829

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н.Прянишникова»

А.Т. Манташов

ТЕПЛОТЕХНИКА

Часть II

Теплотехническое обеспечение обитаемости 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)‖.

УДК 631.371 (075.8) ББК 40.7

© «ФГБОУ ВПО. Пермская ГСХА»

2

2.1.Невозобновляемые источники энергии ……………………………. 11

2.1.1.Энергия химических топлив ……………………………………….. 11

2.1.2.Ядерная энергия …………………………………………………….. 16

2.2.Возобновляемые источники энергии ……………………………….. 19

2.2.1.Солнечная энергия …………………………………………………… 19

2.2.2.Энергия движения воздуха в атмосфере ………………………….. 19

2.2.3.Энергия движения в реках и морях …………………………………. 22

3.3.Горение гомогенных топлив …………………………………………. 29

3.4.Горение гетерогенных топлив ……………………………………….. 33

3.4.1.Горение жидкого горючего в среде газообразного окислителя …. 33

4.2.1.Котельный агрегат ………………………………………………….. 40

4.2.2.Системы подачи горючего и окислителя …………………………. 44

7.3.1.Определение подачи вентилятора …………………………………. 84

7.3.2.Определение потребного давления на выходе из вентилятора ……. 85

Приложение ………………………………………………………………… 108

4

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

5

Раздел 1

Источники и преобразователи энергии объектов обитания

Глава 1 Обитаемость сельскохозяйственных сооружений

1.1 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 возмож-

но сгруппировать в природные, физические, технические и психобиологические.

Кприродным 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.

Кпсихобиологическим 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.

Взакрытых 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.

6

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.

7

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 кислорода, 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 по-

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.

8

Таблица 1.2 – Предельно допустимые для человека концентрации веществ

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 та-

9

ком 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

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

10