10138

эти характеристики оказывает влияние теплоизоляция над стальной трубой.

При одинаковой мощности излучения для изолированных тепловых излучате-

лей требуются меньшие затраты энергии.

Инженерный расчет «темных» инфракрасных излучателей заключается в определении требуемого количества обогревателей:

где ηизл — КПД излучателя.

Подбор излучателей для обогрева помещений проводится по лучистым ха-

рактеристикам и техническим данным горелок, приведенным, например, в [24, 25]. При этом максимальное значение интенсивности облучения для данной высоты подвеса и угла наклона горелок не должно превышать допустимой ин-

тенсивности облучения.

Конечное выражение плотности лучистого потока (поверхностной плотности облучения) qизл, Вт/м2, имеет вид:

где спр — приведенный коэффициент излучения, учитывающий угловые коэф-

фициенты облученности системы серых тел, Вт/(м2·К4); а, b — стороны условно прямоугольного излучателя, м; h — расстояние (по нормали) от излучателя до пола, м; Тизл — средняя температура поверхности излучателя, К.

Расчет облученности пола начинается с разбития излучателя на условно равные зоны в количестве n, шт. Истинная температура по зонам определяется из равенства

130

Коэффициент 0,9 показывает, что 10 % лучистого потока теряется через поверхность ограждения. Суммируя поверхностную плотность облучения n ря-

дом расположенных излучателей, получим общую поверхностную плотность облучения:

n

qизл. qизл.i . (4.42) i 1

Параметры микроклимата в животноводческих зданиях при лучистом отоплении обеспечиваются следующим образом. При обогреве излучением стремление достичь равномерной раздачи теплоты влечет за собой манипуля-

цию интервалов и дистанций таким образом, чтобы восполнить недостаточ-

ность прямого излучения следующего нагревателя или отраженного излучения.

Кроме того, температура самого излучателя изменяется по длине из-за остыва-

ния уходящих газов.

Излучатели U-образной формы эффективнее прямоточных по равномер-

ности обогрева пола (рис. 4.8).

Облученность поверхности пола вдоль прямоточного излучателя имеет высокую неравномерность (до 10 раз), у излучателей U-образной формы — не более 4 раз; эпюра облученности поверхности пола между двумя излучателями характеризуется более высокими показателями для U-образных излучателей.

При этом абсолютные значения средней облученности, например в свинарнике-

маточнике в целом по станку 140...160 Вт/м2, достаточны для комфортного отопления, т. к. физиологически комфортная температура восприятия

(10...12 °С) обеспечивается при поверхностной облученности 80 Вт/м2. Данный факт поддерживается технологическим циклом выращивания свиней и благо-

приятными условия для работы обслуживающего персонала.

Максимальная интенсивность облучения 160...280 Вт/м2 должна поддер-

живаться только на небольшой части площадки свинарника для молодняка (но-

ворожденные поросята).

131

Рис. 4.8. Эпюры облучения поверхности пола между излучателями: 1 — —— — одиночный U-образный излучатель; 2 — ‒ ‒ ‒ ‒ ‒ — прямоточный одиночный излучатель; 3 — суммарная поверхностная плотность двух U-образных излучателей; 4 — то же, двух прямо-

точных излучателей

4.7. Системы электрического отопления

Тепловую энергию для отопительных целей можно получать преобразо-

ванием электрической энергии. Системы электрического отопления распро-

странены в регионах с избытками электрических мощностей.

При электрическом отоплении не требуется устройства каналов или труб для удаления продуктов сгорания, т. к. отсутствуют продукты сгорания и, сле-

довательно, нет выбросов, загрязняющих атмосферу. Системы просты в монта-

же и имеют высокий коэффициент полезного действия (близок к 100 %). Пода-

ча теплоты легко автоматизируется и регулируется. К недостаткам систем мож-

но отнести высокую температуру греющих элементов, повышенную пожаро-

опасность и большие эксплуатационные расходы вследствие относительно вы-

сокой стоимости электроэнергии.

Системы электрического отопления могут быть предназначены для пол-

ного покрытия отопительной нагрузки (например, во вспомогательных поме-

щениях сельскохозяйственных зданий), для резервного отопления, для покры-

тия пиковых нагрузок и для работы в качестве доводчиков.

132

Отопительные приборы систем электрического отопления разделяются на высокотемпературные с температурой греющих поверхностей выше 70 °С и низкотемпературные, работающие при температуре теплоотдающих поверхно-

стей 25...70 °С. Высокотемпературные приборы — это масляные радиаторы,

рефлекторы-отражатели. Большая часть теплоты в отапливаемое помещение от таких приборов поступает за счет лучистой составляющей. Низкотемператур-

ные приборы выполняются из огнеупорных материалов с заделанными в массив спиралями или в виде электропанелей, внутри которых монтируются кабели.

Низкотемпературные приборы в виде панелей находят все большее применение при напольном отоплении, в том числе в животноводческих и птицеводческих постройках.

