|
№
|
Наименование
|
Количество
|
|
|
2005
|
2006
|
2007
|
2008
|
2009
|
|
3
|
Погружной
электронасос БЦМ
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
4
|
Сварочный
трансформаторТДС-305
|
1
|
2
|
2
|
2
|
2
|
Из таблицы видно, что в хозяйстве в 2006 году
приобрели один сварочный трансформаторТДС-305 и в 2007 году один оросительный
насос АБТ-4. Протяженность всей электрической линии по производству составляет
300 метров.
.8 Характеристика существующего
тепличного хозяйства в ООО «Росток» и обоснование дипломного проекта
На территории хозяйства ООО «Росток» построены
три теплицы с пленочным покрытием длиной 60м, шириной 24м каждая, площадь одной
теплицы составляет 1440 м2.
К недостаткам электрификации тепличного
хозяйства можно отнести следующие:
отопление осуществляется путем подогрева воды
электричеством, без автоматического регулирования температуры;
вентиляция теплицы только естественная,
производиться открыванием дверей, которые расположены параллельно друг другу;
по графику полив сельскохозяйственных культур
делается один или два раза в сутки,
по длине всей теплицы расположено четыре лампы
накаливания, которые недостаточно обеспечивают освещенность рабочей зоны в
темное время суток.
Все эти недостатки в отоплении, вентиляции,
поливе и освещении указывают на то, что предприятие несет определенные убытки в
тепличном хозяйстве.
Для устранения всех этих недостатков
целесообразно:
введение в систему автоматического регулирования
воздухообмена;
полив растений в теплице целесообразно проводить
в автоматическом режиме по заранее заданной программе автоматического
управления, что сократит затраты ручного труда;
при проектировании необходимо провести более
точный расчет необходимого для растения уровня освещенности, что позволит
ускорить рост растений и их качество;
использовать в системе оригинальный солнечный
котел с жалюзями, для получения дополнительного тепла и охлаждения при
необходимости тепличного помещения, что даст экономию затрат традиционных
источников тепла, (в нашем случае затрат на электроподогрев и принудительную
вентиляцию).
РАЗДЕЛ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 Обзор технологий, для обеспечения
микроклимата
Автоматическое управление позволяет поддерживать
в теплице заданные технологические параметры микроклимата. Кроме того, это дает
существенный экономический эффект, так как обеспечивает оптимальные условия
выращивания растений и разных овощных культур при наименьших расходах теплоты
на обогрев теплиц.
Основные функции системы автоматического
регулирования заключаются в следующем:
автоматическое регулирование температуры
воздуха;
автоматическое регулирование обогрева;
автоматическое управление осветительными
установками;
автоматическое управление циркуляцией воздуха.
Портативный измеритель температуры ИВТМ - 7
Прибор предназначен для измерения температуры, а
также для определения других температурных характеристик воздуха. В качестве
чувствительного элемента измерителя температуры используется пленочный терморезистор,
выполненный из никеля. Принцип работы прибора основан на преобразовании емкости
датчика влажности и сопротивления датчика температуры в частоту с дальнейшей
обработкой ее с помощью микроконтроллера.
2.2 Оборудования для микроклимата
Оборудование (рис.2.1 и рис2.2), разработанное
головным конструкторским бюро (г. Москва) по механизации овощеводства,
предназначено для автоматического поддержания оптимального микроклимата в
теплицах площадью до 1500 м2. Регулирование температуры воздуха в
сторону повышения происходит за счет включения дополнительного обогрева, а в
сторону понижения - за счет усиления естественной вентиляции через форточки.
Влажность регулируют периодическим распылением воды в воздух.
В систему регулирования температуры входят датчики
температуры, два калорифера, два электромагнитных вентиля. Датчиками
температуры служат электроконтактные термометры типа ТК-6 с регулируемой
магнитной головкой.
Два из них регулируют температуру днем, два -
ночью, а один сигнализирует об аварийном снижении температуры.
Один из термометров каждой пары устанавливают на
верхний предел задаваемого диапазона температур, другой - на нижний. При
получении сигнала от датчика температуры на включение отопления вступают в
работу двигатели калориферов и электромагнитные вентили, открывающие доступ
теплоносителя к калориферу.
Система увлажнения воздуха включает в себя
датчики влажности, трубопроводы, распылители, насосную станцию, регулятор
температуры воды. Датчиком влажности служит двухпозиционный камерный влагорегулятор
ВДК, включенный в электрическую цепь системы увлажнения. Необходимое значение
влажности задают, настраивая влагорегулятор.
Пластмассовые трубопроводы подвешивают на
растяжках под кровлей вдоль теплицы в три линии с расстоянием 3...3,5 м от
кровли теплицы и с шагом в линии 3 м. Распылители 10, прикрепляемые к трубам,
представляют собой капроновые насадки с двумя отверстиями (диаметром 0,4 мм
каждое), расположенными строго соосно, благодаря чему струйки воды, выходящие
из них под давлением, сталкиваясь, разбиваются в мельчайшую пыль, которая
образует вокруг распылителей веер, достигающий 2 м в диаметре. Распылители
закрепляют на трубопроводах в шахматном порядке с шагом в линии 3 м. Для сбора
воды и отвода капель, образующихся на трубах при распылении и от конденсации
паров воды из воздуха, под
Рис. 2.1 Схемы оборудования теплицы:
- электроконтактный флюгер; 2 - калорифер; 3 -
ручной вентиль; 4 - электромагнитный вентиль; 5 - привод открывания форточек; 6
- шкаф управления; 7 - насос; 8 - водоподогреватель; 9 - желоб; 10 -
распылители воды; 11 - шкаф с датчиками.
Рис. 2.2 Управление оборудованием микроклимата
теплицы (схема электрическая функциональная).
трубами устанавливают желоба 9, по которым вода
стекает в канализацию. Насосная станция, предназначенная для подачи к
распылителям теплой воды под постоянным давлением, состоит из бака
подогревателя 8 и центробежного насоса 7 типа 2КМ-6 с электродвигателем.
Уровень воды в баке поддерживается поплавковым клапаном, а ее температура -
автоматическим регулятором прямого действия типа РТ, установленным на входном
патрубке змеевика, по которому пропускается подогретая вода.
В узел вентиляции входят фрамуги с приводом 5 от
двух электродвигателей через червячные редукторы и четыре барабана с канатной
системой и блоками. Форточки могут быть открыты с правой или левой стороны
теплицы или с обеих сторон одновременно.
Для подачи команды на открытие форточек с
подветренной стороны применен электроконтактный флюгер 1, устанавливаемый на
крыше теплицы. В зависимости от направления ветра кулачок вращающейся части
флюгера воздействует на микропереключатель и замыкает цепь включения вентиляции
левой или правой стороны теплицы. В шкафу управления предусмотрен выключатель SА5,
блокирующий контакты флюгера для включения вентиляции с двух сторон. Шкаф
управления устанавливают в помещении (вне теплицы), где условия не препятствуют
нормальной работе электрооборудования.
Программы работы систем задаются программным
реле времени 2РВМ с приставкой, позволяющей получить выдержки в 0.5..3 мин
через нужные промежутки. Реле 2РВМ имеет диск настройки с резьбовыми
отверстиями под штифты в два ряда (для двух программ). Минимальное время
уставки первой программы 15 мин, второй - 20 мин. Через установленное время штифты
нажимают на микровыключатели, замыкаются цепи питания реле, которые включают
цепи соответствующих программ. Первая программа задает дневной или ночной режим
работы, вторая периодически (через каждые 60 мин) включает систему увлажнения с
заданной длительностью впрыска (до 2 мин).
В дневном режиме работы замыкаются контакты реле
времени КТ1, срабатывает реле КL1
и включает цепи датчиков температуры дня SК1,
SК3 и влажности
воздуха Sφ. Термометр SК1
устанавливается на верхний предел регулируемой температуры (например, 28 °С), а
SК3- на нижний
(например, 25 °С), Если температура станет ниже 25°С, контакты датчика SК3
размыкаются, реле лишается питания, контакты КL3
в цепи реле КL5 замыкаются. Реле
КL5 через пускатель
КМ4 включает электродвигатели М4 и М5 калориферов вентиляторов и электромагниты
вентилей УА1, УА2, открывающих доступ теплоносителю в калориферы.
Электромагниты вентилей после срабатывания
теряют питание, однако вентили, удерживаемые механическими защелками, остаются
открытыми, а контакты в цепи электромагнитов защелок закрываются (вентили
подготавливаются к закрытию). Когда температура достигает 25°С, контакты SK3
замыкают цепь реле КLЗ, которое
разрывает цепь питания реле КL5,
катушка пускателя КМ4 исключается из цепи тока, одновременно подается импульс
на электромагниты защелок УА31, УА32 и вентили закрываются, а катушки защелок
оказываются отключенными.
Если температура в теплице превысит 28°С,
замкнутся контакты термометра SК1,
оживится реле КL2 и замкнет
цепь питания обмотки реле КL6
или КL7 в зависимости от
положения флюгера Ф (при установке двухсторонней вентиляции - одновременно оба
реле), а реле замкнет цепь питания катушек пускателей К.М2В или КМЗВ, которые
включат электродвигатели приводов, открывающих форточки. Шайбы на тросах форточек
нажмут на концевой выключатель SQ1
или SQ3 и
остановят двигатели, оставляя форточки открытыми.
Когда температура понизится до 28°С, цепь
питания реле KL2
разорвется, контакты его в цепи реле КL6
и KL7 откроются, реле КL6
или К.L.7 потеряет питание
и его контакты замкнут цепь пускателя КМ2Н или КМ3Н, двигатели реверсируются,
форточки закроются. После этого выключатель SQ2
или SQ4 отключит
двигатель. При понижении температуры до аварийно низкой разомкнутся контакты
датчика SК5; выводя из цепи
тока реле КL8, включатся
звуковой и световой сигналы.
Когда закрываются контакты реле времени КТ2 по
второй программе и в случае уменьшения относительной влажности воздуха в
теплице по отношению к заданной, замыкаются контакты датчика влажности Sφ.
Реле КL4 включает пускатель
KМ1 двигателя
привода насоса бака водоподогревателя и электромагнитный вентиль УАО системы
увлажнения, и вода поступает к распылителям. Через заданное время контакты реле
времени КТ2 размыкаются, реле КL4
лишает питания пускатель и электромагнит вентиля УАО. Впрыск прекращается. О
работе системы сигнализируют лампы НL1...НL7.
В ночном режиме работы контакты КТ1 разомкнуты,
поэтому цепи реле KL1
и КL4 открыты, система
увлажнения не работает, системой обогрева управляют датчики SК2
и SК4. Автоматические
выключатели QF1…QF4
служат для включения и защиты двигателей.
2.3 Теплофизический расчет теплицы
.3.1 Назначение теплофизического
расчета
Теплофизический расчет устанавливает
аналитическую связь между требуемыми параметрами микроклимата в теплице и необходимыми
для их обеспечения потоками тепла и вещества, взаимодействующих в сооружении.
Это средство количественного анализа закономерностей регулирования
энергетического режима в теплице. Сооружение рассматривают как единую
энергетическую систему, включающую в себя отопление, вентиляцию и теплотехнику
ограждающих конструкций [6].
2.3.2 Этапы теплофизического расчета
1 этап. Составление расчетной схемы тепло- и
массообмена в сооружении.
этап. Составление системы уравнений
энергетического баланса сооружения, соответствующих принятой расчетной схеме и
представляющих собой физико-математическую модель формирования энергетического
режима в теплице.
этап. Приведение системы балансных уравнений к
расчетному виду подстановкой численных выражений.
этап. Численное решение системы балансных
уравнений.
2.3.3 Принятые допущения
При составлении расчетной схемы энергетического
режима теплицы приняты следующие допущения:
ночной режим сооружения;
массообменные процессы происходят только в
рабочей зоне;
экран (растения) как худший случай с точки
зрения энергетической обеспеченности сооружения не учитывают, так как при
наличии экрана снизится лучистый тепловой поток от почвы к ограждению;
влияния продуктов жизнедеятельности растений на
влажностный режим в сооружении также не учитывают, так как ночью транспирация
растений равна нулю;
осредненные величины температур поверхностей
ограждений, почвы, слоев воздуха, потоков тепла и массы;
условия протекания процессов тепло- и
массообмена в сооружении и снаружи стационарные;
термическим сопротивлением ограждения
пренебрегают.
