Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Развитие сельскохозяйственного производства связано с широким потреблением тепловой энергии в процессах обработки материалов, создания микроклимата, получения искусственного холода. Наиболее универсальными источниками тепловой энергии в современных технологиях являются электронагревательные установки.

Повышение эффективности использования электронагрева и совершенствование нагревательных установок требует подготовки высококвалифицированных специалистов, глубоко понимающих физические процессы электронагрева.

Целью курсовой работы является:

- закрепление, углубление и обобщение знаний, полученных студентами во время изучения курса «Электротехнология»;

развитие навыков самостоятельного решения инженерных задач по применению электротехнологии в процессах сельскохозяйственного производства.

На основе новейших достижений науки и техники в области электротехнологии необходимо разработать наиболее прогрессивные электронагревательные установки. При этом решения, принятые в работе, должны отличаться экономической эффективностью.

Выполнение курсовой работы должно продемонстрировать знания студентов:

- устройства, работы, технических данных, способов управления и автоматизации электротехнологического оборудования;

умение студентов:

- обосновывать технико-экономическими расчетами применение электронагрева и электротехнологии в технологических процессах сельского хозяйства;

- производить расчет и проектирование устройств электронагрева и электротехнологии с использованием современных расчетных методов и вычислительной техники;

- разрабатывать способы управления и автоматизации электротермических установок.

При выполнении курсовой работы используется патентная документация, учебная и справочная литература, руководящие материалы по проектированию, а также другая научно-техническая литература.

Учебное пособие может быть также использовано при выполнении дипломных проектов по специальности 311400.

Исходные данные и объем проектирования

В качестве объекта проектирования принимаются электротермические установки различного назначения или животноводческие и птицеводческие помещения.

Предлагается два направления выполнения курсовой работы.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Исходными данными для проектирования служат:

1) назначение установки, технологический процесс; 2) количество нагреваемого материала, кг или производительность установки, кг/с; 3) агрегатное состояние вещества в начале и конце нагрева (твердое, сыпучее, жидкое, газообразное); 4) температурный режим нагрева: начальная t1 и конечная t2 температуры, скорость нагрева dt/d, время нагрева и время выдержки , температура окружающей среды, tо; 5) дополнительные данные (влажность, влагосодержание, плотность, вязкость и т.п. нагреваемого материала).

В расчетно-пояснительной записке рекомендуется выделить следующие разделы: введение; разработка схемы электротермического процесса; тепловой расчет электротермических установок; электрический расчет электротермических установок; расчет параметров автоматического регулирования; расчет внутренних силовых сетей и выбор ПЗА; разработка мероприятий по технике безопасности; расчет технико-экономических показателей.

Варианты заданий приводятся в приложении А.1.

1.1 Проектирование электротермических установок животноводческих помещений

животноводческий электронагреватель тепловой

Исходными данными для проектирования служат:

1) типовой проект животноводческого помещения; 2) температура и относительная влажность животноводческого помещения и окружающей среды; 3) компоновка ТЭНов в нагревательном блоке электрокалорифера; 4) электродная система водонагревателя, удельное сопротивление воды.

В расчетно-пояснительной записке рекомендуется выделять следующие разделы: введение; расчет тепловой нагрузки животноводческих помещений; расчет системы вентиляции; тепловой и конструктивный расчет нагревательного блока электрокалорифера; расчет горячего водоснабжения; расчет теплоаккумуляционной установки; расчет электродного водонагревателя; расчет параметров автоматического регулирования; расчет внутренних силовых сетей и выбор ПЗА; разработка мероприятий по технике безопасности; расчет технико-экономических показателей.

Варианты заданий приводятся в приложении А.2.

Объем расчетно-пояснительной записки составляет 25...30 страниц. В графической части, на листе формата А1, представляются конструктивные разработки и принципиальные электрические схемы управления и автоматизации. Пояснительная записка и чертежи оформляются согласно требованиям, приведенным в приложении Б.

Условные обозначения

Ан, Аб - годовой объем производства продукции по новому и базовому варианту, т;

Амол, Апр - валовое производство, прирост живой массы, кг;

Е - потребление электроэнергии, кВтч;

Ен - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, %;

Епр - прямые энергозатраты, овеществленные энергозатраты, МДж;

Eс - количество затраченной энергии, МДж;

Зб, Зн - совокупные затраты по базовому и новому вариантам, руб;

Зпi - оплата труда с отчислениями на социальные нужды, руб;

- затраты труда за год, челч;

И - эксплуатационные затраты, руб;

Иаi - амортизационные отчисления на реновацию технических средств, руб.;

Иэлi, Итоi - затраты на электроэнергию, на техобслуживание, руб.;

К - суммарные капиталовложения, руб;

М - масса технических средств, кг;

, - коэффициенты для определения торгово-транспортных расходов, расходов на монтажные работы;

Пн, Пб - годовая прибыль по новому и базовому вариантам, руб.;

Р - удельная цена, руб.;

pа - коэффициент отчислений на амортизацию;

T - срок окупаемости капиталовложений, год;

Фот, Фог, Фв, Фж - тепловые потоки: системы отопления, через ограждения, на нагрев вентиляционного воздуха, поступающий от животных, Вт,

Ц - стоимость произведенной продукции, отпускная цена техн. средств, руб;

Э - годовой экономический эффект, руб;

А - коэффициент теплопотерь объекта, Вт/оС;

a - шаг оребрения, м;

Bн - ширина блока нагревателей, м;

B1, B2 - регулирующее воздействие регулятора при включении, при выключении;

b - шириной электродов, м;

С - теплоемкость объекта, Дж/оС;

Сн - глубина блока нагревателей, м;

С0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2К4);

с - количество СО2, выделяемое одним животным (птицей), л/ч;

с1, с2 - предельно доп. конц. СО2 в воздухе помещения, в наружном воздухе, л/м3;

св - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кгоС);

с - удельная теплоемкость материала, Дж/(кгоС);

спр - приведенная степень черноты;

D - диаметр ТЭНа c оребрением, м;

d - диаметр трубы, ТЭНа, м;

dи - наружный диаметр изоляции, м;

dв и dн - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха, г/кг;

Eн - нормативный коэффициент экономической эффективности, 1/год;

Eдоп - допустимая напряженность электрического поля, В/см;

F - площадь, м2;

