теплицы предназначены для «культур», которые не употребляются в пищу и используются только в декоративных целях или для особых случаев, таких как цветы. Другие показывают растения, которые дают пищевые продукты, такие как помидоры. Теплицы имеют стеклянные потолки, которые служат для пропуска большого количества света и удержания тепла внутри конструкции. Когда солнце садится, тепло рассеивается не так быстро, как на улице, что позволяет растениям, которые плохо переносят прохладные ночи, процветать.

С точки зрения физики, теплица — это то же самое, что согревает салон автомобиля в солнечный день. Коротковолновый инфракрасный свет проникает в структуру через стекло, и после того, как эти невидимые, но теплые лучи отражаются вокруг, они становятся более длинноволновой электромагнитной энергией и имеют тенденцию оставаться внутри, поглощаясь окружающей средой. Это окружение в теплице включает в себя покрытые листвой поверхности растений, которые используют солнечный свет для стимулирования фотосинтеза или создания глюкозы (пищи) для получения энергии.

Что такое парниковые газы?

Основными парниковыми газами являются углекислый газ, метан, водяной пар и закись азота. Эти молекулы газа более слабо связаны, чем большинство молекул, поэтому при попадании на них тепла они имеют тенденцию вибрировать. Эти вибрирующие молекулы выделяют тепло, большая часть которого затем поглощается соседними молекулами парниковых газов. Этот цикл держит воздух в окрестностях необычайно теплым.

Большая часть атмосферы состоит из азота, который составляет более трех четвертей атмосферы, и кислорода, который составляет около одной пятой. Оба эти газа включают два одинаковых атома (N2 и O2). Связи, удерживающие эти молекулы вместе, являются плотными и допускают небольшую вибрацию, поэтому они плохо сохраняют тепло и, следовательно, не вносят значительный вклад в парниковые эффекты.

Углекислый газ (CO2): молекулы углекислого газа составляют лишь небольшую часть атмосферы, но тем не менее они оказывают очень сильное влияние на климат. Примерно в середине 1850-х годов, до начала промышленной революции и сопутствующего сжигания угля, в атмосфере содержалось около 270 частей на миллион объема (ppmv) CO2. Этот уровень неуклонно повышался, поскольку при сжигании угля и других ископаемых видов топлива, таких как бензин, в атмосферу выбрасывалось больше газа. Уровень CO2 в атмосфере в настоящее время составляет около 400 (ppmv), что на 50 процентов больше.

Противники всей идеи антропогенного изменения климата могут указывать на тот факт, что CO2 составляет настолько малую долю атмосферы даже в эпоху тяжелой промышленности, что он не может оказать существенного влияния на климат. Это легко популяризируемая идея, поскольку она имеет определенное количество интуитивного смысла. Но также «имеет смысл», что крошечный уровень микроскопических бактерий в крови, весящий гораздо меньше миллиграмма, не может быть достаточным, чтобы вызвать серьезное заболевание, и что крошечные уровни змеиного яда не могут быть опасными или смертельными. Эти идеи просто бессмыслица, поэтому интуиция в науке может быть заведомо плохим руководством.

Метан (CH4): Метан является мощным парниковым газом, способным поглощать значительно больше тепла, молекулы за молекулу, чем углекислый газ. Состоящий из одного атома углерода, соединенного с четырьмя атомами водорода, CH4, как и CO2, содержится в незначительных количествах в атмосфере, но он может оказать значительное влияние на глобальное потепление. Газообразный метан выделяется домашним скотом, и, как самая простая молекула, которая считается углеводородом, он также используется в качестве топлива. При сжигании метана в атмосферу в качестве побочного продукта выделяется углекислый газ, что делает метан как прямым, так и косвенным фактором, способствующим парниковому эффекту.