2.3.4 Расчетная схема теплообмена в
пленочной теплице
Расчетная схема энергетического баланса
пленочной теплицы в ночное время представлена на рисунке 2.3. Эта схема
учитывает затраты тепла на инфильтрацию QВ,
испарение из почвы QИ,
конденсацию влаги на внутренней поверхности ограждения теплицы Qконд.
2.3.5 Физико-математическая модель
формирования энергетического режима в теплице с одинарным покрытием
На основании принятой расчетной схемы
энергетического режима теплицы составляют системы уравнений теплового баланса,
в которых учитывают потоки двух категорий [6].
Рис. 2.3. Расчетная схема энергетического
баланса теплицы с техническим обогревом для ночного времени, с одинарным
ограждением.
К первой категории относятся переменные потоки
тепла и массы, которые регулируются отопительно-вентиляционными устройствами. В
систему балансных уравнений они входят как неизвестные величины, подлежащие
определению.
Вторую категорию составляют потоки,
характеризующие тепло - и массообмен на поверхностях почвы, ограждения и в
объемах теплицы, связанные с фазовыми превращениями, конвективным и лучистым
теплообменом, теплопроводностью почвы. Их численно выражают через параметры,
определяющие энергетическое состояние системы: геометрические и физические
константы, параметры наружного и внутреннего воздуха. Теплицу рассматривают,
как некоторое пространство, заполненное однородным, хорошо перемешиваемым газом
и ограниченное тонкой полупрозрачной дырчатой оболочкой, а также поверхностью
полуограниченного массива [7].
Методический подход к составлению уравнений
теплового баланса для пленочной теплицы принимают в соответствии с
рекомендациями Гипронисельпрома [8].
Уравнение теплового баланса для теплицы в целом
Qш+Qп=Qп.г+Q+к2+Q+л2+Qв
(2.1)
где Qш
и Qп
- установленная тепловая мощность (тепловой поток) соответственно систем
шатрового и почвенного обогрева, Вт; Qп.г
и Qв
- тепловые потоки потерь соответственно в грунтовый массив и на инфильтрацию,
Вт; Q+к2-
тепловой поток в результате теплообмена конвекцией наружной поверхности
ограждения с окружающим воздухом, Вт; Q+л2-
лучистый тепловой поток от наружной поверхности ограждения, Вт.
Уравнение теплового баланса для поверхности
почвы в теплице
Qп
= Qп.г
+ Qко
+ Qл.о
+ Q и,
(2.2)
где Qко
- конвективный тепловой поток от почвы к воздуху в рабочей зоне теплицы, Вт; Qл.о
- лучистый тепловой поток от поверхности почвы в теплице, Вт; Q
и
- тепловой поток, характеризующий затрату теплоты па испарение влаги из почвы,
Вт.
Уравнение теплового баланса на поверхности
ограждения теплицы
Q-к2+Q-л2+Qконд
= Q+к2+Q+л2
(2.3)
где Q-к2-
тепловой поток в результате теплообмена конвекцией внутренней поверхности
ограждения с воздухом в рабочей зоне, Вт; Q-л2-
лучистый тепловой поток от внутренней поверхности ограждения, Вт; Qконд
- тепловой поток, характеризующий выделение теплоты при конденсации пара на
внутренней поверхности ограждения, Вт.
2.3.6 Выражение тепловых потоков
потерь через определяющие их параметры для теплицы
С пленочным ограждением:
Qп.г=
(2.4)
где:tо6 и tн-температура
соответственно обобщенная и наружного воздуха, °С; F -
поверхность почвы в теплице, м2; Rср0 -
средневзвешенная по площади величина сопротивления теплопередаче почвы
(принимается по данным [9]);
(2.5)
где Спр-приведенный
коэффициент излучения; τ2 -
температура поверхности ограждения теплицы, °С;
Спр =
(2.6)
где 
и 
- степень
черноты соответственно почвы и ограждения; F2 -
поверхность ограждения, м2;
(2.7)
где F0 -
поверхность почвы в теплице, примыкающая к наружному ограждению и имеющая
ширину 2 м, м2; F2.0 и F3.0 - то же,
отстоящая от продольного наружного ограждения соответственно на 2 и 4 м, м2;
F4.0- остальная
поверхность почвы, отстоящая на 6 м от продольных наружных ограждений, м2.
Qко
(2.8)
где Аз - коэффициент для расчета
конвективного теплообмена (является функцией температур поверхности теплообмена
и окружающего воздуха, определяется по данным, приведенным в [10]); m - коэффициент
для расчета конвективного теплообмена, равный 1,3 при 
0
>
t и 0,7 при 0 <
; 0 и -
температура соответственно поверхности почвы и воздуха в рабочей зоне, °С.
Qл.о=Спр
(2.9)
где t2 -
температура поверхности ограждения теплицы, °С.
(2.10)
где r0= 693 -
0,66; t0ж - удельная
теплота испарения, Вт ч/кг (t0ж -
температура жидкости, °С); η = 0,8 - коэффициент неполноты водности [8]; ß - коэффициент
массообмена, м/ч; 
-
концентрация пара при 100%-ном насыщении и температуре поверхности почвы, кг/м3;
р -
относительная влажность воздуха в рабочей зоне, % ; 
-
концентрация водяного пара насыщенного воздуха в рабочей зоне при температуре tp кг/м3;
Р6 - барометрическое давление, мм рт. ст.;
(2.11)
где D -
коэффициент диффузии, м2/ч; L1= vF0 / определяющий
размер, м; q - ускорение
силы тяжести, м2/с; v - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с
(принимают при tопр [11], γtp и γτо - плотность
воздуха при температуре соответственно в рабочей зоне и поверхности почвы кг/м3
D=0,00754
(2.12)
где tопр-
определяющая температура 0С;
tопр=
(2.13)
γtp=1.293
(2.14)
где 
-упругость (парциальное давление)
насыщенного водяного пара при температуре tp, мм. рт.ст;
γτо=1,293
(2.15)
где 
-упругость насыщенного водяного пара
при температуре tо, мм. рт.ст;
=(Fв2+0,7Fн2)
(2.16)
где Fв2 и Fн2 - площадь
соответственно вертикальных и наклонных ограждений теплицы, м2; -
коэффициент, зависящей от температуры
[10]; t2-
температура наружного ограждения 0С.
=Спрkп
(2.17)
где kп-
коэффициент поглощения длинноволнового излучения, равный 0,88 для теплиц и 0,93
- парников и малогабаритных укрытий [6].
Qконд= rc 
2.210-6(0.5tp+0.5τ2+273)0.42
(2.18)
где 
- разность объемного содержания
пара в воздухе, %; 
- принимают
при [11]; F2 -
поверхность наружного ограждения теплицы, м2;
= 100
(2.19)
где 
- упругость насыщенного водяного
пара при τ2, мм рт. ст.
=ак2(τ2-tн)F2, (2.20)
где ак2- рассчитанный
коэффициент теплоотдачи конвекций наружного ограждения теплицы, Вт/(м2 •0С);
=3,7
(2.21)
где - коэффициент теплоотдачи
конвекцией для наклонного участка ограждения, Вт/(м2•°С); 
-
скорость ветра, м/с; L - наименьший размер сооружения в
плане, м;
=10
, (2.22)
где -коэффициент теплоотдачи конвекцией
для вертикального участка ограждения, Вт/(м2•°С);
= 
(2.23)
=Qэф+Qокр, (2.24)
где Qэф -
эффективное излучение наружной поверхности ограждения в окружающее
пространство, Вт; Qокр-лучистый теплообмен
наружной поверхности ограждения с окружающими почвой и строениями, Вт;
Qэф=5,67[
(0,27-0,007φн
)•(1-с/
)
(
)+
-]•
(Θ)F2
5,67•(Θ)F2[(0,814tн+55,55)•(0,27-
0,007φн)•(1с/)()+0,814(τ2-tн)]; (2.25)
где ()- функция, учитывающая ориентацию
ограждения; - степень
черноты ограждения теплицы; φн -
относительная влажность наружного воздуха; - упругость насыщенного водяного
пара при температуре tн мм рт. ст.;
с' - коэффициент, зависящий от широты местности (0,74 для 55° с, ш', 0,7 для
45° с. ш.); n0 -облачность
в долях единицы; (Θ)= 1
-функция, учитывающая взаимное расположение теплицы и окружающих строений, для
отдельно стоящего сооружения [6];
()=
(2.26)
где
=0,5 для облачного неба и 0,35-
безоблачного [6]; - угол наклона
кровли теплицы (
);
Qокр=5,67
φопF25,67 φоп F2 . 0.814(τ2-tн), (2.27)
где- степень черноты поверхности почвы;
φоп-
коэффициент облученности системы «ограждение - почва и здание»;
φоп=0,5
; (2.28)
где γtн- плотность
наружного воздуха, кг/м3
.3.7 Расчет суммарных тепловых
потерь для теплицы с пленочным ограждением, покрытым конденсатом
Определяют коэффициент теплопередачи
через стены теплицы [6]
=
(2.30)
Коэффициент теплопередачи через
одинарную пленку, покрытую конденсатом[6, 7]
= 1,1, (2.31)
Потребное количество теплоты на
обогрев пленочной теплицы
+
=(F2+
)(tp-tн)
(2.32)
Установленные тепловые мощности
почвенного нагревательного устройства и шатрового
определяются из следующих выражений:
= 
(+); (2.33)
=
(+); (2.34)
2.3.8 Расчет тепловой мощности
оборудования пленочной теплицы
Требуется рассчитать установленную
тепловую мощность нагревательных устройств для обогрева почвы и шатра в
пленочной теплицы, расположенной в Южной климатической зоне и предназначенной
для производства саженцев и различных видов рассады.
Исходные заданные: tн= -150С;
tр=7 0С;τ0=200С;
φн= 80%; φр=70%; =5 м/с; =0,96; =0,94; F0=1440м2;
F2=2045м2;
Fв2=394м2;
Fн2=1651м2;
L=30м; L1=
Определить и .
Последовательность расчета показана в табл. 2.1. Из расчета следует, что без
учета тепла, вносимой солнечной радиацией, теплица должна иметь только
почвенное нагревательное устройство удельной установленной мощностью 236 Вт/м2.
Таблица 2.1 Последовательность
расчета
|
Номер
формулы
|
Обозначение
|
Результаты
расчета
|
Размерность
|
Примечание
|
|
2.6
|
спр
|
522
|
|
=0,96, =0,94; F0=1440м2;
F2=2045м2;
|
|
2.5
|
tоб
|
7,1
|
0С
|
τ2=-90С
|
|
2.7
|
Rср0
|
10,53
|
м2•0С
/Вт
|
F1=F2=F3=96 м2;
F4=864 м2
|
|
2.4
|
Qп.г
|
3023,5
|
Вт
|
tо6=7.10С; Rср0=10,53
м2•0С /Вт
|
|
2.8
|
Qко
|
78635,7
|
Вт
|
Аз=1,375;m=1,3
|
|
2.9
|
Qл.о
|
177441,8
|
Вт
|
τ2=-90С
|
|
2.12
|
D
|
22,97•10-6
|
м2/с
|
tопр=13,50С;Рб=760мм.рт.ст.
|
|
2.14
|
γtp
|
1,256
|
кг/м3
|
=7,492
мм.рт.ст.
|
|
2.15
|
γτо
|
1,194
|
кг/м3
|
=17,53
мм.рт.ст.
