10138

Аналогичные данные для гигроскопической области сушки (wтр < wг)

графически представлены на рис. 6.10.

Рис. 6.10. Зависимость разности потенциала влажности тр = f(tн, tк.о, н) от температуры травы tк при wтр < wг (гигроскопическая область)

для температуры наружного воздуха tн = 20 °С

Анализ графических зависимостей (рис. 6.9 и 6.10) позволяет сделать ряд практических выводов и рекомендаций.

1. Увеличение относительной влажности подаваемого в слой травы воз-

духа φн; повышение его температуры tн при φн = const; непрерывная продувка слоя, приводящая к уменьшению температуры травы tк (tк → tм.т), — все эти факторы снижают эффективность процесса сушки.

2. Оптимизация длительности сушки травы и технико-экономических по-

казателей процесса может быть достигнута введением цикличных режимов ра-

боты систем активной вентиляции, чередующих самосогревание травы за счет биологических тепловыделений и последующего охлаждения, сопровождающе-

гося сушкой.

3. Следует избегать режимов работы систем активной вентиляции при па-

раметрах наружного воздуха и травы, характеризующихся областью, лежащей на рисунках 6.9 и 6.10 слева от ординаты θтр = 0. В противном случае продув-

ка слоя сопровождается увлажнением продукции.

190

6.5. Солнечные генераторы для сушки травы

Ускорение сушки достигается подогревом воздуха. Особенно эффективен этот процесс в дождливую погоду. В России налажен выпуск установок для досушивания травы с использованием систем активной вентиляцией с подогревом воздуха.

Установка УДС-300 для досушивания рассыпной и прессованной травы в хранилищах работает на неподогретом и перегретом на 2,5 °С по сравнению с атмосферным воздухе, производительность по воздуху составляет 20 000 м3/ч. Она оснащена осевым вентилятором МЦ № 8, системой воздухораспределения, электрическим трубчатым воздухоподогревателем мощностью 15 кВт и щитом управления. Система воздухораспределения представляет собой центральный канал с распределительными трубами. Вентилятор расположен снаружи хранилища. Общая потребляемая установкой мощность равна 19,5 кВт, масса 695 кг.

Увеличение перегрева атмосферного воздуха до десятков градусов достигается в воздухоподогревателях ВПТ–400 и ВПТ–600. Их технические характеристики приведены в табл. 6.3. Недостатком этих агрегатов является сравнительно высокая степень перегрева воздуха (до 40…50 °С), что приводит к пересушиванию первого по ходу подачи горячего воздуха слоя и к нерациональному использованию энергии. Особо следует подчеркнуть, что при нагреве травы до температуры, превышающей 40…50 оС, в ней начинается активный процесс разложения органических веществ. При кажущемся постоянстве массы полученного в результате сушки травы сена его кормовые качества резко снижаются (на 50 % и более).

Для устранения этого недостатка и с целью снижения расхода тепловой энергии широко внедряются в практику солнечные теплогенераторы для подогрева воздуха, подаваемого в насыпь сохнущей травы. Поступающая на Землю солнечная энергия преобразуется в тепловую в гелиоустановках.

Опыт эксплуатации гелиоустановок показал, что даже при облачном небе или малой интенсивности солнечной радиации обеспечивается подогрев возду-

191

ха на 3…5 С, что приводит к уменьшению влажности на 15…25 %. При этом общие энергетические затраты на сушку растительного сырья с применением активной вентиляции сокращаются на 40…50 %. Важно отметить, что при по-

догреве воздуха в гелиоколлекторах появляется возможность изменять сроки продувки сохнущей травы в течение суток, т. е. можно начинать процесс актив-

ного вентилирования на 2,0…2,5 ч раньше обычного и, соответственно, на это же время позднее заканчивать. Мягкие режимы сушки и сокращение времени вентилирования способствуют получению корма высокого качества.

