1 Разработка схемы электротермического процесса

Электротермический процесс представляет собой совокупность приемов и операций, направленных на перевод материала или продукта из исходного состояния к необходимому конечному состоянию. Схема на рисунке 1.1

 

ЭТУ – электрокотёл для косвенного нагрева воды, накопительного типа, с трубчатыми нагревательными элементами (ТЭНами).

Холодная вода поступает в котёл из водопровода, нагревается в нём до заданной температуры и под давлением холодной воды вытекает из бака через выходной патрубок с вентилем.

Температура воды в котле измеряется с помощью датчика и термометра. Регулирование температуры в котле осуществляется с помощью терморегулятора. Терморегулятор связан с ЭТУ с помощью схемы управления.

С помощью задатчика устанавливается необходимый уровень температуры воды в баке.

1 Расчет электротермических установок животноводческих помещений

1.1 Расчет электрокалориферной установки

1.1.1 Расчет тепловой нагрузки животноводческих помещений

Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса

, (1.1)

где Ф_ог , Ф_в и Ф_пт – соответственно тепловые потоки, теряемые через ограждения, на нагрев вентиляционного воздуха и тепловой поток, поступающий от птиц, Вт.

Тепловой поток через ограждения можно определить по выражению

, (1.2)

где q₀ =0,756 – удельная тепловая характеристика помещения, характеризует количество теплоты, теряемого наружной поверхностью помещения 1 м ³ при разнице температур наружного и внутреннего воздуха 1 ⁰С, Вт/(м ^{3 0}С);

V_Н – объем помещения по наружному обмеру, м ³;

V_Н = 98*18*4 = 7056 м³;

t_н и t_в – соответственно температуры наружного и внутреннего воздуха, ⁰С.

Вт.

Тепловой поток, теряемый на нагрев приточного воздуха:

, (1.3)

где L – расчетный воздухообмен помещения, м ³/ч;

с_в – удельная теплоемкость воздуха, с_в =1 кДж/(кг ⁰С);

 - расчетная плотность воздуха после калорифера, кг/м ³.

Расчетный воздухообмен определяют из условия понижения концентрации углекислоты и водяных паров в воздухе помещения.

Часовой объем приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле

, (1.4)

где 1,2 – коэффициент, учитывающий количество СО₂ , выделяемое подстилкой при ее разложении;

с- количество СО₂, выделяемое одной птицей, л/ч;

n - количество животных в помещении;

с₁ – предельно - допустимая концентрация СО₂ , в воздухе помещения (в птичнике не более 2,5 л/м ³);

с₂ - концентрация СО₂ в наружном воздухе, с₂ = 0,3 ... 0,4 л/м ³.

м ³/ч.

Часовой объем приточного воздуха, м ³/ч, необходимого для удаления водяных паров, находят по формуле

, (1.5)

где W - масса влаги, выделяющейся в помещении, г/ч;

d_в и d_н - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха, г/кг;

 - расчетная плотность воздуха в помещении, кг/м ³.

Плотность воздуха зависит от температуры и атмосферного давления

, (1.6)

где t – расчетная температура воздуха, ⁰С;

p – расчетное барометрическое давление в данном районе, р = 99,3 кПа.

Значения d_в и d_н определяют при помощи Hd-диаграммы для влажного воздуха по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха. При наружной температуре t_н=-28 ⁰С и относительной влажности j_н=85%, d_н=0,4 г/кг; при внутренней температуре t_в=18 ⁰С и относительной влажности j_н=65%, d_в=9 г/кг.

.

Суммарные выделения влаги в помещении для птиц подсчитывают по формуле

, (1.7)

Масса водяных паров W_пт , выделяемых птицей

, (1.8)

где k_t - коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых птицей водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения (приложение Д.5);

n_i - число птиц с одинаковым выделением водяных паров;

w_i - выделение водяных паров на 1 кг живой массы птицы, г/ч, (приложение Д.4).

г/ч.

Масса влаги W_пом , испаряющейся из помёта:

(1.9)

где Р_пом – среднесуточный выход помёта от одной птицы (у взрослых кур яичного направления Р_пом = 240г);

z – коэффициент, учитывающий усушку помёта (для кур z=0,7).

W_пом = 20000*240*0,7/24 = 140000 г/ч.

Массу испаряющейся с мокрых поверхностей помещения влаги W_исп берут равной:

W_исп = 0,1*W_пт = 0,1*135000=13500 г/ч.

г/ч.

м ³/ч.

Необходимый воздухообмен L, м ³/ч для животноводческого помещения принимается по наибольшей из двух величин: или . Значение L_w выше, значит принимаем м ³/ч.

Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена K

, (1.10)

где V_в - внутренний объем помещения, м³.

V_в = 97*17*3,5 = 5772 м³.

Кратность воздухообмена в птичниках для холодного периода года должна быть K = 10.

Вт.

Поток свободной теплоты, выделяемой птицей:

, (1.11)

где q_т - поток свободной теплоты, выделяемый 1 кг живой массы птицы, Вт, (приложение Д.4);

m – живая масса одной птицы, кг; (приложение Д.4).

k_t - коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной птицей теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения (приложение Д.5).

Вт.

Вт.

Величины тепловых потоков, теряемых через ограждения и на подогрев приточного воздуха, а также воздухообмен по влаговыделениям зависят от температуры наружного воздуха. Установленную мощность отопительных установок и подачу вентилятора определяют при минимальной расчетной температуре наружного воздуха t_Н , соответствующей данной климатической зоне.

Расчет отопительной и вентиляционной характеристик сведем в таблицу 1.1 и полученные графики изображены на рисунках 1.1 и 1.2.

Общую мощность системы отопления определяют по выражению

, (1.12)

где  - к.п.д. калорифера,  = 0,90…0,98.

Вт.

Мощность одного калорифера равна

, (1.13)

где n – количество электрокалориферных установок.

кВт.

Принимаем 8 электрокалориферных установок для более равномерного обогрева воздуха внутри помещения, расположив по 2 установки на один воздуховод.

Таблица 1.1 - Результаты расчета вентиляционной и отопительной характеристик

tн,°С	dн,г/кг	LCO2, м3/ч	LW, м3/ч	Фог, Вт	Фв, Вт	Фпт, Вт	Фот, Вт
-28	0,4	16800	28214	245379	428992	204000	470371
-25	0,5	16800	28546	229376	405733	204000	431109
-20	0,7	16800	29234	202705	367196	204000	365901
-15	0,9	16800	29956	176033	326757	204000	298790
-10	1,5	16800	32352	149361	301089	204000	246450
-5	2	16800	34663	122690	263524	204000	182214
0	3	16800	40440	96018	240608	204000	132626
5	4,5	16800	53920	69346	231697	204000	97043
8	5,5	16800	69326	53343	229152	204000	78495

Рисунок 1.1 - Вентиляционные характеристики помещения

Рисунок 1.2 - Отопительные характеристики помещения