Парниковый эффект с течением времени

Как уже отмечалось, даже если крошечные доли газов в атмосфере Земли квалифицируются как парниковые газы, они оказывают существенное влияние на климат, независимо от того, попали ли они в результате природных процессов или в результате деятельности человека. Когда-то в течение 21-го века, количество углекислого газа в атмосфере, вероятно, будет вдвое больше, чем это было в начале века. Уровни других парниковых газов, в основном метана и закиси азота, также растут. Количество парниковых газов увеличивается пропорционально количеству сжигаемого ископаемого топлива, которое выбрасывает в атмосферу не только парниковые газы, но и загрязнение воздуха. Парниковые газы попадают в атмосферу и из других источников. Скот выделяет газообразный метан в процессе переваривания пищи. Кроме того, казалось бы, доброкачественные процессы могут вносить нетривиальные количества CO2 в смесь. Например, поскольку цемент сделан из известняка, выделяется углекислый газ.

С большим количеством парниковых газов в атмосфере, создающих что-то вроде невидимого потолка (мало чем отличающегося от настоящей теплицы), тепло, проходящее вверх, с большей вероятностью будет остановлено, чем вообще покинет атмосферу, потому что дополнительные парниковые газы поглощают, а затем излучают Тепло как инфракрасное излучение. Часть тепла будет уходить от Земли, но часть будет поглощена соседними молекулами парниковых газов, а некоторые снова вернутся на поверхность Земли. Таким образом, благодаря различным механизмам, по мере накопления парниковых газов, планета продолжает нагреваться. Ледники отступают, лед на обоих полюсах Земли тает, океаны согреваются и становятся более кислыми, снежный покров во всем мире уменьшается, а катастрофические погодные явления, такие как ураганы, становятся более распространенным явлением.

Теплица на заднем дворе

Создание собственной теплицы — это не тривиальный проект, но с достаточными амбициями это не выходит за рамки возможностей страстного человека или группы. Если вы хотите защитить летние растения зимой, начать заниматься весенним озеленением растений или просто немного узнать о садоводстве в помещении, вы можете получить установку от нескольких сотен долларов США до нескольких тысяч.

Источник статьи: http://www.winstein.org/publ/1-1-0-5441

Как работает теплица ?

Устройство и физические принципы функционирования теплицы

Как же устроена теплица? Ведь, согласитесь, несколько неразумно использовать какое-либо приспособление, не имея понятия, как оно работает хотя бы на базовом уровне. Понимая принцип работы теплицы, Вы будете способны использовать ее возможности по максимуму, с максимальным КПД. Простейшие самодельные пленочные теплицы или сложные промышленные тепличные комплексы класса Люкс – все они функционируют на основе одних и тех же базовых принципов.

Принцип работы теплицы

В основе функционирования теплицы лежат простые принципы физики – тепловое излучение и теплообмен. Теплица собирает поступающее извне тепловое излучение, превращает его в тепло и сохраняет это тепло. Это позволяет удерживать внутри теплицы определённую устойчивую температуру, создавая наиболее благоприятную среду для роста и жизнедеятельности садово-огородных культур.

Кроме этого, теплица защищает как от воздействий внешней среды – например, таких погодных условий, как ветер, град или снег, так и от вредителей – жуков, саранчи и домашних животных, которые Ваши посевы могут банально съесть или потоптать.

Получение тепла в теплице

Главная задача теплицы – утилизировать тепловое излучение, получаемое извне от солнечных лучей и/или искусственных источников. Внутри стен теплицы тепловое излучение превращается в тепло, нагревая теплицу изнутри.

Этот же эффект Вы сами можете почувствовать, закрыв все окна внутри автомобиля в летний день. Даже если не заводить мотор, все равно спустя всего несколько минут температура внутри салона станет ощутимо выше, чем снаружи – это солнечный свет нагрел внутренности вашего салона, а наружу это тепло никуда выйти не может.

Материалы, из которых сделана теплица, также влияют на способность удерживать тепло и регулировать температуру внутри теплицы. Например, поликарбонат отлично подходит в качестве материала для теплицы благодаря высокому коэффициенту теплового расширения и высокой теплоустойчивости. Теплица – это герметичное помещение, а это делает невозможной циркуляцию воздуха между внутренним помещением теплицы и окружающей средой.

