Романюк Теплова меліорація грунту скидною теплою водою за допомогою гідротехнічної системи з теплообмінниками-рукавами (в умовах Західного Полісся України)

Краткое содержание

У першому розділі “Проблема розробки теплових меліорацій на базі використання скидних теплих вод” прослідковано розвиток досліджень з теплових меліорацій шляхом обігріву ґрунту теплими водами в Україні й за кордоном, обґрунтована необхідність використання скидних теплих вод промислових об’єктів для теплових меліорацій, проведено структурно-функціональний аналіз промислового підприємства на випадок створення при ньому  додаткового теплоутилізуючого виробництва.

Вагомий внесок в розвиток наукових основ теплових меліорацій внесли  вчені: В.В. Шабанов, Б.С. Маслов, Б.Б. Шумаков, А.М. Шульгін,                     Ю.М. Нікольський, Д.О. Куртенер, О.Ф. Чудновський, С.Т. Вознюк,                  Г.І. Афанасік, В.О. Клюєва, Є.С. Кожанов, В.П. Ковальчук  та ін., а з питань використання скидних теплих вод промислового виробництва в меліорації земель:  Є.Д. Корольков, М.І. Гаврилов, В.Б. Зайцев, А.А. Антонюк, І.М. Ібряєв, Л.М. Чермних, І.А. Іоффе, Є.А. Ярмолінський, П.К. Кузьмич, С.В.Ковальов, М.О. Клименко,  В.П. Востріков, С.І. Веремеєнко та ін.

Питаннями розробки технологій утилізації  скидного тепла промислових та енергетичних об’єктів, створення на їх основі енергобіологічних комплексів активно займались і займаються вчені і фахівці провідних країн світу, в багатьох з яких ці наукові питання розглядались і розглядаються на рівні урядових програм: США (J. Alpert , H. Lucow,  D. Cook, J. Norman, L. Boersma), Франції (A. Seas, A.Grauby, А. Muller-Feuga), Німеччини (L. Reinken, J. Norbert),  Росії (В.Г. Фарберов, О.І. Усков, М.В. Турбін, Ю.В. Ремізов),  Білорусії (Г.І.Афанасік,  М.М. Лінкевич ).

Аналіз літературних джерел засвідчив, що найбільш досліджені, в даний час, є системи трубопровідного внутрішньогрунтового обігріву, які можуть використовуватись одночасно як тепломеліоративні системи та як підгрунтові градирні для охолодження води. Проте вони виявились недостатньо ефективними для ранньовесняних періодів як засоби теплової меліорації. Їх ефективність щодо приземного шару повітря складає не більше 0,5…1,5⁰С. Нагальним, виходячи з урядових програм енерго - та ресурсозбереження, є вдосконалення існуючих та розробка нових, більш ефективних технологій теплових меліорацій з використанням скидних теплих вод промислових об’єктів, зокрема технологій  поверхневого обігріву.

На основі системного підходу до промислового підприємства показано, що використання його теплових відходів для будь-яких корисних цілей трансформує підприємство в іншу цінність, більш складну систему з новими параметрами: ціллю, входами-виходами, змістом, структурою, характером внутрішніх і зовнішніх зв’язків, тобто перетворює  його із соціотехнічної у соціобіотехнічну систему – промислово-біологічний комплекс (ПБК).

В роботі на основі аналізу літературних джерел сформульовані зміст проблеми використання скидних теплих вод, шість основних пріоритетних напрямів її вирішення та пріоритетні напрямки біоресурсного наповнення утилізуючого виробництва.  Одним із головних   напрямків біоресурсного наповнення за потенційними можливостями визначені теплові меліорації.

У другому розділі „Мета, задачі, умови, об’єкт та методика проведення досліджень” на основі праць С.Т. Вознюка, А.Т. Кардашова, Г.І. Афанасика, В.В. Шабанова, В.О. Клюєвої, В.П. Вострікова, М.О. Клименка, С.І. Веремеєнка  та інших, встановлено, що в умовах Західного Полісся України температурний режим ґрунту не завжди є оптимальним для отримання ранніх урожаїв сільськогосподарських культур, зокрема овочевих та ягідних, і потребує суттєвого поліпшення, особливо навесні. Разом з тим показано, що скидні теплі води промислових об’єктів за своїм температурним потенціалом та об’ємами є важливим тепловим ресурсом для теплової меліорації ґрунту (рис. 1).

Рис.1. Середньомісячні значення температур для умов  Західного Полісся України:

Робочою гіпотезою дослідження стала гіпотеза про те, що максимальні теплові ефекти при використанні скидної теплої води можуть бути отримані при спрямуванні її безпосередньо в зону проживання рослин із застосуванням гідротехнічних засобів розподілення води.

Технологічно вказане завдання може бути вирішене методом подачі та розподілення теплої води тонким шаром по поверхні ґрунту, а технічно реалізовано застосуванням теплообмінників - рукавів із тонкостінних, міцних, гнучких матеріалів та створенням на їх основі спеціальних гідротехнічних систем. Для вирішення даного завдання виконувались теоретичні розрахунки і проводились натурні дослідження впродовж 2002-2004 років на дернових слабоопідзолених ґрунтах на землях СГПП „Холоневичівське” Ківерцівського р-ну,  Волинської області.

Порівняльні дослідження проводились за трьома варіантами: поверхневий обігрів теплообмінниками - рукавами, мульчування поверхні ґрунту чорною плівкою і контроль – відкритий грунт без мульчування та штучного обігріву. Для вивчення теплового режиму в умовах захищеного ґрунту, частина ділянки що обігрівалась, закривалась додатково плівковими укриттями тунельного типу. 

Система обігріву ґрунту була виконана із рукавів шириною 0,6 м, довжиною 10 м,  з  отворами  для  висадки  рослин  діаметрами  0,2 м,  розташованих у   шаховому   порядку на відстані 0,3  м один від одного (рис. 2).  Параметри рукава підібрані із агротехніки вирощування суниць. Рукави виготовлені із стабілізованої поліетиленової плівки.

Рис. 2. Конструктивна схема  рукавів - теплообмінників:

Підігрів води, що постійно циркулювала в рукавах, здійснювався електричним бойлером, подача води регулювалась засувкою, розподіл та збір води здійснювався ємностями за допомогою насосної установки. При цьому, з метою наближення досліджень до виробничих умов, в системі обігріву підтримували режим циркуляційних вод Рівненської АЕС. Температура води в системі змінювалась від 20⁰С до 35⁰С.

У відповідності із задачами досліджень на дослідній ділянці проводились регулярні вимірювання температур води, ґрунту, приземного шару повітря. Велись спостереження за опадами, водним режимом ґрунту, напорами, швидкостями та витратами води в рукавах, деякими агрохімічними показниками ґрунту, розвитком та урожаєм суниці. При цьому використовувалось стандартне обладнання і загальноприйняті методики постановки експериментів та обробки даних. Отримані в результаті досліджень дані опрацьовувались методами дисперсійного, регресійного і кореляційного аналізів.