10138

В теплый период года при температуре наружного воздуха по мокрому термометру tм.т выше текущей температуры грунта испарение влаги в подзем-

ных помещениях происходит за счет теплоты воздуха помещения.

3.4.4. Эффективность теплозащитных характеристик наружных

ограждений подземных сооружений

Существующие методы расчета параметров микроклимата подземных и обсыпных сооружений в целях упрощения вычислительных работ не учитыва-

ют влияния толщины и разности в значениях теплофизических характеристик ограждающих конструкций и грунта, что объясняется соизмеримостью их теп-

лофизических характеристик. Определим величину относительной ошибки рас-

чета температуры внутренней поверхности и воздуха подземных сооружений при условии равенства теплофизических характеристик ограждений и грунта.

Сельскохозяйственные сооружения выполняются, как правило, в виде па-

раллелепипедов относительно большой протяженности. Применяемые в прак-

тике проектирования расчетные формулы для определения температурного ре-

жима таких помещений содержат в своей основе точные аналитические зави-

симости. Поэтому анализ изменения величины относительной ошибки расчета температуры внутренней поверхности ограждений τв и воздуха помещений tв

проводится сравнением результатов общих аналитических решений для полу-

пространства и для помещений прямоугольного сечения, ограниченных слоем однородного вещества (двухслойная задача) и не имеющих этого слоя (одно-

слойная задача). При наличии наружного ограждения из нескольких слоев

(конструктивного, теплоизоляционного и т. п.) в решаемой задаче ограждение принято выполненным из однородного материала.

Толщина каждого из слоев принята по значению термического сопротив-

ления, приведенного к общему расчетному коэффициенту теплопроводности,

т.е. однородное наружное ограждение имеет эквивалентную (по термическому сопротивлению) толщину (рис. 3.10).

100

Рис. 3.10. Температурный режим ограждающих конструкций подземных сооружений: а) грунтовый массив; б) грунтовый массив, ограниченный слоем

Расчет для полупространства. Вычислим температуру поверхности сплошного полупространства τв (рис. 3.10 а)), если коэффициент теплопровод-

ности грунта λгр = λ2; плотность грунта ρгр = ρ2; удельная теплоемкость грунта

сгр = с2. Проведем аналогичный расчет для полупространства, ограниченного слоем с теплофизическими характеристиками λ1, ρ1, с1 (рис. 3.10 б)), и проана-

лизируем полученные результаты.

Относительная ошибка в вычислении температуры поверхности полупро-

странства, ограниченного слоем, δ в , %, при условии равенства теплофизиче-

ских характеристик, т. е. при замене двухслойной задачи на однослойную, име-

ет величину [18]:

где Fo1 al2z — число Фурье; а — коэффициент температуропроводности, м2/с.

При нестационарном процессе теплоотдачи относительная ошибка при вычислении температуры воздуха в случае условного принятия равенства теп-

лофизических характеристик слоя и полупространств δ в , %, [18]:

101

где qt — удельный тепловой поток через полупространство в стационарных условиях, Вт/м2;

Δτв — разность температуры поверхности в конце и начале периода теплообме-

на, °С;

αt — коэффициент теплоотдачи на глади поверхности полупространства,

Вт/(м2·°С).

Решение для помещения прямоугольной формы. Для вывода расчетных зависимостей относительных ошибок температуры поверхности ограждающих конструкций τв и воздуха tв подземных сооружений в случае равенства тепло-

физических характеристик грунта и ограждающих конструкций воспользуемся зависимостями для определения мощности систем отопления. Количество под-

zт — выбранный период теплообмена, сут (ч, с); f — коэффициент, учитываю-

щий геометрическую форму и размеры сооружения, влияние теплофизических характеристик грунта и период теплообмена [19]:

lу — суммарная длина всех двухгранных углов сооружения, м; Аогр — суммар-

ная площадь ограждающих конструкций, м2; n — число примыкающих к грун-

товому массиву трехгранных углов.

102

Количество теплоты, подводимое для получения расчетной температуры

Отказ от учета в различиях теплофизических характеристик материалов

ограждающих конструкций и грунта приводит к отклонениям физических тем-

ператур от расчетных. Увеличение значения числа Fо1 уменьшает относитель-

ную ошибку температуры поверхности ограждающих конструкций и воздуха;

увеличение отношения 1 1c1 / c приводит к возрастанию относительных ошибок δτв и δtв .

Пример 3.3. Определить значения в и δtв для подземного сооружения (хранилища)

при условии принятия равенства теплофизических характеристик ограждающих конструкций и грунта. Размеры сооружения: длина С = 50 м, ширина В = 12 м, высота H = 5 м. Толщина ограждения l = 0,3 м, коэффициент теплоотдачи в = 5,8 Вт/(м2· С). Теплофизические характеристики материалов даны в табл. 3.9.

