Светотехн. и электротехн (курс лекций)

плый пол» используется резистивный кабель с постоянным удельным сопротивлением по всей длине кабеля. Изготавливается он в виде готовой секции со скрытой соединительной муфтой, из всех остальных производителей муфта выполнена в виде утолщения и соединение не сварное, а механическое, или отрезными на катушках. По количеству проводящих жил – одножильные TXLP/1 или двухжильные TXLP/2 . Причем только Nexans предлагает в качестве токовыделяющего элемента хромоникелевую жилу. Двухжильные кабели несколько дороже, но их проще монтировать, поэтому они чаще применяются при обустройстве теплых полов в жилых помещениях чем одножильные кабели.

Области использования электронагрева в закрытом грунте. В современных культивационных помещениях закрытого грунта возможно круглогодичное выращивание полноценных овощей с урожайностью до 100 кг с квадратного метра, что намного превышает урожайность открытого грунта в наиболее благоприятных для возделывания странах. Для выращивания растений помещения закрытого грунта оборудуют системами отопления, вентиляции, полива, добавочного освещения и другими, предназначенными для создания надлежащих условий микроклимата, устанавливаемых агротехникой. Среди параметров микроклимата наиболее важным является температура внутри помещений. Оптимальные температурные условия для растений можно создать лишь при гибкой системе обогрева с надежной автоматизацией температурного режима. Это непременное условие получения высоких урожаев. В наибольшей степени этим условиям отвечает электрический обогрев почвы и воздуха. В закрытом грунте применяются три вида обогрева: почвенный, воздушный и почвенно-воздушный. Агротехническим условиям в наибольшей степени отвечает почвенно-воздушный обогрев, который по затратам энергии наиболее экономичен. В теплицах при почвенно-воздушном обогреве расход тепла почти в 2 раза меньше, чем при почвенном обогреве. В парниках, где объем воздушной среды сравнительно мал, иногда ограничиваются только почвенным обогревом.

Электрический обогрев обладает рядом ценных преимуществ по сравнению с другими способами обогрева: возможностью тонкой регулировки температурных режимов и использования одного вида энергии для обогрева, досвечивания растений и автоматизации, а также значительной экономикой затрат труда.

Наибольшее распространение электрообогрев получил в парниковых хозяйствах южной зоны страны, где он успешно конкурирует с другими способами обогрева. Затраты энергии на электрический обогрев парников меньше, чем на водяной, качество рассады лучше, а урожай на 10—15% выше. Это объясняется в основном большей возможностью автоматизации. Затраты на электрообогрев парников окупаются за 3—4 года. Приведенные затраты на электрообогрев меньше, чем при обогреве горячей водой от местной котельной.

Способы электрического обогрева почвы и воздуха. К наиболее распростра-

ненным способам электрообогрева почвы и воздуха в парниках и теплицах относятся элементный и электрокалориферный. Обогрев почвы возможен электродным способом, но из-за повышенной электроопасности и значительного расхода листовой стали на электроды, которые к тому же затрудняют обработку почвы, этот способ не получил распространения. В теплицах иногда применяют инфракрасный обогрев. Недостаток этого способа заключается в том, что из-за опасности ожогов растений трудно создать необходимую плотность облучения.

Элементный обогрев почвы и воздуха можно осуществлять различными способами, которые отличаются конструктивным выполнением нагревательных уст-

ройств, их размещением, значением питающего напряжения и др. В качестве нагревательных элементов используют стальную оцинкованную проволоку диаметром 2—7 мм, нагревательные провода (ПОСХВ, ПОСХП и др.), нагревательный кабель.

Для обогрева почвы нагревательные элементы размещают следующими способами:

а) в асбоцементных или гончарных трубах, которые укладывают в слой песка под растительным слоем почвы (трубчатые нагревательные элементы); б) непосредственно в слое песка под почвой; в) в асфальтобетонном монолите под почвой.

