Перфоровані повітроводи з плівкових полімерних матеріалів.

  Використання перфорованих повітроводів з полімерної плівки в системах повітряного опалення теплиць має значні переваги перед металевими (зменшення капітальних витрат та металоємності, відсутність корозії, прозорість для світла). Але з урахуванням великої довжини розподільних повітроводів у теплицях (30…100 м) та високого коефіцієнта теплопередачі крізь полімерну плівку необхідно враховувати зниження температури повітря при його русі в повітроводі (яке може бути до 10…20^оС ) за рахунок теплообміну з внутрішнім повітрям теплиці. При цьому рівномірну тепловіддачу за довжиною перфорованого повітроводу забезпечують за рахунок пропорційного підвищення подачі повітря від початку до його кінця. Тому, на відміну від традиційних методів розрахунку, які повинні забезпечити рівномірний розподіл повітря по довжині, перфоровані повітроводи з полімерної плівки розраховують на задану нерівномірність розподілу повітря. Методика такого розрахунку наведена в [1] і викладена нижче.

Методика дозволяє розраховувати теплотехнічні, аеродинамічні та конструктивні параметри перфорованих повітроводів постійного перерізу з поліетиленової (ПЕ) та полівінілхлоридної (ПВХ) плівки з рівномірно розміщеними отворами (d = 10…50 мм) на їх поверхні, які забезпечують рівномірну тепловіддачу за довжиною повітроводу (±5%). Методика використовується для розрахунку перфорованих повітроводів, які мають оптимальний параметр каналу 1,5 < ll £ 2 (де l - коефіцієнт опору тертя, l=l_п/d , а l_п – довжина перфорованого повітроводу), відносну довжину l=l_п/d=50…160  і діаметри d = 0,15 … 0,5 м.

Необхідні вихідні дані для розрахунку:

1. Теплова потужність системи повітряного опалення  - Q_оп , Вт;

2. Початкова температура нагрітого повітря
(при використанні полімерної плівки - не вище 60 ^oС) - t_in, ^oС;

3. Температура внутрішнього повітря в теплиці             - t_wz, ^oС;

4. Загальна довжина всіх ділянок повітроводу в системі повітряного опалення (головної магістралі)    - l, м

5. Довжина перфорованого повітроводу                           - l_п, м.

    Спочатку приймають конструктивну схему центральної системи повітряного опалення теплиці, визначають розрахункові ділянки магістральних повітроводів, які забезпечують подачу повітря від місця забору до перфорованих розподільних повітроводів. Далі визначають кількість паралельно прокладених перфорованих повітроводів в теплиці n та довжину кожної з розрахункових ділянок l_д .

Потім розраховують системи розподілу повітря в теплиці за методикою, яка наведена нижче.                                                                                                                   

1. Розраховують загальну витрату повітря в системі повітряного опалення

L = Q_оп (273 + t_in) / 342 ( t_in – t_wz) 10³, м³/с.                         (3.9)

2. Розраховують витрату повітря в початковому перерізі кожного перфорованого повітроводу

L_o = L / n, м/с,                                                (3.10)

де n – кількість перфорованих повітроводів в системі, шт.

3. Визначають оптимальний діаметр перфорованого повітроводу

d_oпт = 4,5 · l_п · (273 + t_in)^0,1 / L_o^0,1 ·10³, м.                          (3.11)                                  Діаметр приймають найближчий з ряду: d = 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5 м.

4. Знаходять швидкість руху повітря в початковому перерізі повітроводу

V_o = 1,27·L_o / d², м/c.                                       (3.12)

Швидкість повітря повинна бути в межах 8…25 м/с.

5. Уточнюють значення параметра каналу ll,що не повинно перевищити 2:

l l = 9 · l_п · (273 + t_in)^0,1 / d ·L_o^0,1 ·10³.                                            (3.13)             

Якщо параметр l l > 2, розрахунок повторюють при більшому діаметрі повітроводу чи іншій його схемі (наприклад, при меншій довжині).

6. Знаходять за номограмою (рис.1) значення коефіцієнта теплопередачі крізь стінку повітроводу, К_o, Вт/(м^{2 o}С), при початкових параметрах повітря (V_o, d, q_o= t _in – t_wz).

7. Знаходять за номограмою (рис.2) ступінь максимальної нерівномірності розподілу повітря e_A (e_A = W_max/W_min – відношення швидкостей повітря, яке витікає з отворів перфорації в кінці та на початку повітроводу) і відносну площу отворів перфорації f (f=f_o/F_п- відношення сумарної площі отворів перфорації до площі перерізу повітроводу) при попередньо розрахованих значеннях l та К_о /V_o.