Таблица 3.9

Теплофизические характеристики материалов

103

Относительная ошибка δtв находится по (3.19). Для периодов теплообмена (натопа) 1; 2,5; 5; 10 сут величины ошибок приведены в табл. 3.10.

Таблица 3.10 Относительная ошибка при вычислении температуры внутренней поверхности

и воздуха в подземных сооружениях в период натопа

Относительную ошибку δtв определим для тех же периодов стабильных теплопоступле-

ний (натопа) по формуле (3.23).

Для периода натопа, равного, например, = 1 сут (8,64∙104 с) и величинах l у = 4(В +Н + С) = 4(12 + 5 + 50) = 268 м,

п = 8, Аогр= 2(ВН + ВС + НС) = 2 (12·5 + 12∙50 + 5∙50) = 1 820 м2

значение f равно:

Отношение теплофизических характеристик составляет:

Периоды теплообмена (натопа) 1 сут; 2,5 сут; 5 сут; 10 сут характерны, например, для овощекартофелехранилищ во все периоды хранения. При таких условиях фактическая температура поверхности ограждающих конструкций и внутреннего воздуха будет, соответ-

ственно, для δτв на 160 %, 111 %, 84 % и 60 %, а для δtв на 80,3 %, 74,5 %, 61,8 % и 54,1 %

ниже расчетных (табл. 3.10).

При охлаждении помещения решение задачи остается таким же, но температура поверхностей ограждений и воздуха будет выше расчетной.

Результаты расчетов, приведенных в примере 3.3 и показанных на рис. 3.11, позволяют сделать важный практический вывод. При натопе или охла-

ждении (при отключении системы отопления) уже практически через 10 сут наличие ограждающих конструкций у подземных сооружений с теплофизиче-

скими характеристиками, отличающимися от характеристик грунта, практиче-

ски не влияет на температуру поверхности ограждений и воздуха. Поэтому

104

утепление наружных ограждений в подземных или обсыпных сооружениях не

следует практиковать.

Рис. 3.11. Зависимость относительной погрешности температуры δτв (1)

и δtв (2) для подземных сооружений

Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1. Проанализировать расчетные зависимости по определению воздухообмена по вредностям в животноводческих и птицеводческих помещениях.

2.Сопоставить значения расчетного по вредностям и директивно установленного воздухообмена с требуемым по ветеринарно-гигиеническим требованиям.

3.Изложить условия выбора производительности систем активной и общеобменной механической вентиляции в овощекартофелехранилищах по периодам хранения.

4.Охарактеризовать условия и физическую картину тепломассообмена продукции с атмосферным воздухам при хранении в буртах.

5.Что такое «криоскопическая температура продукции» и ее использование в системах обеспечения параметров микроклимата для снижения энергоемкости хранилищ сочного растительного сырья.

6.Описать основные особенности конструкций полевых и стационарных систем активной вентиляции для сушки травы, обосновать методику расчета рациональных по сбережению энергии установок.

7.Объяснить теплофизический смысл уравнения по расчету воздухообмена для неотапливаемых производственных сельскохозяйственных помещений и графоаналитического выбора областей применения естественной и механической вентиляции.

8.Обосновать необходимость определения текущей глубины промерзания грунта для расчетов температурно-влажностных режимов подземных сооружений в круглогодичном цикле эксплуатации.

105

9.Определить температурный режим неотапливаемого герметичного подземного помещения.

10.Исследовать влияние подачи наружного воздуха на температурный и влажностный режимы подземных неотапливаемых помещений.

11.Объяснить, требуется ли тепловая изоляция наружных ограждений подземных помещений.

12.Указать возможную погрешность при теплотехнических расчетах наружных ограждений подземных сооружений.

4.ОТОПЛЕНИЕ СЕЛЬСКОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

4.1. Выбор систем отопления

На объектах сельскохозяйственного производства температура воздуха в помещениях определяется ветеринарно-гигиеническими или технологическими требованиями. Например, в помещениях для содержания крупного рогатого скота, свиней на откорм, бройлеров, кур-несушек температура воздуха должна находиться в пределах, обеспечивающих конвективную теплоотдачу животных или птиц в климатической зоне максимальной продуктивности. В культиваци-

онных помещениях для круглогодичного выращивания овощей температура воздуха должна соответствовать требуемой для наиболее интенсивного роста и созревания овощей. В помещениях для хранения сельскохозяйственной про-

дукции температура воздуха должна способствовать сохранности этих продук-

тов. В производственных сельскохозяйственных помещениях температура внутреннего воздуха — величина переменная. Так, в культивационных соору-

жениях она будет зависеть от культурооборота и вида выращиваемых овощей.

Для одних и тех же овощей она будет переменна в зависимости от периода ро-

ста и созревания. В хранилищах температура меняется в течение всех периодов хранения овощей и фруктов. В птицеводческих помещениях для содержания бройлеров температура должна изменяться в зависимости от возраста птицы.