Теплоотдача электроотопительного прибора зависит от длины, попереч-

ного сечения проводника и от электротехнической характеристики сети. Коли-

чество теплоты Qо.п, Вт, отдаваемое с поверхности проводника, определяется по формуле:

где d — диаметр проводника, мм; l — длина проводника, м;

αпров — коэффициент теплоотдачи с поверхности проводника, Вт/(м2·°С); tпров — температура проводника, °С.

Электрическая мощность прибора Nо.п, Вт, зависит от напряжения в сети U,

В, и сопротивления проводника R, Ом:

Сопротивление проводника можно выразить через удельное сопротивле-

ние r, Ом мм2/м, длину l, м, диаметр проводника d, мм, и площадь поперечного сечения А, м2:

Подставив значение диаметра проводника d в уравнение (4.46), опреде-

лим электрическую мощность системы отопления:

Для более точного расчета необходимо учесть, что удельное сопротивле-

ние проводника изменяется в зависимости от его температуры:

rt = r20(1 + αс(t 20)), (4.49)

где r20 — удельное сопротивление проводника при температуре 20 °С;

αс — температурный коэффициент сопротивления электропроводности матери-

ала проводника, отнесенный к 1 °С повышения температуры.

Значения удельного сопротивления проводника при температуре 20 °С и температурного коэффициента сопротивления для некоторых сплавов, из кото-

рых изготовляются проводники, приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4 Удельное сопротивление проводников r20 и температурный коэффициент сопротивления αс

Коэффициент теплоотдачи проводника, нагретого до 1 000 °С, при диаметре 0,5...2 мм имеет значения αпров = 35...52 Вт/(м2·°С).

Отопительными приборами в системах электрического отопления могут быть: инфракрасные излучатели различных конструкций (в виде ламп; подвес-

ных панелей с греющими кабелями и отражателями; нагревательных элементов из греющего кабеля, заложенного в строительные конструкции; греющих рези-

134

новых или пластмассовых ковриков различных размеров); электрические кало-

риферы гравитационного действия; электрические калориферы, оборудованные для увеличения теплосъема осевыми вентиляторами; маслонаполненные радиа-

торы и др.

4.8.Печное отопление

4.8.1.Конструктивное исполнение отопительных печей

Печное отопление распространено в жилых, общественных и производ-

ственных сельскохозяйственных зданиях и сооружениях. Одну печь предусмат-

ривают для отопления не более трех помещений, расположенных на одном этаже. В двухэтажных зданиях допускается применение двухъярусных печей с обособленными топливниками и дымоходами для каждого этажа. Кроме чисто отопительных печей, к печным устройствам относятся также огневые очаги хо-

зяйственно-бытового и специального назначения: кухонные плиты, водо-

грейные котлы, сушильные печи, огневые борова для отопления теплиц и пар-

ников и др.

Печи возводятся из кирпича глиняного обыкновенного, тугоплавкого гжельского кирпича, огнеупорного шамотного кирпича, из блоков жароупорно-

го бетона. Основания под печи нередко выполняют из бутового камня. Для об-

лицовки внешней поверхности кирпичных комнатных печей используют печ-

ные изразцы или кафели, изготавливаемые из смеси огнеупорной белой глины с кварцевым песком.

При кладке самих печей, дымовых труб из кирпича или бетонных блоков применяют глиняные растворы. Глиняный раствор выдерживает температуру до 800…1 000 С. Толщина шва раствора не должна превышать 4…5 мм. Сме-

шанные цементно-известковые, цементно-глиняные, а также цементные рас-

творы применяют для кладки фундаментов печей, а также для кладки частей дымовых труб выше кровли.

135

Для обеспечения эффективной работы печи оснащаются печными прибо-

рами, как правило, чугунными: дверками, дымовыми задвижками и вьюшками,

поворотными заслонками, колосниковыми решетками.

В печах сжигают твердое, жидкое и газообразное топливо. В табл. 4.5

приведены средние значения теплотворной способности наиболее часто ис-

пользуемых видов топлива. Теплотворная способность дров различных пород на единицу массы практически одинакова. Однако на единицу объема дрова с более плотной древесиной при сжигании выделяют значительно больше тепло-

ты: березовые дрова дают на 30…35 % больше теплоты, чем осиновые; на

20…30 % больше, чем сосновые. Для сжигания газа можно переоборудовать практически любую отопительную печь, оснастив ее соответствующими устройствами.

Таблица 4.5

Теплотворная способность топлива

Коэффициент полезного действия (отношение теплоты, отданной в по-

мещение, к полученной при сгорании топлива) печей с колосниковой решеткой при сжигании твердого топлива лежит в пределах п = 0,70…0,75; у печей с глухим подом п = 0,45…0,55. При сжигании жидкого или газообразного топли-

ва в современных котлах местных систем отопления п 0,90.

Любая печь состоит из основания, корпуса и дымовой трубы.

