Объектов сельскохозяйственного назначения

У ч е б н о е п о с о б и е

 

 

Пермь 2011

УДК 631.371 (075.8)

ББК 40.7

М.23

 

 

Рецензент:

Доктор технических наук, профессор Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н.Прянишникова А.Д. Галкин

 

Манташов А.Т.

М 23 Теплотехника. Часть II.Теплотехническое обеспечение объектов сельскохозяйственного назначения; Учебное пособие. – Пермь: Изд-во ПГCХА, 2011 – 116 с.

В настоящем учебном пособии изложена часть 1I дисциплины “Теплотехника”, утвержденной Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования, в качестве обязательной при подготовке дипломированного специалиста 660300 Агроинжинерии. В часть 1I дисциплины включены разделы “Источники и преобразователи энергии объектов обитания”, «Теплоснабжение сельскохозяйственных сооружений» и “Вентиляция и кондиционирование обитаемых объектов”.

Учебное пособие предназначено для студентов очного и заочного обучения по специальностям: 110 301 – “Механизация сельского хозяйства”, 280 101 – “Безопасность жизнедеятельности в техносфере”,. 110 304 – “Технология обслуживания и ремонта машин в АПК” и 190603 – “Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (в автомобильном транспорте)”.

 

Печатается по решению методической комиссии инженерного факультета ПГСХА (протокол № 7 от «15» июня 2011 года)

 

 

УДК 631.371 (075.8)

ББК 40.7

© «ФГБОУ ВПО. Пермская ГСХА»

О г л а в л е н и е Предисловие ……………………………………………………………….   Раздел 1. Источники и преобразователи энергии объектов обитания ….   Глава 1.Обитаемость сельскохозяйственных сооружений ……………..   1.1. Понятие обитаемости …………………………………………………   1.2. Теплотехнические требования к условиям обитаемости ……………   Глава 2. Источники энергии ………………………………………………   2.1. Невозобновляемые источники энергии …………………………….   2.1.1. Энергия химических топлив ………………………………………..   2.1.2. Ядерная энергия ……………………………………………………..   2.2. Возобновляемые источники энергии ………………………………..   2.2.1. Солнечная энергия …………………………………………………….   2.2.2. Энергия движения воздуха в атмосфере …………………………..   2.2.3. Энергия движения в реках и морях …………………………………..   Глава 3. Основы горения и воспламенения топлив ………………………   3.1. Кинетика процессов горения …………………………………………   3.2. Воспламенение топлив ………………………………………………..   3.2.1. Тепловое воспламенение ……………………………………………   3.2.2. Цепное воспламенение ………………………………………………   3.3. Горение гомогенных топлив ………………………………………….   3.4. Горение гетерогенных топлив ………………………………………..   3.4.1. Горение жидкого горючего в среде газообразного окислителя ….   3.4.2. Горение твердого горючего в среде газообразного окислителя ….   3.5. Понятие о детонационном горении …………………………………..   Глава 4. Преобразователи энергии химических топлив …………………   4.1. Виды преобразователей энергии и их характеристики ……………..   4.2. Котельные установки …………………………………………………   4.2.1. Котельный агрегат …………………………………………………..   4.2.2. Системы подачи горючего и окислителя ………………………….   4.2.3. Система водоснабжения котельной установки ……………………   4.2.4. Система удаления продуктов сгорания топлив ……………………   4.3. Паровые и водогрейные котлы ……………………………………….   4.3.1. Паровые котлы ………………………………………………………   4.3.2. Водогрейные котлы …………………………………………………   4.4. Воздухонагреватели ……………………………………………………….   4.4.1. Воздухонагреватели на химических топливах ……………………   4.4.2. Водяные и электрические воздухонагреватели ……………………     Раздел II. Теплоснабжение сельскохозяйственных сооружений ………..   Глава 5. Тепловые сети и тепловые пункты ………………………………   5.1. Тепловые сети …………………………………………………………   5.3. Тепловые пункты ………………………………………………………   Глава 6. Отопление и горячее водоснабжение …………………………   6.1. Системы отопления …………………………………………………..   6.1.1. Общие сведения о системах отопления ……………………………   6.1.2. Потребная тепловая мощность систем отопления ………………..   6.1.3. Системы водяного отопления ……………………………….   6.2. Общие сведения о горячем водоснабжении …………………………   Раздел III. Вентиляция и кондиционирование обитаемых объектов ……   Глава 7. Вентиляция ……………………………………………………….   7.1. Назначение и виды систем вентиляции ……………………………..   7.2. Вентиляторы и их характеристики ……………………………………   7.3. Расчет систем вентиляции ……………………………………………   7.3.1. Определение подачи вентилятора ………………………………….   7.3.2. Определение потребного давления на выходе из вентилятора …….   7.4. Подбор вентиляторов …………………………………………………   Глава 8. Кондиционирование ……………………………………………..   8.1. Назначение и виды систем кондиционирования ……………………   8.2. Процессы обработки воздуха в кондиционерах …………………….   8.2.1. Очистка воздуха ……………………………………………………..   8.2.2. Тепловлажностная обработка воздуха ……………………………   8.2.3. Процессы ионизации и озонирования ……………………………..   8.3. Кондиционеры ………………………………………………………..   Библиографический список ……………………………………………….   Приложение …………………………………………………………………

