ЭНУ для создания и регулирования микроклимата

Важнейший параметр микроклимата - температура, которую создают и поддерживают внутри объектов системами отопления и вентиляции (кондиционирование воздуха). Виды отопления подразделяются в зависимости от оборудования на: электрокалориферное, электропечное, электрокотельное, элементное, лучистое, а также комбинированное. Кроме этого применяют электрообогеваемые полы и панели.

Калориферы и калориферные установки, котельные, печи, кондиционеры воздуха и тепловые насосы, использующие электроэнергию, служат для общего отопления. Электрообогреваемые полы и панели, установки инфракрасного, напольного и комбинированного обогрева применяются для местного отопления.

Проектирование оптимального микроклимата, не изменяя уровень кормления, дает возможность увеличить прирост живой массы крупного рогатого скота до 25%, надои молока на 20%, снизить потери продукции в хранилищах до 20% и т.д. Калориферы в зависимости от теплоносителя бывают: водяные, паровые и электрические.

При проектировании заданные параметры микроклимата могут быть достигнуты различными системами, поэтому для выбора оптимальной из них проводят технико-экономические расчеты.

Электрокалориферные установки выбирают по тепловой мощности

(6.56.)

где К_з - коэффициент запаса, 1,1...1,2;

V - подача воздуха, м³/с; с - удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг·°С;

υ_1, υ₂ - температура нагретого на выходе и входящего воздуха из окружающей среды, °С;

η - КПД установки.

Подачу воздуха можно определять при расчете вентилятора или по удельным нормам расхода воздуха, приведенным в руководящих и нормативных материалах.

Если условия эксплуатации установки отличаются от паспортных, необходимо ее проверить по допустимым значениям температур выходящего воздуха и поверхности ТЭНов. Допустимая температура выходящего воздуха υ₂ =50°С, а поверхности ТЭНов υ_пов = 180...190°С, в случае превышения этих норм ухудшается газовый состав воздуха и уменьшается срок службы нагревателей.

На выходе калорифера температура воздуха,°С

(6.57.)

Для поверхности наиболее нагретого ТЭНа температура

(6.58.)

где α - коэффициент теплопередачи от нагревателей, Вт/м²·°с (определяется по справочным данным);

А - площадь поверхности одного ТЭНа, м²;

N - число ТЭНов в калорифере.

Применение электрокалориферных и приточно-вытяжных установок должно быть учтено выбором дополнительных мощностей системы электроснабжения.

Использование электрических печей дает возможность аккумулировать тепло, чего лишены электрокалориферные установки. Работают печи по принципу зарядки и разрядки, т.е. при зарядке теплоаккумулирующий сердечник нагревательного устройства печи нагревается до 500...7000°С, при разрядке нагревательное устройство включают и запасенная теплота распределяется в воздухе при продувании.

Мощность нагревательного устройства определяется по формуле, Вт

Р_ну = К_зп ·Р_расч·t_p / t₃ (6.59.)

где К_зп - коэффициент, учитывающий запас мощности и потери тепла;

Р_расч - расчетная мощность отопления, Вт; t_p и t₃ - время разрядки и зарядки, с.

В животноводческих помещениях при содержании разных возрастных групп и видов животных, для которых необходимы различные условия микроклимата, наряду с системой общего отопления следует использовать и местный обогрев.

Проектирование таких систем позволяет повысить на 10...15% продуктивность животных, повысить сохранность молодняка в 3...4 раза при неизменном уровне кормления, снизить расход электроэнергии.

Системы местного обогрева имеют следующие виды: лучистый (терморадиационный), использующий источники инфракрасного излучения; конвективный; конвективно-кондуктивный и комбинированный.

При использовании электрообогреваемых полов, состоящих из нагревательных проводов и уложенных зигзагообразно в слое бетона, определяют установленную мощность нагревателя, Вт

, (6.60.)

где Ф = α(υ_п – υ_в) - тепловой поток, направленный от поверхности пола, Вт/м²;

α - коэффициент теплоотдачи, 10...12 Вт/м²·°с;

υ_п и υ_в - температуры поверхности пола и воздуха, °С;

А - обогреваемая площадь,м²;

η = 07...085 - КПД обогреваемого пола.

Определяется общая длина нагревательного провода, м

(6.61.)

где β - шаг укладки провода, м.

Полученную длину провода следует проверить по допустимой удельной мощности провода

, (6.62.)

где Руд.доп - допустимая удельная мощность провода, (принимается по справочным данным), Вт/м.

Число параллельных проводов (отрезков) в одной фазе

(6.63.)

где u₀ - фазное напряжение, В;

r₀ - удельное сопротивление провода, Ом/м;

Р_УД =P/L - удельная мощность провода, Вт/м.