|
|
2.11
|
 5,9м/чv=14,47•10-6
м2/с; L1=37,95м
|
|
|
|
|
2.10
|
Q и
|
54567,7
|
Вт
|
r0=679,8Вт•ч/кг; η=0,8;  =17,2•10-3
кг/м3; р=0,7;  =7,7•10-3
кг/м3
|
|
2.16
|
91274,9Вт=1,455; τ2=-90С
|
|
|
|
|
2.17
|
156148,3Вт =177441,8
Вт;
kп=0,88;
|
|
|
|
|
2.19
|
0,39 =2,267 мм.рт.ст.;
|
|
|
|
|
2.18
|
Qконд
|
39200
|
Вт
|
rc=693
Вт•ч/кг; =13,2•10-6
м2/с
|
|
2.21
|
2,7Вт/(м2
•0С) γн=1.368 кг/м3;
=0,5 м/с
|
|
|
|
|
2.22
|
22,4Вт/(м2
•0С)-
|
|
|
|
|
2.23
|
105Вт/(м2
•0С)-
|
|
|
|
|
2.20
|
128835Втτ2=-90С
|
|
|
|
|
2.26
|
()0,77=0,35;cos=0,866
|
|
|
|
|
2.28
|
оп0,1Fв2=394м2;
F2=2045м2;
|
|
|
|
|
|
2.25
|
Qэф
|
147948,6
|
Вт
|
с'=0,77;
n0=0; τ2=-90С;
=1,4
мм.рт.ст.; =0,94
|
|
2.27
|
Qокр
|
5110,6
|
Вт
|
оп=0,1; =0,96
|
|
2.29
|
Qв
|
30486
|
Вт
|
γtн=1,368
кг/м3;
γtр=1,261
кг/м3; Qпг из (4); из (9); =(25)
|
|
2.24
|
153059,2Вт-
|
|
|
|
|
2.2
|
Qп
|
313668,7
|
Вт
|
-
|
|
2.1
|
Qш+Qп
|
315404
|
Вт
|
-
|
|
2.30
|
6,3Вт/( м2
•0С)-
|
|
|
|
|
2.32
|
+340270Вт=6,9 Вт/(
м2 •0С)
|
|
|
|
|
2.31
|
6,9Вт/( м2
•0С)-
|
|
|
|
|
2.33
|
340270ВтНужен
только почвенный обогрев при удельной установленной тепловой мощности 236
Вт/м2
|
|
|
|
2.4
Физико-математическая модель формирования энергетического режима в теплице с
дополнительными разработками
При выращивании саженцев, рассады и другой
растительности имеющей высоту перед высадкой в открытый грунт не более 0,25 м,
нет необходимости обогревать всю теплицу высотой 3,2-4 м. Достаточно обогреть
только рабочую зону высотой 0,3 м, оградив ее от объема теплицы малогабаритными
укрытиями. Такой обогрев, называемый зонным, позволяет уменьшить расход теплоты
на выращивание рассады и снизит, удельную тепловую мощность нагревательных
устройств теплицы. Расчетная схема энергетического режима теплицы с зонным
укрытием рабочего объема, в котором развивается рассада, показана на рис, 2.4.
Рис.2.4 Расчетная схема энергетического баланса
теплицы с техническим обогревом для ночного времени с зонным укрытием
В рабочей зоне I
действуют тепловые потоки от нагревателя, заложенного в почву, Qп
и шатрового нагревателя Qш,
смонтированного под зонным укрытием.
Тепловые потоки потерь представлены
затратами тепла на испарение Qи,
инфильтрацию Qвр а также
лучистые и конвективные потоки Qло 
, Qко и 
. На
внутренней поверхности зонного укрытия, покрытой конденсатом, действует поток Qконд,
учитывающий фазовое превращение водимого пара в воду. В нерабочем объеме II действуют
только потоки потерь из инфильтрацию Qв1 а также
лучистый и конвективный Q+л1, Q-л2, Q+к1 и Q-к2. Внутренняя
поверхность наружного ограждения бывает покрыта необильным конденсатом и, ввиду
его незначительности, выделениями тепла при конденсации можно пренебречь.
2.4.1 Уравнение теплового баланса
для рабочей зоны I
Qш+Qп=Qп.г + Q+л1+ Q+к1 +Qвр
(2.35)
где Qш и Qп-
установленные тепловые мощности шатрового и почвенного нагревателей, Вт; Q+л1 - лучистый
тепловой поток от наружной поверхности зонного укрытия к внутренней поверхности
наружного ограждения, Вт; Q+к1 -
конвективный тепловой поток от наружной поверхности зонного укрытия к воздуху в
объеме II, Вт; Qвр -тепловой
поток потерь тепла на инфильтрацию в зоне I, Вт.
2.4.2 Уравнение теплового баланса
для рабочей зоны II
Q+л1+ Q+к1 = Q+л2+ Q+к2 +Qв1 (2.36)
где Qв1- тепловой
поток потерь на инфильтрацию в зоне II, Вт.
.4.3 Уравнение теплового баланса для
поверхности почвы
Qи+ 
= Qп.г + Qко + Qл.о + Q и, (2.37)
где - составляющая теплового потока
шатрового нагревателя, участвующая в теплообмене с поверхностью почвы, Вт: Qи -затраты
теплоты на испарение влаги из почвы, Вт; Qл.о и Qко -тепловой
поток потерь с поверхности почвы под зонным укрытием соответственно
лучеиспусканием и конвекцией, Вт,
2.4.4 Уравнение, теплового баланса
для поверхности зонного укрытия
+ Qконд +Q-к1+Q-л1 = Q+к1+Q+л1 (2.38)
где - составляющая теплового потока
шатрового нагревателя, участвующая в теплообмене с поверхностью зонного
укрытия, Вт; Qконд - тепловой
поток, характеризующий выделение теплоты па внутренней поверхности зонного
укрытия при конденсации влаги, Вт: Q-л1 - тепловой
поток в результате теплообмена лучеиспусканием между внутренней поверхностью
зонного укрытия и поверхностью почвы, Вт; Q-к1 - тепловой
поток в результате теплообмена конвекцией между внутренней поверхностью
ограждения и воздухом рабочей зоны I, Вт.
2.4.5 Уравнение теплового баланса на
поверхности наружного ограждения теплицы
Q-к2+Q-л2=Q+к2+Q+л2, (2.39)
где Q-л2 - тепловой
поток в результате теплообмена лучеиспусканием между внутренней поверхностью
наружного ограждения и поверхностью зонного укрытия, Вт; Q-к2- тепловой
поток в результате теплообмена конвекцией между внутренней поверхностью
наружного ограждения и воздухом в зоне II, кВт.
2.4.6 Уравнение теплового баланса
для всего сооружения в целом
Qш+Qп=Qп.г+Q+к2+Q+л2+Qв1+ Qвр (2.40)
2.4.7 Тепловые потоки потерь теплицы
с зонным обогревом выражают через определяющие их параметры
Учитывая, что поверхности ограждения
теплицы из полимерных пленок бывают, покрыты конденсатом, препятствующим
пропусканию длинноволновой радиации, выражения для определения потоков потерь
лучеиспусканием принимают такими же, как для сооружений со стеклянными
покрытиями, с последующей поправкой на коэффициент теплопотерь.
С учетом этого допущения выражения
для тепловых потоков потерь принимают следующий вид: Qп.г по формуле
(4); tоб - (5); Rср0-(7);
Qко - (8); Q и - (10); - (11); Д -
(12); Qконд - (18): - (19) с
заменой τ2 на τ1 и F2 на F1/: -(20); , , -
соответственно (21), (22) и (23); Q+л2- (24); Qэф - (25) и Qокр - (27).
Тепловые потоки, действующие под
зонным укрытием, в объеме I выражены в следующем виде [10]
Qл.о=cпр
(2.41)
где cпр-
приведенный коэффициент облучения; τ0 на τ1-
температура поверхности соответственно почвы и зонного укрытия, °С
Спр =
(2.42)
где и 
-степень
черноты соответственно почвы и пленки; F0 и F1 - площади
почвы и поверхности зонного укрытия, м2.
Q-л2=kпQло≈0,93Qло, (2.43)
где kп -
коэффициент, учитывающий поглощение лучистой энергии воздушной средой.
Q-к1=(Fв1+0,7Fн1) 
(2.44)
где Fв1 и Fн1 - площади
соответственно вертикальной и наклонной поверхностей зонного укрытия, м2;
tp-
температура воздуха, под зонным укрытием, °С; 
- коэффициент, зависящий от 
(10).
Qв= (γн- γр)(Qпг+
+
), (2.45)
где γн и γр - объемные
массы соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м3.
Выражение для определения тепловых
потоков, действующих в нерабочем объеме II, следующие:
Q-л.о=c/пр
(2.46)
где τ2 -
температура наружного ограждения, °С; F1-
поверхность зонного укрытия, м2;
с/пр =
(2.47)
где с/пр -
приведенный коэффициент облучения системы «зонное укрытие-наружное ограждение»;
- степень
черноты наружного ограждения; F2- площадь
наружного ограждения, м2; F/1-площадь
зонного укрытия, участвующая в лучистом теплообмене с наружным ограждением, м2;
Q+к1=
(2.48)
где m-
коэффициент (m=1,3 при τ1>t2); t1-
температура в зоне II, °С; - коэффициент, зависящий от 
[10];
Q-л2=k/пQ+л1≈0,88Q+л1, (2.49)
где k/п -
коэффициент, равный 0,88[6]
Q-к2=(Fв2+0,7Fн2) 
(2.50)
где Fв2 и Fн2 - площади
соответственно вертикальных и наклонных поверхностей наружного ограждения, м2;
-
коэффициент, зависящий от определяющей температуры, tопр=
[10];
Qв1= (γн- γ1)(+), (2.51)
где γ1 - плотность
воздуха в зоне II, кг/м3,
При теплофизическом расчете теплицы
с технологическим обогревом определяют установленную тепловую мощность систем
шатрового и почвенного обогрева, обеспечивающую необходимый температурный режим
в почве и рабочей зоне для выращиваемых саженцев или рассады овощей, который
соответствует заданной расчетной температуре наружного воздуха.
В общем случае даны следующие
величины: конструктивные параметры теплицы L, F1, F2. F0,
температурные и влажностные режимы внутри ее τ0, tp, φр, параметры
наружного воздуха tн, v, φн.
Требуется определить тепловые
мощности нагревательных устройств Qп, Qш,
температуры ограждений τ1, t2 и воздуха t1 в зоне II, без знания
которых невозможно рассчитать тепловые балансы па поверхностях ограждений и в
объемах теплицы.
Расчет сводится к совместному
решению уравнений (35) -(40).
Затем по формуле (30) определяют
коэффициент теплопередачи через остекление, и с учетом выражений (31) - (34)
находят установленные тепловые мощности систем обогрева для пленочной теплицы.
2.5 Управление системы
электротермического оборудования в теплице на пониженном напряжении
На выбор схемы управления
электронагревательными устройствами сооружения оказывают влияние. Применяемое
оборудование и нагревательные элементы. Во всех схемах управления, должно быть,
предусмотрело автоматическое регулирование температуры. Автоматизация
электрообогрева позволяет экономить до 40% электроэнергии по сравнению с ее годовым
расходом на обогрев при ручном управлении.
При использовании нагревательных
элементов, которые выполнены из неизолированной проволоки, питаемой током
пониженного напряжения, можно применить схему управления, разработанную в
«ВНИИЭлектропривод». Принципиальная электрическая схема управления
электронагревательным устройством на пониженном напряжении питания представлена
ДПЭ1020.030000.03 Э2. Комплект оборудования КП-1 управляет нагревательными
устройствами почвы на площади до 1.5 га. В пего входят понижающие
трансформаторы Тр1 типа ТМОБ-63 (4 шт.), шкафы местного управления (4 шт.) и
датчики температуры ДТВ, ДТП типа ТСМ-239С (16 шт.].
Питание на трансформаторы ТМОБ-63
подают от фидерного автомата подстанции мощностью не менее 250 кВА.
Трансформаторы в режиме «разогрев» соединяют по схеме Y/Y, а в режиме
«обогрев» Y/∆.
При этом линейное напряжение на
вторичной стороне трансформатора в зависимости от положения переключателя при
разогреве равно 125, 103, 85 В, а при обогреве - соответственно 70, 60, 49 В. К
первичной стороне питающего трансформатора Тр1 присоединяют через В5 и В6
регулирующие логометры ЛР1, ЛМ2, с помощью которых осуществляют двухпозиционное
регулирование и контроль температуры в сооружении. Переключателем В13
оборудование переводят с «автоматического» режима на «ручной». К первичной
стороне Тр1 подключают с помощью В13 электрифицированные механизмы для обмотки
почвы и ухода за растениями. Ко вторичной обработке Тр1 через рубильники на 600
А (В8-В11) подсоединяют нагревательные элементы ЭН1-ЭН4. Контролируют
напряжение и ток: во всех фазах по амперметру и вольтметру, установленным на
вторичной стороне питающего трансформатора и подключаемым поочередно в каждую
фазу с помощью переключателей В4 и ВЗ.