Циркуляция воздуха уравнивает разницу температур, что свело бы на нет основную функцию теплицы – поддержание стабильной температуры, независимой от температуры снаружи. Без циркуляции воздуха воздух внутри быстро нагревается. Это создаёт идеальные условия для роста растений.

Регуляция температуры в теплице

Тепловое излучение быстро нагревает воздух внутри теплицы и медленно прогревает грунт. Теплый воздух, в свою очередь, способствует получению и, самое главное, сохранению почвой тепла. Благодаря своим органическим свойствам, почва способна очень долго удерживать тепло, даже когда источник теплового излучения становиться неактивен, например, в простой теплице без отопления грунт, нагретый днём солнцем, сохраняет полученное тепло в течение ночи.

Но если бы теплица только бесконечно нагревалась, температура внутри вскоре стала бы непригодной для растений, верно? Дело в том, что устройство теплицы способствует полностью автоматической терморегуляции.

По законам физики, почва нагревается днем благодаря тому, что температура воздуха в теплице днём высокая, а ночью, когда температура воздуха без солнечных лучей падает, почва начинает, наоборот, отдавать сохранённое тепло, нагревая воздух. Такой вот нехитрый цикл создаёт внутри теплицы постоянный температурный режим.

В более продвинутых теплицах используются еще и дополнительные средства отопления, что дает возможность уже вручную управлять терморегуляцией без оглядки на погоду, но базовый принцип получения-сохранения-отдачи тепла остается все тот же.

Защита от внешних воздействий

Еще одно важное назначение теплицы – защита ваших огородных культур от неблагоприятных воздействий внешней среды. В этом плане теплицы выполняют для растений ту же функцию, что и дом – для человека. Такая защита особенно важна в осенне-зимний сезон.

— От ветра, который приносит пыль и семена сорняков, сдувает рассаду, а сильный ветер способен повредить растение и даже вырвать его с корнем. Крепкие теплицы с прочным корпусом – единственный выход для ветренных регионов (добротно сделанная теплица выдержит и небольшой шторм).

— От осадков. Например, оградив растения от дождя, Вы сами контролируете, сколько воды они будут получать.

— От большинства вредителей. Вам не нужно будет обрабатывать растения химикалиями, вредными как для растений, так и для Вас. Конечно, сделать так, чтобы в теплицу не попало ни одного жучка, невозможно, хотя бы потому, что некоторые вредоносные букашки могут передвигаться и под землёй, но существенно снизить “присутствие” вредителей на Ваших овощах теплица вполне способна.

Информация о компании Теплица Люкс

Украина, город Киев, Верховной Рады бульвар, дом 34, комната №603

Расписание работы предприятия:

С понедельника по пятницу: с 09-00 до 18-00
В субботу: с 09-00 до 16-00
Воскресение: выходной

Источник статьи: http://teplitca.com.ua/article-how-does-greenhouse-work.html

Умная автоматическая теплица

Теплица — каркасная конструкция, обычно из металлического профиля, покрытая прозрачным легким и прочным материалом. В теплице поддерживается определенный микроклимат необходимый для выращивания находящихся внутри нее растений. Для получения результата в виде выращенных плодов требуется приложить немало времени и физических усилий, осуществив комплекс агротехнических мероприятий.

Облегчить труд позволит умная теплица, в которой все действия необходимые для выращивания растений выполняются по программе, управляющей специальными устройствами практически без участия человека.

Принцип работы умной теплицы

В представленной ниже схеме работы умной теплицы показан размер участия человека в ее функциональных возможностях. Пользовательский вход ограничивается корректировкой программного обеспечения и непосредственной установкой параметров контроллера. Корректировка может проводиться удаленно через, например, компьютер, подключенный к контроллеру.

Автоматический режим работы обеспечивают датчики и контроллер с электронными схемами управления, которые обеспечивают работу исполнительных механизмов в требуемом режиме.

