Научный подход к теплице

Рисунки созданы в программе Splan в ручном режиме, расчеты для графиков в создаваемой программе на базе солнечнечного калькулятора для панели с произвольным углом. Пока частично используется Excel для некоторых расчетов с теплопотерями, но постепенно все расчеты сводятся в общую программу, которая выглядит как интернет страница, и на которой можно менять различные входные данные. Формула для расчета энергии на произвольную панель стандартная, есть в разных источниках по расчету солнечных систем, не думаю, что здесь нужно разбираться во всех тонкостях углов фи, пси, омега, дельта, альфа.
А вот с универсальными формами теплиц стоит определиться. По моим предположениям пока стоит выделить такие формы

Обычная теплица домиком, тоннельная теплица, по Митлайдеру, и изменяемый оптимальный вариант. Пока для всех вариантов выбрал одинаковую площадь 6*3=18м2. Остальные размеры и первые подсчеты на рисунке. Расчет геометрических параметров этих форм начал заносить в основную программу. Если есть предложения по изменению предложенных размеров, вносите коррективы. Так же можно предлагать другие формы теплиц, которые могут участвовать в расчетах.

 

Ещё форма "стрела". Плюсы: а) больше поверхности для низкого солнца; б) по идее, не должен скапливаться снег.

 

Еще бы стандартные размерчики. Может кто то хочет поучаствовать в расчетах со своей теплицей, тогда желательны более менее точные размеры и конкретика по расположению теплицы относительно сторон горизонта и естественно хотя бы широта места расположения.

 

Тема конечно интересная и всячески полезная. Но! Может откатится немного назад?
К собственно растюхам?
Выяснить что мы хотим получить для них. К примеру, когда и что нужно.
Проверить на возможность без внешнего догрева/охлаждения.
И получим вполне четкое ТЗ, к которому уже не так сложно прикрутить солнечные данные и т. д.
Сразу скажу - при попытке получить информацию у агрономов, был поднят на смех. Для них, все эти вопросы давно решены, а теплицы, как таковые, являются совершенно ненужной вещью, за исключением случаев хобби. Проблемы же товарного производства решаются исключительно подбором сортов.
В частности, для Уфы, основной критерий выбора сортов томатов - срок созревание не более 75 дней. И для таких сортов никаких теплиц не нужно...

 

готов поучаствовать в расчете своей крыши и воплотить в жизнь результат. Будет с чем сравнить до и после

 

Это только за счет изменения отражения?

А какие именно виды теплиц в рассмотрении?
С геоколлектором рассматриваете?

 

Насколько я знаю, у Вас есть опыт в подборе разных сортов растений под определенные природные условия. Возможно у Вас есть информация про оптимальный температурный режим в течении дня для разных периодов развития например для томатов?

Если очень захотеть, то можно просчитать и предельный вариант теплицы (нулевой предел) - то есть открытый грунт.

Тогда нужна полная информация по расположению теплицы и форме (рисунок с размерами или в эту тему, или точная ссылка, или в личку).

Нет, отражение еще пока не участвует, это расчеты с эффективной площадью, она меняется от максимума (когда лучи перпендикулярны плоскости стены) до нуля (когда лучи параллельны плоскости или попадают с обратной стороны). Кстати готовится расчет эффективной площади для прозрачной северной стены именно с обратной стороны, это для варианта сквозного прохода солнечных лучей (это тоже тепловые потери, которые добавятся к основным теплопотерям).

В принципе без разницы, расчитаваться будут любые формы теплиц, которые можно будет разложить на плоскости, с полукруглыми вариантами посложнее, но я думаю, что программа справится и с этим. Объемы грунта внутри и снаружи теплицы тоже будут участвовать в расчетах, например уже сейчас есть отдельная программа, которая считает часть грунтового теплоаккумулятор в виде вертикального цилиндра, она тоже включится в общий расчет.

 

Посмотрим что происходит с солнечным лучом в теплице.

Есть два вида лучей, на рисунке красная линия - это граница между ними. Для лучей ниже этой линии входная мощность идет на отражение от южного покрытия, часть уходит в само покрытие, часть перехватывается растениями и каркасом и остальное уходит в грунт. Для лучей выше красной линии после перехвата растениями часть отражается от северного покрытия в теплицу, часть уходит в покрытие и остальное выходит из теплицу наружу (то есть мы его теряем). То есть для теплиц с прозрачным северным покрытием нужно ввести сквозной фактор, который зависит от высоты солнца и от высоты и ширины теплицы.
По этому фактору для разных форм теплиц имеем картину

Тоннельная теплица на первом месте, далее "оптимальный поиск", далее "домик" и последний "митлайдер".
По площадям теплопотерь места распределяются так же.
По процентному соотношению южных плоскостей к общей площади теплопотерь впереди "митлайдер", потом "тоннель", потом "домик" и "оптимальный поиск".

