812

направлением вниз от точки А. Направление луча процесса в этом случае будет

Так как приращения теплоты и влагосодержания имеют отрицательные значения, то направление луча процесса будет от точки А к точке Д.

Пятый случай. Воздух (точка Е) отдает влагу (dЕ < dА ) при постоянной энтальпии (i Е = i А ), т. е. протекает процесс осушки воздуха при помощи абсорбентов. Направление луча процесса

Но так как приращение влагосодержания будет отрицательным, то направление луча процесса будет от точки А к точке Е.

Шестой случай. Воздух (точка Ж) подвергается нагреванию в калориферах при постоянном влагосодержании

В этом случае приращение энтальпии положительное, отсюда, направление луча процесса будет вверх от точки А.

Следовательно, направление луча наглядно характеризуют процесс тепловлажностной обработки воздуха в системе кондиционирования.

Расчет тепловлажностной обработки воздуха с использованием id – диаграммы упрощается, если на нее нанесен так называемый угловой масштаб.

Угловой масштаб – это нанесенный на id – диаграмму расходящийся из точки со значениями i = 0 и d = 0 пучок линий с известными угловыми коэффициентами.

141

Чтобы не затенять id – диаграмму, линии углового масштаба выносят на поля диаграммы. На осях диаграммы указывается величина углового коэффициента .

Вопросы для самоконтроля

1. Требования к микроклимату в объектах обитания.

2. Что понимается под относительной влажностью?

3. Дать определение температуре точки росы.

4. Что понимается под влагосодержанием?

5. Объяснить принцип построения i d – диаграммы.

6. Показать, как определяются параметры влажного воздуха по i

d- диаграмме.

7.Пояснить различные случаи тепловлажностной обработки воздуха в объекте обитания.

142

Глава 13. Теплоснабжение

13.1. Источники энергии

Под источником энергии следует понимать материальное тело, доля энергетического потенциала которого может быть передана другим объектам.

При производстве сельскохозяйственной продукции, ее переработке, хранении, в обеспечении бытовых и технологических процессов используются различные виды энергии. Это химическая энергия топлив, солнечная энергия, электрическая энергия, внутренняя энергия окружающей среды и др. Формой передачи энергии от её источника к потребителю является в большинстве случаев теплота.

Источники энергии в подавляющем случае природного происхождения. Часть из них извлекают из недр Земли или вод Мирового океана, их запасы постепенно уменьшаются.

Это так называемые невозобновляемые источники энергии.

Другая часть природных источников энергии имеет хотя и непостоянную концентрацию по месту и времени, но посто-

янно возобновляемую энергию: солнечное излучение, энергия движения вод в морях и океанах, энергия движения воздуха в атмосфере и т.д. К источникам энергии искусственного происхождения относят вещества созданные человеком, например, бензин, спирт, кокс и др.

13.1.1. Химические топлива

Топливом, строго говоря, следует называть вещество или совокупность веществ, энергия связи микрочастиц которых поддается освобождению.

В теплоэнергетике наиболее распространенными являются химические топлива. Горение химических топлив включает окислительно - восстановительные реакции, в результате которых происходит перераспределение энергетических связей между элементами, участвующими в реакции.

Химические элементы, подвергающиеся окислению в процессе сгорания, принято называть горючими. Химические же элементы, которые в процессе реакции восстанавливаются, называют окислителями.

143

Кгорючим элементам относят углерод (С), водород (Н), алюминий (Al), литий (Li) и др.

Кэлементам, способным восстанавливаться, относят кислород (O), фтор (F), хлор (Cl).

Как те, так и другие элементы могут входить в химические соединения, обладающие либо свойствами горючих, либо свойствами окислителей. Так, этиловый спирт C2H5OH, включающий углерод, водород и кислород, используется в качестве горючего, а воздух, состоящий из кислорода и инертного азота, применяется как окислитель.

Совокупность горючего и окислителя называют химическим топливом, а его составляющие – компонентами.

Компоненты топлива не всегда можно представить молекулярной формулой. Однако во всех случаях состав горючего, окислителя или топлива в целом можно задать, если воспользоваться условной химической формулой.

Условной ее называют потому, что рассматривается компонент или топливо с условной молярной массой, равной 1000 г/моль. Тогда один моль рассматриваемого вещества будет равен 1кг массы. Так соединение, состоящее из углерода, водорода, кислорода, азота имеет в общем виде условную химическую формулу Сbc Hbh Obo Nbn. Здесь индекс у химического элемента означает число грамм-атомов этого элемента в соединении.

Число грамм-атомов bi i-го элемента в условной формуле определяется по соотношению

где qi – массовая доля i -го элемента в химическом соединении;

Ai – атомная масса i -го элемента.

Массовая доля элемента в компоненте находится опытным путем. Если компонент задан химической формулой, то для определения qi используется выражение

где zi – число атомов i-го элемента в молекуле компонента.

144

Если действительное количество окислителя, подаваемое для сгорания 1 кг горючего, отличается от теоретически необходимого, то такая смесь будет характеризоваться действительным коэффициентом соотношения компонентов, обозначаемым К:

Отличие действительного соотношения от стехиометрического оценивается коэффициентом избытка окислителя, который равен

При α >1 топливо содержит избыток окислителя, а при α< 1 – избыток горючего.

В настоящее время в теплоэнергетике широко используются химические топлива состава: окислитель – атмосферный воздух; горючее – добываемые из недр вещества органического происхождения, которыми являются уголь, нефть, природный газ.

