10716

При разработке новых, более совершенных способов создания супергидрофобных поверхностей необходимо хотя бы в общих чертах представлять возможные области их применения. Это необходимо для определения предельной стоимости производства 1 м2 такой поверхности. Рассмотрим эту задачу в привязке к конденсатору КЦС-1(3), которым оснащается паровая турбина К-300-240 ЛМЗ. Технические и энергетические характеристики конденсатора взяты по [4] и представлены в таблице 1, коэффициент теплопередачи рассчитан по [3].

Таблица 1. Технические и энергетические характеристики конденсатора КЦС

При увеличении коэффициента теплоотдачи от пара к стенке в конденсаторе происходит снижение давления (углубление вакуума), что приводит к повышению мощности турбины при неизменном количестве поступающего в конденсатор пара. На рис. 1 изображен цикл Ренкина на T-S диаграмме, из которого видно, что площадь фигуры 1-2-3-4-5 меньше площади фигуры 1’-2-3-4-5’. Точки 1’ и 5’ соответствуют состоянию с меньшим давлением, чем точки 1 и 5.

Таким образом, зная коэффициент теплоотдачи при капельном режиме конденсации, можно определить величину углубления вакуума в конденсаторе и обусловленный этим экономический эффект. Произведем расчет полей температур конденсатора для пленочного и капельного режимов.

Скорость воды в трубках определяется по формуле:

Находим число Нуссельта для гидравлически гладких труб:

300

301

Таблица 2. Результаты расчета

302

Произведенные расчеты свидетельствуют о высокой перспективности применения супергидрофобных поверхностей в конденсаторах паровых турбин и крупных теплообменных аппаратах. Полученная количественная оценка предельного уровня затрат на формирование единицы площади поверхности может быть использована в дальнейших исследованиях в этой области.

Литература

1.Аронсон, К.Э. Теплообменники энергетических установок / К.Э. Аронсон, С.Н. Блинков, В.И. Брезгин и др. – Екатеринбург: УрФУ, 2015.

2.Исаченко, В. П. Теплообмен при конденсации / В. П. Исаченко. –

М.: Энергия, 1977. – 240 с. : ил.

3.РД 34.30.104-81 Руководящие указания по тепловому расчету поверхностных конденсаторов мощных турбин тепловых и атомных электростанций.

4.РД 34.30.725-95 Типовая энергетическая характеристика конденсатора 300 КЦС-1(3) турбины К 300-240 ЛМЗ.

5.Genzer, J. Recent developments in superhydrophobic surfaces and their relevance to marine fouling: a review / J. Genzer, K. Efimenko // Biofouling – 2006. – V. 339. P. 339 – 360.

6.Liu, T. Turning a surface super-repellent even to completely wetting liquids / T. Liu, CJ Kim // Science. – 2014. – V. 346, No. 6213. P. 1096–1100.

7.Yoshimitsu, Z. Effects of Surface Structure on the Hydrophobicity and Sliding Behavior of Water Droplets / Z. Yoshimitsu, A. Nakajima, T. Watanabe, K. Hashimoto // Langmuir. – 2002. V.18. No. 15. P. 5818–5822.

Саулина Т.А., Семикова Е.Н.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЯХ

В настоящее время вопрос выбора системы отопления производственных зданий является достаточно актуальным. Не во всех промышленных цехах возможно или целесообразно устройство традиционных радиаторных систем водяного отопления. Кроме того, данные системы требуют больших затрат на монтаж и эксплуатацию. Альтернативой водяным системам служит воздушное отопление с помощью газовых воздухонагревателей.

303

Рассмотрим более подробно ряд преимуществ применения воздушной системы отопления перед водяной, на основании которых можно оценить ее эффективность.

1)Система водяного отопления поддерживает постоянную требуемую температуру воздуха в отапливаемом помещении в течение всего отопительного периода, при этом котлы должны работать 24 часа в сутки. Воздухонагреватели воздушной системы отопления имеют периодический характер работы, способны выйти на рабочий режим в течение короткого промежутка времени, от 0,5 до 1 часа, и за счет организации принудительного конвективного теплообмена даже очень объемное помещение может быть полностью прогрето всего за несколько десятков минут. Это позволяет регулировать нагрузку на отопительный агрегат при изменении потребности в тепле и экономить тепловую и электрическую энергию. Возможность эффективного регулирования отпуска теплоты при надежном обеспечении требуемых параметров микроклимата особенно актуальна для производственных помещений с нестационарным характером эксплуатации. Применение системы воздушного отопления в производственных зданиях позволяет значительно сократить расход топлива и электрической энергии за счёт уменьшения времени работы отопительного оборудования.