Частным случаем последнего способа является обогрев почвы асфальтобетонными нагревательными блоками. Для обогрева воздуха нагревательные элементы подвешивают на конструкциях помещений (непосредственно или в асбоцементных трубах). Для питания устройств почвенного и воздушного обогрева используют сетевое (380/220 В) или пониженное (12…127 В) напряжение. Для обогрева почвы трубчатыми нагревательными элементами используют асбестоцементные или гончарные трубы диаметром 100…150 мм, а для обогрева воздуха 50…75 мм. Для повышения электроизоляционных свойств асбоцементные трубы предварительно пропитывают в горячем битуме или трансформаторном масле. Стыки труб тщательно заделывают цементом, чтобы не попадала вода, в противном случае нагревательные элементы быстро выйдут из строя. Трубы защищают нагревательные элементы от механических повреждений, увеличивают безопасность обслуживания и способствуют выравниванию температуры поверхности почвы. Увеличение диаметра почвенных труб способствует лучшему выравниванию температуры почвы. Трубы почвенного и воздушного обогрева необходимо прокладывать с уклоном 0,002…0,003. Внутри труб на изолирующих опорных дисках протягивают голую оцинкованную проволоку (рис. 27,а). На выходе из труб проволоку крепят на изоляторах в монтажных каналах по торцам парника. Удельная мощность трубчатых элементов не превышает 100 Вт/м. Обогрев трубчатыми элементами на сетевом напряжении связан с меньшими капитальными затратами по сравнению с питанием пониженным напряжением. Однако в этом случае нужны более тщательные мероприятия по технике безопасности. Пониженное напряжение требует применения понижающих трансформаторов и большего расхода материалов на подводящие провода и шины.

При обогреве почвы неизолированной стальной проволокой ее укладывают параллельными нитями вдоль парника в слое песка толщиной 100—150 мм, находящегося под почвой.

Рис. 27. Устройство парников с электрообогревом: а — обогрев трубчатыми нагреватель-

ными элементами; б — обогрев нагревательными проводами в слое песка; 1 — парубни; 2 — элементы воздушного обогрева; 3—элементы почвенного обогрева; 4 — монтажный канал; 5 — переходной канал; 6 — экранная металлическая сетка.

Для этого используют оцинкованную проволоку диаметром не менее 4 мм. Песок, обладая. высокой теплопроводностью, улучшает теплоотдачу проволоки и выравнивает температуру по поверхности почвенного слоя. Удельная мощность нагревательных элементов не превышает 15—25 Вт/м. Для питания в целях безопасности используют пониженное напряжение 24—36 В. Над проволокой на расстоянии 50—60 мм от нее укладывают металлическую сетку с ячейками 30—60 мм, присоединяемую к заземлению. Число параллельных ветвей выбирают исходя из условий допустимой температуры и равномерности нагрева; оно составляет от 4 до 8. Во избежание интенсивного высыхания почвы и сгорания перегноя температура проволоки должна быть не выше 40° С. При обогреве стальной оцинкованной проволокой расход на нагревательные элементы невелик, но при этом способе обогрева требуются понижающие трансформаторы и много расходуется металла на подвод тока.

Обогрев почвы и воздуха нагревательным проводом аналогичен обогреву стальной проволокой (рис. 27, б). Провод можно укладывать в асбоцементные трубы, проложенные в слое песка под растительным слоем, или непосредственно в слой песка при укладке в трубах достигается безопасность обслуживания, легкость смены перегоревшего провода, защита от механических повреждений. Однако это требует значительного количества труб. Так, на один двадцатирамный парник при двух почвенных и двух воздушных элементах требуется около 86 м асбоцементных труб. При непосредственной укладке в песок провод от повреждений защищают металлической сеткой с ячейками 30—50 мм, укладываемой в песке над проводом на расстоянии 50 мм (рис. 27, б), или бетонной стяжкой. Сетку заземляют, и она служит дополнительной мерой электробезопасности на случай повреждения изоляции провода. Шаг укладки провода в песок выбирают из условия, чтобы неравномерность температуры не превышала 3—4°. В среднем шаг принимают равным 100—150 мм. Для этого на 1 м2 почвы требуется 4—6 м провода. В парниках шаг укладки у парубней меньше (100—110 мм), а посредине больше (150—160 мм). Для обогрева воздуха нагревательный провод подвешивают на строительных конструкциях или крепят к несущему тросу при помощи специальных подвесок.

Рис. 28. Устройство парника со сплошным асфальтобетонным покрытием нагревательного элемента:

1 — клеммная коробка;

2—нагревательный элемент; 3—сплошное асфальтобетонное покрытие; 4 — шлак; 5 — гравий; 6 — почва.

Общую длину провода обогрева почвы и воздуха разбивают на ряд отдельных секций. Изменяя схему их включения, можно регулировать мощность обогрева.