 

Предисловие

 

Учебное пособие включает материал по второй части дисциплины “Теплотехника”, соответствующей ее программе по специальности 660300 Агроинжинерии. По содержанию пособие полезно и для специалистов других отраслей.

В первом разделе введен новый термин «о б и т а е м о с т ь» и показаны связи теплотехники с обеспечением жизнедеятельности организмов в объектах сельскохозяйственного назначения. По - иному трактуется понятие

«т о п л и в о», позволяющее более достоверно определить энергетические характеристики продуктов сгорания. Несколько подробнее, по сравнению с имеющейся по данной специальности учебной литературой, изложен вопрос о воспламенении и горении топлив.

Второй и третий разделы посвящены рассмотрению прикладных вопросов теплотехники в системах отопления, вентиляции и кондиционирования объектов обитания.

В приложении приведены данные справочного характера, позволяющие решать конкретные теплотехнические задачи.

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность

А.Д. Галкину за ценные пожелания, высказанные при рецензировании пособия.

Замечания читателей, направленные на совершенствование учебного пособия, будут приняты автором с признательностью.

Автор

 

Раздел 1

Источники и преобразователи энергии

Объектов обитания

Глава 1

Обитаемость сельскохозяйственных сооружений

Понятие обитаемости

К объектам сельскохозяйственного назначения см. относят: жилые, коммунально - бытовые, производственные помещения; сооружения для содержания скота и птицы; теплицы; зерно – и овощехранилища; кабины транспортных средств; фургоны для перевозки продуктов сельскохозяйственного производства и др. В этих объектах необходимо поддерживать оптимальные условия для производственной деятельности и отдыха людей; наивысшей продуктивности животных и растений; сохранности продуктов питания и сырья.

Совокупность условий, обеспечивающих жизнедеятельность человека

и жизнеспособность других организмов, именуют о б и т а е м о с т ь ю.

Обитаемость объекта зависит от множества факторов, которые возможно сгруппировать в природные, физические, технические и психобиологические.

К природным факторам относят: географическое место объекта, время года, часть суток, метериологические условия, наличие различных катаклизмов.

Физические факторы включают: состав воздуха, его температурно - влажностный режим, освещенность объекта, вибрацию, воздействие акустических и электромагнитных полей.

Технические факторы: это форма и размер сооружения, система отопления и вентиляции, санитарно-гигиеническое обеспечение, скорость перемещения воздуха, интерьер, информационное обеспечение.

К психобиологическим факторам относят: режим труда и отдыха, индивидуальную совместимость, наличие грызунов и различных микроорганизмов.