136

Основаниями для печей служат специальные фундаменты, возводимые в грунте по размерам печи. Подошву фундамента заглубляют в грунт не менее чем на 0,50…0,60 м для одноэтажных печей без насадных труб, на 0,75 м для коренных труб и одноэтажных печей с насадными трубами.

Печи массой до 750 кг допускается ставить без фундамента, усилив пол специальными конструкциями.

Корпус (собственно печь) состоит из топливника и дымооборотов.

Топливник предназначен для сжигания топлива. Высота топливника от колосниковой решетки до свода около 1,0 м. Дрова укладываются слоем

0,30…0,35 м. Воздух для горения поступает в топливник через поддувальную дверку (топочная дверка во время топки закрыта) и колосниковую решетку.

Топливник для сжигания каменного угля и антрацита представляет собой не-

глубокую шахту с выдвижной колосниковой решеткой, позволяющей во время топки удалять накопившийся шлак. Минимальная толщина наружных стенок топливника — 0,5 кирпича (120 мм), максимальная — 1 кирпич (250 мм). Топ-

ливники выполняют из огнеупорного или тугоплавкого гжельского кирпича.

Дымообороты устраивают в корпусе печи для нагревания ее массива ды-

мовыми газами в период топки. Многооборотная система состоит из последова-

тельно соединенных вертикальных и горизонтальных каналов. Каналы дымо-

оборотов должны иметь сечение не менее 0,5 0,5 кирпича. В дымооборотах пе-

чей предусматривают устройства прочистных отверстий, располагают их в удобных для чистки местах.

Дымовые трубы в зависимости от места их установки разделяются на:

насадные, устанавливаемые непосредственно на печах; коренные, устанавлива-

емые в виде отдельно стоящего трубного стояка; внутристенные, располагае-

мые внутри капитальных кирпичных стен здания. Высоту дымовой трубы, счи-

тая от колосниковой решетки до устья, следует принимать не менее 5,0 м. Вы-

соту дымовых труб, размещаемых на расстоянии, равном или большем высоте сплошной конструкции, выступающей над кровлей, следует принимать в соот-

ветствии с рис. 4.9.

137

Рис. 4.9. К определению высоты дымовой трубы (размеры в мм)

Дымовые трубы следует выводить выше кровли более высоких зданий,

пристроенных к зданию с печным отоплением.

Сечение дымовых труб: не менее 140 140 мм при тепловой мощности пе-

чи до 3,5 кВт; 140 200 мм — от 3,5 до 5,2 кВт; 140 270 мм — от 5,2 до 7,0 кВт.

Площадь сечения круглых дымовых каналов должна быть не менее площади вышеуказанных прямоугольных каналов. На дымовых каналах печей, сжигаю-

щих дрова, следует предусматривать установку последовательно двух задви-

жек, а на каналах печей, работающих на угле или торфе, одной задвижки с от-

верстиями в них диаметром 15 мм.

Дымовые каналы должны быть вертикальными, из глиняного кирпича со стенкой толщиной не менее 0,12 м или жаростойкого бетона с толщиной в их основании 0,25 м. Допускается принимать отклонения труб под углом до 30 к

вертикали с относом не более 1,0 м. В местах выхода ствола дымовой трубы за кровлю на трубном стояке выкладывают напуск кирпича (т. н. «выдру») для предотвращения попадания дождевой воды и снега в чердачное помещение че-

рез щели между трубой и кровлей.

Для присоединения печей к дымовым трубам допускается предусматри-

вать патрубки (горизонтальные дымовые каналы) из негорючих материалов.

Длина патрубка по действующим нормам не должна превышать 0,4 м (ранее длина горизонтального канала допускалась до 2,0 м).

Чертежи печей содержат наиболее важные и сложные разрезы (продоль-

ные и поперечные), а также для большей наглядности и облегчения работы

138

печников приводятся порядовки, т. е. показывается порядок кладки каждого кирпича в каждом ряде печи. Более глубокие данные по особенностям кон-

струкций, порядовке для всех рядов кладки, движению дымовых газов по объе-

му отопительных печей можно получить в специальной технической литерату-

ре, альбомах, например [26, 27].

На рис. 4.10 изображена часть чертежей отопительной печи «О-2» с

условными обозначениями материалов печи. Наклонной штриховкой обозначе-

на кладка из обыкновенного кирпича, штриховкой в клетку — из огнеупорного кирпича. Общий вид (фасад), приведенный на чертеже, знакомит с внешним видом печи, с расположением дверок дымовых задвижек. Изображены 8 наибо-

лее характерных разрезов и общие размеры печи, в см, по рядам (1, 5, 6, 15, 20, 25, 31, 35). Топливом печи «О-2» служат дрова, торф, уголь. Расчетная тепло-

отдача печи составляет 2 500…2 600 Вт.

Рис.4.10. Отопительная печь «О-2» (размеры в см)

Печами длительного горения называют печи, в которых при загрузке их достаточным количеством топлива горение происходит продолжительностью

139