8502

обеспечивается удовлетворительный температурный и газовый режимы. Относительная влажность воздуха была на 13 − 16 % выше влажности наружного воздуха и лежала в пределах φв = 54 − 59 %.

При температуре наружного воздуха tн > 25ºС требуемый температурный режим в птичнике обеспечивается при охлаждении приточного воздуха. Наиболее распространенным, эффективным и экономичным является рассмотренный выше способ адиабатного испарительного охлаждения воздуха. Методы расчета процессов тепло- и массообмена с различными материалами орошаемых слоев изучены и приведены, например, в [31]. Там же рассмотрены конструктивные и инженерные особенности различных охладительных установок.

4.3. Системы газового лучистого отопления

Для животноводческих и птицеводческих помещений (при напольном содержании птиц) наиболее перспективным является газовое лучистое отопление. При применении в животноводческих зданиях воздушного или конвективного отопления в помещениях по высоте наблюдаются градиенты температуры воздуха, достигающие до 1оС/м, что вызывает дополнительные потери теплоты в верхней зоне, особенно при наличии в зданиях фонарей. Лучистое отопление практически сводит к нулю градиент температуры воздуха и дополнительные потери теплоты в верхней зоне. Системы газового лучистого отопления легко регулируются по тепловой производительности, по локальному воздействию на любой объем помещения.

Воздействие инфракрасного радиационного отопления благоприятно сказывается на животных. Если тепловое излучение с длиной волны более 2 мкм воспринимается в основном кожным покровом, то излучение с длиной волны до 1,5 мкм проникает через поверхность кожи, частично нагревает ее, достигает сети кровеносных сосудов и непосредственно повышает

90

температуру крови, вызывая приятные тепловые ощущения. При лучистом обогреве большая часть избыточной теплоты передается путем конвекции воздуху, имеющему более низкую температуру. Такая форма теплоотдачи действует освежающе и благоприятно на самочувствие и систему саморегуляции организма животных [4, 13, 17].

4.3.1. «Светлые» инфракрасные излучатели

Рекомендуемая методика расчета разработана и предложена Саратовским институтом ГипроНИИгаз [19, 54].

«Светлая» горелка конструктивно состоит из рефлектора, предназначенного для создания определенной направленности лучистому потоку теплоты, и излучающей насадки, представляющей собой керамическую плитку из огнеупорной легковесной массы с сотнями цилиндрических отверстий диаметром 1 − 1,5 мм. Число отверстий в плитке принимается из расчета, чтобы живое сечение этих отверстий составляло 40 % площади плитки. Газовоздушная смесь сгорает непосредственно вблизи наружных поверхностей насадок, т.е. у керамических плиток. Она сгорает при коэффициенте избытка воздуха 1,05 − 1,1. Температура излучающих плиток в горелках 800 − 900 °С.

Продукты сгорания газа имеют температуру более высокую, чем температура воздуха в помещении. В силу этого область их естественной концентрации находится в верхней зоне помещения, откуда их и целесообразно удалять в атмосферу.

Воздухообмен в помещении определяют по формуле:

где gСОж 2 − количество СО2, поступающее в обогреваемое помещение от

животных и находящейся подстилки, кг/ч; GСОг 2 − то же с продуктами

91

сгорания газа, кг/ч; kуд и kпр – допустимое массовое содержание СО2 соответственно в воздухе помещения и в поступающем наружном воздухе, кг/кг: kуд = 0,005; kпр = 0,0006 кг/кг [23]; по другим данным [54] ПДК СО2 в зоне нахождения животных или птицы составляет kуд = 2,0 л/м3, в наружном воздухе kпр = 0,3 л/м3. Содержание NO2 при сжигании газа в рабочей зоне содержания животных не должно превышать kуд = 5 мг/м3, в наружном воздухе kпр = 0,085 мг/м3.

Количество СО2, выделяемого с продуктами сгорания, составляет:

где Gг – расход газа системой газового обогрева, кг/ч; m – коэффициент, зависящий от химического состава сжигаемого газа: 2,71 – для природного газа; 2,98 – для пропана; 2,94 – для бутана.

