10138
.pdf3 — коэффициент, учитывающий способ установки радиатора (для производ-
ственных сельскохозяйственных зданий характерна стандартная (открытая)
установка приборов, в этом случае 3 = 1,0);
4 — коэффициент, учитывающий число секций в одном приборе ( 4 = 1,0 при
Аор.п = 2,0 м2), который для двухколончатых радиаторов типа М-140 вычисляет-
ся по эмпирической формуле:
4 0,92 А0,16р .
о.п
Длина конвекторов с кожухом определяется размерами выпускаемых полностью готовых приборов с площадью теплоотдачи а1, м2.
Число конвекторов составляет:
n о.п . (4.25)
Ар
а1
Число элементов конвекторов без кожуха или ребристых труб в ярусе по вертикали и в ряду по горизонтали:
Ар
n о.п , (4.26) mа1
где m — число ярусов и рядов элементов, составляющих прибор.
Рассчитанное по (4.24…4.26) количество секций, приборов или их эле-
ментов обычно не получается целым. Допускается уменьшение расчетной пло-
щади Аор.п не более чем на 5 % (но не более чем на 0,1 м2). Как правило, к уста-
новке принимают ближайшее большее число.
Длина греющей трубы l, м, в ярусе или в ряду гладкотрубного прибора:
l |
Аор.п 3 |
, |
(4.27) |
|
|||
|
mат.п |
|
где ат.п — наружная площадь поверхности 1,0 м открытой горизонтальной тру-
бы принятого диаметра, м2/м, для труб:
|
Dу 15 мм |
ат.п = 0,067 м2/м; |
Dу 20 мм ат.п = 0,084 м2/м; |
|
Dу 25 мм |
ат.п = 0,105 м2/м. |
|
|
|
|
120 |
4.5. Системы воздушного отопления
Децентрализованные (местные) и центральные системы воздушного отопления, как правило, объединены с системами вентиляции и предназначены для поддержания в помещениях ветеринарно-гигиенических и (или) технологи-
ческих условий воздушной среды как по расчетным условиям теплового ком-
форта, так и по чистоте внутреннего воздуха. Далее рассматриваются особенно-
сти расчета систем воздушного отопления производственных сельскохозяй-
ственных зданий, касающиеся их теплопроизводительности.
Местные системы воздушного отопления. Принципиальные схемы мест-
ных систем воздушного отопления показаны на рис. 4.4.
Рис. 4.4. Схемы местных систем воздушного отопления: а) рециркуляционная; б) с частичной рециркуляцией; в) прямоточная.
1 — канал удаляемого вытяжного воздуха; 2 — теплообменник (калорифер)
Нагревание воздуха в таких системах и циркуляция его по помещению осуществляются воздушно-отопительными агрегатами с механическим побуж-
дением движения воздуха или за счет действия гравитационных сил. Местные системы воздушного отопления могут работать полностью на рециркуляцион-
ном воздухе, с частичным использованием рециркуляционного воздуха и без рециркуляции воздуха (прямоточные). Температура теплоносителя (воды) в по-
дающей магистрали тепловой сети — t1, °С; в обратной магистрали — t2, °С.
Рециркуляция полная или частичная в системах воздушного отопления допускается в том случае, если температура поверхности нагревательных эле-
ментов отопительного агрегата не выше температуры, установленной санитар-
ными или ветеринарными нормами и требованиями противопожарной безопас-
121
ности. При содержании в воздухе взрывоопасных веществ рециркуляция возду-
ха не допускается.