Зная число m получают длину отрезка провода, подключаемого к фазному напряжению, м

(6.64.)

В теплицах и парниках, т.е. сооружениях защищенного грунта, обогревают почву, воздух или их одновременно. Наиболее экономичен и рационален по затратам электроэнергии и агротехническим показателям почвенно-воздушный обогрев для этих объектов, эксплуатируемых круглый год. Воздушный обогрев применяют в теплицах весной, летом и осенью, почвенный обогрев - для выращивания рассады в парниках. При проектировании в основном используют из электрических способов - элементный и электрокалориферный обогревы почвы и воздуха.

Мощность электроустановок для обогрева объектов защищенного грунта определяют, используя уравнение теплового баланса. На практике часто пользуются приближенной формулой для определения мощности установок электрообогрева для компенсации потерь теплоты, Вт

(6.65.)

где К_Т - приведенный коэффициент теплопередачи через остекление теплиц и парников (4...12 Вт/м²·°с при скорости ветра от 0 до 10 м/с);

А_ост - площадь поверхности остекления, м²;

u_ВН, u_НАР - температуры внутри сооружения и расчетная наружная,°С.

Для парников удельная поверхностная мощность составляет 150...200 Вт/м², для весенних теплиц 100...160 Вт/м². Мощность почвенного нагревателя в среднем составляет (0,33...0,66)Р.

Электротермическое оборудование для хранения картофеля, овощей, фруктов, мясо-молочной продукции выбирают по мощности, необходимой для подогрева воздуха из уравнения теплового баланса. Проектирование этих систем выполняют исходя из параметров окружающей среды, прежде всего температуры, влажности, состава воздуха и др. При хранении картофеля температура должна составлять 2...5°С, корнеплодов - 0,5...1°С, лука - 0...3°С; влажность воздуха в хранилищах с картофелем, капустой, корнеплодами поддерживается в пределах 80...95%, лука - 60...70%. Для поддержания заданного температурно-влажностного режима в хранилищах производят активное вентилирование продукции, подогрев и охлаждение воздуха. В качестве оборудования используются вентиляторы, электрокалориферы и электрокалориферные установки, холодильные агрегаты, увлажнительные установки и кондиционеры.

При температуре наружного воздуха ниже -20°С воздух необходимо в хранилищах подогревать, минимальная подача воздуха при этом составляет 70 м³/r на 1 тонну картофеля и корнеплодов, 150 м³/r на 1 тонну капусты и лука. Основные технические данные некоторого электротермического оборудования для создания и регулирования микроклимата приведены в специальной литературе.

Электротермическое оборудование для тепловой обработки сельскохозяйственных материалов, в результате чего изменяются состояние, структура или физико-химические свойства материала, подразделяется на установки: активного вентилирования и конвективной сушки; инфракрасного, высокочастотного нагрева; лазерные; прямого и косвенного нагрева сопротивлением. Необходимо отметить, что эти установки обладают значительной энергоемкостью.

Расчет мощности электроподогревателей воздуха производится на основе материального и теплового баланса сушильной установки. Масса испаряемой влаги, кг

, (6.66.)

где М - масса сырого материала, кг; V₁, V₂ - начальная и конечная влажность материала, %.

Подача вентилятора

(6.67.)

где r - плотность воздуха, кг/м³;

m₂, m₁ - влагосодержание воздуха, выходящего из материала при сушке и входящего в него, г/кг;

t_c - время сушки, с.

Влагосодержание μ₁ определяют при температуре Т₀, °С и относительной влажности w₀, % (температура и относительная влажность наружного воздуха), а μ₂ при температуре Т₂, °С и относительной влажности w₂, % (температура и влажность выходящего воздуха). На практике принимают Т₂ = Т₁ – (3…4)°с и w₂ = 80%

Тогда мощность калорифера, Вт

(6.68.)

где h₁ и h₀ - энтальпия воздуха после и до прохождения через калорифер, Дж/кг;

К_п = 08...09 - коэффициент для учета потерь воздуха в сушилке;

η = 0,9...0,95 - КПД калорифера.

Влагосодержание и энтальпии определяют из специальной литературы или по диаграмме h-μ.

В сельскохозяйственном производстве наиболее распространены установки активного вентилирования и конвективной сушки. Для активного вентилирования используется холодный или немного подогретый воздух на 5...12°С, при конвективной сушке - нагретый до высокой температуры, примерно 50...75°С.

Сушка зерна осуществляется подачей воздуха в систему воздухораспределения центробежными насосами и подогревая его калориферами с трубчатыми электрическими нагревателями.