Широкое распространение получили коллекторы с лучепоглощающей поверхностью. Такие солнечные теплогенераторы не требуют следящих за Солнцем систем, просты в конструкции и в монтаже, могут быть произведены из доступных материалов, позволяют утилизировать не только прямое излуче-

ние, но и рассеянную радиацию. Коллекторы с лучепоглощающей поверхно-

стью в зависимости от типа теплоносителя бывают жидкостного (водяного) и

воздушного типов. Последние наиболее перспективны для интенсификации процесса сушки растительного сырья.

Наибольшее применение нашли плоскорамные лучепоглощающие кол-

лекторы, которые могут быть установлены непосредственно на несущих кон-

192

струкциях сооружения. Теплопоглотителем в этом случае является зачерненная кровля и боковые стены здания. Для увеличения теплообмена между тепловос-

принимающей поверхностью коллектора и воздушным потоком поглощающую поверхность (крышу и боковые стены) целесообразно сделать волнистой,

например, из шифера. Увеличение турбулентности потока ведет к повышению КПД. Температура воздуха в плоскорамных лучепоглощающих коллекторах повышается в среднем на 3…7 °С.

Главным недостатком рассматриваемой конструкции является то, что она может работать только в дневное время, притом степень нагревания воздуха в течение дня неодинакова. Такой недостаток устраняется за счет накопления ча-

сти тепловой энергии, поступающей в солнечное время суток, и отдачи ее в ве-

чернее и ночное время. В качестве накопителя может быть использован любой теплоемкий материал.

Для определения возможности дополнительного подогрева атмосферного воздуха за счет солнечного подогрева и определения эффективности использо-

вания данной технологии в практике послеуборочной обработки растительного сырья проведены эксперименты в реальном сенохранилище, оборудованном солнечным коллектором. Реконструкция сенохранилища проводилась по про-

екту, разработанному к.т.н. Е.С. Козловым [4].

Сенохранилище (рис. 6.11) представляет собой закрытое помещение раз-

мером в плане 9×42 м, высотой 4,5 м. Для осуществления активного вентилиро-

вания в хранилище смонтированы две системы приточной вентиляции П1 и П2

с центробежными вентиляторами ВЦ 4-70 № 10 производительностью Lвент = 35 000 м3/ч каждый (поз. 1, рис. 6.11). Продувка слоя осуществляется через съемные подстожные каналы 4, соединенные с вентиляторами магистральными воздуховодами 2. Заполнение каждой последующей секции осуществляется по-

сле того, как влажность высушиваемой в секции травы достигнет кондицион-

ной. Масса травы в каждой секции около 35 т. При такой закладке сырья удель-

ный расход вентиляционного воздуха составляет около 2 000 м3/ч на 1 т сена.

193

Рис. 6.11. Сенохранилище с пассивным солнечным коллектором

В период продолжительного хранения производится периодическое включение нескольких подстожных каналов с регулировкой расхода воздуха шиберами 3. Система пассивного подогрева воздуха за счет солнечной энергии представляет собой армированное прозрачное пленочное покрытие 5, выпол-

ненное по деревянному каркасу, перекрывающее объем, в котором размещено оборудование системы П1. В качестве тепловоспринимающего слоя использо-

ван слой котельного шлака толщиной 100 мм. Нагревание воздуха осуществля-

194

ется за счет теплообмена со стеной хранилища (коэффициент поглощения сол-

нечной радиации с.р = 0,89), теплоаккумулирующим слоем ( с.р = = 0,93) и

окрашенным в черный цвет металлическим воздуховодом диаметром 800 мм

( с.р = 0,95). Измерение параметров атмосферного воздуха (tн, н) проводилось с северной стороны сенохранилища; приточного воздуха (tв.о, в.о) — в зоне узла регулирования; подогретого воздуха — вблизи всасывающего отверстия венти-

лятора. Минимальная величина нагревания приточного воздуха tmin составила

2,9 С, что привело к снижению его относительной влажности на 13 %. Макси-

мальное значение повышения температуры приточного воздуха достигало

tmax= 7,3 С.

Полученные натурные результаты позволяют сделать вывод о практиче-

ской целесообразности утилизации теплоты солнечных лучей и более широкого использования пассивных гелиосистем для интенсификации процессов сушки биологически активного сырья системами принудительного вентилирования.

Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1.Обосновать на i–d-диаграмме влажного воздуха направления процессов изменения параметров вентиляционного воздуха в слое сохнущей травы, имеющей сверхгигроскопическую и гигроскопическую влажности.

2.Определить минимальные расходы воздуха для ассимиляции водяных паров и время для получения сена кондиционной влажности.

3.Провести анализ на i–d–θ-диаграмме величины градиента потенциала влажности, как движущей силы массопереноса в слое биологически активного сырья.

4.Привести обоснования преимуществ использования кривых десорбции травы в координатах wтр—θ при расчетах интенсивности сушки.

5.Перечислить критерии обеспеченности параметров наружного воздуха.

6.Аналитически определить значения градиентов потенциала влажности

вслое сохнущей травы.

7.Перечислить практические преимущества применения понятия потенциала влажности при расчетах интенсивности массообмена в слое сохнущей травы.

8.Привести примеры способов утилизации солнечной энергии для нагревания воздуха, используемого в качестве сушильного агента.

195

7.ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ ТЕПЛИЦ

7.1. Конструктивно-технологические характеристики сооружений

Теплицы — наиболее сложный и совершенный вид культивационных со-

оружений. Зимние теплицы предназначены для круглогодичного выращивания овощей; в весенне-летних теплицах, как правило, культивируют рассаду и вы-

гонные культуры. Основными производственными культурами в средней поло-

се России являются огурцы, томаты и перец. Часть площадей отводится под выгонные культуры — лук, салат, редис, петрушку.

В результате фотосинтеза и дыхания в растениях накапливаются органи-

ческие вещества. Балансовая формула фотосинтеза имеет вид:

6СО2 + 6Н2О + 2 874 кДж С6Н12О6 + 6О2. (7.1) Дыхание — процесс, обратный фотосинтезу. Он заключается в окислении

углеводов. Распад органических веществ происходит по обратной схеме со-

гласно формуле (1.14).

Формулы (7.1) и (1.14) условны, т. к. протекающие в реальности реакции гораздо сложнее. Процессы фотосинтеза и дыхания взаимосвязаны и зависят от многих факторов.

Развитие растения обеспечивается совокупностью почвенных и атмо-

сферных условий в соответствии с законом «минимум—оптимум—максимум»:

если хотя бы один из факторов будет в недостатке или избытке, то жизнедея-

тельность растения или урожай будут находиться в прямой зависимости от это-

го фактора.

Интенсивность фотосинтеза определяет величина Ф, мг СО2/(дм2·ч), ко-

торая представляет собой разность между количеством СО2, поглощенным и выделенным растением за 1 ч на 1 дм2 лиственной поверхности. Интенсивность нетто-фотосинтеза зависит от генетической природы и свойств культивируемо-

го растения, а также от уровня обеспеченности растений условиями внешней

196

среды: облученности, фотосинтезируемой активной радиации, температуры и влажности воздуха и грунта, концентрации СО2 в воздухе, режима подкормки.

Существует три основных типа культивационных сооружений для выра-

щивания овощных культур: парники, укрытия, теплицы.

Теплицы оснащаются разнообразным технологическим оборудованием,

обеспечивающим необходимые параметры микроклимата. Разработаны и экс-

плуатируются типовые ангарные и блочные теплицы.

Микроклимат культивационных сооружений зависит от спектральных и теплофизических характеристик материалов ограждений, степени герметизации стыков. Стены и кровлю теплиц, кровлю парников и укрытий делают из мате-

риалов, пропускающих солнечную радиацию. Чаще всего используются стекло и полиэтиленовая пленка; реже — стеклопластики и пленки других видов: по-

лиамидная, поливинилхлоридная, ацетатная.