Fуд - удельную ограждающую поверхность, м2/м3;

Fвн, Fнар - площади внутренней и наружной поверхностей, м2;

Fк - площадь воздушного канала не занятая ТЭНами, м2;

Fт1 - суммарная площадь нагревателей первого ряда, м2;

G - производительность установки , кг/с (кг/ч, м3/ч);

Gг - расход горячей воды, кг/ч;

Gсм - расход смешанной воды, кг/ч;

g - суточная норма расхода горячей, кг/сут;

H - высота блока нагревателей, м;

H12 - взаимная поверхность излучения, м2;

Hв - расчетное полное давление, Па;

h - длину активной части электродов, см;

hр - высота оребрения, м;

Iн, Iдоп, Imax - номинальный, допустимый, максимальный токи, А;

Iж, Iтс,

Iкорм, Iэл - энергетический эквивалент живого труда, 1 кг массы технических средств,

1 корм.ед., 1 кВтч электроэнергии, МДж;

Iмол, Iпр,

Iприп, Iэкс - энергосодержание молока, прироста, живой массы теленка, сухого вещества навоза, МДж;

jmax, jдоп - максимальная, допустимая плотности тока, А/см2;

K - кратности воздухообмена, 1/ч;

k - количество ТЭНов в ряду, шт;

kоб - коэффициент передачи тепловых объектов, оС /Вт;

kз, kt, k0, kн - коэффициент запаса, поправочный коэффициент, коэффициент одновременности, коэффициент надежности;

L - расчетный воздухообмен помещения, м3/ч;

Lв - производительность калорифера, м3/с;

l, lа - полная, активная длина, м;

m - масса нагреваемого материала, живая масса животного (птицы), кг;

N - количество половозрастных групп;

n - количество, частота включений;

Pпол, Pрас, Pуст, Pпот, Pэл - полезная, расчетная, установленная мощности, потери энергии в окружающую среду, в электрических элементах, Вт;

Pт, Pm1, Pк - мощность ТЭНа, нагревателей первого ряда, калорифера, кВт;

Pн,Pо - номинальная мощность, мощность установившемся режиме, Вт;

p - расчетное барометрическое давление в данном районе, кПа;

q - поверхностная плотность теплового потока Вт/м2;

qуд - удельная теплота фазового превращения, Дж/кг;

qо - удельная тепловая характеристика помещения, Вт/(м3оС);

qт - поток свободной теплоты, выделяемый одним животным (птицей), Вт;

Re - число Рейнольдаса;

R, R - термическое сопротивление конвекции, теплопроводности, м2оС /Вт;

s - сечение провода, мм2;

Sи - стоимость 1 м3 изоляционного материала, руб/м3;

Sэ - стоимость электроэнергии, руб/(кВтч);

Sр - шаг оребрения, м;

T, t - температура тела, К(оС);

tу - температуры в установившемся режиме, оС;

T1, T2, Tk - длительность включения, длительность пауз, период колебаний, с;

tв, tн, tг, tх - температуры наружн. и внутр.воздуха, горячей и холодной воды, оС;

t2, t1 - конечная и начальная температура нагреваемого материала, оС;

tн1 - средняя температура поверхности нагревателей первого ряда, оС;

U, Uн - напряжение между электродами, номинальное напряжение, В;

V - объем нагреваемого материала, рабочего пространства, внутренни объем помещения, м3;

Vа - объем аккумулятора, м3;

- скорость воздушного потока, м/с;

Vн - объем помещения по наружному обмеру, м3;

W, Wисп - масса влаги, выделяющейся в помещении, испаряющаяся с мокрых

поверхностей, г/ч;

- удельный расход электроэнергии, кВтч/кг, кВтч/м3;

x1, x2 - расстояний между нагревателями в ряду, расстояний между рядами, м;

z - число ТЭНов установленных в калорифере;

1, 2 - коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях

стенки, Вт/(м2оС);

ср - средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2оС);

t - перепад температур, диапазон колебаний температуры, оС;

U - расчетные потери напряжения, %;

H, hк - потерь давления в вентиляционной системе, в калорифере, Па;

- толщина стенки, м;

- степень черноты тела;

,а,в,н,

п, т, э - к.п.д. калорифера, аккумулятора, вентилятора, нагревателя,

передачи, тепловой, электрический;

- коэффициент теплопроводности, Вт/(моС);

- коэффициент динамической вязкости воздуха, Пас;

- коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2 /с;

- плотность, кг/м3;

20 - удельному сопротивлению воды, Омсм,

0 - постоянная Стефана-Больцмана Вт/(м2К4);

- время работы установки, время запаздывания, с;

12, 21 - коэффициенты облученности тел;

Разработка схемы электротермического процесса

Электротермический процесс представляет собой совокупность приемов и операций, направленных на перевод материала или продукта из исходного состояния к необходимому конечному состоянию.

Технологический процесс электротермии характеризуется режимами функционирования. В общем случае различают следующие режимы:

· установочный, связанный с подготовкой электротермического оборудования к выполнению его основной функции;

· рабочий, связанный с процессом нагрева среды или материала;

· транспортный, связанный с процессом загрузки, перемещением при нагреве, и выгрузкой нагреваемого материала;

· контроля, связанный с контролем параметров электротермического процесса, с измерением и контролем физических параметров нагреваемой среды (материала) на входе и выходе электротермической установки;

· обслуживания, представляющим собой технический уход за электротермической установкой.

Для наглядного представления электротермического процесса составляют его структурную схему.

Структурную схему изображают или в виде прямоугольников, или в виде схематического изображения оборудования, занятого в данном процессе и связанного между собой в определенной последовательности.

При изображении технологического процесса прямоугольниками внутри прямоугольников указывают наименование технологических операций. Направление движения нагреваемого материала (среды), поступление энергии, регулирующие воздействия и др. показывают стрелками, связывающими отдельные блоки. Примерная структурная схема электротермического процесса приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Структурная схема электротермического процесса

Структурные схемы сопровождаются описанием технологических процессов

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

2.1 Расчет мощности электротермических установок

Тепловой расчет электротермических установок состоит в определении тепловой мощности, теплового КПД, основных конструктивных размеров установок, температуры отдельных элементов конструкции, расчете тепловой изоляции.