Конвективная сушка, например, при переработке плодов, проводится в сушильных электропечах или сушилках, при этом нагретый электрокалориферами воздух пропускают через слой плодов. Используются камерные и туннельные конвективные сушильные электропечи.

Наряду с конвективной сушкой применяют так называемые электротерморадиационные, высокочастотные и комбинированные сушилки.

К электротерморадиационным относятся установки инфракрасного излучения, с помощью которых получают значительные тепловые потоки, в результате увеличивается интенсивность сушки материалов. При этом способе сушки материалы должны обладать хорошей поглощающей способностью инфракрасных лучей, а толщина нагреваемого слоя не должна превышать глубину их проникновения, в противном случае процесс сушки замедляется из-за перепадов температур от поверхности вглубь материала. Используются сушилки периодического и непрерывного действия, стационарные и переносные.

При высокочастотном способе сушки происходит объемный ввод энергии в материал установками диэлектрического нагрева, сушка зерна осуществляется на частотах до 12 МГц.

При проектировании систем электрификации с использованием данных способов сушки необходимо проводить технико-экономические расчеты, а из-за повышенного расхода электроэнергии их целесообразно сочетать с другими видами сушки - конвективной, гелиосушкой и др.

Для увеличения сроков сохранности сельскохозяйственных продуктов эффективным способом является охлаждение, которое основано на переносе теплоты от охлаждаемой среды с пониженной температурой Тн к окружающей среде с повышенной температурой Тв (Тн < Тв). Если необходимо нагреть продукт, то охлаждаемая среда с температурой Тн является низкотемпературным источником теплоты, которая переносится к нагреваемому продукту с повышенной температурой Тв (Тв > Тн). Перенос теплоты осуществляется трансформаторами теплоты - это устройства, которые в зависимости от задачи (охлаждение или нагрев) могут работать как холодильник или как тепловой насос при нагреве среды.

При проектировании систем электрификации необходимо рассмотреть применение электрофизических и электрохимических методов обработки материалов: обработка кормов; обеззараживание сельскохозяйственных сред; стимуляция или подавление жизнедеятельности семян и растений; электромелиорация почв; обезвоживание водных материалов и др.

Широко используются для очистки и сортирования семян электрические сепараторы зерна, которые различают по способу зарядки частиц (электростатические, электрокоронные, диэлектрические) и по конструкции (камерные, барабанные, решетные, транспортерные). Данные установки по сравнению с механическими агрегатами дают возможность иметь семена более высоких посевных качеств.

Электрические ионизаторы предназначены для искусственной ионизации воздуха в животноводческих и птицеводческих помещениях, например, яйценоскость кур при этом возрастает на 10% при сокращении расхода кормов.

Урожайность культур (пшеницы, ячменя и др.) после предпосевной обработки семян токами низкой (50Гц) и высокой (1...2 МГц) частоты за 25...30 суток до посева, значительно повышается.

В сельском хозяйстве для обработки растений и семян жидкими удобрениями, ядохимикатами используют установки электроаэрозольной технологии, благодаря чему повышается эффективность осаждения аэрозолей.

Весьма эффективным признано использование электрических фильтров для очистки воздуха в помещениях, в результате заряженные в электрическом поле коронного разряда частицы примесей в воздухе осаждаются на электроде-уловителе силами этого же поля.

Применение нетрадиционных технологий, например, электро-импульсной, позволяет существенно повысить эффективность электрических воздействий на объект, т.е. повысить такие параметры, как напряженность поля, плотность тока и др. Это приводит к снижению энергоемкости, так как исключается непрерывное потребление электроэнергии, выполнить сложные технологические процессы, например, управление поведением животных и др. Примерами использования данной технологии являются электрические изгороди для загонной пастьбы скота, электрогидравличесие установки, где происходит прямое преобразование электрической энергии в механическую при кратковременном электроразряде в жидкости, установки для ускорения сушки трав, когда под воздействием электрических импульсов разрушаются клеточные оболочки растительной ткани.

В сельскохозяйственном производстве также используются ультразвуковая и магнитная обработка материалов. Ультразвук применяют в процессах очистки и мойки деталей и узлов, молочной посуды, предпосевной обработки зерна и др. Магнитная обработка в установках с постоянными магнитами или электромагнитами используется для очистки семян культур льна, многолетних трав от сорняков. Используются данные технологии для очистки кормов от металлических примесей и для обработки воды в целях усиления противонакипных свойств, кроме того обработанная в магнитном поле вода повышает энергию всхожести и урожайности сахарной свеклы, овощей и других культур, если применять ее при поливе.

Данные по некоторым видам электротермического оборудования для сушки и тепловой обработки сельскохозяйственных материалов, а также оборудованию нетрадиционных электротехнологий приведены в специальной литературе.