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.