Отопительная система оранжерей

Как известно, для выращивания рассады, ранних овощей, цветов и тропических растений в наших суровых климатических условиях не обойтись без того или иного варианта оранжерей (парников, теплиц). Кроме того, небольшие оранжереи или зимние сады приобретают все большую популярность у владельцев загородных домов и коттеджей. Принципы функционирования всех этих видов «зимних квартир» для теплолюбивых растений основаны на создании так называемого «парникового эффекта». В ограниченном пространстве создается повышенная температура, влажность и концентрация углекислого газа, что стимулирует рост растений.

В простейшем случае теплица может обогреваться за счёт солнечного света и тепла, которое выделяется грунтом и органическими удобрениями (навоз, растительные остатки, торф). Но если владелец загородного дома, фермер или тепличное хозяйство рассчитывают на круглогодичную работу оранжереи (зимнего сада или более практичной теплицы для выращивания свежей зелени и овощей), то необходимо предусмотреть полноценную систему отопления. 

Энергия для отопления оранжерей

Надо сказать, отопление теплиц в условиях российского климата – дело не дешевое. Энергозатраты на содержание теплиц доходят зимой до 350-400 Вт/м2, что значительно превышает затраты на отопление жилых зданий. Это легко объяснимо, учитывая, что большую часть внешних ограждений теплиц составляют светопрозрачные конструкции из стекла или пластика, термосопротивление которых в несколько раз меньше, чем у кирпичных или бетонных стен.

Поэтому при постройке теплиц весьма актуальны проектировочные решения, позволяющие снизить потребности в тепле. Прежде всего, для устройства оранжерей выбирают хорошо освещённое и по возможности укрытое от ветра место. Если проектируется зимний сад при загородном доме, то, разумеется, оптимально расположить его с южной стороны коттеджа.

Основные факторы, которые учитываются при проектировании системы отопления – это, во-первых, характерные для данного региона погодные условия, во-вторых, потребности в тепле выращиваемых растений. Так, тропическим растениям и экзотическим овощам нужна температура не менее 18-20®С, а, например, орхидеи из экваториальных дождевых лесов и вовсе погибают, если температура опускается ниже 25 ®С.

Нормативной базой для проектирования теплиц вообще и системы отопления в частности является СНиП 2.10.04-85 «Теплицы и парники». Также существует документ под названием «Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения». Он разработан ЗАО «Роскоммунэнерго» при участии Российской ассоциации «Коммунальная энергетика» и Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова и утверждён в Госстрое России в 2003 году. В этом документе приводятся расчёты теплопотерь для оранжерей со стеклянным и плёночным покрытием.

Потребность оранжереи в тепле вычисляется с учетом площади остекления, термосопротивления светопрозрачных конструкций и разности температур в данной местности. Например, если площадь остекления составляет 140 м2 (сплошное остекление теплицы размером 6x6 м), температурный перепад 49®С, а коэффициент теплопередачи равен 2,98, то необходимая мощность отопительного оборудования будет около 17 кВт. Таким образом, очевидно, что с увеличением площади теплицы растет и требуемая мощность отопительной системы.

Важно заметить, что при расчётах системы отопления необходимо учитывать мощность системы освещения (поскольку она даёт дополнительное тепло), а также характер грунта. Органические удобрения и сами растения также являются дополнительным источником тепла.

Тепло как летом

Оборудование для отопления оранжереи включает в себя систему подогрева воздуха, грунта и стеллажей (если они предусмотрены в конструкции оранжереи). Она может быть водяной или комбинированной водо-воздушной.

Наиболее распространены сейчас водяные системы, которые обеспечивают равномерное распределение тепла, что положительно сказывается на росте растений. Схема здесь проста – теплоноситель (вода) нагревается в отопительном котле и с помощью циркуляционного насоса (например, производства Grundfos) прокачивается по системе трубопроводов, через радиаторы или конвекторы, отдавая тепло воздуху и почве в теплице.

Для наиболее эффективного обогрева всего объема теплицы металлопластиковые или стальные нержавеющие трубы размещают в несколько ярусов. Самый верхний ярус проходит под покрытием оранжереи. Средний ярус - у наружных стен, на внутренних стойках каркаса и между рядами растений. Нижний ярус располагают на уровне почвы.

Также нужно предусмотреть систему прогрева грунта - на глубине не менее 40 см. Металлопластиковые трубы кладут на песчаный дренирующий слой толщиной не менее 30 см, после чего насыпают слой плодородного грунта толщиной 40-50 см. Шаг укладки труб определяется теплотехническим расчетом, но его величина должна составлять не менее 20-30 см.

Особо нуждаются в прогреве почвы сельскохозяйственные культуры - это уменьшает срок вегетации растений за счёт равномерного развития корневой системы (в среднем на 2-3 недели) и повышает урожайность (на 35-45%).

Важно, чтобы была возможность раздельной регуляции отопительных приборов в разных ярусах. Обычно рекомендуется в нижние ярусы (на высоту до 1 м от поверхности почвы) подавать не менее 40% общего количества тепла. Температуру теплоносителя в надпочвенных ярусах устанавливают около 60-80°С, а в системе подогрева грунта - до 40°С (чтобы не пересушить корневую систему).