Стальную проволоку или нагревательный провод можно укладывать в асфальтобетонный монолит толщиной 30—70 мм, закладываемый под почвенный слой (рис. 28). Такой способ повышает теплоаккумулирующую способность устройств обогрева, безопасность обслуживания, а также равномерность распределения температуры. Естественно, этот способ требует больших затрат на сооружение обогрева, и, кроме того, связан с трудностью замены поврежденного (сгоревшего) нагревательного элемента. В последние годы получает распространение электрокалориферный обогрев почвы и воздуха, особенно в весенних пленочных теплицах. В парниках электрокалориферы обогревают только почву, прогоняя нагретый воздух по замкнутой системе воздуховодов и подпочвенных труб, соединенных с калорифером (рис. 29). В теплицах могут обогреваться и почва и воздух. Для обогрева почвы так же, как и в парниках, под растительным слоем прокладывают воздуховодные трубы. Если обогреваются почва и воздух, то теплоноситель из подпочвенных каналов поступает в воздушную зону теплицы, откуда вновь забирается калорифером. При обогреве только воздуха применяют воздухораспределительные каналы в виде перфорированных пластмассовых труб диаметром 18-25 см.

Рис. 29. Поперечное сечение парника, обогреваемого электрокалорифером:

1— утрамбованный грунт; 2 — щебень; 3 — питательный слой; 4 — греющие трубы.

Выходящий из труб воздух не должен попадать непосредственно на растения. В отличие от парников воздух в теплицах необходимо, обогревать, так как его объем в 10—15 раз больше, чем в парниках. Для этой цели используют электрокалориферы. Элементный обогрев воздуха эффективен только в малых объемах (в парниках). Установки электрокалориферного обогрева легко автоматизировать, на них мало расходуется материалов, их можно использовать для обогрева почвы и воздуха, для вентиляции (при достаточной солнечной радиации); кроме того, их легко перемещать. Электрооборудование парников и теплиц должно быть устойчивым к повышенной влажности, воздействию химически активных растворов и газов.

Электрические инкубаторы. Современное интенсивное птицеводство немыслимо без искусственной инкубации яиц. Для вывода полноценного молодняка должен быть создан определенный режим инкубации. Основными условиями, определяющими нормальное развитие эмбрионов в яйцах, являются температура, влажность, вентиляция и поворачивание яиц, которые в современных инкубаторах обеспечиваются различными электрическими средствами. В настоящее время для инкубации яиц применяются комнатные и шкафные инкубаторы конвективного типа, в которых конвективный теплообмен между яйцом и воздухом является основным.

Современные инкубаторы оснащены позиционными системами автоматической стабилизации температуры и влажности, а также программным управлением поворота лотков с яйцами. Объектом регулирования микроклимата является камера инкубатора полностью загруженная яйцами. Наиболее совершенными являются шкафные инкубаторы тип «Универсал» емкостью 45, 55 и 65 тыс. яиц. Эти инкубаторы состоят из нескольких (до четырех) инкубационных шкафов и одного выводного шкафа.

Внешний вид современных инкубаторов.

Промышленный инкубатор ИНКИ - 16000 "инкубационновыводной"

Ясли предназначены для содержания и обогрева птенцов в первые 2-3суток.

Сушильный комплекс ИНКИ-СК

Инкубатор для страусиных яиц ИНКА 40 В (выводной)

Инкубатор для страусиных яиц ИНКА 12 И (инкубационный)

Инкубатор для страусиных яиц ИНКА 64 И (инкубационный)

Инкубатор ИНКА - 700

Инкубатор ИНКА - 2700 (для профессионалов)

Инкубатор ИНКА -2700 (для начинающих)

Инкубатор ИНКА-1250 (для начинающих)

Инкубаторы типа «Универсал» имеют следующие основные технические характеристики и показатели:

а) напряжение питающей сети 380/220 или 220/127 В при частоте 50 Гц, допустимое отклонение напряжения +10—15% от номинального; б) установленная мощность инкубаторов 10+2,5 (выводной шкаф) кВт;

в) удельный расход электроэнергии на инкубацию 1000 куриных яиц 40—42 кВт·ч; г) диапазон автоматического регулирования температуры 36—39°С при отклонении

±0,1 или ±0,2°С;

д) диапазон автоматического регулирования относительной влажности 40—80% при точности ±2 или ±3%; е) все инкубаторы имеют автоматическую систему охлаждения;

ж) электронагреватели инкубаторов ленточные, плоские или трубчатые (ТЭН) мощностью 0,5 или 1 кВт каждый; установленная мощность электронагревателя одного шкафа 2 кВт; з) тип увлажнителя инкубаторов — дисковый тканевый (или металлический сеточ-

ный) испаритель, вращающийся на одном валу с вентилятором (n=240 об/мин).