Эти общие тепловые параметры характерны для всех видов электротермических установок независимо от их назначения, устройства и способа электронагрева.

В ходе теплового расчета предварительно разрабатывают эскизный проект установки, намечаются основные конструктивные размеры. При этом руководствуются типом и назначением установки, ее вместимостью, производительностью и т.п.

Форму и внутренние размеры рабочего пространства устанавливают, исходя из условий размещения нагреваемого материала, нагревательных элементов, измерительной и контрольной аппаратуры. Во всех случаях, для повышения теплового КПД, необходимо стремиться к тому, чтобы установка имела минимальную удельную ограждающую поверхность

где F - площадь поверхности ограждения, м2; V - объем рабочего пространства, м3.

Размеры рабочего пространства установок периодического действия определяются объемом (массой, размерами) одновременно нагреваемого материала за один рабочий цикл.

Производительность установки периодического действия

,

где V - объем нагреваемого материала, м3; - плотность материала, кг/м3; - полное время работы установки, включая время загрузки и разгрузки, с.

Для установки непрерывного действия размеры рабочей камеры также определяются ее производительностью. Учитывая, что нагреваемый материал поступает непрерывно, производительность установки

, (2.3)

где - скорость поступления материала в рабочее пространство, м/с; F - площадь сечения рабочего пространства, м2.

Длина рабочего пространства

, (2.4)

где - время нахождения материала в рабочем пространстве, с.

Тепловой расчет основан на решении уравнения теплового баланса электротермического процесса.

Расчетная мощность электротермической установки определяется из выражения

, (2.5)

где Pпол - полезный тепловой поток, необходимый для термического процесса, Вт; Pпот - сумма тепловых потерь в окружающую среду, на нагрев конструкций установки и др., Вт; Pэл - потери энергии в электрических элементах установки, Вт.

Полезную мощность Pпол можно рассчитать по упрощенным формулам.

Для установок периодического действия (нестационарные тепловые процессы) средняя полезная мощность за время ф, при нагреве материалов

, (2.6)

при плавлении и испарении материалов тепло вначале расходуется на нагрев материала до температуры фазового превращения, а затем на изменение агрегатного состояния

. (2.7)

Для установок непрерывного действия (стационарные тепловые процессы) при нагреве

,

при плавлении и испарении

, (2.9)

где m - масса нагреваемого материала, кг; с - удельная теплоемкость материала, Дж/(кгоС); t2 и t1 - конечная и начальная температура нагреваемого материала, оС; - время нагрева, с; qуд - удельная теплота фазового превращения, Дж/кг (приложение В.1); G - производительность установки, кг/с.

Тепловые потери в окружающую среду в общем случае связаны с тремя способами передачи теплоты: теплопроводностью, конвекцией и излучением и описывается зависимостью

.

где q - поверхностная плотность теплового потока при теплообмене теплопроводностью (конвекцией, излучением) Вт/м2; F - площадь поверхности, участвующей в теплообмене, м2. При неравенстве площадей внутренней Fвн и наружных Fнар поверхностей, участвующих в теплообмене, для расчета принимают среднеквадратичную расчетную площадь

, м2.

Плотность теплового потока, передаваемого теплопроводностью через стенку перпендикулярно ее плоскости, выражается законом Ома

,

где tc1, tc2 - температуры поверхностей стенки, оС; R - термическое сопротивление теплопроводности стенки, м2оС /Вт.

Термическое сопротивление теплопроводности:

плоской многослойной стенки из n слоев

,

цилиндрической многослойной стенки из n слоев, отнесенное к единице длины

,

где i - толщина i-го слоя многослойной плоской стенки, м; i - коэффициент теплопроводности i-го слоя многослойной стенки, Вт/(моС)(приложения В.2, В.3); di - диаметр i-го слоя многослойной цилиндрической стенки, м.

Для цилиндрического нагревателя длиной l, находящегося в полуограниченном пространстве (рисунок 2.1а), термическое сопротивление между нагревателем и ограничивающей поверхностью (оС/Вт)

,

Если несколько таких нагревателей уложены в одной плоскости с шагом a, то

,

В случае, когда несколько цилиндрических нагревателей уложены в панель с двусторонней отдачей (рисунок 2.1б), термическое сопротивление между нагревателем и поверхностями панели

,

Рисунок 2.1 К расчету сопротивления между нагревателем и поверхностью панели

Плотность теплового потока, передаваемого конвекцией от поверхности тела к жидкости (газу) или в обратном направлении, в простейшем случае определяется формулой Ньютона

,

где - средний коэффициент теплоотдачи от поверхности тела, Вт/(м2оС);

t = (tc - tж)

температурный напор от стенки к жидкости, оС;

R = 1/

термическое сопротивление конвекции, м2оС /Вт.

Процессы конвективного теплообмена весьма сложны. Коэффициент теплоотдачи является сложной функцией многих переменных: вида конвекции (естественная или вынужденная), физических свойств жидкости (газа), ее скорости, температуры тела и жидкости, формы и размеров тела и других факторов.

Для некоторых простых условий теплообмена коэффициент определяют по следующим формулам.

При свободной конвекции

для вертикальных стенок и труб

,

для горизонтальных, обращенных теплоотдающей поверхностью вверх

,

для горизонтальных, обращенных теплоотдающей поверхностью вниз

.

При вынужденной конвекции коэффициент зависит главным образом от скорости движения среды.

Рассмотрим наиболее распространенные случаи.

Принудительное движение воздуха вдоль стенки со скоростью более 5 м/с

,

Поперечное обтекание воздухом спиральных проволочных и зигзагообразных ленточных нагревателей

при числе Re 1000

,

при числе Re > 1000

,

где - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(моС)(приложение В.4); св - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кгоС); - плотность воздуха, кг/м3; - скорость потока воздуха, м/с; - коэффициент динамической вязкости воздуха, Пас; d - размер обтекаемого воздухом тела (диаметр провода), м.

Поперечное обтекание воздухом пучков гладких труб при их "шахматной" компоновке (рисунок 2.2а)

при (s1 - d)/(s - d) 0,7

,

при (s1 - d)/(s - d) < 0,7

,

где

диагональный шаг нагревателей, м; d - диаметр трубы, м; С - поправочный коэффициент, зависящий от числа рядов нагревателей z в продольном направлении (рисунок 2.2б).