Датчики температуры ДТВ, ДТП
присоединяют по трехпроводной схеме в целях уменьшения погрешности, вносимой
сопротивлением соединительной линии, и посредством выключателей В1, В2
подключают к логометрам ЛР1 и ЛР2.
При температуре воздуха или почвы с
сооружении выше заданной логометры подают команду на отключение главного
автомата В7, а при ее понижении - на включение.
Отклонения температуры от заданного
значения, при двух позиционном регулировании комплектом КП-1 не превышают ±1,5°
С.
РАЗДЕЛ 3. КОНСТРУКТОРСКАЯ И
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3. Расчет предлагаемой теплицы для
хозяйства
Определяем тепловую мощность
нагревательного устройства для зонного обогрева пленочной теплицы,
расположенной в Южной климатической зоне и предназначенной для производства
саженцев и различных видов рассады.
Исходные данные: tн= -150С;
tр=7 0С;
τ0=200С;
φн= 80%; φр=70%; =5 м/с; =0,96; ==0,94; kп=0,93; k/п=0,88; Fн1= F/1 =F0=1440м2;
Fв1=47м2;
F1=1487м2;
Fв2=347м2;
Fн2=1651 м2
; F2=1998 м2;
L=30м; L1=
Определить Q,
необходимую для обеспечения tр=7°С и τо = 20° С при
tн= -150С
В расчете имеющейся теплицы было установлено, что для обеспечения требуемых
температурных режимов при посадке саженцев и различных видов рассады в
пленочной теплице с одинарным ограждением достаточно только почвенного
нагревателя, обеспечивающего поверхностную мощность около 230 Вт/мг,
В таком случае система уравнений теплового баланса теплицы с зонным обогревом
(почвенным) состоит из четырех уравнений с четырьмя неизвестными Qп, τ1, t1 и τ2.
Qп = Qп.г + Q+л1 + Q+к1+ Q вр ; (3.1)
Q+л1 + Q+к1 = Q+л2 + Q+к2+ Q в1; (3.2)
Qп= Qп.г + Qко + Qл.о + Q и; (3.3)
Q-л2 + Q-к2= Q+л2 + Q+к2 (3.4)
Формулы 3.1-3.4 взяты из раздела 2
от формул
.1 = 2.35; 3.2 = 2.36;
.3 = 2.37; 3.4 = 2.39.
Численные значения составляющих
теплового баланса теплицы с зонным обогревом даны в табл. 3.1.
Таблица 3.1. Численные значения
теплового баланса (см.раздел 2)
|
Номер
формулы
|
Обозначение
|
Результаты
расчета
|
Размерность
|
Примечание
|
|
2.42
|
спр
|
5,14
|
-
|
=0,96, =0,94; F0=1440м2;
F1=1487м2;
|
|
2.5
|
tоб
|
9,95+0,3
τ1
|
0С
|
-
|
|
2.47
|
с/пр
|
5,11
|
-
|
F/1=1440м2;
F2=1998м2; ==0,94
|
|
2.4
|
Qп.г
|
3412+41
τ1
|
Вт
|
-
|
|
2.7
|
Rср0
|
10,53
|
м2
•0С /Вт
|
F1•0=
F2•0=
F3•0=96м2;
F4•0=864 м2
|
|
2.8
|
Qко
|
78636
|
Вт
|
Аз=1,375;m=1,3
|
|
2.9
|
D
|
22,910-6м2/сtопр=13,50С;Рб=760мм.рт.ст.
|
|
|
|
2.14
|
γtp
|
1,256
|
кг/м3
|
=7,492
мм.рт.ст.
|
|
2.15
|
γτо
|
1,194
|
кг/м3
|
=17,53
мм.рт.ст.
|
|
2.11
|
5,9м/чv=14,4710-6
м2/с; L1=37,95м
|
|
|
|
|
2.10
|
Q и
|
43894
|
Вт
|
r0=680Втч/кг; η=0,8; =17,210-3
кг/м3; F0=1440м2;
=7,710-3
кг/м3
|
|
2.41
|
Q ло
|
120498-6025
τ1
|
Вт
|
спр
=5,14; F0=1440м2
|
|
2.43
|
 112063-5603
τ1Втkп=0,93;
|
|
|
|
|
2.44
|
1055х х(7-τ1)ВтFв1=47 м2;
Fш=1440м2
|
|
|
|
|
2.46
|
6185(t1-t2)Втс/пр=5,11
|
|
|
|
|
2.48
|
Вт m=1,3;
F/1=1440м2
|
|
|
|
|
2.48
|
1872х х(τ1-t1)Втm=1,3;
F/1=1440м2
|
|
|
|
|
2.49
|
5443(τ1-τ2)Втkп=0,88
|
|
|
|
|
2.50
|
Qк2
|
1503 х х ВтFв2=347 м2;
Fн2=1651 м2
|
|
|
|
2.20
|
305694+20380
τ2Вт=7,6 Вт/(
м2 0С); =22,4; =10,2
|
|
|
|
|
2.24
|
235579+9500
τ2ВтQэф=223097+8668
τ2
|
|
|
|
|
2.45
|
Qв
|
365+666
τ1-662
τ2+200х(τ1-t1)4/3ВтQокр=12482+832
τ2
|
|
|
|
(Принято
Qв1)
|
1,1(+)Вт-
|
|
|
После подстановки в уравнения численных значений
тепловых потоков потерь, взятых из табл. 3.1, получают
(3,1/)
(3.2/)
Qп=3412+41τ1+54568+120498-6025τ1+78636; (3.3/)
(3.4/)
После преобразования уравнений (3.2/)
и (3.4/)имеем:
6185τ1-39053τ2+1872
; (3.2/)
5443 τ1-35323 τ2+1503
; (3.4/)
После этого расчета вводим замену
переменных: ∆t1= τ1-t1; ∆t2=t1-τ2, тогда τ1=∆t1+ t1; τ2= t1-∆t2.
Уравнение (3.2/) и (3.4/)
с новыми переменными и А
≈1,47,
А
≈1,5
после преобразований получаем:
∆t1-32868t1+39053∆t2+2752∆t14/3-595400=0;
(3.2/)
∆t1-29880 t1+35323 ∆t2+2254,5∆t14/3-541273=0;
(3.4/)
Освобождаются от коэффициентов при t1
-t1+0,188∆t1+1,188∆t2+0,0837∆t14/3-18,11 = 0;
(3.2/)
t1+0,182∆t1+1,182∆t2+0,0755∆t14/3-18,11 = 0;
(3.4/)
После вычитания из уравнения (3.2/)
выражения (3.4/) и разделим переменные и получим
,006∆t1+0,837 t14/3=-0,006∆t2 +0,0755 t14/3 (3.2/)
- (3.4/)
Умножим обе части, уравнения на 1000
∆t1+83,7 t14/3=-6∆t2+75,5 t14/3 (3.2/)
- (3.4/)
Решим полученные уравнения (3.2/)
-(3.4/) методом последовательных приближений и представим их в виде
таблицы 3.2.
Таблица 3.2Метод последовательных
приближений
|
∆t1(задают)
|
6∆t1
|
∆t  83,7 t14/3Левая
часть
|
|
|
|
|
|
13
|
78
|
28567
|
30,67
|
2558,5
|
2636,5
|
|
|
10
|
60
|
10000
|
21,55
|
1803,3
|
1863,3
|
|
|
8
|
48
|
4096
|
16
|
1339
|
1387
|
|
|
6
|
36
|
1296
|
10,9
|
912
|
948
|
|
|
5
|
30
|
625
|
8,5
|
715
|
745
|
|
|
4
|
24
|
256
|
6,3
|
555
|
|
|
2
|
12
|
16
|
2,5
|
211
|
223
|
|
|
∆t2(задают)
|
-6∆t2
|
∆t  75,5 t24/3Правая
часть
|
|
|
|
|
15
|
-150
|
50625
|
37
|
2793
|
2643,5
|
|
11
|
-65
|
14641
|
24,5
|
1847
|
1781
|
|
9
|
-54
|
6561
|
18,7
|
14,1
|
1359
|
|
7
|
-42
|
2401
|
13,4
|
1011
|
968
|
|
6
|
-36
|
1296
|
10,9
|
823
|
787
|
|
4,8
|
-29
|
531
|
8,1
|
611
|
582
|
|
2,4
|
-14
|
33,17
|
3,2
|
243
|
229
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а б
Рис.3.1 Графический метод определения
зависимостей: а-∆t2(∆t1);
б- t1(∆t1)
Строим график ∆t2(∆t1)
из рис, 3.1 а находят ∆t2=1,15∆t1,
или ∆t1
= 0,869∆t2.
В уравнение (3.2/)подставим ∆t2=1,15∆t1
и
после преобразований получим:
t1+1,554∆t1+0,0837t14/3-18,11=0,
(3.2//)
t1=1,554∆t1+0,0837t14/3-18,11
(3.4//)
Решение уравнения сведем в таблицу 3.3
Таблица 3.3 Решение уравнения
|
∆t1(задают)
|
1,554∆t1
|
∆t0,0837t14/3t1
|
|
|
|
|
13
|
20,2
|
28567
|
30,564
|
2,558
|
4,6
|
|
10
|
15,54
|
10000
|
21,545
|
1,8
|
-0,8
|
|
8
|
12,43
|
4096
|
16
|
1,34
|
-4,3
|
|
6
|
9,32
|
1296
|
10,9
|
0,91
|
-7,9
|
По данным таблицы 3.1 строят графики t1(∆t1)
и из рисунка 3.1б находят t1=1,73
∆t1-18,11.
Так как ∆t1=0,869∆t2,то
t1=1,5∆t2-18,11
В уравнение (3.4/) подставим
выражения; t1=1,5∆t2-18,11и
∆t1=0,869∆t2.
Получим после преобразований
,075 ∆t24/3=0,16
∆t2.
(3.4//)
Умножим обе части на 1000
∆t24/3=160
∆t2.
(3.4//)
Решив уравнения (3.4//) методом
последовательных приближений показало, что ему удовлетворяет ∆t2
=10°
С.
Тогда ∆t1=0,869∆t2≈8,7°С;
τ1-t1=8,7; τ1=t1+8,7; t1=1,5∆t2-18,11=1,510-18,11≈-3,1° С; τ1=-3,1+8,7=5,6°С;
∆t2= t1- τ2; τ2= t1-∆t2=-3,1-10=-13,1°С.
Подставляя найденные значения τ1=5,6°С, t1=-3,1°С и τ2=-13,1°С в
уравнение (3.3), находят тепловую мощность
Qп=3412+415,6+43894+120498-60255,6+78636=212930Вт
Погрешность расчетов проверим по
формуле (3.1)
Qп=3412+415,6+6185(5,6+13,1)+18721,44
+365+6665,6+2001,44
=177155Вт
Погрешность δ=
Для наших расчетов эту погрешность
можно признать удовлетворительной.
Определяем коэффициент теплопотерь
(Вт/(м2 0С) для
пленочной теплицы по формуле 2.30 (см. раздел2)
=
=
Из выражения (2.31) (см. раздел2)
следует
= 1,1=1,14,3=4,73
Из выражения (2.32) (см. раздел2)
следует
=(F2+
)(tp-tн)
=
Удельная установленная мощность
почвенного электронагревательного устройства при зонном обогреве согласно
расчетам составит
qп=
=159,7 ≈160
Вт/м2.
Для пленочной теплицы без зонного
укрытия аналогичные температурные режимы (tp-7°С и t0=20°С при tн =-15° С)
обеспечивались при qп =236 Вт/м2.
Следовательно, применение зонного обогрева позволит уменьшить установленную
тепловую мощность на
∆ qп=
=32%
3.2 Пути решения модернизации
системы электрификации теплиц
Конструкция представляет собой
теплицу, с расположенной под частью застекленной крышей гелиокотла, что
обеспечивает возможность регулирования температуры внутри помещения.
Рис. 3.2 Гелиокател
Конструкция гелиокотла рис. 3.2
представляет собой теплоизоляционную камеру, ориентированную на юг, с целью
захвата максимума энергии солнца. Нагревательные элементы состоят из
расположенных на передней стенке емкости системы жалюзей, окрашенных с одной
стороны в черный, а с другой стороны в белый цвет. Над системой жалюзей (поглотительная
поверхность) вмонтирована рама со стеклами. При высокой температуре внутри
теплицы жалюзи разворачивают, при помощи автоматического электромагнита, белой
стороной к солнцу, что приводит к понижению температуры и отражению солнечной
радиации от поверхности теплицы, а при пониженной температуре наоборот,
происходит поглощение солнечной радиации обратной (черной) стороной жалюзей,
что приводит к повышению температуры. Принудительная циркуляция воздуха
обеспечивается электрическими вентиляторами. Воздушный зазор между стеклами
составляет 10-15 см при двухслойной системе.