Особенности эксплуатации и техники безопасности. Электрообогревае-

мые парники и теплицы имеют повышенную опасность поражения электрическим током, поэтому на обеспечение безопасности их эксплуатации следует обратить особое внимание. Перед началом эксплуатации и затем через каждый месяц необходимо проверять значение сопротивления контура заземления подстанции, повтор-

ные заземления в низковольтных распределительных сетях и у вводов в помещения. Проверке подлежит также электрическое сопротивление изоляции нагревательных устройств. Результаты этих проверок в виде протоколов испытания должны храниться в хозяйстве. При разогреве электрообогреваемых парников вначале включают только почвенный обогрев, а после прогрева почвы — и воздушный. Для экономии энергии и ускорения разогрева рамы парников на период разогрева утепляют соломенными матами. По степени опасности поражения электрическим током электрообогреваемые парники и теплицы относят к двум категориям.

Категория А. Обогрев осуществляется неизолированными нагревательными устройствами (электродными или элементными) при питающем напряжении выше 65 В. К этой категории относятся и помещения, в которых осуществлен воздушный обогрев при помощи проводов ПОСХВ, ПОСХП, ПОСХВП, а также обогрев почвы без применения заземленной экранирующей металлической сетки.

Категория Б. Обогрев неизолированными нагревательными устройствами с напряжением питания ниже 65 В, а также при напряжении выше 65 В с прокладкой нагревательных элементов в асбоцементных трубах. Сюда же относятся помещения с почвенным обогревом проводами типа ПОСХВ, ПОСХП, ПОСХВП при наличии заземленной и зануленной экранирующей металлической сетки.

Парники и теплицы, относимые к категории А, должны быть кругом обнесены сплошным забором высотой 2 м, отстоящим от ближайшего помещения не менее чем на 1 м. Проведение любых работ в помещениях категории А допускается только при отключенном напряжении. Перед включением напряжения необходимо убедиться в том, что в парниках, теплицах и на территории огороженного участка людей нет, вывесить плакаты «Под напряжением», «Вход на территорию запрещен», запереть входные ворота. В парниках и теплицах категории Б можно проводить работы под напряжением, но такие, которые не требуют погружения в почву рук или применения инструментов с глубиной погружения более 20 см. Перед включением напряжения предварительно оповещают всех находящихся в помещениях и на территории участка людей и вывешивают плакаты «Под напряжением», «Опасно для жизни». Текущие осмотры и профилактические мероприятия по поддержанию электрооборудования парников и теплиц в исправном состоянии можно проводить только при выключенном напряжении.

Тема 1.5.

Электронагревательные установки для тепловой обработки и сушки сельскохозяйственных продуктов и кормов

Электронагрев в процессах тепловой обработки и хранения сельскохозяйствен-

ной продукции. Важнейшей областью применения тепловой энергии в сельском хозяйстве является удлинение сроков сохранности сельскохозяйственных продуктов и кормов и повышение их качества. Это достигается тремя основными путями: сушкой, тепловой обработкой и созданием надлежащих условий хранения. Во всех этих процессах используются как высокие, так и низкие температуры. Высокие температуры используются для сушки, тепловой обработки кормов с целью повышения их кормовых качеств и уничтожения семян сорняков, для подавления микроорганизмов с целью обеззараживания продукции (пастеризация, стерилизация), для создания наиболее благоприятных условий микроорганизмам.

Низкие температуры замедляют или приостанавливают протекание биохимических процессов в продуктах биохимических процессов в продуктах, чем обеспечивается удлинение сроков их сохранности.

Сушка – один из наиболее распространенных и важных тепловых процессов сельскохозяйственного производства, предназначенный для увеличения сохранности продуктов и кормов путем их обезвоживания. Качественная сушка не только повышает их стойкость при хранении, но и в ряде случаев повышает качество (например, при сушке семенного материала). Основы теории сушки и тепловые расчеты сушильного оборудования подробно изучаются в специальных курсах. Здесь рассмотрены основные направления и способы использования в процессах сушки электрической энергии как источника тепла. Электрический нагрев можно использовать во всех современных способах тепловой сушки: конвективной, кондуктивной, терморадиационной. В электрических сушилках процесс сушки не имеет каких-либо принципиальных отличий от огневых сушилок, меняется только способ получения тепла. Собственно электрическим способом сушки, имеющим свои особенности, является лишь сушка в электрическом поле высокой частоты. В сельскохозяйственном производстве наибольшее значение имеет, сушка зерна, особенно семенного материала. Применение электронагрева в сушилках повышает управляемость процессом сушки и, следовательно, улучшает качество, высушиваемого материала, облегчает автоматизацию процессов.