8. Швидкості повітря, яке витікає з отворів перфорації (середню - W_ср, мінімальну - W_min , яка буде на початку повітроводу,  та максимальну - W_max, яка буде в кінці перфорованого повітроводу) визначають за формулами, м/с

W_ср = V_o / f,                                              (3.14)

W_min =  (V_o / f )·[2 / (e_A + 1)],                                 (3.15)

W_max = (V_o / f )·[2e_A / (e_A + 1)],                             (3.16)

9. Визначають орієнтовний діаметр отворів перфорації, який забезпечує нормовані швидкість та температуру повітря в зоні розташування рослин при W_max

d^¢_o = S ·W_д / 7,97·W_max [(t _wz + 273)/( t _in + 273)]^1/2, мм,          (3.17)

де W_д - допустима швидкість на осі струмини повітря в зоні рослин, яку приймають згідно з агрономічними умовами (звичайно W_д – не більше 2 м/с);

S   - мінімальна відстань від отворів перфорації до рослини (звичайно приймають S = 0,5…1 м).

При цьому орієнтовний діаметр d^¢_o закруглюють до 0,005 м в менший бік до d_o.

10. Визначають кількість отворів перфорації за прийнятим d_o:

n = f · d² / d_o² , шт.                                        (3.18)

11. Визначають крок між отворами перфорації

а_о= l_п · N / n, м,                                        (3.19)

де N-кількість рядів отворів, шт., приймають парним, тобто N=2,4,6,…

При цьому, за умови збереження міцності поліетиленової плівки треба виконувати вимогу а_о ³ 0,2 м

12. Розраховують необхідний тиск на початку перфорованого повітроводу

Р_n =  171·z ·V_o² / (t_in + 273), Па,                        (3.20)

де z - коефіцієнт загального опору повітроводу, що визначається за графіком (рис.3).

13. Розраховують загальний гідравлічний опір системи повітряного опалення за формулою (3.8).

14. За визначеними загальному гідравлічному опору D P та витраті повітря в системі повітряного опалення L підбирають радіальний вентилятор за загальновідомою методикою [6].

Розміщення перфорованих повітроводів з полімерної плівки здійснюється аналогічно повітроводам з муфтовими розподільниками, як правило, в нижній зоні шатра теплиці.

 

 

Рис. 1. Номограма для визначення коефіцієнта теплопередачі K _o крізь стінку перфорованого повітроводу з поліетиленової плівки (ПЕ)

    Рис. 2. Номограма для визначення відносної площі отворів перфорації ` f

Рис. 3. Номограма для визначення загального коефіцієнта опору повітророзподільника з поліетиленової плівки z

Приклади розрахунків.

Запроектувати системи опалення чотирьохпрогонової теплиці з огородженнями з полікарбонатної пластмаси “макролон” для вирощування томатів у місті Луганську. План теплиці надається.

Запроектувати систему повітряного опалення у прогонах 1, 2.

Запроектувати систему водяного опалення у прогонах 3, 4.

Для системи повітряного опалення розглянути два варіанти повітронагрівачів: а/ газові калорифери, б/ електрокалорифери.

Для системи повітряного опалення з електрокалориферами розглянути два варіанти розподілення повітря в теплиці:

1/ сталевими повітроводами змінного перерізу з листової сталі та муфтовими розподільниками,

2/ перфорованими повітроводами постійного перерізу з поліетиленової плівки.

Вихідні дані

1. Конструктивні розміри прогону теплиці:

довжина теплиці                                                         - А = 50 м,

ширина теплиці                                                           - Б = 9 м,

висота до низу ферми                                                - Н = 2,4 м,

висота ферми                                                               - h = 1,6 м.

2. Розподіл теплового навантаження для водяного опалення:

на опалення шатра                                                    - 70%,

на підпокрівельне та підлоткове опалення         - 30%.

3. Діаметр труб для всіх систем опалення           - d_у = 32 мм.

4. Кліматологічні дані для м. Луганська

Температура зовнішнього повітря
найбільш холодної доби                                          - t_ext = -29^oC.

5. Оптимальний температурний режим вночі

Температура внутрішнього повітря
для вирощування томатів                                         - t_wz = 16^oC.

6. Параметри теплоносія

Температура гарячої води                                        - t₁ = 105^oC.

Температура охолодженої води                             - t₂ = 70^oC.

7. Конструкція огородження теплиці                     - полікарбонатна пластмаса “макролон”

 

4.1 Визначення коефіцієнтів огороджень

4.1.1. Визначення коефіцієнта огородження для середнього прогону

               Коефіцієнт огородження знаходимо за формулою (1.2)

h_{огр с} = F_{огр с} / F_гр,

               де F_гр = 50·9 = 450 м² - площа ґрунту, м²;

                    F_{огр с} - площа огороджень середнього прогону (рис.4), м²

Перетинки з'єднувального коридору не враховуємо, бо вважаємо, що з'єднувальний коридор опалюється за рахунок обладнання, яке там розташовано.

F_{огр с} = 2 [ (0,5 (H + ( h + H)) 0,5 B) + A ((0,5 B)² + h²)^1/2 ],

F_{огр с} = 0,5 (2 H + h) B + 2 A (0,25 B² + h²)^1/2,

F_{огр с} = 0,5 (2·2,4 + 1,6)·9 + 2·(0,25·9² + 1,6²)^1/2 = 506,4 м².