Работа системы жалюзей действует от
электромагнитов, которые срабатывают от схемы автоматического управления
температурным режимом теплицы.
Плоская установка, помимо прямой
солнечной радиации, воспринимает и рассеянную радиацию, в пасмурную погоду, при
легкой облачности.
.3 Расчет теплового баланса
гелеоустановки теплицы
На основе анализа теплового баланса
гелиоустановки вычисляем среднюю температуру воздуха tf1
в теплице в зависимости от средней наружной температуры tf2.
Согласно известной методике Б.А.Гарфа, расчетная
формула для определения средней температуры воздуха в теплице в холодное время
года будет:
(3.20)
где Е0 -количество
поступающей на приемник солнечной энергии, ккал/м2 ч;
Dс -
коэффициент пропускания солнечной радиации стеклом;
Aк -
коэффициент поглощения солнечной радиации зачерненным металлом
Тb, Тk Т -
соответственно массы воздуха, растений и алюминия, кг;
Сb, Сk С -
соответственно коэффициенты теплоемкости воздуха, растений и металла
(алюминия), ккал/ м2. град2;
К - средний коэффициент
теплопередачи ограждающих частей установки, ккал/ м2. град;
Y1 -
коэффициент ограждения;
Y2 -
коэффициент, учитывающий затраты тепла, обусловленные воздухообменом;
F2
- общая площадь теплицы, м2 (1440 м2 (60х24));
F1-
площадь жалюзей, м2
J- продолжительность
солнечного дня, ч.
tf1,
tf2-
температура внутреннего и наружного воздуха 0С.
Результаты найденных значений tf1
в зависимости от tf2
и условий проведения опыта, показаны на графике.
Исходные параметры для расчета принимались
следующие:
Е0= 500-540 ккал/м2.ч (по
Туркмении - Е0= 650-700 ккал/м .ч);
Dс=0,88;
Ак=0,92; Св=0,25 ккал/кг.град;
С=0,5 ккал/кг.град; Ск=0,21 ккал/кг.град;
К- 5 ккал/м2 .ч.град; Y1 =1,5; Y2=1,25;
J =8 ч; Тb=156
кг; Тk=500
кг;
Т=345 кг; F1=134
м2; F2=1440
м2;
= 
=6,20С,
tf1- фактически
величина прибавления температуры за счет использования гелеоэффекта с черной
стороной жалюзей.
Даже при понижении внешней
температуры до 5-7 0С, внутри теплицы можно получить на 6-8 °С выше
чем с наружи, при расчетной площади жалюзей до 9,3% по отношению к общей
площади застекления теплицы.
3.4 Расчет тягового электромагнита
Рисунок 3.3 Тяговый электромагнит.
1-валик; 2-винт; 3-планка; 4-стойка; 5-болт; 6-гайка; 7,8-шайба;
9-электромагнит.
Электромагнит, втягивая, управляет
положением пластин жалюзей гелиоустановки.
Возвращение электромагнита в
исходное положение осуществляется при помощи пружины. Значит, электромагнит
должен обеспечить противодействие пружине и силам трения электромагнита во
втулках.
Из конструктивных данных жалюзи
имеем, что ход якоря электромагнита должен быть δ = 35мм. Усилия в
начале хода равно 50Н, а во включенном положении - 80 Н, поперечное сечение
якоря электромагнита составляет 1,2см2.
В электромагните такой мощности
магнитная индукция в стержнях рекомендуется в пределах 0,8÷1,2Тл
Тяговое усилие электромагнита
определяем по формуле
F= 4105 BS, (3.21)
где В- магнитная индукция стержня
=1,2 Тл;
S - площадь
поперечного сечения стержня = 1,210-4 см1
F = 41051,221,210-4=70Н
Рассчитаем намагничивающую силу
электромагнита в выключенном положении.
Для стали Е31 при магнитной индукции
В=1,2Т: напряженность магнитного ноля будет равняться Н = 400А/м. Длина силовых магнитных линий в стали
составляет lст =0,075м
Тогда значение магнитодвижущей силы в стали определяем по формуле
Fст= Н lст (3.22)
где Н- напряженность магнитного поля
А/м:
lст - длина
магнитных силовых линий в стали, м.
Fст = 4000,075 = 30А
Определяем напряженность магнитного
поля в воздушном зазоре
Нп=
(3.23)
где µ0 - магнитная
проницаемость
µ0=4π10-7
Н =
=955400А/м
Основная часть магнитного потока
будет проходить по направляющим листовой стали направляющих магнита.
Таким образом, воздушный зазор будет
напряженный и величину напряженности определяем коэффициентом шунтирования (0,1
÷0,85).
Принимаем коэффициент шунтирования
0,3.
Воздушный зазор между штоком и
направляющими МИl3 = 0,5мм
Тогда магнитная напряженность в
зазоре между штоком и направляющими МИ.
F3=0.3Hп l3 (3.24)
F3= 0,3955400 0,5 10-3 = 143,3А
Определяем полную намагничивающую
силу магнитной системы электромагнита
F = F ст+ F 3, (3.25)
F = 30 +
143,3 = 173,3А
Задаемся количеством витков электромагнита
W = 1000.
Тогда величину тока, создающего рассчитанную намагничивающую силу определяем по
формуле
F = IW, (3.26)
I=
=0.1733А
Исходя из плотности тока определим
поперечное сечение провода
S=
(3.27)
где δen - плотность
тока
δen = 1.8÷4А/мм2
Принимаем δen =2А/мм2
S=
=0,0866мм2
По полученным расчетам выбираем
стандартный сечение провода ПЕЛ.
S = 0,0962; d = 035мм.
3.1 Расчет пружины электромагнита
Для определения размеров пружины
исходными данными служат:
Р1- сила пружины при
поперечной деформации, кг.
Принимаем Р1=5Н.
Р2 - сила пружины при
рабочей деформации.
Исходя из выбранного электромагнита
Р2 = 50Н.- выносливость (число циклов до разрушения), принимаем N -
1107.
h - рабочий
ход пружины.
Принимаем И = 35мм, который при
соотношении плеч коромысла 1/3.
Движение электродов на 105мм, что
обеспечивает безотказное срабатывание тиристорного ключа;
Д - наружный диаметр при внутреннем
диаметре отверстия 10мм для прохождения в нем якоря электромагнита;
V0 -
наибольшая скорость перемещения пружины при нагрузке, принимаем V0= 5м/с.
Для проектируемого механизма нам
необходимо рассчитать пружину сжатия. Параметры этой пружины показаны на
рисунке 3.1.
Рис. 3.1 - Пружина сжатия
При заданной сопротивляемости
пружина относится к первому классу.
Определяем силу пружины при
максимальной деформации Р3, кг по формуле.
Р3=
(3.28)
где Р3 - сила пружины при
рабочей деформации (соответствует наибольшему перемещению подвижного звена в
механизме);
δ - относительный инерционный
зазор пружины сжатия. Для пружины сжатия 1, 2 классов δ =
0,05÷0,25(1).
Р3=
÷
=53-67Н
В интервале от 53,0 до 67,0 к ним
относятся следующие силы 53,0; 56,0; 60,0; 63,0; 67,0.
Исходя из заданного диаметра и
желания обеспечить наибольшую критическую скорость, останавливаемся па витке со
следующими данными (номер пружины 310) d = 1,6мм; Д
= 15мм: Р3 = 67H; Z1 =27,24-; φ3= 2,46мм.
Учитывая, что для пружины 1 класса
норма напряжения г3 = 0,36G находим,
что для найденного диаметра проволоки расчетное напряжение r = 0,32100 = 630Н/мм2
Принадлежность к 1 классу проверяем
путем определения отношения 
, для чего предварительно находим
критическую скорость по формуле
(3.29)
=
Найденная величина свидетельствует о
наличии смятие витков в данной пружине и исходя из этого нужна жесткость какой
должна быть обеспечена.
Попробуем использовать пружину
второго класса. Заданным внешним диаметром и найденными выше силами Р3
соответствует виток со следующими данными пружина № 264.
Р3 = 60Н; d = 1,2мм; Д
= 12мм; 2 = 16,46 Н/мм.
Учитывая норму напряжений для
пружины II класса
находим
r= 0,50G3= 0,5 2300 = 1150 H/мм2.
Тогда относительный инерционный
зазор:
δ=1-
(3.30)
δ=
и находим Vкр,
с помощью
которых определяем принадлежность пружины до II класса.
Vкр=
м/с
Найденная величина указывает па
отсутствие смятие витков, и исходя из этого отсюда выбранная пружина
удовлетворяет заданным условиям. Остальные размеры определяем по формулам.
Жесткость пружины
Z=
(3.31)
Z=
Н/мм
Число рабочих витков пружины
h=
(3.32)
h=
шт.
При нерабочих витках полное число
витков
h1=12,5+1,5=14
Средний диаметр пружины
Д0 =12-1,2 = 10,8мм
Вычисляем деформации, высоту и шаг
пружины:
3.4 Расчеты системы вентиляции
Произведем расчет вентиляции. Для
определения основных элементов системы вентиляции определяем воздухообмен 
,
необходимый для удаления излишней влаги из помещения теплицы по формуле:
, (3.33)
где 
- суммарное количество влаги,
выделяемое с влагоемных мест (смеситель и т.д.), = 2520 г/час = 
м3/час.
Исходя из общей площади цеха (1440 м2)
и средневзвешенной влаговыделяемости с 1 м2 площади 50 г/час;
- влагосодержание внешнего воздуха;
= 3,1 г/м3;
- относительная влажность
внутреннего и наружного воздуха, соответственно, 
= 75%, 
= 40%.
м3/час.
Полный объем цеха равен 
м3.
Минимально-допустимая кратность
воздухообмена 
определяем
из отношения:
(3.34)
м3/час
Расчетный объем вентиляции с учетом
потерь воздуха в системе от прососов принимаем по соотношению:
(3.35)
где 
- коэффициент запаса системы
вентиляции, = 1,5.
м3/час.
Необходимая часовая кратность
воздухообмена, 
, час-1,
составит:
(3.36)
Принимаем = 3 час-1.
час-1
Так как = 3÷5, то принимаем
систему вентиляции с механическим побудителем (вентилятором) или
проточно-вытяжную систему вентиляции.
Определяем подачу вытяжных
вентиляторов по формуле:
, (3.37)
где 2÷3 - коэффициент
запаса, позволяющий регулировать параметры микроклимата.
м3/час.
Подачу приточных вентиляторов
принимаем на 20÷25
% меньше
подачи вытяжных вентиляторов, т.е.:
м3/час.
Число вентиляторов находим по
формуле:
, (3.38)
где 
- подача приточного или вытяжного
вентилятора, м3/час.
Для данного варианта вентиляции в
качестве приточно-вытяжного устройства принимаем ПВУ-6.
3.5 Приточно-вытяжные установки
Приточно-вытяжная установка, включает
3, 6, 9 шахт, автоматически обеспечивающих постоянную циркуляцию воздуха в
помещениях, поддерживающих температуру в заданных пределах в холодный и
переходный периоды года, регулируют воздухообмен в зависимости от наружной и
внутренней температуры.
Автоматическая приточно-вытяжная
вентиляционная установка с подогревом воздуха в холодный период года ПВУ-6
состоит из основного двигателя M1 с вентилятором двухстороннего действия,
вспомогательного М2 для привода заслонок, трубчатых электронагревательных
элементов, смонтированных в выходных соплах, магнитных пускателей КМ1, КМ2,
КМ3, терморегуляторов SK1, SK2, SK3 типа
ПТР-2. Терморегулятор SK1 управляет по температуре
внутреннего воздуха работой привода заслонок и первой секции нагревательных
элементов. Летом заслонки полностью открыты, в переходный период и зимой
частично или полностью закрыты. Терморегулятор SК2 управляет
работой нагревательных элементов второй секции и подает сигнал «холодно».
Терморегулятор SK3 контролирует температуру наружного
воздуха.
Переключатели SA1, SA2, SA3 служат для
настройки схемы на заданный режим и для ручного управления.