Классификация умных теплиц

Любая система, в которой совершаются какие-либо действия, должна иметь для этого внешние источники энергии. По способу пользования такой энергией можно классифицировать умные теплицы по следующим группам:

автономная — использует природные источники тепловой энергии, например, солнечную;
зависимая от промышленных источников энергии — питание осуществляется от электрической сети.

Недостатком автономной является инерционность работы автоматики системы, которая из-за несвоевременного срабатывания исполнительных механизмов не гарантирует нормальную жизнедеятельность растениям.

Энергозависимые системы работы умной теплицы могут иметь аварийное отключение, что будет иметь самые плохие последствия для растений.

По конструктивному исполнению и назначению устройств тепличного комплекса можно выделить следующие категории.

Оранжерея. Это помещение для выращивания экзотических растений, для которых не подходит климат данной местности. Обычно покрывается стеклом и используется для научных целей изучения развития необычных растений.
Теплица. Это помещения для круглогодичного выращивания овощей, ягодных культур и рассады. Покрывается легким прозрачным материалом типа поликарбоната. Главная цель теплиц — получение высокого урожая овощей и ягод в короткие агротехнические сроки вне зависимости от окружающих погодных условий.
Парник. Главное назначение парника — выращивание рассады. Обычно это небольшая переносная конструкция, покрытая легко сворачиваемой прозрачной пленкой. Тепло в нем создается природными источниками энергии.

Базовые возможности умной теплицы

Автоматизации подлежат следующие виды работ из комплекса обязательных агротехнических мероприятий проводимых с растениями в теплице.

Регулирование температуры предпочтительной для выращивания растений в данной конкретной теплице. Контроль над поддержанием заданного теплового режима.
Создание определенных показателей влажности воздуха в теплице. На урожайности некоторых культур этот показатель оказывает существенное влияние.
Сохранение влажности грунта в заданных пределах. Корневая система растений не должна пересыхать и в то же время переизбыток влаги приводит к заболеванию растений.
Организация дополнительного освещения в теплице в любое время года обеспечит полноценный рост растений.

Где купить

Приобрести оборудование для умных теплиц можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых товаров есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Датчики как основа информации для умной теплицы

На блок управления умной теплицей передают изменяющиеся во времени параметры следующие виды датчиков, интегрированные в цифровой формат для передачи сигнала на контроллер:

датчики температуры воздуха
датчики влажности воздуха
датчик температуры почвы
датчик влажности почвы
датчик освещенности

Кроме представленных выше датчиков существует много других, которые некоторые сельхозпроизводители используют в своей деятельности: датчики точки росы, датчики химического состава почвы, контроля качества поливной воды и другие.

Контроллер

Контроллер обрабатывает информацию и дает команды для действий исполнительных механизмов. Это программируемое электронное устройство, которое по заданному алгоритму обеспечивает выполнение всех агротехнических задач по уходу за растениями.

Помимо самой электронной схемы и комплекта датчиков в комплект поставки входят программы управления и визуализации.

В качестве примера приведем функциональные возможности одного из видов контроллера российского производства:

управление по программе, рассчитанной на действие в течение суток, где исходными данными являются значения температуры и влажности;
позиция термопривода открытия форточек регулируется алгоритмом поиска ее самого эффективного положения для решения поставленной задачи;
находит оптимальные варианты охлаждения во время действия критически высоких летних температур;
выполняет режим микропроветривания с поддержанием оптимальной влажности;
организует автополив с набором в бак воды и управлением подачи к растениям совместно с подачей питательного раствора;
участвует в подготовке питательного раствора, контролируя его состав;
управляет по показаниям датчиков системой отопления;
выполняет расчет солнечной энергии полученной растениями в определенный промежуток времени;
производит контроль влажности одновременно в нескольких зонах;
оперирует данными о температуре в нескольких заданных точках теплицы.

Такой набор функций качественно улучшает условия выращивания растений в теплице.