Необходимый расход газа может быть определен из общего уравнения

Требуемое количество наружного воздуха определяют по аналогичной (2.18) формуле:

Поверочный расчет на удаление влаги (см. формулу 2.10):

(4.26) где Gвг.п - масса водяных паров, поступающих в помещение с продуктами сгорания газа, г/ч.

Величина Gвг.п вычисляется по формуле:

где mв.п – количество водяных паров, выделяющихся при сжигании 1 кг газа, кг/кг: 2,12 – для природного газа; 1,54 – для пропана; 1,42 – для бутана.

92

Количество излучателей, которое необходимо установить в помеще-

где Qиз – номинальная тепловая нагрузка излучателя, Вт.

Инфракрасные излучатели (ИКИ) должны размещаться в животноводческих помещениях так, чтобы облученность животных не превышала сле-

Вертикальное расстояние от уровня расположения животного до горелки Н должно быть не менее 1,8 м.

В зависимости от ширины животноводческих помещений излучатели могут быть распределены в 2 или 3 ряда по длине. Возможные варианты размещения приведены на рис. 4.12. В вариантах 1V, V, 1X, X излучатели установлены под углом 20° к горизонту, при установлении их горизонтально наблюдается перегрев излучателей и увеличение содержания СО в продуктах сгорания. Расстояние в ряду между излучателями при двухрядном расположении равно S = 2l / nиз , при трехрядном S = 3l / nиз, где l – длина обогреваемой части помещения.

При лучистом отоплении с использованием «светлых» излучателей происходит выгорание кислорода, а также образование СО и других вредных веществ за счет выгорания пыли. Поэтому, согласно рекомендациям [80], на каждый киловатт мощности, развиваемый «светлым» излучателем, необходима гарантированная подача не менее 30 м3/ч атмосферного воздуха, вследствие чего их использование в достаточно герметизированных строительных объектах проблематично [18].

93

Рис. 4.12. Варианты размещения «светлых» инфракрасных излучателей в животноводческих помещениях: 1 – ИКИ; 2 – уровень расположения животных

Детальные исследования [81], в том числе путем постановки крупномасштабных экспериментов в натуре, показали, что использование «светлых» излучателей является эффективным при высоте помещения Н ≤ 10 м, а «темных» − при Н ≤ 5 м. Данные ограничения не характерны для животноводческих зданий, имеющих высоту в коньке не более 5 – 6 м. Согласно графику на рис. 4.13, в рассматриваемом диапазоне высот помещений площадь наружных ограждений Fн.о, а следовательно и роль ограждающих конструкций в качестве вторичного источника тепловыделений, по сравнению с общим объемом помещения V сохраняется существенной только при сравнительно небольшой площади пола.

Лучистый теплообмен в животноводческом здании характеризуется следующими основными показателями: средней радиационной температурой tR, равной температуре абсолютно черного тела, с которым происходил бы лучистый теплообмен, эквивалентный имеющему место в реальной обстановке; температурой внутреннего воздуха; оперативной температурой to, равной температуре поверхности абсолютно черного тела, с которым

94

Из приведенных зависимостей очевидным является увеличение температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций за счет лучистого фактора, что вызывает повышение потерь теплоты за счет их теплопроводности. В результате выигрыш энергии, расходуемой на подогрев воздуха, может теряться из-за интенсификации теплопроводности.

Количественно энергетический баланс определяется значениями радиационной и конвективной составляющих теплоотдачи, выраженных следующим образом [79]:

где feff − отношение поверхности тела животного, подверженного радиационному воздействию, к общей поверхности; σ − постоянная Стефана − Больцмана, Вт/(м2К4); v − средневзвешенная подвижность воздуха, м/с.

95

Отсюда следует вывод, что роль радиационного фактора существенным образом зависит от типа излучателей и подвижности воздуха в поме-

щении.