Децентрализованные системы воздушного отопления оборудуют отопи-
тельными агрегатами. Отечественная промышленность выпускает агрегаты воздушного отопления для подогрева воздуха при теплоносителе воде и паре следующих типов: АПВС, АПВ, СТД-100, СТД-300М. Агрегаты АПВС, АПВ,
СТД-100 устанавливают на кронштейнах или подвешивают на колоннах. В обо-
значениях агрегатов, например АПВС 70-40, первая цифра соответствует про-
изводительности, в тыс. ккал/ч, при теплоносителе паре; вторая — то же при теплоносителе воде (это соответствует 3·105 и 1,7·105 кДж/ч). Агрегаты СТД-
300М устанавливаются на фундаменте. Технические данные, конструкции и размеры агрегатов приведены в справочной литературе, например [22]. Следует отметить, что в настоящее время на отечественном рынке появилось большое количество выпускаемых за рубежом воздушных отопительных агрегатов, ра-
ботающих на теплоносителе воде, паре или использующих электрическую энергию. При использовании в децентрализованных системах отопления для нагревания воздуха электрической энергии в сельскохозяйственных производ-
ственных зданиях наиболее часто применяют выпускаемые отечественной про-
мышленностью электрокалориферы СФАО-10 и СФАО-16 теплопроизводительностью Qагр, соответственно, 10 и 16 кВт и подачей Lпр = 7 100 м3/ч. При наличии природного или сжиженного газа применяются автоматизированные газовые воздухонагреватели.
В случае установки децентрализованных систем воздушного отопления в помещении следует устанавливать не менее двух агрегатов. Воздух из устано-
вок должен подаваться выше уровня рабочей зоны. В помещениях сельскохо-
зяйственных комплексов место расположения отопительных агрегатов опреде-
ляется таким образом, чтобы подвижность воздуха в зоне пребывания живот-
ных, птиц и растений в культивационных сооружениях не превышала установ-
ленную нормами.
122
Число агрегатов n, шт., необходимых для отопления помещения, предва-
рительно можно определить по формуле:
Q р
n от . (4.28)
Qагр
Температура tг, °С, с которой воздух должен быть подан агрегатом в по-
мещение для поддержания требуемой в рабочей зоне температуры tв, °С, при теплоемкости воздуха св, кДж/(кг·°С), определяется по формуле:
tг tв |
3,6Qагр |
, |
(4.29) |
|
|||
|
свρг Lпр |
|
где ρг — плотность приточного воздуха при температуре tг, кг/м3.
Центральные системы воздушного отопления. Такие системы могут вы-
полняться с полной рециркуляцией, с частичной рециркуляцией или быть пря-
моточными (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Центральные системы воздушного отопления: а) с полной рециркуляцией; б) с частичной рециркуляцией; в) прямоточные; г) рекуперативные; 1 — теплообменник-
калорифер; 2 — канал приточного нагретого воздуха; 3 — вытяжной или рециркуляционный канал; 4 — канал приточного наружного воздуха
123
Воздух в системах приготавливается (нагревается) централизованно в ка-
лориферах приточных камер и по воздуховодам подводится в отапливаемые помещения. Как правило, воздух в помещения подается одной или несколькими компактными струями через приточные устройства, позволяющие изменять угол подачи воздуха по вертикали.
Расход подаваемой в помещения теплоты централизованными системами воздушного отопления , Вт, определяется аналогично местным системам воздушного отопления по тепловому балансу.
В системах с полной рециркуляцией производительностью по воздуху Gот,
кг/ч, (рис. 4.5 а)):
Qотр = 0,278Gотсв(tг – tв); |
(4.30) |
в системах с частичной рециркуляцией (рис. 4.5 б)):
Qотр = 0,278(Gот – Gн)св(tг – tв) +0,278Gнсв(tг – tн), (4.31)
где Gн — требуемое количество наружного воздуха для вентиляции помещения,
кг/ч.
В прямоточной отопительной системе, работающей только на наружном воздухе (рис. 4.5 в)), расход теплоты максимален:
Qотр = 0,278Gнсв(tг – tн). (4.32)
Снижение расхода теплоты в прямоточных системах воздушного отопле-
ния достигается путем утилизации теплоты вытяжного воздуха в рекуператорах
(рис. 4.5 г)). Количество утилизированной в рекуператоре теплоты Qут, Вт, со-
ставляет:
Q |
0,278G с (t |
t ) 0,278G с |
(t t |
н |
). |
(4.33) |
||
ут |
|
н в в |
в |
н в |
н |
|
|
|
В (4.33) температура tв — температура удаляемого из помещения возду- |
||||||||
ха после рекуператора, °С; tн |
— температура наружного воздуха после нагре- |
|||||||
вания в рекуператоре, °С. |
|
|
|
|
|
|
|
124
4.6. Системы инфракрасного газового отопления
Воздействие инфракрасного радиационного отопления благоприятно вли-
яет на самочувствие животных. Если тепловое излучение с длиной волны более
2 мкм воспринимается в основном кожным покровом, то излучение с длиной волны до 1,5 мкм проникает через поверхность кожи, частично нагревает ее,
достигает сети кровеносных сосудов и непосредственно повышает температуру крови, вызывая приятные тепловые ощущения. При лучистом обогреве боль-
шая часть избыточной теплоты животного или птицы передается путем конвек-
ции воздуху, имеющему более низкую температуру. Такая форма теплоотдачи действует освежающе и благоприятно на самочувствие животных и птиц.