Рисунок 2.2 К расчету теплоотдачи трубчатых нагревателей при поперечном обтекании: а - схема расположения нагревателей; б - поправка на число продольных рядов

Поперечное обтекание пучков труб с поперечным ребрами (оребренные трубчатые электронагреватели в электрокалориферах) при их "шахматной" компоновке

,

где Sр - шаг оребрения, м; hр - высота оребрения, м.

Конвективный теплообмен всегда сопровождается теплопроводностью. Перенос теплоты от одной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их однослойную или многослойную стенку любой формы называют "теплопередачей".

При теплопередаче от одной среды к другой через плоскую многослойную стенку из n слоев плотность теплового потока равна

,

где tж1, tж2 - температуры сред, оС; 1, 2 - коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях стенки, Вт/(м2оС); i, i - толщина, м, и коэффициент теплопроводности, Вт/(моС) i -ой стенки; Rt - полное термическое сопротивление теплопередаче, м2оС/Вт.

Полное термическое сопротивление теплопередаче, Rt, складывается из термического сопротивления теплоотдаче внутренней стенки, R1, термического сопротивления теплопроводности каждого слоя стенки, Ri, термического сопротивления теплоотдаче наружной стенки, R2

, (2.28)

При теплопередаче через цилиндрическую многослойную стенку из n слоев полное линейное термическое сопротивление равно

, (2.29)

где d1, di - внутренний диаметр и диаметр i-го слоя многослойной цилиндрической стенки, м.

Излучение - процесс переноса теплоты от одного тела к другому посредством электромагнитных волн.

Обычно наблюдается сложный теплообмен, сочетающий излучение и конвекцию.

С повышением температуры интенсивность теплопередачи излучением возрастает быстрее, чем конвекцией, и становится особенно заметной при температуре поверхности выше 500 оС.

Плотность теплового потока, передаваемого излучением с поверхности абсолютно черного тела определяется законом Стефана-Больцмана

, (2.30)

для серого тела

, (2.31)

где 0 = 5,6710-8 Вт/(м2К4) - постоянная Стефана-Больцмана (константа излучения абсолютно черного тела); T - температура тела, К; = E/E0 - степень черноты тела (приложение В.6); С0 = 5,67 Вт/(м2К4) - коэффициент излучения абсолютно черного тела; С = С0 - коэффициент излучения серого тела, Вт/(м2К4).

Закон Стефана-Больцмана лежит в основе расчета лучистого теплообмена. Для идеализированного случая теплообмена между двумя "серыми" телами, мощность теплового потока P, передаваемого от излучателя с температурой T1, к нагреваемому телу с температурой T2, определяют по выражению

, (2.32)

где спр - приведенная степень черноты участвующих в теплообмене тел; H12 - взаимная поверхность излучения, м2.

Взаимная поверхность излучения определяется как

, (2.33)

где F1, F2 - поверхности участвующих в теплообмене тел, м2; 12, 21 - средние по поверхности коэффициенты облученности тел, показывающие, какая часть полусферического теплового потока, испускаемого излучателем, падает на облученное тело.

Если P1 - мощность излучения, а P2 - мощность, падающая на тело, то

, (2.34)

Для простейшего случая теплообмена излучением между двумя параллельными плоскостями, имеющими размеры (F1 = F2), значительно превосходящие расстояние между ними, 12 = 21, приведенная степень черноты

,

при лучистом теплообмене между двумя телами, одно из которых поверхностью F2, охватывает другое, поверхностью F1 (F2 > F1)

,

где 1, 2 - степени черноты тел, участвующих в теплообмене.

Для сложных поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене, в выражение (2.32) вводят поправочные коэффициенты, зависящие от формы и взаимного расположения тел [7].

Теплопотери на нагрев элементов конструкции электротермического устройства определяют по выражению (2.6).

Потери в электрических элементах электротермической установки зависят в основном от наличия преобразователей электрической энергии, их сложности и элементной базы. При наличии понижающих трансформаторов, электрические потери составляют 2…5% от расчетной мощности, в высокочастотных установках электрические потери могут достигать до 25%. При отсутствии преобразователей электрической энергии потерями в электрических элементах можно пренебречь.

При известном удельном расходе электроэнергии на нагрев мощность можно приближенно определить по формуле

,

где G - производительность установки, кг/ч, м3/ч и т.п.; - удельный расход электроэнергии (включает не только полезный расход энергии, но и потери), кВтч/кг, кВтч/м3 и т.п.

Удельный расход электроэнергии некоторых тепловых процессов приведен в [7].

Для отопительных установок мощность определяют по выражению

,

где qо - удельная отопительная характеристика помещения, Вт/(м2оС); F - площадь ограждения, м2; t - перепад температур внутреннего и наружного воздуха оС.

Установленную мощность выбирают выше расчетной

, (2.39)

где kз = 1,1…1,3 - коэффициент запаса, учитывающий старение нагревательных элементов, снижение термического сопротивления изоляции, возможное снижения напряжения в сети.

В ориентировочных расчетах мощность ЭТУ определяют по формуле

,

где т, э - соответственно тепловой и электрический КПД.

Значения теплового КПД т некоторых электротермических установок приведены в [7,20].

2.2 Расчет тепловой изоляции

Тепловая изоляция предназначена для снижения теплопотерь в окружающую среду и, следовательно, уменьшения годовых издержек производства.

Вид изоляции обуславливается ее стоимостью, температурными режимами, окружающей средой, санитарно-гигиеническими условиями.

Изоляция должна быть механически прочной, дешевой, тонкой, легкой, обладать малой теплопроводностью и электрической проводимостью, выдерживать высокие температуры.

Для удовлетворения этих требований изоляцию делают многослойной. Слои, прилегающие к зоне высоких температур, выполняют из огнестойкого материала (асбест), для поверхностных слоев используют материалы с низкой теплопроводностью (минеральная вата, стекловолокно, дерево, пенопропилен и т.д.)

Задача расчета изоляции сводится к определению ее толщины. Увеличение толщины снижает потери энергии, но при этом возрастают расходы на изоляцию.

Следовательно расчет изоляции является типичной технико-экономической задачей по определению минимума приведенных затрат.