3.6 Расчеты системы полива
В соответствии с «Нормами
технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов» интенсивность
полива почвы в теплице дождеванием должна быть не более 1 л на 1 кв. м в
минуту.
Необходимо, чтобы температура
поливочной поды была равна 22-25 0С, расход воды- 10 л/м2.
Продолжительность полива не должна превышать 4 ч в сутки.
При использовании проточных
электрических водонагревателей их мощность (кВт) рассчитывают по формуле
(3.39)
где Q- количество
тепла, потребное для нагрева поливочной воды, кДж/ч; Ф-время нагрева, ч; 3600 -
термический эквивалент, кДж/(кВтч); k-1,1-1,2
коэффициент запаса; G - масса воды, подлежащая нагреву в
течение часа, кг; с- удельная теплоемкость воды,=4,19 кДж/(кг°С); tк и tн
-температура нагрева воды конечная и начальная, °С; η- КПД
водонагревателя.
Определить установленную мощность
проточного электроводонагревателя для нагрева воды от tн=4 0С
до tк = 25° С для
полива рассады в теплице площадью F0=1440м2
при η
-0,98 за
время, равное 2 ч
Расход воды через проточный
водонагреватель при норме 10 л/м2 в течение 1 ч равен
G=
=7200л
Количество тепла, потребное для
нагрева в течение часа 7200л воды с учетом потерь в окружающую среду
Q=
=775748,5
кДж/ч
Установленная мощность проточного
электроводонагревателя
Р=
=215кВт
Эту величину можно рассматривать,
как суммарную мощность отдельных проточных водонагревателей, установленных в
теплице.
РАЗДЕЛ 4. БЕЗОПАСНОСТЬ
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
Безопасность жизнедеятельности в
электрификации с/х
Электрификация стала прочной базой
перевода сельского хозяйства страны на индустриальную основу с использованием
высокопроизводительной техники и средств автоматизации.
Электрическая энергия в
сельскохозяйственном производстве применяется повсеместно. Основная ее часть
преобразуется в механическую энергию в электроприводах стационарных и
передвижных сельскохозяйственных машин и орудий. Она в больших количествах
используется для обогрева парников, полов в животноводческих помещениях,
подогрева воздуха в отопительно-вентиляционных установках и т, д.
Преимущества электричества перед
другими видами энергии неоспоримы. Но оно невидимо, не имеет, ни запаха, ни
цвета, беззвучно и поэтому очень опасно, особенно если не знать основных правил
электробезопасности или, зная, нарушать их. Безграмотность, халатность и
невнимательность в обращении с электроэнергией, как на производстве, так и в
быту могут привести к несчастным случаям. Вот почему сейчас, когда электричество
находит повсеместное применение в сельской местности, проблема обучения живущих
там людей правилам электробезопасности становится особенно актуальной.
Многочисленные случаи травматизма.
Связанные с электрическим током, бывают вызваны различными причинами. Основные
из них следующие:
нарушение правил электробезопасности
в охранной зоне линии электропередачи (ЛЭП),
прикосновение к проводникам,
оказавшимся под напряжением,
нарушение правил электробезопасности
при устранении неисправностей на подстанциях и в распределительных щитах, при
эксплуатации передвижных машин на токах и оборудования на животноводческих
фермах,
эксплуатация неисправных сварочных
трансформаторов,
отсутствие заземлений (занулений)
электрооборудования,
нарушение технологии монтажа и
демонтажа электроустановок,
замена электроламп под напряжением,
использование неисправного
инструмента и т. д.
Основные правила электробезопасности
должны знать, прежде всего, электромонтеры, механизаторы, разнорабочие - люди,
чаще всего имеющие дело с током, а также представители других профессий,
связанные с ним непосредственно или косвенно.
4.1 Теплицы с электрическим
обогревом
Согласно ПТЭ и ПТБ, парники и
теплицы с электрическим обогревом по степени опасности поражения током делится
на две категории:
категория А - напряжение питания
электронагревательных элементов выше 65 В при обогреве с помощью электродов,
заложенных в землю, или неизолированных сопротивлений, проложенных в земле или
по воздуху;
категория Б - напряжение питания
нагревательных элементов не более 65 В при обогреве с помощью электродов,
проложенных в земле или по воздуху, а также при напряжении выше 65 В, но с
прокладкой нагревательных элементов в асбоцементных трубах или при применении
специальных нагревательных кабелей.
В сельском хозяйстве культивационные
сооружения обогревают с помощью стальной неизолированной проволоки, проложенной
в трубах или почве, специальными нагревательными проводами ПОСХВ и
электрокалориферами. Участок под парниками и теплицами категории А обносят забором
высотой 2 м, отстоящим на расстоянии не менее I м от
ближайших сооружений. Обслуживать электрифицированные парники и теплицы
поручают специально подготовленному персоналу - электромонтерам, имеющим
квалификационную группу по технике безопасности не ниже III. Они несут
ответственность за нормальную эксплуатацию электроустановок и безопасность
работы в парниках и теплицах.
Перед включением парников и теплиц
категории А электромонтер обязан убедиться, что на участке нет людей, закрыть
вход на территорию и вывесить плакаты «Под напряжением! Опасно для жизни»,
«Вход на территорию воспрещен». Работать в парниках и теплицах категории А
можно только при полном снятии напряжения. Электрическое освещение может
оставаться включенным.
По степени опасности поражения током
парники и теплицы категории Б менее опасны, чем категории А, однако при их
обслуживании также необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.
Прежде чем включить их на электрообогрев, электромонтер обязан известить всех
работающих в них об этом и вывесить предупреждающий плакат «Под напряжением!
Опасно для жизни».
Устройства для автоматического
регулирования температуры и влажности внутри сооружений выполняют на напряжении
не выше 36 В. Рукоятки регуляторов для установки и изменения режимов, как
правило, изготавливают из изолирующих материалов. Изменять режимы
автоматического регулирования температуры и влажности в теплицах и парниках
могут те, кто их обслуживают, но при условии, что они прошли инструктаж по
электробезопасности под руководством электромонтера на рабочем месте. О
проведении инструктажа записывают в специальном журнале с обязательной росписью
инструктируемого и инструктирующего.
В электрифицированном
парниково-тепличном хозяйстве должны быть электрическая схема всего участка
закрытого грунта, инструкции по эксплуатации и безопасному обслуживанию
электроустановок, а также комплект защитных средств. Для исключения опасности
поражения шаговым напряжением запрещается производить какие-либо изменения в
схемах коммутации электропарниково - тепличного хозяйства без согласования с
вышестоящей организацией, имеющей право изменять схему.
4.1.1 Состояние охраны труда на
предприятии
Анализ состояния охраны труда
представлен в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Динамика
производственного травматизма и заболеваний.
|
№
|
|
Годы
|
|
п/п
|
Показатель
|
2007
|
2008
|
2009
|
|
1
|
Среднесписочная
численность рабочих
|
276
|
215
|
135
|
|
2
|
Число
травм за год
|
1
|
1
|
1
|
|
3
|
Число
потерь рабочих дней по травматизму за год
|
72
|
35
|
21
|
|
4
|
Число
заболеваний рабочих за год
|
12
|
15
|
16
|
|
5
|
Число
потерь рабочих дней по болезням за год
|
187
|
219
|
|
6
|
Коэффициент
частоты травматизма на 100 чел.
|
3,62
|
4,65
|
7,41
|
|
7
|
Коэффициент
тяжести травматизма
|
72
|
35
|
21
|
|
8
|
Коэффициент
потерь рабочего времени по травматизму на 100 чел.
|
260,87
|
162,6
|
155,55
|
Определим коэффициент частоты травматизма на 100
рабочих: [29]
Кч=n1/npх100
(4.1)
где п1 - число травм за год;
пР - среднесписочная
численность рабочих.
Приведем расчет по 2007 году, результаты
расчетов по остальным годам сведем в таблицу 5.1.
Кч= 1/276 х 100 = 0,36.
Определим коэффициент тяжести травматизма,
который характеризует среднюю длительность временной нетрудоспособности
пострадавших: [29]
Кт = Дн/п1(4.2)
где: Дн - число потерь рабочих
дней за год.
Кт = 72/1
=72 . Определим коэффициент потерь рабочего времени на 100 человек:
Кл= Дн / пР
х 100 (4.3)
Кп= 72/276
х 100 = 2,60
4.1.2 Обстоятельства и причины
травматизма
В предприятии в 2007г. произошло один несчастный
случай.
При демонтаже с ремонтируемого трактора, в
результате обрыва крюка, произошло падение двигателя. Слесарь получил травму.
Диагноз - переломы пальцев правой руки.
Число потерь рабочих дней - 72.
Причина происшествия - использование строп после
окончания срока действия плановой проверки.
В 2008г. в предприятии произошёл один несчастный
случай. При погрузке ремонтного материала рабочий находился в непосредственной
близости от автопогрузчика и, в результате падения груза получил травму.
Диагноз - ушиб голеностопного сустава.
Число потерь рабочих дней - 35.
Причина происшествия - несоблюдение требований
техники безопасности.
В 2009г. в предприятии произошёл один несчастный
случай.
В теплице, пренебрегая требованиями техники
безопасности, рабочий находился около электропривода форточек, где
отсутствовало заземление. В результате он получил травму от поражения
электрическим током.
Диагноз - поражение электрическим током.
Число потерь рабочих дней -21.
Причина происшествия - несоблюдение требований
техники безопасности.
.1.3
Мероприятия по предупреждению травматизма
Проанализировав описанные выше происшествия,
предлагаю следующие мероприятия по предупреждению травматизма:
. К работе допускать лиц, прошедших инструктаж
по технике безопасности при выполнении конкретных работ, изучивших устройство и
правила эксплуатации различных механизмов и приспособлений.
. Не допускать к эксплуатации механизмы и
приспособления, техническое состояние которых не соответствует техническим
условиям.
. Систематически проводить обучение работников
приемам безопасного выполнения работ, правилам техники безопасности с последующим
проведением аттестационных экзаменов.
4.1.4
Описание заболеваний рабочих на предприятии
Проанализировав больничные листы работников
предприятия, выявили, что порядка 87% заболеваний имеют простудный характер
(ОРЗ, бронхит и т.д.), 5% - хронические заболевания, остальные 8% -
профессиональные заболевания:
у токарей и слесарей - заболевания органов слуха
и зрения;
у сварщиков - заболевания верхних дыхательных
путей;
4.1.5
Мероприятия по предупреждению заболеваний
1. Произвести проверку эффективности системы
отопления в производственном помещении, при необходимости заменить трубы и
радиаторы системы на новые.
. Повысить производительность системы вентиляции
на моечном и сварочном участках.
Улучшить освещение на всех производственных
участках путем установки дополнительных ламп.
Оборудовать специальные площадки для отдыха
рабочих во время обеденных перерывов на свежем воздухе.
Провести контурное заземление всего оборудования
с электроприводом
4.1.6 Состояние противопожарной
безопасности
В результате осмотра теплицы был выявлен ряд
нарушений правил пожарной безопасности:
. В некоторых местах электропроводка
имеет механические
повреждения, нарушение изоляционной оболочки.
Загромождение выхода.
Неполное укомплектование противопожарного щита.
4.1.7 Противопожарные мероприятия
Согласно выявленных нарушений принимаем
следующие противопожарные мероприятия:
. Заменить поврежденную электропроводку и
устаревшее электрооборудование на новые.
Освободить выходы.
. Доукомплектовать противопожарные щиты
необходимым набором инструментов.
4.1.8 Описание состояния условий
труда
Анализ условий труда выявил ряд недостатков,
оказывающих значительное влияние на состояние здоровья работающих:
Повышенная влажность воздуха.
Наличие сквозняков в теплице.
. Недостаточное обеспечение рабочих
средствами индивидуальной защиты.
4.1.9 Мероприятия по улучшению
условий труда
Увеличить производительность системы вентиляции.
Обеспечить достаточный уровень герметизации
оконных и дверных проемов.
Обеспечить рабочих средствами индивидуальной защиты
согласно типовым отраслевым нормам бесплатной выдачи.
.2 Экологичность проекта
4.2.1 Описание экологически вредных
факторов производства
Хранение удобрения в рабочем помещении.
Сжигание высохшей ботвы.
Засорение прилегающей территории отходами тепличного
производства.