Антрацит, каменный и бурый уголь, торф, сланцы, дрова – относят к твердым горючим естественного происхождения. Твердые горючие искусственного происхождения это кокс, древесный уголь, брикеты из древесных отходов.

Нефть – жидкое органическое горючее естественного происхождения. Из нефти путем ее переработки получают бензин, керосин, мазут и др., это органические горючие искусственного происхождения.

Природные и попутные нефтяные газы (метан, этан, пропан, бутан) прекрасные органические горючие естественного происхождения. К искусственным газообразным горючим относятся генераторные газы (воздушной, водяной, подземной газификации), побочные газы (доменный, крекинговый).

13.1.2. Энергетическая оценка химических топлив

Обычно энергия химического топлива освобождается в процессе горения в форме теплоты. Количество теплоты, выделившееся при сгорании 1 кг топлива, называют теплотой сгорания топлива, обозначают Qв и измеряют в Дж/кг. Если в качестве окислителя используется воздух, то выделившееся

146

тепло относят только к массе горючего. В большинстве случаев не удается использовать всю теплоту Qв. поскольку часть ее уносится с парами воды в продуктах сгорания в виде скрытой теплоты парообразования Qw. Поэтому теплоту сгорания Qв называют высшей, а разность

Qн = Qв – Qw – низшей теплотой сгорания. Для сравнитель-

ной оценки энергоресурсов различных источников введен единый эквивалент – условное топливо (у. т.). Расчетная теплота сгорания условного топлива равна 29,308 МДж/кг.

Для получения теплоты из химических топлив используются преобразователи энергии, так называемые химические (огневые) теплогенераторы, к ним относятся:

–топки водонагревательных, паровых или комбинированных котельных установок;

–камеры сгорания поршневых, газотурбинных, ДВС;

–камеры сгорания воздухоподогревателей;

–бытовые печи и камины.

Горение топлива происходит в топках печей и котлов, в камерах сгорания двигателей и воздухоподогревателей. Работу каждого из этих теплогенераторов принято оценивать следующими характеристиками.

Тепловая мощность – теплота, выделяемая в единицу времени (τ – время),

Nτ = Q / τ , кВт .

Коэффициент полноты тепловыделения, или полноты горения, характеризует полноту сгорания горючего и представляет собой отношение действительно выделившейся теплоты Qд к теоретически возможной Qт:

= Qд / Qт .

Коэффициент полезного действия теплогенератора –

отношение полезно использованной теплоты к затраченной энергии в форме теплоты:

тг = Qпол / Qзатр .

147

Таблица 2.2

Низшая теплота сгорания горючих в воздухе

13.2. Общие сведения о системах отопления

Отопление – искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них тепловых потерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей комфортному значению для человека или других живых организмов.

Тепловые потери возникают при условии, если температура среды, окружающей объект обитания, становится ниже температуры воздуха внутри объекта. Для жилых помещений такие условия имеют место в зимний и части осенневесеннего периода времени.

Системы отопления делят на централизованные и местные. При централизованной системе от котельной установки теплоноситель с высоким энергетическим потенциалом по тепловым сетям поступает в тепловые пункты к теплообменным аппаратам. Здесь тепловая энергия трансформируется и передается другому теплоносителю, который и используется для отопления. Однако централизованные системы отопления экономически оправданы для общественнокоммунальной застройки и многоквартирных жилых домов. При рассосредоточенном расположении объектов целесообразны местные системы отопления от индивидуальных водонагревательных котлов, теплогенераторов, печей и т.п.

В зависимости от источника поступления теплоты в помещение различают следующие системы отопления: водяную, паровую, воздушную лучистую, печную. Для жилых сооружений наиболее распространено водяное отопление, для

148

производственных зданий, технологических процессов – также и паровое отопление. На рис. 13.1 приведена одна из схем водяного отопления.

Рис.13.1. Схема однотрубной системы отопления с нижней разводкой теплоносителя:

1 – подающая труба; 2 – нагревательные приборы; 3 – регулирующие вентили; 4 – трехходовой кран; 5 – перемычка; 6 – расширительный бачок; 7 –теплообменник; 8 – циркуляционный насос

Тепловую мощность системы отопления для конкретного сооружения определяют в процессе проектировочных работ. В основе расчетов положено уравнение теплового баланса. С целью поддержания в помещении заданного значения температуры должно выполняться условие баланса теплоты: количество тепловых потерь ̇тп должно быть равно количеству поступающей в помещение теплоты ̇под, т.е.

(13.6)

К тепловым потерям относят отвод теплоты из помещения теплопередачей через ограждения и теплоту, потребную на нагрев воздуха поступающего в помещение при приточной вентиляции и инфильтрации через окна, двери и т.п. Отсюда

Тепловая мощность, потребная для поддержания комфортной температуры в сооружении, определяется, прежде всего, предназначением объекта. В самом общем случае

тарей, конвекторов, калориферов, тепловентиляторов и т. п.);̇луч − лучистый поток солнечной энергии, попадающий

внутрь объекта;̇осв − мощность освещения;

∑ ̇жив.орг − теплота, выделяемая в единицу времени живыми организмами (людьми, животными, птицами, продуктами сельхозпроизводства);

∑ ̇эл.уст − суммарная мощность всех электроустановок (станков, электроплит, компьютеров и т.п.).

Как правило, при организации отопления объекта искомой является мощность отопительных приборов. Используя уравнение теплового баланса из (6.2) и (6.3) получим

При отсутствии проектной информации часовую тепловую нагрузку отопления отдельного сооружения можно ориентировочно оценить по выражению

от.х

кДж/м3∙ч ∙ К;

V − объем здания по наружному обмеру, м3;

150