Интегральный коэффициент пропускания и теплопроводность стекла и полимеров приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1 Теплофизическая и спектральная характеристики материала слоев, применяемых

в строительстве культивационных сооружений

Толщина наружного ограждения весьма мала, и термическое сопротивле-

ние слоев Rсл близко к нулю: для стекла Rсл = δсл / сл = 0,004 / 0,76 = = 0,0053

м2· С/Вт; для пленки Rсл = 0,0002 / 0,27 = 0,00074 м2· С/Вт. Поэтому суммарное сопротивление теплопередаче стен и кровли теплиц Rогр складывается только из сопротивления теплоотдаче на внутренней поверхности ограждения Rв и сопро-

197

тивления теплоотдаче на наружной поверхности ограждения Rн (термическим

Удельные потери теплоты единицей объема культивационных сооруже-

ний составляют 100…200 Вт/м3.

В теплицах система отопления в холодный период года может иметь раз-

личный теплоноситель: воду, воздух, пар, газ. Наиболее распространенным в настоящее время является водяное отопление. При его устройстве для различ-

ных зон следует предусматривать несколько систем (рис. 7.1): шатровое и лот-

ковое отопление для обеспечения снеготаяния и поддержания требуемого тем-

пературного режима в верхней зоне; цокольное отопление для локализации хо-

лодных потоков в пристенной зоне; подпочвенное отопление для создания тре-

буемого температурного режима в корнеобитаемом слое грунта; надпочвенное отопление для обеспечения равномерности температуры в надпочвенной зоне;

контурное отопление для предотвращения промерзания грунта вдоль наружных стен.

Рис. 7.1. Системы водяного отопления теплицы: 1 — цокольная; 2 — шатровая; 3 — лотковая; 4 — надпочвенная; 5 — подпочвенная; 6 — контурная

В больших теплицах площадью 1...3 га все зональные системы водяного отопления должны быть самостоятельными, т. е. функционировать независимо одна от другой. Температура теплоносителя для шатрового, лоткового, цоколь-

198

ного и надпочвенного отопления в подающей магистрали tг = 95 °С, в обратной tо = 70 °С; для подпочвенного — tг = 45 °С и tо = 30 °С. Для контурного отопле-

ния возможно использование высокотемпературного теплоносителя с tг = 130...150 °С и tо = 70 °С. Отопительные приборы всех систем выполняются, как правило, из стальных гладких труб или регистров из них. Для подпочвенного отопления могут использоваться также металлопластиковые или пластмассовые трубы, которые при укладке в грунт являются более коррозионностойкими. При многозональной системе водяного отопления достаточно надежно обеспечива-

ется требуемый температурный режим в рабочей и пристенной зонах, в грунте и для снеготаяния на кровле (шатровое и лотковое отопление).

Другой распространенный вид отопления теплиц — воздушное. Воздух с температурой 60...70 °С подают в рабочий объем по перфорированным сталь-

ным или полиэтиленовым воздуховодам, укладываемым в надпочвенной зоне или подвешенным под покрытием теплицы. Рассредоточенный выпуск воздуха целесообразно предусматривать также в пристенной зоне. При проектировании воздухораспределения следует иметь в виду, что приточные струи быстро зату-

хают, проходя через рабочий объем с большим числом листьев и плодов. Уве-

личить скорость струи для ее распространения на большое расстояние нельзя из-за близости растений. Перфорированные воздуховоды должны быть рассчи-

таны на обеспечение равномерной подачи воздуха и теплоты по всей длине со-

оружения. При наличии воздушного отопления можно регулировать подвиж-

ность воздуха в теплицах и уменьшать инфильтрацию воздуха через наружные ограждения. Удаляется воздух через неплотности в этих ограждениях.

Воздушное отопление малоинерционное и требует значительно меньшего расхода металла, чем водяное. Затенения рабочей зоны (по подвижности возду-

ха) практически нет. Однако принудительное таяние снега на кровле обеспечи-

вать достаточно сложно и выполняется не всегда. Поддержание требуемой тем-

пературы в грунте также затруднительно. В крупных зимних теплицах с боль-

шими потерями теплоты применение воздушного отопления в качестве един-

ственного способа практически невозможно, поэтому такое отопление устраи-

199