Из перечисленных факторов в сферу компетенции теплотехники входят немногие, но немаловажные для жизнедеятельности человека и других живых организмов. К ним относят: состав и скорость перемещения воздуха внутри объекта, температурно-влажностный режим в нем.

В закрытых сооружениях состав воздуха подвержен существенным изменениям. Так в процессе жизнедеятельности человека, животных, птиц, растений, овощей выделяются углекислый газ, аммиак, сероводород; при проведении различного рода работ в воздух могут попадать соединения хлора, фтора, азота; в негерметичные помещения могут подсасываться продуты сгорания различных веществ, пары различных жидкостей, пыль.

Температура воздуха в помещении определяется условиями тепломассопереноса в пространстве. В процессе изменения температуры участвуют нагревательные приборы, ограждения сооружений, солнечная радиация, технологические процессы, все живые организмы, окислительно - восстановительные реакции отходов животноводства и птицеводства и т.д.

Содержание влаги в воздухе зависит не только от метеорологических условий. Значительное количество водяных паров выделяют в процессе жизнедеятельности человек, животные, птицы, продукты сельскохозяйственного производства. Много влаги выделяется при запаривание кормов, в мойках, кухнях, душевых и т.п.

Внутри помещения всегда можно обнаружить различной интенсивности потоки движущегося воздуха. Их причиной являются искусственно созданные напоры, либо естественная конвекция, возникающая при изменении температуры по высоте помещения.

В медицине рассматривают четыре уровня нормативов к обитаемости сооружений: оптимальный, рабочий, предельно допустимый и критический (предельно переносимый). Эти уровни подробно проанализированы в

Так, оптимальный уровень оказывает наиболее благоприятное воздействие на его организм человека, создает условия для максимальной производительности труда. Рабочий (допустимый) уровень хотя и вызывает некоторое напряжение организма, но не приводит к нарушению здоровья и заметному снижению работоспособности. Предельно допустимый уровень возможен в тех случаях, когда предполагается эпизодическое пребывание человека в неблагоприятных условиях и характер работы допускает временное снижение уровня работоспособности. Критический уровень допускается только в аварийных ситуациях, когда нормальная трудовая деятельность заменяется необходимостью спасения человека.

1.2. Теплотехнические требования к условиям обитаемости

Максимальные производительность труда человека, продуктивность животных и птицы, урожайность овощей и фруктов в теплицах, сохранность

продуктов сельскохозяйственного производства на складах и хранилищах определяются незначительным диапазоном величин, характеризующих состав воздуха, его температуру, относительную влажность и скоростью движения. Этот диапазон величин для каждого живого организма различен.

Требования к составу воздуха обусловлены физиологическими особенностями орга­низма человека. Живой организм может нормально функционировать только при условии, что его ткани и органы получают строго определенное, завися­щее от нагрузки, количество кислорода. Для обеспечения нормальной жиз­недеятельности человека требуется не менее 0,23 л кислорода в минуту. Дос­тавка кислорода тканям осуществляется главным образом через легкие в процессе дыхания и частично через поверхность кожи.

В процессе дыхания кислород связывается с гемоглобином крови и разносится по всему организму. Достигая клетки, кислород освобождается от гемоглобина и в результате сложных химических реакций превращается в углекислый газ, который затем удаляется из организма, транспортируясь к легким тем же гемоглобином. Таким образом, человек поглощает из воздуха кислород и выделяет углекислый газ.

В процессе дыхания человек поглощает только незначительную часть содержащегося во вдыхаемом воздухе кислорода (около 20%). Так, если вдыхаемый человеком воздух содержит 21 % кислорода, 0,04 % углекислого газа

и различное количество водяного пара, то выдыхаемый воздух включает 15,3…18 % кислорода, 2,5…5 % углекислого газа, насыщенный водяной пар и имеет температуру 35…37 °С. Процесс ды­хания сопровождается образованием в организме человека теп­лоты в количестве 19,7…21,2 кДж на литр кис-

лорода, перешедшего в угле­кислый газ.