Что касается отопительного котла, то основными критериями его выбора являются тип топлива, мощность и возможность гибкой регулировки. С типом топлива вопрос решается просто - наиболее надёжным и экономически выгодным являются котлы, работающие на газе. В отношении же оптимальной мощности все не так просто.

Например, для зимнего сада при коттедже возможно несколько решений. Если хватает мощности основного котла, то оранжерею можно подключить к отопительному контуру здания - напрямую или через пластинчатый теплообменник, который позволяет изолировать друг от друга контуры отопления дома и оранжереи и упростить регулирование обогрева. Теплотрасса между оранжереей и коттеджем (например, утепленные пенополиуретаном металлопластиковые трубы) прокладывается в заполненном керамзитом гидроизолированном бетонном канале, расположенном на глубине не менее 1,5 м.

Если же отопление оранжереи не было предусмотрено на этапе проектирования дома, то разумнее будет поставить отдельный котел. Поскольку условия оранжерей (прежде всего, повышенная влажность) не способствуют сохранности оборудования, теплогенератор по возможности следует располагать в котельной - специальном помещении, соответствующем требованиям техники безопасности.

Выше был приведен расчет потребности тепла небольшого зимнего сада 6 на 6 метров. Для его обогрева требуется котел мощностью не менее 17 кВт. С подходящими параметрами сейчас выпускаются современные модели котлов с настенным креплением, например, GENIUS от ARISTON. Такие модели зачастую уже снабжены встроенным циркуляционным насосом, расширительным баком и регулирующей автоматикой, что делает их практически готовым решением для отопления зимнего сада.

Для оранжерей значительно большей площади (в сотни квадратных метров) необходимы решения помощнее. Например, можно установить два или более настенных котлов в каскадном подключении, то есть друг за другом. В этом случае их мощности суммируются, а каскадная установка управляется как один источник. Включение каждой новой ступени мощности происходит с задержкой не более 20 секунд. При изменении наружной температуры можно соответственно увеличить или уменьшить мощность каждого из котлов, включённых в каскад.

Если же речь идет о теплицах площадью в тысячи квадратных метров, то проблему отопления следует решать с помощью мощных промышленных теплогенераторов напольной установки, например, конденсационных котлов RENDAMAX.

Нельзя не упомянуть и про возможности воздушного отопления теплиц. Его обычно применяют как дополнение к описанной выше водяной системе. Комбинированное отопление рекомендуется специалистами в регионах с наружной температурой наиболее холодных суток менее - 20°С. Но в районах с мягким климатом воздушное отопление оранжереи может быть основным, в сочетании, например, с электрическим подогревом грунта. Для воздушного обогрева еще применяют дизельные тепловые пушки.

Такая система состоит из воздухоподогревателя, который пропускает через себя воздух оранжереи и подогревает его до температуры около 40°С. Затем теплый воздух равномерно распределяется по объему помещения при помощи сети воздуховодов, располагающихся по периметру оранжереи на высоте около 2,5 м. Описанная схема позволяет за 35-40 минут поднимать температуру в помещении на 15-20°С, то есть система обладает низкой инерционностью. Это делает возможным эффективный обогрев оранжереи даже при открытых фрамугах.

Возможности регуляции

Однако мало обеспечить теплицу или оранжерею теплом – его еще нужно точно дозировать. Температура внутреннего воздуха в теплице должна изменяться в зависимости от культурооборота и вида овощей, а для одних и тех же овощей - в процессе роста и созревания в зависимости от времени суток. Для огурцов, например, температура воздуха в ночное время (около 18 °С) должна быть ниже, чем в дневное время (около 22 °С). Температура корнеобитаемого слоя почвы (глубиной 0,3—0,4 м) должна равняться температуре воздуха (или быть несколько выше).

Поэтому следует позаботиться об автоматике, которая решает задачи управления температурой в оранжерее (на разной высоте помещения), следит за работой циркуляционных насосов, согласует работу систем отопления и вентиляции и т.д.

В оранжереях применяется двойная автоматическая регуляция: один термостат устанавливается на поверхности пола, второй – в верхней точке, под коньком крыши. Кроме того, необходим датчик температуры внешнего воздуха. Анализируя все данные, современная автоматика устанавливает необходимый режим работы.

Регуляция возможна несколькими способами – например, автоматическим открытием фрамуг, закрытием термостатов, снижением скорости работы циркуляционных насосов (например, Grundfos Alpha Pro c частотно-регулируемым ротором). Однако наибольшую экономию энергоресурсов приносит регуляция с помощью изменения мощности самого котла. Такую полезную функцию имеют современные котлы с модуляционными горелками, например, GENUS PREMIUM производства ARISTON.

В условиях небольшого зимнего сада, отапливаемого настенным котлом, регуляция микроклимата также наиболее эффективна с использованием электронных устройств, снабженных температурными датчиками. Подключенные к котлу, они позволяют плавно менять температуру в помещении в зависимости от температуры наружного воздуха. Таким образом, смена погоды не оказывает негативного воздействия на растения.

Современное оборудование поможет любителю растений наслаждаться «райским садом» или, по желанию, «райским огородом» круглый год. Но речь идёт не только о хобби, но и о возможности обустройства фермерских оранжерейных хозяйств, обеспечивающих людей свежими овощами или цветами на протяжении целого года, без перерывов на зиму. Перед нами, безусловно, тот случай, когда комфорт, польза и удовольствие совпадают.