.2.2 Мероприятия по обеспечению
экологически чистого производства
1. Обеспечить хранение удобрений в
специально отведенном помещении
Сжигание ботвы в специально отведенном месте с
изгородью или использовать как биоудобрения.
Организовать сбор и вывоз отходов производства
на свалку.
4.3 Заземление
Заземление - одна из основных и старейших
защитных мер. Это преднамеренное соединение частей электроустановки с
заземляющим устройством, которым принято считать заземлители и заземляющие проводники.
Заземлители бывают естественные и искусственные. В качестве естественных
заземлителей используют проложенные под землей водопроводные и другие
трубопроводы (кроме труб для горючих и взрывчатых жидкостей и газов, а также
покрытых изоляцией для защиты от коррозии, обсадных труб и металлических
конструкций, арматуры железобетонных здании и сооружений). Нельзя использовать
для заземления оболочки кабелей и голые алюминиевые проводники.
В качестве искусственных проводников для
вертикального погружения в землю берут угловую сталь, стальные стержни, трубы и
т, д. Для горизонтальной прокладки в земле применяют стальные полосы, круглую
сталь, другие проводники. Так как искусственные заземлители, находящиеся в
земле, подвергаются коррозии, в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ)
утверждены нормы на их размеры, приведенные в таблице 4.1.
Таблица 4.1 Правилах устройства
электроустановок
|
Заземлитель
|
Размер,
мм
|
Место
расположения
|
|
|
в
здании
|
в
наружных установках
|
в
земле
|
|
Угловая
сталь
|
Толщина
полосы
|
2
|
2,5
|
4
|
|
Круглый
|
Диаметр,
мм2
|
5
|
6
|
6
|
|
Прямоугольный
|
Сечение
|
24
|
48
|
48
|
|
Стальная
газопроводная труба
|
Толщина
стенок
|
2,5
|
2,5
|
3,5
|
|
Стальная
тонкостенная труба
|
Толщина
стенок
|
1,5
|
Не
допускается
|
Заземляющими проводниками могут быть
металлические конструкции зданий и сооружений, каркасы распред-устройств,
стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей,
Заземлители и заземляющие проводники,
находящиеся в земле, окрашивать строго запрещается. В электроустановках
напряжением до 1000В сечение заземляющих проводников не может быть меньше
указанного в таблице 4.2 (мм).
Таблица4.2. Сечение заземляющих проводников
|
Проводники
|
Медь
|
Алюминий
|
|
Голые
при открытой прокладке
|
4
|
6
|
|
Изолированные
|
1,5
|
2,5
|
|
Заземляющие
жилы кабелей или многожильных проводов в общей защитной оболочке с фазными
жилами
|
1
|
1,5
|
Различают защитное, рабочее и грозозащитное
заземление. Защитное заземление служит для обеспечения электробезопасности
людей и сельскохозяйственных, животных, Все заземления, выполняемые в
электроустановках напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью, относятся
к категории защитных.
Рабочее заземление выполняется для
электроустановок; оно способствует определенному режиму работы в нормальных и
аварийных условиях. В качестве примера можно привести заземление нейтрали трансформаторов
напряжением 110 кВ. Предельные значения сопротивлений заземляющих устройств
установлены ПУЭ.
Пока не установлены нормы на предельно
допустимые значения напряжений шага, но правила требуют, чтобы элементы
искусственных заземлителей по площади располагались равномерно. Соблюдение
этого требования направлено на уменьшение шагового напряжения.
Нельзя применять в качестве заземляющих проводников металлические оболочки
трубчатых проводов (провода типа ТПРФ), металлические оболочки изоляционных
трубок. Согласно ПУЭ, заземление металлических корпусов электрооборудования,
нормально не находящихся под напряжением, но могущих оказаться под ним в
результате пробоя изоляции, необходимо выполнять при напряжении 500В и выше.
Заземлению не подлежат: арматура подвесных и опорных изоляторов, кронштейны и
осветительная арматура на деревянных опорах высоковольтной линии, корпуса
электроизмерительных приборов, реле, установленные на щитках, в шкафах.
Рис 4.1. Схема трехфазной сети с заземленной
нейтралью
В нашей стране почти все сельские электрические
сети напряжением 380/220.В выполнены с глухозаземленной нейтралью (рис. 4.1).
Это - нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему
устройству непосредственно или через малое сопротивление. Металлические части
электроустановок на 380/220В с глухозаземленным нулевым проводом, которые могут
оказаться под напряжением из-за нарушения изоляции, заземляют соединением с
нулевым проводом сети (зануляют). В этих электроустановках заземлять корпуса
электрооборудования без соединения с нулевым проводом сети запрещается. На
рисунке 4.2 изображена схема электроустановки, где корпус электродвигателя не
имеет контакта с землей. В случае пробоя электроизоляции обмотки электродвигателя
и замыкания фазного провода на корпус напряжение между корпусом и землей будет
равно фазному (220 В) и не нарушит его нормальной работы. Прикосновение
человека или животного, стоящего на земле или мокром полу, к корпусу или
металлическим частям установки, на которых закреплен электродвигатель, может
привести к смертельному исходу от поражения электрическим током. Поэтому
нетоковедущие части (станины, кожухи и корпуса электроприемников) заземляют.
Рис. 4.2. Схема трехфазной сети с заземленным
нулевым проводом: 1 - нулевой провод; 2- зануляющий провод
На рисунке 4.3 показана электрическая схема
установки, у которой заземлен корпус электродвигателя. При нарушении изоляции и
замыкания на корпус между ним и землей будет напряжение, величина которого
прямо пропорциональна сопротивлению заземления.
а б
Рис. 4.3 Схема заземления электродвигателя: а -
без заземления корпуса; б - с заземлением корпуса
Чем меньше сопротивление заземления корпуса
электродвигателя, тем меньше напряжение между корпусом и землей. Исходя из
условий электробезопасности, заземлитель следует монтировать непосредственно
возле заземляемого оборудования, т. е. у электродвигателя. Чтобы в сетях с
глухозаземленной нейтралью увеличить ток однофазного замыкания на землю до
величины срабатывания защиты, все нетоковедущие металлические части - корпуса
электрифицированных машин, электродвигателей, электроводонагревателей,
переносных электроприборов, металлические каркасы распределительных щитов,
щитков и силовых шкафов, корпуса пусковых аппаратов, металлическая и облучающая
арматура, металлическая оболочка кабелей и проводов - должны быть заземлены.
На рисунке 4.4 показаны правильные и
неправильные схемы заземления. В мастерских и других производственных
помещениях с большим количеством установленного электрооборудования в
соответствии с требованиями ПТЭ и ПТБ по стенам внутри помещения прокладывают
магистральную линию заземлений, выполненную сталью полосовой размером 3х3 мм2
или круглой диаметром не менее 5 мм и соединенную с нулевым проводом при вводе
его в помещение.
а б
Рис. 4.4. Схемы заземления электродвигателей: а
- правильная; б - неправильная
На рисунке 4.5 показана схема трехфазной
электроустановки с заземленной нейтралью. Провод, соединенный с заземленной
нейтралью, называют нулевым, а преднамеренное соединение частей установки с
заземленной нейтралью трансформатора или генератора - занулением. По этой цепи
при однофазном замыкании протекает достаточно большой ток, который способен
обесточить цепь за счет плавкой вставки или срабатывания автомата. Очень часто
нулевой провод служит рабочим для подключения однофазных приемников. В этом
случае его принято называть зануляющим.
Рис. 4.5. Схема зануления при наличии короткого
замыкания фазы А на корпус и замыкания фазы С на землю:
N - нулевой
проводник, Iф-з
- ток замыкания на землю, Iк
- ток короткого замыкания, Rзм
- сопротивление заземления нулевого провода, Rзм
пов - тоже повторное, Rзам
- сопротивление замыкания фазы на землю.
Но эта сеть имеет недостатки. При замыкании
фазного провода одного электроприемника на корпус во всех остальных до
срабатывания защиты появляется напряжение относительно земли, потому что все
они соединены с нулевым проводом. Чтобы уменьшить напряжение между нулевым
проводом и землей, надо устраивать больше повторных заземлителей с меньшей
величиной сопротивления, что позволит уменьшить напряжение между нулевым
проводом и землей в момент однофазного замыкания на корпус.
Глухозаземленный нулевой провод воздушных линий
напряжением 380/220 В должен иметь одинаковые марку и сечение с фазными
проводами на участках, питающих животноводческие и птицеводческие фермы,
независимо от материала и сечения проводов. Если нет возможности обеспечить
другими средствами необходимой защиты от коротких замыканий на землю,
допускается применение нулевых проводов с большим сечением, чем у фазных
проводов.
4.4 Расчет контурного заземления
теплицы
Сопротивление растеканию тока, Ом, через
одиночный заземлитель из труб диаметром 25...50 мм
Rтр=0,9(p/lтр),Ом
(4.4)
где р -удельное сопротивление грунта, которое
выбирают в зависимости от его типа, Ом-см (для песка оно равно 40 000...70 000,
для супеси - 15 000...40000, для суглинка - 4000...15 000, для глины
800...7000, для чернозема - 900...5300);так как почва имеет структуру чернозема
принимаем среднее значение 3000 Ом; lтр
- длина трубы, м.
Rтр=0,9(
)=270
Затем определяют ориентировочное
число вертикальных заземлителей без учета коэффициента экранирования
n= Rтр/r (4.2)
где r -
допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом.
n =270/4=68шт
В соответствии с Правилами
устройства электроустановок (ПУЭ) на электрических установках напряжением до
1000 В допустимое сопротивление заземляющего устройства равно не более 4 Ом.
Разместив вертикальные заземлители
на плане и определив расстояние между ними, определяют коэффициент
экранирования заземлителей (табл. 4.3).
Таблица 4.3. Коэффициенты
экранирования заземлителей 
|
Число
труб (уголков)
|
Отношение
расстояния между трубами (уголками к их длине)
|
Отношение
расстояния между трубами (уголками к их длине)Отношение расстояния между трубами
(уголками к их длине)
|
|
|
|
|
|
4
|
1
|
0,66…0,72
|
2
|
0,76…0,8
|
3
|
0,84…0,86
|
|
6
|
1
|
0,58…0,65
|
2
|
0,71…0,75
|
3
|
0,78…0,82
|
|
10
|
1
|
0,52…0,58
|
2
|
0,66…0,71
|
3
|
0,74…0,78
|
|
20
|
1
|
0,44…0,5
|
2
|
0,61...0,66
|
3
|
0,68…0,73
|
|
40
|
1
|
0,38…0,44
|
2
|
0,55...0,61
|
3
|
0,64…0,69
|
|
60
|
1
|
0,36…0,42
|
2
|
0,52...0,58
|
3
|
0,62…0,67
|
Число вертикальных заземлителей с учетом
коэффициента экранирования
n1=n/ (4.3)
n1=68/0,36=188шт
Длина соединительной полосы, м,
lп= n1а (4.4)
где а - расстояние между
заземлителями, м.
а=
м
lп=1882,5=470
После этого следует уточнить
значение . Если а/lтр =2,5/3=0,83
что < 3, принимаем = 1.
Пересчитаем количество вертикальных
электродов и периметр заземляющей полосы
n1=68/1=68шт
lп=682,5=170
Так как расчетная длина
соединительной полосы незначительно больше периметру теплицы, то длину
соединительной полосы необходимо принять равной периметру теплицы плюс 12... 16
м.
ап= lп +12 (4.5)
ап=170+12=182м
Сопротивление растеканию
электрического тока через соединительную полосу, Ом,
Rn=2,1(p/ln), (4.6)
Rn=
Ом
Результирующее сопротивление
растеканию тока всего заземляющего устройства, Ом,
R3=
, (4.7)
где 
п -
коэффициент экранирования соединительной полосы = 0,7 (табл.2).
R3=
Ом
Полученное результирующее
сопротивление растеканию тока всего заземляющего устройства сравнивают с
допустимым.
На плане теплицы размещают
вертикальные заземлители и соединительную полосу.