Оптимальную толщину изоляции для плоской стенки определяют по выражению

,

где Sэ - стоимость электроэнергии, руб/(кВтч); и - коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(моС) (приложение В.7); - число часов работы установки в течение года, ч/год; t - среднегодовая разность температур между нагреваемым материалом и окружающей средой, оС; pа - коэффициент отчислений на амортизацию; Eн - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, Eн = 0,15 1/год; Sи - стоимость 1 м3 изоляционного материала, руб/м3; 1, 2 - коэффициенты теплоотдачи от нагреваемой среды внутренней стенке и от наружной стенки к окружающей среде, Вт/(м2оС); с, с - толщина, м, и коэффициент теплопроводности металлической стенки, Вт/(моС).

Полученная по формуле (2.41) толщина изоляции может оказаться слишком большой, значительно увеличивающей габаритные размеры установки. В этом случае уменьшают толщину за счет увеличения приведенных затрат.

Уменьшение теплопотерь установки не всегда пропорционально увеличению толщины тепловой изоляции. Объясняется это тем, что при увеличении толщины изоляции возрастает теплоотдающая поверхность. Так, для цилиндрических тел уменьшение тепловых потерь наступает при условии

,

где d, dи - соответственно наружный диаметр установки и наружный диаметр изоляции, м.

Исходя из условия (2.41), изоляция должна иметь коэффициент теплопроводности

.

Термическое сопротивление изоляции должно быть достаточным для снижения наружной температуры установки до допустимого значения.

Пример 1. Определить расчетную мощность и тепловой КПД электротермической установки для нагрева 200 кг воды от 15 до 90 оС за 2 часа. Вода нагревается в баке из малоуглеродистой стали с внешним диаметром d2 = 0,6 м, высотой h = 0,8 м, с толщиной стенок с = 0,002 м. Коэффициент теплопроводности стенки с = 50,5 Вт/(моС). Теплоемкость воды св = 4,19 кДж/(кгоС), температура окружающей среды tо = 20 оС.

Решение.

Определяем полезную мощность

Внутренним контактным термическим сопротивлением 1/1 при переходе теплоты от воды к баку можно пренебречь ввиду его малости.

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности бака

Внутренний диаметр бака

Термическое сопротивление боковой цилиндрической стенки бака на 1 м длины

Термическое сопротивление боковой поверхности бака

Термическое сопротивление торцевой поверхности бака по выражению

Площадь боковой поверхности бака



Площадь торцевой поверхности

Тепловой поток, теряемый через боковую поверхность

Тепловой поток, теряемый через торцевую поверхность

Общие потери

Расчетная мощность

Тепловой КПД



Установленная мощность

Пример 2. ТЭН диаметром d1 = 13 мм, с температурой поверхности T1 = 550 К, расположен коаксиально в трубе c внутренним диаметром d2 = 30 мм, с температурой поверхности 320 К. Степень черноты поверхности ТЭНа 1 = 0,9, внутренней поверхности трубы - 0,3. Средний коэффициент облученности тел 12 = 0,95. Определить мощность теплового потока на 1 м длины, передаваемого от ТЭНа трубе.

Решение.

Площадь поверхности 1 м ТЭНа

Площадь поверхности 1 м внутренней поверхности трубы

Приведенная степень черноты участвующих в теплообмене тел

Взаимная поверхность излучения

Мощность теплового потока

3. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ

3.1 Расчет электрокалориферной установки

3.1.1 Расчет тепловой нагрузки животноводческих помещений

Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса

,

где Фог, Фв и Фж - соответственно тепловые потоки теряемые через ограждения, на нагрев вентиляционного воздуха и тепловой поток, поступающий от животных, Вт

Тепловой поток через ограждения можно определить по выражению

,

где qо - удельная тепловая характеристика помещения, характеризует количество теплоты, теряемого наружной поверхностью помещения 1 м3 при разнице температур наружного и внутреннего воздуха 1 оС, Вт/(м3оС), (приложение Г.1); Vн - объем помещения по наружному обмеру, м3; tв и tн - соответственно температуры наружного и внутреннего воздуха, оС.

Тепловой поток теряемый на нагрев приточного воздуха

,

где L - расчетный воздухообмен помещения, м3/ч; св - удельная теплоемкость воздуха, св =1 кДж/(кгоС); - расчетная плотность воздуха после калорифера, кг/м3.

Расчетный воздухообмен определяют из условия понижения концентрации углекислоты и водяных паров в воздухе помещения.

Расход приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле

где 1,2 - коэффициент, учитывающий количество СО2, выделяемое подстилкой при ее разложении; с количество СО2, выделяемое одним животным (птицей), л/ч; (приложения Г.2, Г.4); n - количество животных (птицы) в помещении; с1- предельно допустимая концентрация СО2 в воздухе помещения, л/м3; (в коровниках, телятниках и птичниках с1 не более 2,5 л/м3, в свинарниках - 2,0 л/м3); с2- концентрация СО2 в наружном воздухе. В сельской местности с2 = 0,3... 0,4 л/м3.

Расход приточного воздуха, необходимого для удаления водяных паров, находят по формуле

где W - масса влаги, выделяющейся в помещении, г/ч; dв и dн - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха, г/кг; - расчетная плотность воздуха в помещении, кг/м3.

Плотность воздуха зависит от температуры и атмосферного давления

,

где p - расчетное барометрическое давление в данном районе, кПа; t - расчетная температура воздуха, оС; 99,3 - расчетное барометрическое давление для Центрального района России, кПа.

Значения dв и dн определяют при помощи Hd-диаграммы для влажного воздуха (по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха.

Суммарные выделения влаги в помещении для животных подсчитывают по формуле

, (3.7)

Влагу, выделяемую животными, определяют по выражению

,

где N - количество половозрастных групп; ni - число животных с одинаковым выделением водяных паров (в i-й половозрастной группе); Wi - выделение водяных паров одним животным, г/ч, (приложение Г.2); kt- коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животными водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения (приложение Г.3).

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.)

,

где - коэффициент, равный 0,1...0,125 для коровников и телятников, 0,1...0,3 для свинарников. Большие значения относятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при неудовлетворительной работе канализации.

Выделения влаги в птичнике

,

Масса водяных паров Wпт, выделяемых птицей

,

где ni - число птиц с одинаковым выделением водяных паров; mi - живая масса одной птицы, кг; wi - выделение водяных паров на 1 кг живой массы птицы, г/ч (приложение Г.4); kt - коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых птицей водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения (приложение Г.5).