Обзор рынка промышленных производителей умных теплиц

Рынок умных теплиц становится все более устойчивым. Этому способствует развитие следующих технологий:

применение технологии дополнительного освещения на основе светодиодов (LED — технология);
кроме проводной, используется для подключения беспроводная связь;
совершенствование конструкций ирригационных систем;
улучшение технических характеристик насосов и клапанов;
увеличение количества факторов, сообщающих о возникновении внештатной ситуации в процессе ее мониторинга;
применение передовых достижений в сфере IT — технологий.

Рейтинговые производители умных теплиц предлагают свою продукцию в зависимости от размеров тепличного комплекса, технические решения выбираются в соответствии с типом выращиваемых агрокультур.

В промышленном масштабе умные теплицы используются в северных широтах. Экзотические для районов севера овощи и фрукты, выращенные в умных теплицах, будут намного дешевле завезенных из южных областей.

Интеллектуальный сегмент сельского хозяйства в виде умных теплиц будет развиваться высокими темпами благодаря отечественным производителям. Внимание, которое оказывается правительством цифровой экономике, будет этому способствовать.

Передовыми в развитии технологий сельского хозяйства в контролируемой среде являются Нидерланды и некоторые другие европейские страны. Развивается ускоренными темпами внедрение умных теплиц в Индии, Японии, Китае.

Доминирующие позиции на рынке умных теплиц занимают компании Rough Brothers (США), Heliospectra (Швеция), GreenTech Agro (Нидерланды) и другие.

Умные теплицы своими руками

Простому дачнику инвестировать в готовую автоматизированную теплицу слишком накладно. Однако использовать ее преимущества можно изготовив ее самостоятельно.

Особенности конструкции и расположения на участке

Для эффективной работы систем автоматики следует выполнить следующие рекомендации.

Выбрать такое место на участке, где согласно географии местности, через прозрачную пленку будет проникать максимальный поток солнечного света. Это снизит нагрузку на дополнительное светодиодное освещение и уменьшит расходы на содержание теплицы.
Каркас теплицы спроектировать так, чтобы форточки находились в верхней части теплицы. Холодный воздух, попадая через форточку в теплицу, будет медленно опускаться вниз, а теплый также постепенно подниматься вверх. Такое расположение форточек исключает образование сквозняков, вредных для развития растений. Герметичное покрытие пленкой и плотное закрывание дверей устранит влияние внешних погодных условий на микроклимат теплицы.
Если участок располагается в местности с повышенной ветровой обстановкой, то следует выполнить защиту в направлении доминирующего направления ветра, например, закрыть теплицу живой изгородью.
Для круглогодичного использования теплицы оборудовать ее отопительными приборами, которые будут автоматически включаться/выключаться с помощью специально настроенных датчиков температуры.

Автоматическое проветривание своими руками

Циркуляция воздуха в теплице обеспечивается открытием форточек или дверей, которые обустроены работающими автоматически системами открывания. Такие устройства можно сделать самостоятельно, доработав уже имеющиеся подобные конструкции или изготовить из подходящих для этого подручных материалов.

Классический пример использования для автоматического открывания форточек теплицы — доработка газового амортизатора автомобиля. Гидравлическое масло, выступающее в качестве рабочего тела, вместо воздуха под действием повышенной температуры расширяется и приводит в движение форточку. При понижении температуры с помощью возвратной пружины форточка закрывается.

Подобным образом можно приспособить для проветривания теплиц газлифт от офисного стула, ручные автомобильные насосы и другое техническое оборудование. Из подручных средств, например, пластиковых бутылок или металлической емкости, заполняющей резиновый шарик воздухом с повышением температуры можно изготовить временные конструкции, обеспечивающие автоматическое проветривание теплиц.

Автоматический полив своими руками

Стандартная система автоматического полива своими руками включает в себя следующие составляющие.