Тоді                       h _{огр с} = 506,4 / 450 = 1,125.

4.1.2. Визначення коефіцієнта огородження для крайнього прогону

               Коефіцієнт огородження знаходимо за формулою (1.2)

h _{огр к} = F_{огр к} / F_гр,

де F_{огр к} - площа огороджень крайнього прогону (рис.4), м².

Перетинки з'єднувального коридору не враховуємо, бо вважаємо, що з'єднувальний коридор опалюється за рахунок обладнання, яке там розташовано.

F_{огр к} = F_{огр с} + A· Н,

F_{огр к} = 506,4 + 50· 2,4 = 626,4 м².

Тоді

                                   h _{огр к} = 626,4 / 450 = 1,392.

4.2 Визначення тепловтрат

 

Тепловтрати крізь огородження середнього та крайнього прогонів розраховуємо за формулою (1.1):

Q_{оп с} = 2,9·450·[16 – (-29)]·1,125·1,25 = 82607 Вт,

 Q_{оп к} = 2,9·450·[16 – (-29)]·1,392·1,25 = 102182 Вт.

Сумарні тепловтрати крізь огородження теплиці (для всієї теплиці)

Q_оп = 2 Q_{оп к} + (n_т - 2) Q_{оп с},

Q_оп = 2·102182 + (4-2)·82607 = 369579 Вт,

де n _т – загальна кількість прогонів багатопрогонової теплиці, шт.

 

4.3 Розрахунок системи водяного опалення шатра теплиці

 

4.3.1. Визначаємо температурний напір для заданих умов:

Dt _т = 0,5 (t₁ + t₂) – t_wz,

Dt _т = 0,5 · (105 + 70) – 16 = 71,5^oC.

4.3.2. Визначаємо потрібну кількість труб у кожній системі та дійсну тепловіддачу кожної системи за умов забезпечення мінімального навантаження на підпокрівельну та підлоткову систему не менше ніж h_c = 30% від загального навантаження, а також з метою заощадження теплоти та металу, компенсуємо кожною наступною системою перевищень тепловіддачі попередньої системи.

Розрахунок наведено у таблиці 4.1.

4.3.3. З урахуванням даних табл. 4.1 за кількістю труб, які необхідно встановити в кожній системі водяного опалення, та за заданою довжиною теплиці проектуємо системи водяного опалення для середнього та крайнього прогону теплиці. Розміщення регістрів з сталевих труб систем водяного опалення наведені на рис. 4, 5, 7-10.

 

                                                                                           Таблиця 4.1

Розрахунок систем водяного опалення шатра теплиці

Cистема	ВС-1С	ВС-1К	ВС-2П	ВС-2К	ВС-3С	ВС-3К
Кількість систем, nс	nc=1	nк=1	2nк+ +nc=3	nк=1	nc=1	nк=1
Формула потрібного теплового навантаження	Qоп с hс 10-3	Qоп к hс 10-3	(Qоп с - Qвс-2с)/2	[QS - (2 nc + nк) QВС-3П- -nc QВС-2С - nк QВС-2К]/nк	[QS - (2 nc + nк) QВС-3П- -nc QВС-2С - nк (QВС-2К + QBC3K+QBC4K)]/nc	[QS - (2 nc + nк) QВС-3П- -nc QВС-2С - nк (QВС-2К + +QBC3K)]/nк
Потрібне теплове навантаження,   Q, Вт	24782	30655	27420	29191	Не потр.	465
Діаметр труб,   dy, мм	32	32	32	32	-	32
Коефіцієнт тепловіддачі, ko, Вт/м2°C за табл. 2.1.	14,6	14,6	12,8	12,8	-	14,6
Потрібна площа поверхні, F=Q/k Dtт, м2	23,74	29,37	29,96	31,90	-	0,45
Площа одного погонного метра труби,         f, м2/м за табл.2.2	0,133	0,133	0,133	0,133	-	0,133
Потрібна довжина труб,                      l = F / f, м	178,50	220,79	225,27	239,82	-	3,35
Потрібна кількість труб,                      nп = l / А	3,6	4,4	3,8	4,1	-	0,1
Прийнята кільк.труб, n	4	6	4	4	-	2
Дійсна тепловіддача,        Q = n l1 f k Dtт, Вт	27768	41652	28726	28726	0	13884
Потужність однотипних систем, Qsi=Q nсис, Вт	27768	41652	86179	28726	-	13884

Загальна тепловіддача систем опалення Q_S =  SQ_Sі = 198208 Вт.

Загальні тепловтрати середнього та крайнього прогону теплиці,

Q_S =  82607+102182 =184789 Вт.

Запас теплової потужності                    DQ=198208-184789=13419 Вт.

Розбіжність                                  100·13419/184789=7,26% < 20%.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: