Представьте себе современную промышленную теплицу морозной зимней ночью. Внутри — комфортные +22°C, растут сочные огурцы. Внезапно раздаётся щелчок — и система отопления аварийно отключается. Тишина. С этого момента начинается гонка со временем, где на кону — жизнь растений и весь будущий урожай. Учёные из Вологодского государственного университета и Санкт-Петербургского политехнического университетазадались вопросом: сколько же точно времени есть у персонала, чтобы исправить поломку, прежде чем растения получат необратимые повреждения?
Они не просто дали приблизительную оценку, а разработали точный математический метод, позволяющий спрогнозировать падение температуры буквально по минутам. В основе этого метода лежат фундаментальные законы физики, описывающие, как остывает любое тело или помещение. Оказалось, что процесс этот подчиняется экспоненциальному закону: сначала температура падает очень быстро, а затем скорость охлаждения постепенно снижается.
В качестве примера исследователи взяли реальную теплицу «Фермер 7.5». Расчёты показали, что при наружной температуре -15°C и начальной внутренней +22°C, критическая отметка в +8°C (ниже которой теплолюбивые огурцы начинают необратимо повреждаться) будет достигнута всего через 1 час и 15 минут. Это катастрофически малое время, которое объясняется двумя ключевыми факторами: воздух внутри имеет очень низкую теплоёмкость (он быстро остывает), а ограждения теплиц из поликарбоната, хоть и пропускают свет, но являются довольно слабой преградой для утечки тепла.
Что интересно, интуитивное предположение, что усиление утепления теплицы кардинально увеличит это «окно спасения», не совсем верно. Да, с ростом термического сопротивления ограждения теплопотери уменьшаются. Но это также означает, что для поддержания тех же +22°C в штатном режиме требуется менее мощная система отопления. Следовательно, после её отключения в трубах и радиаторах остаётся меньше остаточного тепла, которое постепенно отдаётся помещению при остывании. В итоге, увеличение сопротивления теплопередаче на каждые 0,1 м²·К/Вт продлевает время до критической точки лишь примерно на 12 минут. Это важный вывод для проектировщиков: главный акцент нужно делать не на спасении при аварии, а на повышении надёжности самой системы отопления, чтобы эта авария никогда не происходила.
Это исследование — не просто теоретическая работа. На его основе уже создана и зарегистрирована компьютерная программа, которая позволяет быстро рассчитать время остывания для любой конкретной теплицы, учитывая её размеры, материалы и климатические условия. Таким образом, наука даёт в руки аграриев практический инструмент для управления рисками, позволяя предотвратить огромные убытки и обеспечить стабильность производства даже в самых непредвиденных обстоятельствах.
Исследование опубликовано в журнале «Природообустройство».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