Для «темных» излучателей, использующих длину волны излучения порядка 10 мкм, наряду с лучистой составляющей, существенным является конвективный теплообмен, что приводит к ухудшению условий обогрева, свойственного размещению нагревателей конвективного типа под потолком. Расположенные под потолком источники теплоты непреднамеренно увеличивают вертикальный градиент температуры по сравнению с естественным. При наличии больших фонарей и недостаточной теплоизоляции покрытия теплопотери верхней зоны достигают 50 – 60 % от суммарных, и их компенсация должна осуществляться потолочными излучателями за счет конвективной теплоотдачи [18]. Учитывая, что современные «темные» излучатели с замкнутой нагревательной системой имеют лучистый кпд около 80 – 90 % [80], оставшейся 10 – 20 % конвективной теплоотдачи может быть недостаточно для обогрева верхней зоны помещения.

Неоднородность формируемых температурных полей является характерной особенностью лучистого отопления. Могут создаваться зоны затенения, условия прогрева которых резко отличаются, что может приводить к наличию температурных контрастов и создает угрозу простудных заболевания животных и птицы [18].

4.3.2. «Темные» инфракрасные излучатели

У «темных» модулей ИКИ (рис. 4.14) максимальная температура труб может достигать 450°С, у «темных» ленточных модулей – 290°С. Длина модуля может быть 36 м и более, единичная мощность – до 300 кВт. Для стабилизации направленного потока отражающий кожух выполняется с теплоизоляцией. Применение «темных» лучистых излучателей эффективнее систем центрального и воздушного отопления на 35 – 40 % [50].

96

Рис. 4.14. Устройство «темных» модулей ИКИ

Результаты проведенных исследований различных лучистых излучателей при длине (тепловой мощности) 4,5 м (20 кВт) без тепловой изоляции 4,44 кВт/м; 15 м (35 кВт) с тепловой изоляцией 2,33 кВт/м; 36 м (95 кВт) с тепловой изоляцией 2,63 кВт/м приведены на рис. 4.15.

Была определена интенсивность излучения под каждым излучателем на расстоянии 1,5 м (S, м, от плоскости измерения до горелки). Можно констатировать, что наименьший излучатель длиной 4,5 м на коротком участке в 4,5 м показывает наибольшее падение интенсивности между передней частью излучателя с горелкой и концом излучателя по сравнению с двумя другими рассматриваемыми лучистыми излучателями. Последние по всей своей длине в 15 или 36 м имеют более равномерную характеристику излучения, чем короткий излучатель.

Наряду с теплотехническими мерами воздействия, на эти характеристики оказывает большое влияние теплоизоляция над стальной трубой. При одинаковой мощности излучения для изолированных тепловых излучателей требуются меньшие затраты подведенной энергии.

97

Рис. 4.15. Распределение интенсивности излучения различных излучателей на расстоянии 1,5 м от нижней кромки излучателя; S – расстояние от плоскости измерения

до горелки

98

Методика расчета газовых инфракрасных излучателей

Вживотноводческих зданиях

Вразделе 1.1 приведены уравнения лучисто-конвективного теплообмена на поверхности тела животных, учитывающие активность их поведения в течение суток и долю участия их поверхности в теплообмене с ограждениями. На основе решения уравнений выявлена степень влияния климатической зоны на максимальную продуктивность основных видов выращиваемых животных. Необходимо учитывать, что при применении «светлых» излучателей воздухообмен определяется из условия ассимиляции углекислого газа и окислов азота:

где ∑М − суммарное количество СО2, л/ч, выделившегося в помещении от дыхания животных и с подстилки, а также при сжигании газа, или суммарное количество NO2, мг/м3, выделившегося при сжигании газа; β − коэффициент, учитывающий повышение концентрации СО2 или NO2 в верхней зоне: при вытяжке из верхней зоны 30...50 % оксидов β =1,1 – 1,4; при 70 – 100 % β =1,16 – 1,2; Куд − ПДК СО2 (NO2) в зоне нахождения животных или птицы (2 л/м3 и 5 мг/м3 соответственно); Кпр − содержание СО2 и NO2 в наружном воздухе (0,3 л/м3 и 0,085 мг/м3 соответственно).

Инженерный расчет «светлых» инфракрасных обогревателей приведен в [54]. В зависимости от расстояния между осями панелей, геометрических размеров панелей, высоты их расположения, размеров помещения в плане разработаны графики, по которым на ходят допустимую температуру панелей, отвечающую физиологическим требованиям животных, находящихся в рабочей зоне (на полу).

Инженерный расчет «темных» инфракрасных излучателей заключает-