Необходим источник воды. Это может быть резервуар в виде бочки, в которую периодически заливают воду из скважины, водопровода или с помощью насоса из дачного пруда. В бочке температура воды с течением времени приближается к температуре окружающей среды, что важно для процесса жизнедеятельности растений.
Наличие фильтра. Без него трубопровод быстро засоряется. Особенно критично его отсутствие для систем капельного полива.
Электромагнитные клапана. Их конструкция позволяет контролировать подачу сигналов начала и конца процесса полива.
Таймер. Его настройки передают сигналы на открытие/закрытие электромагнитных клапанов.
Система из стальных, пластиковых (можно резиновых при капельном орошении) или металлопластиковых трубопроводов. Обеспечивает доставку воды, например, при капельном орошении к капиллярным трубкам.

При наличии в системе датчиков температуры и влажности почвы возможно автоматическое включение/выключение автоматического полива по их показаниям.

Автоматизированное отопление своими руками

С помощью систем отопления можно будет поддерживать температуру в теплице при любой погоде и в любое время года.

Систему обогрева теплицы можно оборудовать следующим образом:

пропустить внутри пола нагревательный кабель;
использовать для обогрева нагревательные приборы (масляный радиатор, инфракрасный излучатель и другие подобные установки);
полы можно подогревать с помощью водяных теплых труб.

Самый удобный вариант автоматизации отопления основан на использовании внутри пола нагревательного кабеля. Концы кабеля после его укладки подсоединяются к регулировочному устройству. Важно, что данная система отопления прогревает непосредственно почву и тем самым имеет преимущество перед нагревательными приборами, оказывающими влияние на прогрев воздуха.

Установка и обустройство автоматики дополнительных светильников своими руками

Получить хороший урожай помогут не только качественный грунт и своевременный полив, но и оптимальная освещенность. При эксплуатации теплицы в зимний период дневного света из-за короткого дня явно не хватает.

В качестве дополнительного освещения по своим характеристикам самыми конкурентоспособными являются светодиодные лампы. Они отличаются малым энергопотреблением и выдают большую часть солнечного спектра. Существуют белые светодиоды, способные выдавать весь спектр солнечного света и способствовать выращиванию растений полностью на искусственном освещении.

Для подводки электропитания к силовому шкафу надо пробросить воздушную проводку от сети высокого напряжения. Эту работу лучше поручить профессиональным электрикам, которые имеют право допуска к таким работам. Дальнейшая прокладка провода в земле выполняется своими руками.

Важно: провод предварительно поместить в защитный гофрированный шланг.

Обязательно устанавливается предохранительное устройство для защиты от перепадов напряжения. Выбор его основан на рекомендациях производителя светодиодных ламп. После установки устройства выполняется разводка проводов согласно места расположения светильников.

Для создания оптимальной освещенности создается автоматическая система, которая ко всему прочему позволит сэкономить электроэнергию. Специальные датчики будут контролировать освещенность и автоматически включать или выключать подсветку.

Сохранение полезных качеств почвы

В умной теплице применяется мульчирование почвенной среды. Такой агротехнический прием сокращает время на поддержание плодоносных качеств почвы. Достаточно один раз покрыть ее поверхность мульчей (природные органические материалы) и на долгое время сохраняется содержание влаги в почве, исчезают сорные травы. Зимой и осенью дополнительное укрытие нетканым агроматериалом обеспечивает теплом почву и воздух. Влага сохраняется внутри после испарения на внутренней стороне укрывного материала и стекает обратно в грунт.

В летнее время укрывной материал убирается — на его место равномерно рассыпаются опилки или солома наоборот сохраняющие почву от излишков тепла.

Оснастить умной технологией теплицу на даче своими руками не простая задача. Потребуется определенный опыт и знания, без инвестиций также не обойтись. Однако все не такие уж большие финансовые затраты окупятся хорошим урожаем и свободным временем для отдыха и занятий другими не менее важными делами.

Видео по теме

Источник статьи: http://vashumnyidom.ru/komfort/uxod/umnaya-teplica.html