Масса влаги Wпом, испаряющейся из помета

,

где Pпом - среднесуточный выход помета от одной птицы (у взрослых кур яичного направления Pпом = =240 г, кур мясного направления - 290 г, индеек - 430 г, уток - 550 г, гусей - 600 г); z - коэффициент, учитывающий усушку помета (для кур и индеек z = 0,7, для уток z = 0,74).

Массу испаряющейся с мокрых поверхностей помещения влаги Wисп, берут равной Wисп =0,1Wпт.

Необходимый воздухообмен, L, для животноводческого или птицеводческого помещения принимается по наибольшей из двух величин: или .

Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена K

,

где V - внутренний объем помещения, м3.

Кратность воздухообмена в животноводческих фермах для холодного периода года должна быть K = 3...5, в птичниках K = 10...12.

Тепловой поток, выделяемый животными

где n - число животных с одинаковым выделением свободной теплоты; qт - поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт, (приложение Г.2); kt - коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животными теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения (приложение Г.3).

Поток свободной теплоты, выделяемой птицей,



где n - число птиц с одинаковым выделением свободной теплоты; m - живая масса одной птицы, кг, (приложение Г.4); qт - поток свободной теплоты, выделяемый 1 кг живой массы птицы, Вт, (приложение Г.4); kt - коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной птицей теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения, (приложение Г.5).

Величины тепловых потоков, теряемых через ограждения и на подогрев приточного воздуха, а также воздухообмен по влаговыделениям зависят от температуры наружного воздуха. Установленную мощность отопительных установок и подачу вентилятора определяют при минимальной расчетной температуре наружного воздуха tн, соответствующей данной климатической зоне.

Для определения необходимой мощности отопления и подачи вентилятора при более высоких температурах строят отопительную и вентиляционную характеристики помещения при изменении наружной температуры от tн до +8 оС. Результаты расчетов по выражениям (3.1 - 3.15) сводят в расчетную таблицу (приложение Д.1).

По характеристикам определяют необходимое количество включенных секций и подачу вентилятора при текущей температуре наружного воздуха.

Пример построения отопительной и вентиляционной характеристик приведен в приложении Г.6.

Общую мощность системы отопления определяют по выражению

,

где - к.п.д. калорифера, = 0,90…0,98.

Количество и мощность калориферных установок выбирают из следующих соображений: в животноводческом помещении устанавливают не менее двух калориферных установок для обеспечения надежности отопления и равномерного распределения приточного воздуха в помещении; мощность одного электрокалорифера должна быть в пределах 10…40 кВт. При мощностях меньших 10 кВт расчетное количество калориферов оказывается слишком большим, а при мощностях более 40 кВт возникают значительные трудности при конструктивном расчете калорифера. Мощность калорифера

,

подача одного вентилятора

,

где n - количество электрокалориферных установок; kп - поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах (для стальных, пластмассовых и асбоцементных воздуховодов длиной до 50 м - 1,1, в остальных случаях - 1,15). По величине подачи вентиляторов проводят аэродинамический расчет системы воздуховодов приточной вентиляции. Задачи аэродинамического расчета состоят в определении размеров поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потерь давления во всей системе воздуховодов. Примеры расчетов приведены в [3].

3.1.2 Выбор вентиляторов

Вентиляторы различают по номерам, показывающим диаметр рабочего колеса в дециметрах. Все вентиляторы одной серии или типа по своим размерам геометрически подобны друг другу и имеют одинаковую аэродинамическую схему.

Вентиляторы подбирают по подаче и полному давлению, которое должен развивать вентилятор.

Расчетное полное давление, Hв, которое должен развивать вентилятор, складывается из потерь давления в вентиляционной системе, H, и потерь давления в калорифере, hк

(3.19)

Аэродинамическое сопротивление электрокалорифера, содержащего три секции ТЭНов составляет 250 Па.

Подбирают вентиляторы по аэродинамическим характеристикам, показывающим графическую зависимость их полного давления, подачи, частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса или по таблицам (приложение Г.8). По условиям допустимого уровня шума для животноводческих и птицеводческих помещений окружная скорость рабочего колеса не должна превышать 40 м/с для центробежных, и 45 м/с для осевых вентиляторов. Необходимую мощность на валу электродвигателя для привода вентилятора подсчитывают по формуле

где в - КПД вентилятора, принимаемый по его характеристике; п - КПД передачи (при непосредственной насадке колеса вентилятора на вал электродвигателя п =1, для муфтового соединения п = 0,98, для клиноременной передачи п = 0,95).

Установленную мощность электродвигателя определяют по формуле

где kз - коэффициент запаса мощности, принимают для центробежных вентиляторов kз = 1,1…1,3.

Электродвигатель выбирают по каталогу.

Пример 3. Рассчитать мощность системы отопления коровника на 200 голов привязного содержания. Средний уровень удоя за лактацию 10 л, средняя живая масса 400 кг. Размеры коровника по наружному обмеру: длина 80 м, ширина 20 м, высота стен 2,5 м, высота по коньку 5 м. Длина стойлового помещения 70 м. Толщина стен 0,3 м, перекрытий - 0,2 м. Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха: tн = -30 оС, н = 85%, tв = 10 оС, в = 75%, барометрическое давление 99,3 кПа.

Решение.

Объем помещения по наружному обмеру

Тепловой поток через ограждения. Удельная тепловая характеристика коровника q0 = 0,174 Вт/(м3оС) (приложение Г.1).

Воздухообмен по углекислоте.

Количество СО2, выделяемое одним животным с = 87 л/ч (приложение Г.2).

Воздухообмен по влаговыделениям.

Масса влаги, выделяемая одним животным W = 265 г/ч.

Влага, выделяемая животными

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей

Суммарные влаговыделения

Влагосодержание наружного и внутреннего воздуха определяем по Hd-диаграмме. При tн = -30 оС, н = 85%, dн = 0,4 г/кг, при tв = 10 оС, в = 75%, dв = 5,6 г/кг.

Плотность воздуха в помещении



Воздухообмен, необходимый для удаления водяных паров

Принимаем воздухообмен по углекислоте, как наибольший

Внутренний объем помещения

Кратность воздухообмена

,

что соответствует нормам.