4.6.1. «Светлые» инфракрасные излучатели
«Светлая» горелка конструктивно состоит из рефлектора, предназначен-
ного для создания определенной направленности лучистому потоку теплоты, и
излучающей насадки, представляющей собой керамическую плитку из огне-
упорной легковесной массы с сотнями цилиндрических отверстий диаметром
1…1,5 мм. Число отверстий в плитке принимается из расчета, чтобы живое се-
чение этих отверстий составляло 40 % площади плитки.
Газовоздушная смесь сгорает непосредственно вблизи наружных поверх-
ностей насадок, т. е. у керамических плиток. Она сгорает при среднем коэффи-
циенте избытка воздуха 1,05…1,10. Температура излучающих плиток находит-
ся в пределах 800…900 С.
Продукты сгорания газа поступают непосредственно в обслуживаемое помещение. Они имеют температуру более высокую, чем температура воздуха в помещении. В силу этого область их естественной концентрации находится в верхней зоне помещения, из которой их и необходимо удалять в атмосферу.
Для этого в этом случае используется специальная вытяжная вентиляционная система.
125
Воздухообмен в помещении Gн.СО |
, кг/ч, определяют по формуле: |
|
|||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
g ж |
n G |
|
|
G |
|
CO2 |
CO2 |
, |
(4.34) |
|
|
||||
н.СО2 |
|
Куд Кпр |
|
где gСОж 2 — удельное количество углекислого газа, поступающее в обогревае-
мое помещение от животного и подстилки, кг/(ч·гол.); n — количество голов животных в помещении, гол.;
GCO2 — количество углекислого газа, поступающее с продуктами сгорания га-
за, кг/ч; Куд и Кпр — допустимое массовое содержание СО2, соответственно, в
воздухе помещения и в наружном воздухе, кг/кг, Куд ≈ 0,005 (табл. 3.1);
Кпр = 0,0006 кг/кг.
Объемная предельно-допустимая концентрация углекислого газа в зоне нахождения животных или птиц составляет 2,5 л/м3, в наружном воздухе 0,33
л/м3. Количество СО2, выделяемого с продуктами сгорания, GCO2 , кг/ч:
GCO2 mGгаз , |
(4.35) |
где Gгаз — расход газа системой газового обогрева, кг/ч;
m — коэффициент, зависящий от химического состава сжигаемого газа: 2,71 —
для природного газа; 2,98 — для пропана; 2,94 — для бутана.
Требуемое количество наружного воздуха Gтреб |
, кг/ч: |
||||
|
|
|
|
н.СО2 |
|
G |
треб |
|
Gн.СО2 |
, |
(4.36) |
|
|
||||
н.СО2 |
|
β |
|
|
|
|
|
|
|
|
где β — коэффициент, показывающий повышение концентрации СО2 в верхней зоне: при вытяжке из верхней зоны 30…50 % углекислого газа β = 1,10…1,40;
при вытяжке из верхней зоны 70…100 % углекислого газа коэффициент β = 1,16…1,20.
Инженерный расчет «светлых» инфракрасных обогревателей приведен в
[23]. В зависимости от расстояния между осями панелей, геометрических раз-
меров панелей, высоты их расположения, размеров помещений в плане разра-
126
ботаны графики, по которым находят допустимую температуру панелей, отве-
чающую физиологическим требованиям животных и птиц.