2)Воздушное отопление позволяет объединить в себе три системы: отопления, вентиляции и кондиционирования. При необходимости создания особых температурных режимов в помещении можно применять моноблочные установки, способные решать все задачи воздухоподготовки, обеспечения требуемых параметров воздуха и воздухообмена одним прибором. Таким образом, капитальные затраты снижаются, поскольку при устройстве водяного отопления системы вентиляции и кондиционирования устанавливаются отдельно, в дополнение к системе отопления. Кроме этого, воздухонагреватели могут работать в режиме полной или частичной рециркуляции, а также с использованием рекуперации, что позволяет сэкономить до 70% уходящего тепла.

3)Система воздушного отопления, в отличие от водяного, не требует отдельного здания или помещения для установки оборудования, сложной системы подготовки теплоносителя и сетей для его транспортировки. Соответственно, при устройстве воздушной системы отопления расходы на строительство и содержание источника теплоты и тепловых сетей полностью отсутствуют.

4)Воздушная система отопления, в отличие от водяной, не нуждается в ежегодном техническом контроле, мероприятиях по запуску/отключению системы в начале/конце отопительного сезона, не требует квалифицированного штата сотрудников для обслуживания и ремонта. Это позволяет снизить эксплуатационные затраты.

304

5)В системах воздушного отопления тепловая энергия практически целиком передается по назначению, поскольку источник теплоты находится непосредственно в помещении. Благодаря прямому сжиганию топлива без промежуточного теплоносителя достигается высокий тепловой КПД всей системы отопления: 92-96% для рекуперативных нагревателей, и практически 97-99% для систем прямого нагрева. Системы автоматического регулирования могут дополнительно экономить до 25% тепловой энергии, обеспечивая автоматическое поддержание температур воздуха в помещении в «дежурном режиме»

(tв=+3..+5°С) в нерабочее время. В системах водяного отопления это затруднительно из-за опасности замораживания системы.

6)Устройство воздушной системы отопления, благодаря меньшему расходу топлива, по сравнению с источниками теплоты централизованных систем теплоснабжения, позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.

В качестве примера рассчитаем и сравним годовой расход газа при устройстве водяной и воздушной системы отопления в главном корпусе завода «Ремпутьмаш», расположенном в г. Людиново Калужской области.

Максимальный тепловой поток на отопление зданий определяется по формуле [1], Вт:

где q0 – удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м3·C). Для рассматриваемого нами здания q0=0,38 Вт/(м3·°C) [2];

Vн – наружный объём здания по наружному обмеру, м3. Объём рассматриваемого здания составляет Vн = 513216 м3;

tв – средняя температура воздуха внутри помещений отапливаемых зданий, °С. Принимаем по техническому заданию tв = +16°С;

tн.о. – расчётная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С. В соответствии с [3] для параметров Б для Калужской области, принимаем tн.о = 27°С, [4];

α – температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической расчетной разности температур от значения 48 С, α=0,54+22/(16+27)=1,05 [1].

Для обеспечения данной тепловой нагрузки принимаем к установке: а) систему водяного отопления с источником теплоты –

котельной общей мощностью 10 МВт; б) систему воздушного отопления, состоящую из 10 газовых

воздухонагревателей общей мощностью 10 МВт. Расход газа определим по формуле, м3/ч:

305

где Qо – тепловая мощность системы отопления, кВт;

– низшая теплота сгорания рабочего объема топлива, кДж/м3, принимаем = 33366 кДж/ м3;

– коэффициент полезного действия, %. Для газовой воздушной системы отопления принимаем =97%, для водяной системы с учетом потерь теплоты в тепловых сетях принимаем =70%.

Расходы газа для обеспечения тепловой нагрузки составят: а) для водяной системой отопления, м3/ч:

б) для воздушной системы отопления, м3/ч:

Рассчитаем количество потребляемого топлива за год с учетом времени работы оборудования. Для водяной системы отопительный период составляет 210 дней по 24 часа, т.е. 5040 часов в год, а для воздушной – 150 дней по 12 часов, т.е. 1800 часов в год.

Таким образом, годовой расход газа будет равен:

а) для водяной системы: Вг = 1541 · 5040 = 7 767 тыс. м3/год; б) для воздушной системы: Вг = 1112 · 1800 = 2 012 тыс. м3/год.

По данным расчетов можно сделать вывод, что при прочих равных условиях воздушная система отопления за год потребляет в 3,9 раз меньше природного газа, чем котельная такой же мощности. Благодаря уменьшению количества сжигаемого газа, снижается объем удаляемых в атмосферу продуктов сгорания, а, следовательно, уменьшается количество выбросов, загрязняющих окружающую среду.

Литература

1.Отопление и вентиляция: учеб. для вузов: в 2-х ч. Ч.1: Отопление / П. Н. Каменев, А. Н. Сканави, В. Н. Богословский, [и др.]. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1975. - 483 с. : ил.

2.Михайлов Ф. С. Отопление и основы вентиляции - М.: Стройиздат,

1972. – 452 с. : ил.

