IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

В настоящее время газообразное топливо широко применяется для обогрева телятников, свинарников, птицеферм, теплиц и др. Одним из эффективных способов обогрева производственных сельско-хозяйственных помещений является отопление их газовыми горелками инфракрасного излучения (ГИИ). Основная особенность ГИИ- чрезвычайно малые концентрации окиси углерода в продуктах сгорания газа, что позволяет сжигать газ непосредственно в сельскохозяйственных помещениях, оборудованных вентиляцией. При этом воздушная среда в этих помещениях удовлетворяет санитарным нормам. Микроклимат создается в помещении за счет работы си­стем отопления и вентиляции и является одним из важнейших факторов повышения продуктивности животных, сохранности поголовья и экономичного расходования кормов.

Газовые горелки инфракрасного излучения работают как на природном, так и на сжиженном (пропан-бутан) газах. Отечественная промышленность выпускает несколько типов горелок, из которых наиболее распространены ГК-27У-1 (саратовский завод «Газоаппарат»), «Звездочка» (Казанский завод «Газоаппарат».) Эти горелки работают на газе низкого давления, их теп­ловая нагрузка 1740-7440 Вт (1500-6400 ккал/ч). Ха­рактерней особенностью горелок является их способ­ность передавать большую часть тепла в виде излучения от раскаленной поверхности огневой насадки. Полное предварительное смешение газа с воздухом, а также ма­лая скорость истечения смеси благодаря большому количеству огневых каналов способствуют сгоранию ее на поверхности насадки в очень тонком слое. Благодаря большому теплонапряжению и интенсивному теплообме­ну между плоским пламенем и огневой насадкой, по­следняя раскаляется до высокой температуры (1023- 1123К) и является генератором лучистой энергии.

Основная особенность отопления производственных  помещений при помощи ГИИ состоит в том, что животные или растения некоторую часть тепла получают за счет облучения инфракрасной частью спектра. Инфракрасные  лучи поглощаются обогреваемым объектом и нагревают его, преобразуясь в тепловую энергию. При отоплении горелками инфракрасного излучения температура пола, на который падают тепловые лучи, всегда выше, чем температура воздуха, что создает наиболее благоприятные условия для содержания сельскохозяйст­венных животных, особенно молодняка. Преимущество системы отопления с ГИИ состоит в чрезвычайно неболь­шой ее инерционности.

Воздействие инфракрасных лучей, генерируемых ГИИ, на организм человека, животного и растение, спо­собствует установлению физиологического или биологи­ческого равновесия. Поэтому при отоплении ГИИ температура окружающего воздуха может быть ниже, чем при обычных системах отопления на 3-4°С.

При инфракрасном отоплении сельскохозяйственных помещений существенное значение имеет плотность облу­ченности животных, растений, а также обслуживающего персонала, которая «не должна превышать 348 Вт/м² [300 ккал/(м²ч)]. При превышении указанного значения влияние радиационных теплоизбытков рекомендуется уменьшить воздушным душированием с подачей наруж­ного воздуха на место постоянного пребывания работаю­щих. Обслуживающий персонал в производственных по­мещениях находится периодически и не имеет постоян­ных рабочих мест. Поэтому работающие подвергаются кратковременному воздействию максимальных лучистых потоков от ГИИ, когда находятся непосредственно под горелкой.

Анализ показал, что плотность облучения го­ловы обслуживающего персонала не превышает 348 Вт/м², поэтому обслуживающий персонал должен работать в этих помещениях в головных уборах и не нуждается в каких-либо дополнительных мерах, ослаб­ляющих влияние инфракрасного излучения. Число горе­лок ГИИ на единицу площади теплиц в 2,5-3 раза боль­ше, чем в животноводческих помещениях, поэтому плот­ность облученности обслуживающего персонала достига­ет 696 Вт/м². При такой величине теплового облучения необходимо душировать рабочие места холодным возду­хом. Теплицы вентилируются притоком свежего воздуха через боковые фрамуги, расположенные на уровне 1,4-1,5 м от пола. Таким образом, душироваиие рабочих мест обслуживающего персонала теплицы достигается при вентиляции через фрамуги.

Тепловой баланс животноводческого помещения может быть выражен уравнением

где  - теплопотери через ограждающие конструкции здания;   - тепло, затраченное на нагрев вентиляционного воздуха; - тепло, выделяемое животными;  - тепло, выделяемое при сжига­нии газа в горелках.