Количество излучателей с расчетной производительностью Gнтреб.СО2 , кото-
рое необходимо установить в помещении для поддержания теплового баланса,
определяют по формуле:
|
Qр |
|
|
n 0, 278G |
н |
, |
(4.37) |
|
|||
газ Qном |
|
|
|
|
изл |
|
|
где Qнр — низшая расчетная теплотворная способность газа, кДж/кг;
Qизлном — номинальная тепловая мощность выбранной марки излучателя, Вт.
Инфракрасные излучатели (ИКИ) должны размещаться в животноводче-
ских помещениях так, чтобы облученность животных не превышала следующие
нормы, Вт/м2, (ккал/(м2·ч)): |
|
|
поросята возрастом до 30 сут |
170,4…204,5 |
(150…180); |
то же, более 30 сут |
113,6…170,4 |
(100…150); |
свиноматки |
90,8 …113,6 |
(80…100); |
телята |
113,6…170,4 |
(100…150). |
Вертикальное расстояние от уровня расположения животного до горелки
Ндолжно быть не менее 1,8 м (рис. 4.6).
Взависимости от ширины животноводческих помещений излучатели распределяют в 2 или 3 ряда по длине. Возможные варианты размещения при-
ведены на рис. 4.6.
В вариантах I, II, III, VI, VII, VIII излучатели установлены под углом 20 к
горизонту, т. к. при установке их горизонтально наблюдается перегрев излуча-
телей и увеличение содержания окиси углерода в продуктах сгорания. Расстоя-
ние в одном ряду между излучателями S, м: при двухрядном расположении
S = 2l / nиз; при трехрядном расположении S = 3l / nиз, где l — длина обогревае-
мой части помещения, м.
127
Рис. 4.6. Варианты размещения «светлых» инфракрасных излучателей в животноводческих помещениях (размеры в мм): 1 — инфракрасные излучатели; 2 — уровень расположения животных
При лучистом отоплении с использованием «светлых» излучателей про-
исходит выгорание кислорода, а также образование окиси углерода и других вредных веществ за счет выгорания пыли. На каждый киловатт мощности, раз-
виваемый «светлым» излучателем, необходима гарантированная подача не ме-
нее 30 м3/ч атмосферного воздуха, вследствие чего их использование в доста-
точно герметизированных объектах проблематично.
Согласно рекомендациям, использование «светлых» излучателей является эффективным при высоте помещения Н ≤ 10,0 м, а «темных» — при Н ≤ 5,0 м.
Данные ограничения не характерны для производственных сельскохозяйствен-
ных зданий, имеющих высоту в коньке, как правило, не более 5,0...6,0 м.
Неоднородность формируемых температурных полей и зон лучистого теплообмена является характерной отрицательной особенностью систем лучи-
стого отопления со «светлыми» инфракрасными излучателями. В помещениях могут создаваться зоны затенения, условия прогрева которых резко снижаются
128
и отличаются от расчетных, что может приводить к наличию температурных
контрастов и создавать условия для простудных заболевания животных и птиц.
4.6.2«Темные» инфракрасные излучатели
У«темных» моделей инфракрасных излучателей (рис. 4.7) максимальная
температура труб может достигать 450 С, у «темных» ленточных модулей — до 290 С. Длина модуля может быть 36,0 м и более, единичная мощность — до
300 кВт. Для стабилизации направленного потока отражающий кожух над мо-
дулем выполняется с тепловой изоляцией.
Применение «темных» лучистых излучателей эффективнее систем цен-
трального и воздушного отопления на 35…40 %.
Рис. 4.7. Устройство «темных» модулей инфракрасного излучения
Интенсивность излучения различных излучателей составляет, например,
при длине 15,0 м (35 кВт) с тепловой изоляцией 2,33 кВт/м, а при длине 36,0 м (95 кВт) с тепловой изоляцией — 2,63 кВт/м.
Установлено, что наименьший излучатель длиной 4,5 м на коротком участке в 4,5 м показывает наибольшее падение интенсивности между передней частью излучателя с горелкой и концом излучателя по сравнению с двумя дру-
гими лучистыми излучателями. Последние по всей своей длине в 15,0 м или,
соответственно, 36,0 м имеют более равномерную характеристику излучения,
чем короткий излучатель. Наряду с теплотехническими мерами воздействия, на
129