Чтобы хоть примерно понять всю эту физику, нужно разобраться, откуда тепло берётся и куда оно девается.
Откуда берется тепло?
Все мы понимаем, что нашу теплицу греет солнце: днем в ней становится тепло, а ночью холодно. И чтобы научиться максимально использовать это тепло, надо разобраться, как попадает туда это тепло и что же происходит с ним дальше.
Для справки: Солнце посылает на Землю в 20000 раз больше энергии, чем её расходует человечество со всем его топливом, ГЭС, ТЭЦ, АЭС и прочими ЭС. В среднем, треть солнечного излучения отражается от планеты, ещё четверть идёт на испарение земных вод, около половины — на согревание земной «кожуры», и лишь 0,2% — на фотосинтез. Примерно половина солнечного излучения — тепловые (инфракрасные) лучи, что и делает солнышко таким ласковым. Всего 5% — ультрафиолет, остальное — видимый свет.
Солнце посылает нам мощнейший поток энергии: на каждый квадратный метр нашей планеты приходится по 1,373 киловатта. Это — по обогревателю в 1,4 КВт на каждом квадратном метре теплицы! К сожалению, (а вернее всего — к счастью!) не вся эта энергия до нас доходит.
Солнечный спектр можно условно разделить на три примерно равные по энергии части:
1. Коротковолновое излучение — рентгеновские лучи и жесткий ультрафиолет;
2. Мягкий ультрафиолет и видимая часть спектра;
3. Инфракрасное излучение (тепловые лучи).
Первая часть полностью поглощается атмосферой, а вторая и третья почти целиком доходят до земной поверхности, лишь немного поглощаясь и рассеиваясь частицами пыли и атмосферной влаги.
Плотность потока солнечного излучения, прошедшего все слои атмосферы, составляет примерно 1 КВт на 1 квадратный метр, что, согласитесь, тоже немало. Понятно, что эта величина сильно зависит от облачности — облака могут отражать от 60% до 90% излучения, а густые тучи пропускают лишь 5-7% лучей — одну двадцатую часть. Однако в хорошую погоду этой энергии хватило бы, чтобы за одну минуту нагреть кубометр воздуха на 46 градусов — то есть за пару минут все живое сварилось бы! Но этого не происходит: далеко не всё излучение превращается в тепло.
Вот лучистая энергия достигла поверхности. Если поверхность абсолютно черная, то вся энергия превращается в тепло и нагревает ее. Если белая или зеркальная — отражается и улетает обратно в Космос.
В реальности обычные предметы могут отражать от 2% до 95% падающего излучения. Например, чистый сухой снег отражает до 95%, грязный снег — 50%, песок — 30%, зеленая трава — 26%, сухая трава — 19%, чернозем — 14%, гумус — 26%, хвойный лес — 10-12%. Черные предметы могут поглощать около 80-90%, превращая эту энергию в тепло. В целом наша планета отражает около 30% падающей на нее энергии, в основном за счет облаков и снежных покровов на полюсах.
Сколько энергии дойдет до поверхности земли в теплице и превратится в тепло, определяют пять факторов:
• Продолжительность светового дня;
• Угол падения солнечных лучей (минимальный — в декабре, максимальный — в июне);
• Прозрачность атмосферы.
• Прозрачность покрытия теплицы;
• Отражающая способность (альбедо) поверхности почвы в теплице.
Мы не можем влиять на продолжительность светового дня, угол солнца над горизонтом и облачность. Но прозрачность покрытия и степень черноты поверхностей в нашей власти. А эти два фактора могут изменять эффективность использования солнечного тепла в два–три раза! Например, через чистое стекло или пленку проникает около 90% света и тепла, а пыль и грязь на поверхности могут поглощать до 50%. А светлая мульча может еще и отражать до 30% этой проникшей через грязь половины энергии обратно в космос.
То есть в лучшем случае мы можем уловить около 70% энергии, а в худшем — около 30%!
Вывод: чтобы уловить максимальное количество тепла весной, нужно максимально увеличить про пускание света и свести к минимуму его отражение поверхностью почвы и предметами. То есть все поверхности должны быть максимально черными, а покрытие максимально прозрачным. Летом, особенно на юге, наоборот: приходится белить, притенять покрытия и класть светлую мульчу на почву.