3.СП 60.13330.2016 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003: утв. Министерством регионального развития Российской Федерации, 17.06.2017,84 с.: ил.

4.СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*: утв. Приказом Минрегион России от 30.06.2012 г. №275: дата введ. 01.01.2013. - 120 с. : ил.

306

Малышев Н.А., Маясов И.А., Поваляева В.А., Шишалов А.В.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ПОВЫШЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ КУЛЬТИВАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Внастоящее время в Российской Федерации, в связи с принятием долгосрочной программы импортозамещения, повышение продуктивности сельского хозяйства, а именно: выращивание плодов и овощей в культивационных сооружениях (теплицах), является весьма актуальной задачей. Предлагаемый авторами способ увеличения урожайности в теплицах в круглогодичном цикле эксплуатации может быть использован в овощеводстве защищенного грунта и заключается в подаче питательного раствора под корни растений, подкормку их углекислым газом и подсветку лампами.

Ввоздухе теплицы площадью 1 га содержится около 20 кг углекислого газа. В весенние и летние месяцы при максимальных уровнях ФАР (излучение, которое усваивается растениями в процессе фотосинтеза) потребление углекислого газа растениями огурца может приблизиться к 50 кг/га·ч. Дефицит углекислого газа для растений невозможно покрыть за счет атмосферного воздуха. Активное вентилирование культивационного сооружения в течение дня может повысить содержание углекислого газа, приблизив его к среднему атмосферному значению, но никогда не вернет до значения 0,034 %.

Известны следующие способы подкормки растений углекислотой, использующие технические источники углекислого газа в защищенном грунте: прямая газация при помощи газогенераторов; нагнетание отходящих газов котельной (ОГК); подача дымовых газов теплосиловых установок (ТСУ); подача чистого углекислого газа [1].

Дозируя углекислый газ, можно снижать продолжительность вегетационного периода роста и развития растения, получать более ранний урожай высокого качества и экономить энергоресурсы.

Подкормка углекислым газом от пламенных горелок генераторов производится непосредственно продуктами сгорания природного газа с

основным химическим составом: 72,1 % N2, 17,4 % H2O, 8,7% СО2, 1,7 O2. Способ нагнетания отходящих газов котельной (ОГК) в теплицу

имеет ряд преимуществ по сравнению с газогенераторами: позволяет удлинить период подкормки в течение суток и вегетационного периода; осуществление регулирования подачи ОГК в автоматическом режиме; более эффективное использование углекислого газа за счет применения

307

приземной раздающей системы; достижение экономии природного газа

[2].

Наиболее совершенная современная технология – подкормка растений чистым углекислым газом. Жидкая углекислота высшего сорта согласно ГОСТ 8050-85 должна иметь чистоту 99,8 % и не содержать лабораторно определяемых примесей.

Известен способ подкормки растений чистой углекислотой, по которому жидкую углекислоту превращают в газификаторе (испарителе) в подогретый углекислый газ, который под давлением поступает в магистральный трубопровод. Далее газ из магистрального трубопровода через специальное устройство подается в теплицу по распределительным газопроводам и далее к растениям газ поступает через перфорированные полимерные рукава.

Поддержание и регулирование заданной концентрации углекислого газа в воздухе теплицы технически можно осуществить путем непрерывной вентиляции воздуха. Данный способ не учитывает величину подачи углекислого газа по фазам роста растений. Обдув растений требует большого количества углекислого газа, при этом происходит понижение температуры в области ценоза и повышение расхода электроэнергии.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу является «Способ гидропонного выращивания растений», заключающийся в выращивании растений в теплицах на субстратах с подачей питательного раствора под корни растений, подкормкой их углекислым газом и подсветкой лампами. При этом растения герметично покрывают прозрачной пленкой по конструкциям, регулируемым по высоте по мере роста растений, и углекислый газ подают под пленку автоматически с помощью программатора, при этом питательный раствор подают в субстрат по сигналу датчика влажности [3].

Способ подкормки растений зеленных культур чистым углекислым газом, содержащий подачу питательного раствора под корни растений, подкормку их углекислым газом и подсветку лампами, подразумевает, что растения герметично покрывают прозрачной пленкой по конструкциям и углекислый газ подают под пленку, углекислый газ подают в зону ценоза импульсно с периодичностью: подача 2…3 мин; поглощение растениями 24-34 мин.; при продолжительности подкормки 4…6 часов в сутки по фазам роста и развития растений в возрасте 5…11; 11…16; 16…21 листьев на растении [4].

Технический результат заключается в подаче необходимого для развития растения количества углекислого газа в зону ценоза для повышения уровня урожайности при круглогодичной эксплуатации рассматриваемых культивационных сооружений.

Принципиальная блок-схема системы устройства подкормки зеленых культур чистым углекислым газом представлена на рис. 1.

308