Тепловой поток, теряемый на нагрев приточного воздуха

Тепловой поток, поступающий от одного животного qт = 463 Вт.

Общий тепловой поток, выделяемый животными

Тепловой поток системы отопления

Расчет отопительной и вентиляционной характеристик сведем в таблицу (приложение Д.1)

tн, оС	dн, г/кг	LCO2, м3/ч	LW, м3/ч	Фог, Вт	Фв, Вт	Фж, Вт	Фот, Вт
-30	0,4	9491	9176	28014	129075	92600	64489
-25	0,5		9347	24512	112940		44852
-20	0,7		9728	21010	99232		27642
-15	0,9		10142	17508	86213		11121
-10	1,5		11626	14007	79062		469
-5	2,0		13274	10505	67702		-
0	3,0		18334	7003			-
+5	4,5		43336	3502	-		-

Отопительная и вентиляционная характеристики приведены в приложении Г.6. Из отопительной характеристики видно, что отопление коровника необходимо начинать при температуре наружного воздуха ниже - 4 оС.

Общая мощность системы отопления

Мощность одного калорифера

Подача одного вентилятора

3.1.3 Тепловой и конструктивный расчет нагревательного блока электрокалорифера

Тепловой расчет нагревательных элементов

В качестве нагревательных элементов в электрокалориферах используют трубчатые электронагреватели (ТЭН), смонтированные в единый конструктивный блок.

В задачу теплового расчёта блока ТЭНов входит определение количества ТЭНов в блоке и действительной температуры поверхности нагревательного элемента. Результаты теплового расчёта используют для уточнения конструктивных параметров блока.

Мощность одного ТЭНа определяют исходя из мощности калорифера Pк и числа ТЭНов z, установленных в калорифере.

.

Число ТЭНов z принимают кратным 3, причем мощность одного ТЭНа не должна превышать 3…4 кВт. ТЭН подбирают по паспортным данным (приложения Г.9).

По конструктивному исполнению различают блоки с коридорной и шахматной компоновкой ТЭНов (рисунок 3.1).



Рисунок 3.1 Схемы компоновки блока ТЭНов а - коридорная компоновка; б - шахматная компоновка

Для первого ряда нагревателей скомпонованного нагревательного блока должно выполняться условие:

оС,

где tн1 - действительная средняя температура поверхности нагревателей первого ряда, оС; Pm1 - суммарная мощность нагревателей первого ряда, Вт; ср - средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2оС); Fт1 - суммарная площадь теплоотдающей поверхности нагревателей первого ряда, м2; tв - температура воздушного потока после калорифера, оС.

, ,

где k - количество ТЭНов в ряду, шт; Pт, Fт - соответственно мощность, Вт, и площадь поверхности, м2, одного ТЭНа. Площадь поверхности оребренного ТЭНа

,

где d - диаметр ТЭНа, м; lа - активная длина ТЭНа, м; hр - высота ребра, м; a - шаг оребрения, м.

Для пучков поперечно обтекаемых труб следует учитывать средний коэффициент теплоотдачи ср, так как условия передачи теплоты отдельными рядами нагревателей различны и определяются турбулизацией воздушного потока. Теплоотдача первого и второго рядов трубок по сравнению с третьим рядом меньше. Если теплоотдачу третьего ряда ТЭНов принять за единицу, то теплоотдача первого ряда составит около 0,6, второго - около 0,7 в шахматных пучках и около 0,9 - в коридорных от теплоотдачи третьего ряда. Для всех рядов после третьего коэффициент теплоотдачи можно считать неизменным и равным теплоотдаче третьего ряда.

Коэффициент теплоотдачи ТЭНа определяют по эмпирическому выражению

,

где Nu - критерий Нуссельта, - коэффициент теплопроводности воздуха, = 0,027 Вт/(моС); d - диаметр ТЭНа, м.

Критерий Нуссельта для конкретных условий теплообмена рассчитывают по выражениям для коридорных пучков труб

при Re 1103

,

при Re > 1103

,

для шахматных пучков труб:

при Re 1103

,

при Re > 1103

,

где Re -критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса характеризует режим обтекания ТЭНов воздухом и равен

,

где - скорость воздушного потока, м/с; - коэффициент кинематической вязкости воздуха, = 18,510-6 м2 /с.

Для обеспечения эффективной термической нагрузки ТЭНов, не приводящей к перегреву нагревателей, следует обеспечивать в зоне теплообмена движение потока воздуха со скоростью не менее 6 м/с. Учитывая возрастание аэродинамического сопротивления конструкции воздушного канала и нагревательного блока с ростом скорости потока воздуха, последнюю следует ограничить 15 м/с.

Средний коэффициент теплоотдачи

для коридорных пучков

,

для шахматных пучков

,

где n - количество рядов труб в пучке нагревательного блока.

Температура воздушного потока после калорифера равна

,

где Pк - суммарная мощность ТЭНов калорифера, кВт; - плотность воздуха, кг/м3; св - удельная теплоемкость воздуха, св = 1 кДж/(кгоС); Lв - производительность калорифера, м3/с.

Если условие (3.23) не выполняется, выбирают другой нагревательный элемент или изменяют принятые в расчете скорость воздуха, компоновку нагревательного блока.

Конструктивный расчет нагревательного блока

В расчет конструктивных параметров блока ТЭНов входит определение расстояний между нагревателями в ряду x1 и расстояний между рядами x2 , а также внешних размеров блока. При расчете конструктивных элементов следует учитывать принятую ранее скорость воздушного потока, количество нагревателей в ряду, количество рядов, расположение нагревателей и производительность вентилятора Lв.

Для расчета x1, определяют « живое » сечение блока нагревателей, т. е. не занятую ТЭНами площадь воздушного канала Fк:

,

где Lв - производительность калорифера, м3/с; - принятая в тепловом расчете скорость воздуха, м/с.

Минимальные размеры нагревательного блока определяют по следующим выражениям:

расстояние между нагревателями в ряду

,

где k - количество ТЭНов в ряду.

расстояние между рядами нагревателей x2

при x1 3/2 D x2 = x 1, при x1 < 3/2 D x2 = 1,2 x1, (3.37)

где D - диаметр выбранного ТЭНа c оребрением, м.

высота H и ширина Bн блока нагревателей

,

,

где l - полная длина ТЭНа, м.