Количество тепла, идущего на подогрев приточного воздуха, определяют из выражения

где с - массовая теплоемкость воздуха; - количество воздуха, необходимое для удаления из помещений вредных примесей, выде­ляемых животными и горелками, с продуктами сгорания газа, кг/ч;  - температура внутреннего воздуха;   - температура на­ружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки.

Воздухообмен, при котором концентрация углекисло­го газа не превышает 0,4% в животноводческих, птице­водческих помещениях и 0,7% в теплицах, обусловлива­ет объемную концентрацию окиси углерода в помещении не более допустимой, т. е. 30 мг/м³.

Воздухообмен ( , кг/ч) определяют из выражения

где - количество углекислого газа, выделяемого одним живот­ным, кг/ч; n - число животных (птиц), содержащихся в помещении; - количество углекислого газа, поступающего в помещение с продуктами сгорания газа, кг/ч; х_1,, х₂ - допустимое содержание углекислого газа соответственно в помещении и в наружном возду­хе, кг/кг (в практических расчетах можно принимать  х₁= 0,005 и х₂ = 0,0006 кг/кг).    Количество углекислого газа, выделяемого с продук­тами сгорания, определяется из выражения

где m - коэффициент, зависящий от состава сжигаемого газа;  - расход газа, кг/ч.

Коэффициент m численно равен массе углекислого газа, образующегося при сжигании 1 кг газа: для при­родного газа - 2,71, пропана - 2,98 и бутана - 2,94 кг/кг.

Тепло, выделяемое животными, определяется по фор­муле

где  - тепло, выделяемое одним животным, кДж/ч.

 При сжигании газа в горелках выделяется тепло

где  - теплота сгорания газа, кДж/ч.

Расход газа на все горелки

Подачу приточного воздуха (кг/ч) при проектирова­нии вентиляции определяют из выражения:

В некоторых случаях при борьбе с избытками влаги воздухообмен может оказаться определяющим, поэтому необходимо проверять разбавление влаги. Воздухооб­мен, определяемый из условия разбавления влаги до до­пустимых концентраций, рассчитывается по выражению:

где -масса водяных паров, поступающих в помещение с про­дуктами сгорания газа, г/ч; -масса водяных паров, выделяе­мых животным, г/ч; - влагосодержание воздуха внутри поме­щения, г/кг сухого воздуха;  - влагосодержание наружного воз­духа, г/кг сухого воздуха.

Влагосодержание воздуха внутри помещения и сна­ружи находят по I - d диаграмме влажного воздуха для известных значений относительной влажности воз­духа внутри и снаружи помещения. Относительную влажность воздуха внутри различных помещений при­нимают по нормам технологического проектирования.

Количество водяных паров, поступающих в помеще­ние с продуктами сгорания газа, вычисляют по формуле

где  -- количество водяных паров, выделяемое при сжигании 1 кг газа, кг/кг (в расчетах следует принимать  для природного газа -2,12; для пропана- 1,54 и для бутана - 1,42 кг/кг).

Если в результате расчета окажется  систе­му вентиляции необходимо рассчитывать на удаление влагоизбытков, а число устанавливаемых горелок долж­но быть скорректировано с учетом изменения расхода газа, который вычисляется по формуле

При этом воздухообмен

Требуемое количество горелок

 (Q - номинальная тепловая нагрузка горелки).

Воздух, поступающий в помещение, не подогревает­ся, поэтому при проектировании систем вентиляции не­обходимо соблюдать условие, чтобы температура при­точного воздуха в зоне нахождения животных (птиц) отличалась от расчетной внутренней температуры не бо­лее чем на 2-3°. Кроме того, скорость движения возду­ха в зоне расположения животных не должна превышать 0,5 м/с. Эти требования могут быть соблюдены, если воз­дух подается в верхнюю зону через воздуховоды рассре­доточенной раздачи. Во избежание конденсации водяных паров наружную стенку воздуховода следует изолиро­вать минеральной ватой толщиной 40-50 мм.

Расчеты показали, что в животноводческих помеще­ниях современных конструкций температурные условия в зоне расположения животных соблюдаются при распо­ложении воздуховодов на высоте 3,5-3,8 м от пола. Загрязненный воздух удаляется из двух зон. Основная масса воздуха (70%)-из верхней зоны, остальная часть - из нижней зоны через вытяжные отверстия, рас­положенные в нижней части наружных стен. Вытяжка может быть как естественной, так и механической. При естественной вытяжке градиент температуры воздуха по высоте помещения следует принимать 2°С на 1 м.

Код для цитирования: Скопировать