Химический состав сухого атмосферного воздуха представлен в табл. 1. 1. Содержание углеки­слого газа в помещениях, где находятся люди, может быть более значительным. Накопление углекислого газа в воздухе в больших концентрациях и длительное пребывание людей в такой атмосфере может привести к появлению головной боли, головокружения, слабости, по­тере чувствительности и даже потере сознания.

 

Таблица 1.1 – Газовый состав сухого атмосферного воздуха при р = 1 бар

Составные части воздуха	Химическая формула	q i – мас- совая доля	ri – объем- ная доля	рi–парциальное давление, бар
Азот	N2	0,7553	0,7808	0,7808
Кислород	O2	0,2314	0,2095	0,2095
Аргон	Ar	0,0128	0,0093	0,0093
Углекислый газ	CO2	0,0004	0,0003	0,0003
Прочие газы – неон, гелий и др.	Ne, He	0,0001	0,0001	0,0001

 

Наличие в воздухе различных примесей оказывает вредное воздействие на живые организмы, оборудование, материалы и технологические процессы. Попадая даже в небольших количествах в организм человека через дыхательные пути, кожу и пищеварительный тракт, газы и пары вредных веществ могут вызывать отравление. Физиологическое влияние вредных примесей зависит от их токсичности и концентрации в объекте обитания, а также от времени их воздействия. Полное удаление из воздуха вредных включений связано с большими трудностями. Поэтому приходится допускать некоторое количество вредных примесей в воздухе помещений. Нормы п р е д е л ь н о д о п у с т и м ы х к о н ц е н т р а ц и й (ПДК) вредных примесей в воздухе регламентируются ГОСТ 12. 1.005-76 и СН 245-71. В табл. 1.2 приведены ПДК некоторых вредных для человека веществ в воздухе рабочей зоны.

Таблица 1.2 – Предельно допустимые для человека концентрации веществ

Вещество	ПДК мг/м^3	Вещество	ПДК мг/м^3
Фреон - 22		Поливинилхлорид
Керосин		Спирт метиловый
Бензин		Серная кислота
Масла минеральные		Хлор
Аммиак		Озон	0,1
Оксид углерода (СО)		Фтор	0,5
Сероводород		Фосген	0,5
Окислы азота		Тетраэтилсвинец	0,005

 

Наличие в воздухе пыли нежелательно или даже опасно для человека. Пыль образуется в результате измельчения и подъема в воздухе грунта, покрытий дорог, мусора и т.д. Кроме того пыль может выбрасываться промышленными предприятиями, котельными и т.п. Пыль, находящаяся в наружном воздухе, в общем, обладает тонкой дисперсностью и характеризуется размером 5…10 мк. Допустимая концентрация пыли в воздухе установлена ГОСТ 12. 1. 005-76.

Организм человека можно рассматривать как саморегулирующуюся систему, поддерживающую постоянную температуру внутренней среды путем удаления избытка тепла поверхностью тела. По разным источникам, человек в состоянии относительного покоя отдает в окружающую среду теплоту путем конвективного теплообмена – 14 … 32, путем излучения – 44…59, испарением влаги с поверхности тела – 21…30 %. Любая степень дискомфорта по причине уменьшения или увеличения температуры характеризуется развитием процессов торможения в коре головного мозга, вызывающих снижение работоспособности.

Понижение температуры воздуха относительно комфортной приведет к интенсификации теплообмена человека со средой путем конвекции, излучения и испарения. Система терморегуляции организма отреагирует на эти изменения: подвод тепла на сохранение температуры тела повысится, а теплопередача вследствие спазмы сосудов, особенно конечностей, снизится. Это состояние неустойчиво и при дальнейшем снижении температуры окружающей среды может привести к нарушению теплового равновесия, при котором понизится температура организма, что влечет к летальному исходу.