глубина блока нагревателей Сн

.

По результатам расчета нагревательного блока выполняют эскиз блока с указанием расчетных параметров нагревательного элемента.

Пример 4. Провести тепловой и конструктивный расчет нагревательного блока электрокалорифера, выбранного в примере 3. Компоновка ТЭНов шахматная.

Решение.

Тепловой расчет.

В калорифере установим 18 ТЭНов, количество рядов n = 3, количество ТЭНов в ряду k = 6. Мощность одного ТЭНа

Выбираем ТЭН80В13/2,0К220 (приложение Г.9). Мощность ТЭНа Pт = 2000 Вт, активная длина lа = 0,8 м, диаметр d = 0,013 м.

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи ТЭНа. Выбираем скорость воздуха в калорифере = 14 м/с.

Критерий Рейнольдса



Критерий Нуссельта для шахматной компоновки, при Re > 1103

.

Коэффициент теплоотдачи ТЭНа

Средний коэффициент теплоотдачи для шахматной компоновки

Суммарная мощность первого ряда ТЭНов

Площадь поверхности одного ТЭНа с учетом оребрения. Шаг оребрения a = 0,005 м, высота ребра hр = 0,012 м.

Суммарная площадь первого ряда ТЭНов



Температура воздушного потока после калорифера

Температура ТЭНов первого ряда

что соответствует норме.

Конструктивный расчет.

“Живое” сечение блока нагревателей

Расстояние между нагревателями в ряду

Расстояние между рядами нагревателей

,

следовательно

Высота блока нагревателей

Ширина блока нагревателей

Глубина блока нагревателей

3.2 Расчет горячего водоснабжения

3.2.1 Расчет теплоаккумуляционной установки

Расчет теплоаккумуляционной установки начинают с построения графика теплопотребления. Нормы потребления горячей воды в животноводческих объектах приведены в приложениях Г10, Г11.

Мощность теплопотребления в i-ый отрезок времени (кВт)

,

где Gгi - расход горячей воды в i-ый отрезок времени, кг/ч; с - удельная теплоемкость воды, с = 4,19 кДж/(кгоС); tг, tх - температуры горячей и холодной воды, оС.

Максимальную температуру воды принимают равной 90…95 оС, что позволяет устанавливать аккумуляторы меньшего объема. Требуемую температуры воды tсм получают смешиванием горячей воды из аккумулятора с холодной водопроводной. Расход горячей Gг и смешанной Gсм воды связан соотношением

. (3.42)

Суточная потребность в горячей воде Gсм определяют по выражению

, (3.43)

где gi - суточная норма расхода горячей воды i-го потребителя, кг/сут; ni - количество потребителей i-го вида; i - продолжительность потребления горячей воды i-м потребителем, ч/сут.

По результатам расчетов потребления горячей воды составляют таблицу суточного теплопотребления и строят график теплопотребления. Общий вид таблицы и графика приведены в приложении Г.12.

Мощность нагревателя для зарядки аккумулятора (кВт) определяют по графику теплопотребления.

 ,

где kз - коэффициент запаса, kз = 1,1…1,25; Pi - мощность в i-й момент времени, кВт; i - продолжительность i-го отрезка времени, ч; н - к.п.д. нагревателя, н = 0,96; а - к.п.д. аккумулятора, а = 0,94; з - время зарядки, ч.

Объем аккумулятора

,

где - плотность воды, кг/м3.

Производительность нагревателя, (м3/ч)

.

Пример 5. Рассчитать горячее водоснабжение и выбрать аккумулятор для коровника на 200 голов. Температура холодной воды tх = 8 оС, температура горячей воды в нагревателе tг = 90 оС. Определить оптимальную толщину изоляции аккумулятора. Аккумулятор изготовлен из стали толщиной с = 0,003 м, теплопроводностью с = 40 Вт/(моС). Годовые амортизационные отчисления составляют 12%, нормативный коэффициент экономической эффективности Ен = 0,15, стоимость электрической энергии Sэ = 0,46 руб/кВтч. Внутренним термическим сопротивлением 1/1 можно пренебречь, коэффициент теплоотдачи наружной оболочки 2 = 10 Вт/(м2оС). Температура окружающего воздуха t0 = 10 оС.

Решение.

В коровнике горячая вода используется для поения коров, подмывания вымени коров, промывки доильных аппаратов, промывки оборудования молочной, промывки молочной автоцистерны, на нужды обслуживающего персонала.

Норма потребления горячей воды молочными коровами g = 65 кг/сут. (приложение Г.10), температура воды tсм = 10 оС, продолжительность потребления воды 3 ч/сут.

Суточная потребность в воде для поения

Расход горячей воды на поение

Мощность теплопотребления на поение

Расчеты по остальным видам потребления горячей воды аналогичны. Результаты всех расчетов сведем в таблицу теплопотребления (приложение Г.12). По таблице теплопотребления построим график суточного теплопотребления (приложение Г.12).



Объем аккумулятора

Производительность нагревателя

В качестве тепловой изоляции выберем минеральную вату с теплопроводностью

и = 0,043 Вт/(моС), стоимостью 1375 руб/м3.

Число часов работы установки = 6365 = 2190 ч/год.

Оптимальная толщина тепловой изоляции

3.2.2 Расчет электродного водонагревателя

Электродный нагреватель представляет собой систему электродов, предназначенных для подвода электрического тока к нагреваемому материалу. Если электроды не экранированы и размещены в металлическом сосуде, то стенки сосуда также являются элементами электродной системы. К основным параметрам нагревателей относят: число фаз, количество электродов, электрическая схема соединения, форма, размеры и материал электродов, расстояние между электродами.

Задача расчета электродных нагревателей состоит в определении их параметров, обеспечивающих заданные условия нагрева.

Исходными данными для расчета являются потребная мощность нагревателя Pн (3.44) и производительность Gн (3.46).

Геометрические параметры электродной системы обычно выражают через геометрический коэффициент K. В приложении Г.13 приведены электродные системы и геометрические параметры электродных нагревателей, рассчитываемых в курсовом проекте.

Расчет электродного водонагревателя проводят в следующей последовательности.

Предварительно, по конструктивным соображениям задаются шириной электродов b или диаметром d = 2r.

Расстояние между пластинчатыми электродами (см) определяют по допустимой напряженности электрического поля

...