Однако процессы сушки весьма энергоемки, имеют сравнительно низкий энергетический к. п. д., поэтому применение электронагрева в них связано со значительными расходами электроэнергии. Так, в конвективных сушилках зерна с электронагревом воздуха расход электроэнергии составляет 1,3…1,9 кВт·ч на 1 кг испаренной влаги, в терморадиационных 1,4…2,2 кВт·ч, в высокочастотных 1,8…3,5 кВт·ч. Поэтому электросушка экономически целесообразна главным образом в сочетании с другими видами сушки (гелиосушка, топливные сушилки). При этом легко удаляемая влага высушивается в естественных условиях или в обычных топливных сушилках, а трудно удаляемая влага высушивается электрическими способами. Так при сушке зерна комбинация из топливных сушилок и электрических инфракрасных излучателей позволяет увеличить производительность труда в 2 раза и на 20% снизить стоимость сушки зерна. При сушке фруктов наиболее экономично сочетать обычный способ и высокочастотную сушку. Тепловую обработку продуктов и кормов проводят в пастеризаторах, стерилизаторах, кормозапарниках, подогревателях, охладителях, замораживателях и других электротепловых аппаратах. Тепловое воздействие электричества на продукт может быть непосредственным (электродный и высокочастотный нагревы) или косвенным через промежуточные тела и теплоносители (горячая вода, пар, нагретый воздух).

При использовании низких температур также можно говорить о прямом (термоэлектрическом) и косвенном (через промежуточные холодильные агенты) охлаждении. Наиболее эффективно прямое использование электроэнергии. В практике больше распространено получение при помощи электрической энергии промежуточных теплоносителей в электрокотлах и калориферах и использование их для тепловой обработки продукции в обычных тепловых аппаратах. Для охлаждения чаще всего используются компрессионные фреоновые и аммиачные холодильные машины и агрегаты.

Создание надлежащих условий хранения требует оборудования хранилищ различными электрифицированными охладительно-нагревательными и вентиляционными установками, а также системами автоматики.

Установки активного вентилирования с электроподогревом воздуха

Технология и режимы активного вентилирования. Наиболее эффективным и экономичным способом сушки, получившим в последние годы большое распространение, является активное вентилирование с электроподогревом воздуха. Чаще всего его применяют для зерна и сена. Активное вентилирование зерна применяется для двух целей: а) кратковременной консервации зерна перед сушкой в зерносушилках, а также для предупреждения самосогревания при хранении; б) для сушки.

Консервация зерна основана на его охлаждении путем продувания прохладного воздуха. При снижении температуры до +10° С протекание биохимических процессов в зерне резко замедляется, и оно может сохраняться длительное время без ухудшения качеств. При длительном хранении активное вентилирование позволяет предотвратить самосогревание и порчу зерна. Активное вентилирование зерна проводят в закромах или специальных вентилируемых бункерах. В закромах зерно насыпают слоем 1,0—1,5 м и продувают через него холодный или подогретый воздух, подводимый по системе воздуховодов и воздухораспределителей (рис. 30). Вентилирование в закромах применяется при длительном хранении зерна во избежание самосогревания. Бункер активного вентилирования представляет собой два коаксиальных перфорированных цилиндра, в кольцевой зазор между которыми засыпают

шивания поверхностных слоев и зерно не снижает своих посевных качеств, семена зернобобовых культур не растрескиваются. Правильно организованная, проводимая в оптимальном режиме сушка активным вентилированием повышает всхожесть и энергию прорастания. Урожайность от таких семян выше, чем при естественной сушке. К основным параметрам режима сушки относятся температура воздуха, его влажность и скорость движения. Эти параметры влияют как на длительность сушки, так и на качество материала.

Сушка атмосферным воздухом без подогрева возможна, если влажность воздуха не превышает 65%. Только при этих условиях влажность зерна можно довести до 13—15%. В противном случае воздух необходимо подогревать. Подогрев воздуха на один градус снижает его влажность на 5%. Сушка без подогрева воздуха малопроизводительна и иногда приводит к ухудшению качества зерна. Поэтому всегда предпочтительнее воздух подогревать. Большое значение имеет активное вентилирование сена, при котором значительно сокращаются потери ценных питательных веществ и, в частности, каротина. Технология здесь такова. Предварительно скошенную траву провяливают на солнце до влажности 35—40%. После этого укладывают в сенохранилища или под навесы на специально устроенные воздухораспределители из перфорированных труб или коробов из досок, жердей и т. п. Сено укладывают и просушивают слоями толщиной 1—1,5 м. Каждый слой продувают воздухом от вентилятора в течение 2—3 дней до влажности 26—30%. Общая толщина слоя 4—6 м, влажность верхнего слоя должна быть 17—18%. Содержание каротина, в сене, высушенном вентилированием, составляет 100—120 мг на 1 кг абсолютно сухого вещества, тогда как в сене обычной полевой сушки — не более 35…40 мг.