106

Отвечающий биологическим, ветеринарным и технологическим требова-

ниям режим воздушной среды в холодный период года необходимо рассматри-

вать совместно с режимами работы систем вентиляции.

Во вспомогательных помещениях сельскохозяйственных комплексов

(помещения для обработки молока, дойки коров, обработки яиц, бытовых и т. п.)

температура внутреннего воздуха поддерживается согласно санитарно-

гигиенических или технологических требований.

В животноводческих постройках, выполненных как по типовым, так и по индивидуальным проектам, наибольшее распространение получили воз-

душные системы отопления. Для нагревания наружного приточного воздуха и воды для систем водяного отопления вспомогательных помещений предусмат-

риваются автономные нагреватели, генерирующие теплоту при сжигании твер-

дого или газообразного топлива, или электронагреватели.

При устройстве во вспомогательных помещениях животноводческих и птицеводческих зданий систем водяного отопления желательно применять ото-

пительные приборы из гладких труб в виде змеевиков и регистров. Чугунные секционных отопительные приборы или конвекторы различной модификации имеют более низкие значения коэффициентов теплопередачи и не всегда отве-

чают ветеринарно-гигиеническим требованиям.

Во вспомогательных помещениях производственных сельхозобъектов в случае отсутствия возможности устройства центрального отопления допускает-

ся использование печного отопления.

Для поддержания теплового баланса в животноводческих помещениях перспективно применение систем лучистого газового или электрического обо-

грева. К их преимуществам, по отношению к применяемым в типовых проектах водяным, паровым, воздушным и комбинированным (водо-воздушным, паро-

воздушным) системам отопления, следует отнести: отсутствие котельной,

наружных теплотрасс и теплообменников; раздачу теплоты равномерно по все-

му объему помещения (градиент температуры по высоте не более 0,1 С/м); со-

здание теплового комфорта в рабочей зоне у пола сельскохозяйственных зда-

107

ний; возможность создания нормируемых температурных параметров в локаль-

ных объемах помещений; высокий КПД генераторов теплоты (более 90 %);

обеспечение требуемого теплового комфорта как во всем помещении в целом,

так и в отдельных его зонах при более низкой (на 2…4 °С) температуре возду-

ха; возможность автоматического регулирования теплового режима в здании;

малая тепловая инерционность систем.

Газовое лучистое отопление реализуется установкой «светлых» или

«темных» инфракрасных излучателей (ИКИ). В «светлых» (высокотемператур-

ных) ИКИ газ сжигается в специальных насадках и продукты сгорания посту-

пают в помещение. Их использование требует разветвленной сети газопроводов и обязательного устройства общеобменной механической вентиляции. «Тем-

ные» ИКИ оборудованы автоматизированными газогорелочными установками и вентиляторами для циркуляции продуктов сгорания в теплообменных излу-

чающих трубах с их выбросом в атмосферу.

Наличие большого количества справочной литературы по отоплению, по-

явление на отечественном рынке широкой гаммы импортного отопительного и вентиляционного оборудования позволили авторам отказаться от подробного описания конкретных видов отопительного оборудования, приложения обще-

доступных справочных данных, расчетных таблиц и графиков. Основное вни-

мание сосредоточено на особенностях физических явлений переноса теплоты в помещениях производственных сельскохозяйственных зданий и выдаче прак-

тических рекомендаций по повышению эффективности использования энергии в системах теплообеспечения.

4.2. Тепловой баланс вспомогательных помещений

При определении тепловой мощности системы отопления вспомогатель-

ных помещений следует учитывать максимально возможные теплопотери и минимальные теплопоступления в условиях реальной эксплуатации сельскохо-

зяйственного здания. Мощность систем отопления Qот, Вт, вспомогательных

108

помещений, оснащенных водяными системами с конвективными отопительны-

ми приборами (радиаторами, регистрами и змеевиками из гладких труб), опре-

деляется по зависимости:

где Qогр — потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;

Qинф — расход теплоты на нагревание инфильтрующегося через ограждающие конструкции наружного воздуха, Вт;

Qмат — расход теплоты на нагревание материалов, транспорта и т. п., Вт;

Qвл — расход теплоты на испарение влаги, Вт;

Qвыд — тепловой поток, регулярно поступающий в помещение (освещение, лю-

ди, технологическое оборудование и т. п.), Вт.

Бесполезным считается тепловой поток через наружные ограждения в ме-

стах установки около них отопительных приборов или в связи с прокладкой около или внутри ограждений отопительных труб.

Теплопотери помещения следует определять, суммируя потери теплоты

через отдельные наружные ограждения Qогр, Вт, по формуле [8, 20]:

где Аогр — расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;

Rогр — сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2∙ С/Вт;

∑ — сумма коэффициентов, учитывающих добавочные теплопотери в долях от основных теплопотерь;

n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной по-

верхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (см.

формулу (2.1)).

109