Солнечные батареи для теплицы
Продаётся фонарик на солнечных батарейках.
Мы уделили очень много внимания эффективным способам отвода лишнего тепла из теплицы в то время, когда наша «солнечная печка» работает на полную мощность. И это правильно: в июньскую жару она легко может сжечь растения за считанные часы. Тут нельзя рисковать, и к этому моменту нужно подготовиться тщательно.
Но бывают моменты, когда хотелось бы увеличить мощность этой печки: в апреле–мае, когда еще холодно «за бортом», и осенью, когда солнце ходит низко и дает мало тепла, а погода еще позволяет попользоваться теплицей до серьезных морозов две–три недели.
В этом случае могут помочь «солнечные батареи». Вы, видимо, уже догадались: речь идет о несложных приемах улавливания солнечного тепла, позволяющих сильнее нагреть воздух в теплице.
Обычно в теплице солнечное тепло поглощает почва, особенно если она черная и ничем не закрыта. Затем тепло почвы передается воздуху, который, поднимаясь вверх, циркулирует в пространстве, ограниченном пределами теплицы, и поэтому нагревается гораздо быстрее наружного. По мере роста листовой массы земля все больше затеняется и нагрев ее частично уменьшается — это происходит как раз к тому времени, когда нагрев уже не так нужен (к июню–июлю). Вроде бы и так все хорошо, зачем что- то менять?!
Казалось бы, пусть солнце нагревает почву, а от нее пусть греется воздух. Конечно, есть некоторая потеря влаги с поверхности, но ее легко можно восполнить поливом. Ведь главная задача — нагреть теплицу — решена?
Как бы не так!
Все дело портит… вода.
Голая, неприкрытая ничем почва, нагреваясь, испаряет много воды со своей поверхности — и таким образом охлаждается. «Мелочь!» — скажете вы. Ну, тогда представьте, что вы обмотаны махровой банной простынёй и стоите себе, греетесь на солнышке. На улице, на ветерке. В апреле. А теперь представьте, что простыня не сухая, а мокрая. Почувствовали разницу?..
Выразим её математически.
Теплота испарения воды очень велика — 2260 КДж/кг, а теплоемкость воздуха, наоборот, мала — 1 КДж/кг, то есть меньше на три порядка!
Предположим, с квадратного метра поверхности почвы испаряется 1 мл воды в минуту (в действительности может быть и намного больше!) За 10 минут — 10 мл, и на это расходуется 22,6 килоджоуля. Прошу заметить, что при этом ничего не нагревается: если вода имела температуру, скажем, +5 °C, то и пар будет иметь ту же температуру!
Простой расчет показывает: если бы эти 22,6 КДж не тратились на преобразование воды в пар, их бы хватило, чтобы за эти десять минут нагреть 2 кубометра воздуха, расположенного над этой почвой, почти на 9 градусов! Весной теплица постоянно охлаждается прохладным ветерком, обдувающим ее снаружи, а кроме того, есть неизбежная потеря теплого воздуха через щели. И представьте, каждые 10 минут мы недополучаем 9 градусов такого нужного сейчас тепла!
Испарение воды — это пустая потеря энергии, которая могла бы быть направлена на обогрев теплицы. Конечно, при конденсации это тепло должно выделяться обратно, но и оно теряется безвозвратно: чем выше влажность, тем скорее влага начинает конденсироваться изнутри на поверхности пленки — а та охлаждается «забортным» воздухом. Мокрая пленка отдает тепло в атмосферу, а вода падает вниз в виде холодной капели, которая тоже не сулит ничего хорошего — это может привести к болезням листьев. Часть влаги к тому же улетает через щели и форточки. Фактически, наша теплица обогревает улицу!
Такой прибор, в котором в одном месте происходит испарение жидкости, а в другом ее конденсация, называется тепловой машиной, или тепловым насосом. Он позволяет быстро переносить большое количество тепла. На таком принципе, например, работают холодильники и кондиционеры. В нашем с вами случае такой насос усердно откачивает тепло (и воду заодно!) из тепличной почвы в атмосферу.
Но ведь мы не для того строили теплицу, чтобы какой–то самозванный тепловой насос откачивал наше (уже наше!) тепло наружу! Солнце, поставленное на службу народу, должно приносить нам пользу, а не воду воровать!