При повышении температуры среды, окружающей человека, теплоотдача конвекцией и излучением снижается. Для поддержания температуры организма неизменной система терморегулирования интенсифицирует потоотделение. Теплообмен испарением превышает 50 % от общего теплоотвода и составляет при температуре 28 ⁰С в состоянии покоя 64 %, а при 35 ⁰С – более 90 %. Водопотери организма при этом могут достигать 500…2000 г/ч. Часть пота, не успевая испариться, стекает (профузное потоотделение). В таком состоянии система терморегуляции также неустойчива, возможен перегрев организма, при этом возрастает частота сердечных сокращений, появляется слабость и чувство беспокойства.

Влажность воздуха оказывает существенное влияние на теплообмен: с повышением влажности теплообмен испарением снижается.

Подвижность воздуха влияет на теплоотдачу человека, а также на испарение влаги с тела.

В сооружениях для содержания животных и птицы, в складах и овощехранилищах, в теплицах имеют место специфические температурно - влажностные условия. От животных теплота передается внутренним поверхностям ограждений как излучением, так и конвекцией. Конвекцией и излучением осуществляется теплообмен с поверхности почвы в сооружениях защищенного грунта. Биохимические процессы в подстилке, навозе и помете, гниение овощей и фруктов являются источниками дополнительной теплоты и вредных газов. Источником выделения влаги являются животные и птицы, поилки, открытые поверхности жидкости и т.п. На складах и хранилищах влага выделяется в результате жизнедеятельности зерна, овощей, фруктов. В теплицах влажность изменяется за счет испарения с листьев и грунта. Условия обитаемости должны обеспечить для животных и птицы максимальную их продуктивность, а для продуктов сельскохозяйственного производства – максимальную их сохранность.

Сочетания температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, соответствующие комфортному состоянию человека в рабочей зоне производственных помещений, приведены в табл. 1.3. Требования СНиП к параметрам воздуха внутри помещения для человека и при содержании животных и птицы показаны в Приложении, таблицы 1, 3 и 4.

 

Таблица 1.3 – Параметры комфортных условий для человека

Сезон года	Категория работ. энергозатраты	t, ^0C	φ,%	с, м/с
Холодный и переходный периоды года	Легкая, до 170 Вт	20…23	60…40	0,2
Средней тяжести - А, 170…230 Вт	18…20	60…40	0,2
Средней тяжести - Б, 230…290 Вт	17…19	60…40	0,3
Тяжелая, свыше 290 Вт	16…18	60…40	0,3
Теплый период года	Легкая, до 170 Вт	22…25	60…40	0,2
Средней тяжести - А, 170…230 Вт	21…23	60…40	0,3
Средней тяжести - Б, 230…290 Вт	20…2	60…40	0,4
Тяжелая, свыше 290 Вт	18…20	60…40	0,5

 

В процессе эксплуатации сельскохозяйственных сооружений оптимальный, чаще всего рабочий, уровень обитаемости поддерживаются системами теплоснабжения и вентиляции, в отдельных случаях – системами кондиционирования.

Глава 2

Источники энергии

Под и с т о ч н и к о м э н е р г и и следует понимать материальное тело (или тела), доля энергетического потенциала которого может быть передана другим объектам.

При производстве сельскохозяйственной продукции, ее переработке, хранении, в обеспечении бытовых и технологических процессов используются различные виды энергии. Это химическая энергия топлив, солнечная энергия, электрическая энергия, внутренняя энергия окружающей среды и др. Формой передачи энергии от её источника к потребителю является в большинстве случаев теплота. Теоретические основы и особенности взаимопреобразование различных видов энергии с участием теплоты подробно рассмотрены в

Источники энергии в подавляющем случае природного происхождения. Часть из них извлекают из недр Земли или вод Мирового океана, их запасы постепенно уменьшаются. Это так называемые н е в о з о б н о в л я е м ы е источники энергии. Другая часть природных источников энергии имеет хотя и непостоянную концентрацию по месту и времени, но постоянно в о –

з о б н о в л я е м у ю энергию: солнечное излучение, энергия движения вод в морях и океанах, энергия движения воздуха в атмосфере и т.д.

К источникам энергии искусственного происхождения относят вещества созданные человеком, например, бензин, спирт, кокс и др.