Таблица 4.4. Коэффициенты
экранирования соединительной полосы
|
Отношение
расстояния между заземлителями к их длине
|
Число
труб
|
|
4
|
8
|
10
|
20
|
30
|
40
|
|
1
|
0,45
|
0,36
|
0,34
|
0,27
|
0,24
|
0,21
|
|
2
|
0,55
|
0,43
|
0,40
|
0,32
|
0,30
|
0,28
|
|
3
|
0,70
|
0,60
|
0,56
|
0,45
|
0,41
|
0,37
|
РАЗДЕЛ 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 Экономическое обоснование проекта
Экономическую эффективность характеризуют
следующие показатели:
снижение затрат на традиционные теплоносители;
повышение производительности труда;
использование полезной площади покрытия теплицы
на гелиокотел;
время окупаемости капиталовложений;
годовой экономический эффект.
Основные капиталовложения теплицы состоят из капиталовложений
на сооружения, строения и оборудование:
К=Сб+Б,(5.1)
где Сб - стоимость сооружении и
построек, руб.;
Б - балансовая стоимость оборудования, руб.
С учетом транспортировки и монтажа определяют
балансовую стоимость сооружений и построек по формуле:
Сб =Vб Kv (5.2)
где Vб - объем
строения базовой теплицы=2160 м3;
Vс - объем
существующей теплицы=2160 м3;
Kv - стоимость
1 м3 строения теплицы, Kv =128руб
Для проектируемой теплицы;
Сбп =2160 128 = 276480руб
для существующей теплицы:
Сбс=2160128=276480руб.
Балансовую стоимость гелиокотла
определяют по формуле:
Б=КЦ, (5.3)
где К - коэффициент, который
учитывает затраты на транспортировку и монтаж оборудования, К= 1,2;
Ц - прейскурантная цена гелиокотла,
руб.
Б=1,2143700=172440руб.
Цены на комплектующие гелиокотла
вносим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 - Цены на комплектующие
гелиокотла
|
Наименование
|
Единица
измерения
|
Цена,
руб.
|
|
ДСП
2х1,5х0,02
|
м
|
21000
|
|
Деревянный
брус 10х10
|
м
|
54400
|
|
Труба
алюминиевая d10
|
м
|
1800
|
|
Стекло
|
м2
|
38400
|
|
Прокат
алюминиевый 2х1,5
|
м2
|
18000
|
|
Электровентилятор
ПВУ
|
шт.
|
1050
|
|
Втулка
d15
|
шт
|
4050
|
|
Вместе
|
|
143700
|
|
Балансовую
стоимость
|
|
172440
|
Капиталовложения для проектируемой теплицы:
Кп= Сбп + Б (5.4)
Кп=276480+172440=448920 руб.
Эксплуатационные затраты состоят из оплаты
труда, амортизационные отчислений, отчислений на текущий ремонт, затрат на
электроэнергию и др.
Годовая программа теплицы рассчитывается по
формуле:
Рк=Т.Q.t,
(5.5)
где Т - число дней работы теплицы в году, Т =
240 дней;
Q -
производительность теплицы, Q
ск
- 4 т/мес; Q пр
= 4,5 т/мес;
t - время работы
теплицы в день, t
ск
= 7 час; t пр
= 7 час,
Для существующей теплицы годовая программа
составляет:
Ркс =240.4.7 =
6720 т. (5.6)
Для проектируемой теплицы годовая программа
составляет:
Ркп =240.4,5.7
= 7560 т.
Затраты на оплату труда с учетом отпусков и
перерасчетов определяют формуле:
Зоп =[(Т.3,2.m1.t1)+(
Т.2,8.m2.t2)]
.1,9 (5.7)
где Т - число дней работы теплицы;
,2; 2,8 - часовые тарифные ставки оператора и
работника, час;
m1;
m2
- число операторов и работников, в проектируемой теплицы непосредственно, (не
включая уборку, посадку и доставку удобрения) работает 2 человека; в
существующей - 4 человека, за счет преобладания ручного труда
,9 - коэффициент, учитывающий начисления.
Фонд оплаты труда в существующей теплице:
Зоп.с =[(240.3,2.2.8)+(
240.2,8.2.8)] .1,9=23,40 руб.
Фонд оплаты труда в проектируемой теплице;
Зоп.п =[(240.3,2.2.8)+(
240.2,8.1.8)] .1,9=21888 руб.
Амортизационные отчисления теплицы состоят из
амортизационных счислений здания, машины, оборудования:
А=
(5.8)
Ка - коэффициент
ежегодных амортизационных отчислений, %.
Отчисления на амортизацию
сооружений:
для существующей теплицы:
Зам.с.с=
=9285 руб.
для проектируемой теплицы:
Зам.с.п=8570,9 руб.
Отчисления на амортизацию
оборудования:
для проектируемой теплицы:
Зам.с.п=
=34833,6
руб.
Отчисления на текущий ремонт
сооружений составляет 3% от первоначальной стоимости:
для существующего кормоцеха:
Зт.р.с.= 
=8985,6 руб.
для проектируемого кормоцеха:
Зт.р.п.= 
=8294,4руб.
Затраты на электроэнергию
рассчитываются по формуле:
Зэ.=240. N.2,6
(5.9)
где N - суточные затраты на
электроэнергию, кВт.час; (по данным хозяйства Nс≈193
кВт.час и Nп≈188,5 кВт.час с учетом
экономии от солнечной энергии)
,6- цена электроэнергии, руб/кВт.час
- количество дней работы.
Зэ.п=240.
188,5.2,6=117624 руб.
Зэ.с=240. 193.2,6=120432
руб.
Общая сумма эксплуатационных затрат
составит:
Зэ=Зоп+Зам.с+Зт.р.
+Зэ,(руб) (5.10)
Зэс=23040+9285+8985,6+120432=214081,6руб.
Зэп=2188+8570,9+8294,4+117624=205692,5руб.
Эксплуатационные затраты на
приготовление удобрения определяют по формуле:
Ск=
(5.11)
где Рк - годовая
программа кормоцеха, руб.
Эксплуатационные затраты на
производительность теплицы составят:
в существующей теплице:
Ск.с.=
=31,8 руб./т
в проектируемой теплице:
Ск.п=
=27,2 руб./т
Годовая экономия эксплуатационных
затрат:
Е=( Ск.с- Ск.п)
. Ркп (5.12)
Е=( 31,8- 27,2) .
7560=34776руб
Затраты труда на приготовление 1т
продукции можно определить по формуле:
Зт=
, (5.13)
где qm - суточные
затраты труда в теплице, чел.час;
аm - суточная
производительность теплицы, т/сут.
Суточные затраты труда:
в существующей теплице:
qmс =4.8=32
чел.час;
в проектируемой теплице:
qmп =3.8=24чел-час.
Затраты труда на производство:
в существующей теплице:
Зm с=
=0,67
чел-час/т
в проектируемой теплице:
Зm п=
=0,43
чел-час/т
Таким образом, экономия труда на
приготовление 1т продукции составит:
m= Зm с- Зm п (5.14)
m
=0.67-0.43=0, 24 чел-час/т
Следовательно, экономия труда в
проектируемой теплице в сравнении с существующей будет составлять:
Е= m .Рк.п
(5.15)
Е=0,24.7560=1814,4
чел-час
Капиталовложения на получение 1 т
продукции составит:
Кк.в.=
, (5.16)
для существующей теплицы:
Кк.в.с=
=87,7руб/т
для проектируемой теплицы:
Кк.в.п=
=74,9 руб/т
Годовые приведенные затраты
рассчитываются по формуле:
Ппр=Зэ+К .
Ен (5.17)
Для существующей теплицы:
Ппр.с.= 214081,6+589800
.0,2=332041,6 руб.
Для проектируемой теплицы:
Ппр.п=205692,5+566760.0,2=133921,5
руб.
Приведенные затраты на 1 т
продукции: - для -существующей теплицы:
Пс=
=49,4руб.
для проектируемой теплицы:
Пп=
=17,7руб.
Годовой экономический эффект
определяется:
Эг=[(Скс+Кквс.0,2)-(
Скп+Кквп.0,2)] .Ркп,
(5.18)
Эг=[(31,8 +87,7.0,2)-(27,2
+74,9.0,2)] . 7560=54129,6руб.
Срок окупаемости капитальных
вложении составит:
Т0=
(5.18)
Т0=
=3,18 года
Результаты расчетов сводим в таблицу
5.2
Таблица 5.2 Экономическая
эффективность проекта
|
Показатели
|
Варианты
теплиц
|
|
Существующий
|
Проектируемый
|
|
Годовая
программа
|
6720
|
7560
|
|
Капиталовложения:
-основные - удельные
|
589800
87,7
|
566760
74,9
|
|
Затраты
производства на 1 т. -труда, чел.час; -эксплуатационные, руб. -
приведенные, руб.
|
0,67
31,8 49,4
|
0,43
27,2 17,7
|
|
Экономия:
-труда, чел.час; -эксплуатационных затрат, руб.
|
-
-
|
1814,4
34776
|
|
Годовой
экономический эффект, руб.
|
|
|
|
Срок
окупаемости капитальных вложений, лет.
|
-
|
3,1
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агаркова
А.М., Ивешко Г.Г. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов
при эксплуатации теплиц. - К.: Будивельник, 1985. -120с.
. Безручко
А.С., Пчелкин Ю.Н. Система автоматического регулирования микроклимата в
теплицах. - «Механизация и электрификация сельского хозяйства» , 1984, №6, с.11
. Беккет,
Кеннет. Растения под стеклом /Перевод с англ. М.Г. Барабанщикова; Под редакцией
И.В. Дрягиной.- М.: Мир, 1988. - 197 с.
. Бодин
А.П, Московкин Ф.И. Новое электрооборудование для сельского хозяйства. - М.:
Россельхозиздат, 1975. - 239 с.
. Бурлаков
В.С.Разработка и исследование принципиальных конструкций гелеоэлектрических
установок для подогрева воды и воздуха // Сб. научных трудов ХЗВИ, выпуск 9,
часть 3, Харьков. 2001.-С. 261-264.
. Вернер
В.В. Основы термодинамических расчетов вентиляций и кондиционирования воздуха.
М. «Высшая школа»1995
. Гариков
В.В. Теплофизические расчеты сельскохозяйственных производственных зданий М.,
Стройиздат, 1983, 216с.
. Голуб
Г.А. Микроклимат сооружений для выращивания грибов //Вестник аграрной науки. -
2003. - №10. - С. 46-49.
. ГОСТ
12.4.155-85 «Устройства защитного отключения. Классификация. Общие требования.»
. ДНАОП
0.00-1.32-01 Правила строения электроустановок. Электрооборудование специальных
установок.
. Дорохов
И. А. Рекомендации по технологии выращивания рассады овощных культур в
пленочных теплицах. МСХ. СССР. Главное управление картофеля, овощных и бахчевых
культур. М., «Колос»,1982, 14с.
. Зуев
В.С. Устройство и расчет парников с электрическим обогревом. М., ВИЭСХ, 1998,
с77 .
. Климов
В.В. Оборудование теплиц для подсобных и личных хозяйств. - М.:
Энергоатомиздат, 1992. - 96 с.
. Кудрявцев
И.Ф. и Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология. - М.: Колос,
1975 - 384 с.
. Луковников
А.В., Шкрабак В.С. Охрана труда. - М.: ВО Агропромиздат, 1991.-288 с.
. Марченко
О.С. Справочник по монтажу и налаживанию электрооборудования в сельском
хозяйстве. - К.: Урожай, 1994. - 240 с.
. Мартыненко
И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики. - 2-ое изд., перераб. и
доп. - М.: Агропромиздат, 1990. -243 с.
. Овощеводство
защищенного грунта. Под ред. Д-ра с-х. наук С. Ф. Ващенко. «Колос». 1989. с.350
. Пособие
по проектированию теплиц и парников: (к СНиП 2.10.04-85)/Разраб.
Гипронисельпром Госагропрома ССР: Н.А. Нестругин, В.И. Костенецкий, В.З. Павлов
и др.- М.: Стройиздат, 1988. - 72 с.
. Правила
технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники
безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. - М.:
Энергоатомиздат, 1986. - 424 с.
. Прищеп
Л.Г. Эффективная электрификация защищенного грунта. -М.: Колос, 1980.-208 с.
. Садовой
А.Ф., Советов В.П. Установки искусственного климата. - М.: Агропромиздат, 1985.
- 72 с
. Сакулин
В.П. Охрана труда при монтаже и эксплуатации сельских электроустановок. -Л.:
Агропромиздат, 1987. - 223 с.
. Усатенко
С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД:
Справочник. - М.: Издательство стандартов,1989.- 325с.