 

Только, для полноты, кроме коэффициента светопроницаемости нужно ещё учитывать и коэффициент ограждения, который, впрочем, коррелирует с первым.

 

агрономы пусть идут на юг.
мы сейчас при капитализме живем следовательно агрономы заточены на максимальную прибыль, т. е. конкретно у нас сеют сах. свеклу, а пшеницу и др. - исключительно "из под палки", т. к. при выделении сельхозземель обязаны конкретный процент площадей засеять определенными культурами.
а вот при ссср-е даже помидоры в поле сажали. но сейчас проще турецких купить)

 

@Renegat13, если хотите заняться экономическими подсчетами выгодности выращивания помидор, то пожалуйста с цифрами, а не общими словами. Например, после того, как я просчитаю физические величины, участвующие в тепличных процессах, я хотел просчитать экономическую составляющую постройки определенной формы теплицы и сравнить затраты с возможностью вырастить в открытом грунте или купить. Но как сами понимаете, мне пока важнее энергетическая составляющая.
Так, что если готовы, эномические расчеты меня тоже интересуют, но именно расчеты, а не общие слова.

 

Коэффициент светопроницаемости кстати несет двойную функцию, с одной стороны он указывает сколько света (тепла) проникнет внутрь теплицы, с другой стороны показывает сколько тепла осядет в светопропускающем слое, что влияет на теплопотери теплицы. Это особенно будет заметно когда будем сравнивать материал покрытия теплицы, например поликарбонат и стекло.
В теплице, которая будет проверять все теоретические выкладки, у меня заложена практическая возможность измерить процессы внутри сот поликарбоната.

 

Это здорово, но ведь коэффициент ограждения же нужно учитывать? Если поверхность теплицы намного больше площади проекции на землю, то теплица будет собирать больше энергии, но будет ещё больше её рассеивать. Потому мне и не нравится Миттлайдеровский профиль - лишние теплопотери из-за искривления, а значит увеличения поверхности и коэффициента ограждения. Минимальный коэффициент ограждение наверное у купола. Хотя нет, минимальный будет у ограждения, положенного прямо на землю - 1, но любые профили можно сравнить по коэффициенту ограждения, просто сравнив соотношение площади поверхности теплицы к площади земли, которую она занимает.

 

Это смотря как учитывать.
Например в картинке выше для каждой формы уже посчитана площадь поверхности для выбранных форм, площадь всех теплиц одинакова 18м2. Так что этот коэффициент считается на раз: для тоннельной 2,55, для "оптимума" 2,66, для домика 2,87, для митлайдера 3,07. Предложите, что дальше сделать с цифрами этого коэффициента.
В моем понимании для теплицы имеет значение, что метры от площади поверхности бывают разные (южные, которые приносят тепло и свет, и северные, которые больше рассеивают и мало собирают). Просто коэффициент ограждения мало информативен. На рисунке выше уже посчитано процентное соотношение южных, северных и боковых плоскостей выбранных форм, получено три коэффициента вместо одного, и они более информативны, так как каждый из них по разному влияет на теплицу, особенно, если рассматривать разные времена года.
Вопрос по "митлайдеру", случайно никто не пытался разворачивать теплицу с этим профилем наоборот, крутым склоном на юг? Стоит ли просчитать такой вариант?

 

Продолжим по своему неправильно считать энергетику и экономику.
Попробуем определиться с формой экономических расчетов

То есть берем график средней температуры местности за год, определяем температуру, когда возможно выращивание в открытом грунте (для простоты пока выбрал 10*С), теплица грубо добавляет 5*С, получился период в днях для открытого грунта и теплицы. Считаем плюсы теплицы, пока это приблизительно 45 дней, это приводит к тому, что
- можно увеличить количество сортов для данной местности
- можно увеличить урожайность определенного сорта за счет увеличения времени плодоношения.
Немного подкорректировал размеры теплицы по Митлайдеру, ориентируясь на теплицу от @NOnono_13, https://www.forumhouse.ru/threads/375329/
Добавил расчеты по теплице Стрелка 3.0

Пока ясно, что если северная стена прозрачная, то например в марте половина лучей пролетает мимо насквозь теплицы, так что энергетически прозрачная северная стена совсем не выгодна. Но летом она позволяет снизить температуру в теплице.