Теплотехнический метод расчета гелиотеплиц с использованием теплоты дымовых газов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 30 ноября, печатный экземпляр отправим 4 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Дусяров А. С., Яхшибоев Ш. К., Шарапов А. А., Хайитов Ш. Ш., Хушвактова Н. М. Теплотехнический метод расчета гелиотеплиц с использованием теплоты дымовых газов // Молодой ученый. — 2018. — №16. — С. 121-123. — URL https://moluch.ru/archive/202/49646/ (дата обращения: 22.11.2019).



В Узбекистане накоплен значительный опыт проведения научных и экспериментальных исследований в области применения альтернативных источников энергии, прежде всего солнечной энергии, по которым разработки проводятся в течение многих десятилетий. Ежегодный прирост потребностей человечества во всем мире на электрическую энергию и глобальные проблемы экологии представляют актуальность разработки и внедрения источников альтернативной энергетики. Источниками альтернативной энергетики, разработанными и внедренными по настоящее время, являются: энергии солнца, ветра, воды, биомассы, геотермальных вод.

В связи с растущим дефицитом органического топлива (нефти, газа) и обострением проблемы охраны окружающей среды в настоящее время за рубежом и у нас в республике вопрос об использовании возобновляемых и нетрадиционных источников энергии стал более актуальной проблемой.

Общий поток энергии, излучаемой Солнцем во всех длинах волн в окружающее пространство, составляет 3,86.1026 Вт (3,86.1033 эрг/с). Земля получает от Солнца 1,57.1018 кВт.ч/год энергии, что в десятки тысяч раз больше энергии, чем годового потребления человечеством всех видов энергии [1]. Как показывают результаты многолетних исследований, в южных районах республики, почти весь жаркий период года (апрель-октябрь), характеризуется устойчивой и сухой погодой.

В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от малой котельной экономия энергии составляет 55–65 % т. е. 30–32 кг. у.т./м2 инвентарной площади теплицы. При сушке сельхозпродуктов в солнечных сушильных установках с 1 кв. метра экономия топлива составляет 10–13 м2/день природного газа. Водонагреватель в летний период при солнечной радиации 700–800 Вт/м2 и наружной температуре атмосферы 30–320С, позволяет получить с каждого квадратного метра поверхности 1200–1400 кДж тепла с температурой горячей воды 50–550С, в условия г. Карши, составляет 0,18–0,2 т.у.т/год [2].

Выращивание овощей в условиях защищенного грунта является весьма энергоемким процессом, требующим значительных расходов дефицитных энергоресурсов. Снижение энергозатрат на эти цели, в том числе за счет применения солнечной энергии, и отходного тепла теплогенерирующих установок являются одним из путей энергосбережения, особенно в условиях перехода к рыночным отношениям. Так, в среднем по республике на обогреве 1 га защищенного грунта требуется до 4 Гкал/час или более 560 т.у.т./час. Так, для теплоснабжения одного тепличного комбината площадью 6 га в год расходуется до 5 млн. м3 или 6,4 тыс. т.у.т. При этом надо учесть, что до 30 % общей потребности в тепле покрывается за счёт использования солнечной энергии [2]. Использования продуктов сгорания газового топлива для обогрева теплиц и подкормки растений углекислотой, т. е. подача отходящих дымовых газов с содержанием 10–12 % углекислого газа от малой котельной, работающей на природном газе Шуртанского месторождения, где используются одновременно охлажденные дымовые газы и тепло для обогрева теплицы с целью обеспечения прохождения нормального фотосинтеза.

Для климатических условий Республики потреблении тепловой энергии, выраженное в натуральных показателях расхода условного топлива (кг/м2), составляет: при выращивании томатов 55–75; огурцов 50–70; и роз 45–55. Из общего потребления тепловой энергии в ночное время расходуется 75 %, днем 25 %. Теплопотери в теплицах состоят из потерь через ограждающие конструкции и грунт. Коэффициент теплопроводности однослойного стеклянного ограждения составляет 6,33 Вт/м2°С, двухслойного стеклянного ограждения 3,4 Вт/м2°С, двухслойной полиэтиленовой пленки 5,1 Вт/м2°С. Самым эффективным способом снижения затрат на отопление теплиц считаются двухслойные стационарные ограждения. В воздушной прослойке с толщиной не менее 10 мм отсутствует циркуляция воздуха, является эффективной теплоизоляцией, снижается её теплопроводность в два раза. По сравнению с одинарным остеклением экономия энергия составляет 30–40 % [2]. Отдача тепла трубной системой обогрева при температуре теплоносителя 60–80°С осуществляется на 50 % излучением и на 59 % конвекцией. Эффективность системы обогрева с низким расположением труб в зоне роста растений достигает 10 %.

Одним из наиболее перспективных методов повышения экономичности систем обогрева культивационных сооружений является использование дешевых источников тепла, в частности, природного газа.

При сжигании газа выделяется углекислота, которая используется при подкормке растений.

В настоящее время накоплен значительный опыт по использованию продуктов сгорания топлива, если в них отсутствуют сернистые соединения, для обогрева теплиц и подкормки растений углекислотой.

При непосредственном сжигании газа в сооружении коэффициент полезного действия системы отопления повышается, практически достигая единицы, так как продукты сгорания газа, прежде чем уйти из теплицы, охлаждаются до температуры внутреннего воздуха, и кроме того, газ сгорает полностью. Для сравнения можно напомнить, что К. П. Д. отопительных агрегатов, в которых продукты сгорания газа выбрасываются наружу, не превышает 0,8.

Таким образом, рассматриваемый способ обогрева дает возможность использовать дешевый источник тепла (газ) и наиболее рациональные системы отопления. Специфика отопления сооружений при непосредственном сжигании газа такова, что была бы ошибкой вести расчет общепринятыми методами. Это единственный из применяемых сейчас видов обогрева, в котором теплоноситель (газ) является источником выделения вредностей (СО2, паров воды и СО). Поэтому при системе отопления непосредственным сжиганием газа требуется дополнительный воздухообмен (на разбавление вредностей) по сравнению с другими системами отопления, несмотря на К. П. Д. около единицы, может привести к большому расходу тепла, чем у системы с меньшим К. П. Д.

Чтобы выявить пределы технической целесообразности применения таких систем и обеспечить возможность их проектирования, требуется изучить основные закономерности формирования тепловлажностного и газового режимов сооружении с обогревом прямым сжиганием газа.

Стационарная задача для общепринятого в настоящее время конвективного способа отопления, когда в сооружении при известных наружных условиях необходимо поддерживать нормируемую температуру воздуха и концентрации вредностей (углекислоты, окиси углерода и водяных паров). В качестве расчетной вредности можно считать углекислоту, так как регулировать влажностный режим можно различными методами, которые не имеют отношения к специфике рассматриваемого вида отопления. Принимается также предпосылка, что при воздухообмене, рассчитанном из условия поддержания в атмосфере теплицы заданного содержания углекислоты, концентрация окиси углерода не будет превышать предельно допустимую по санитарным нормам.

Это условие выполнимо, если газовые приборы имеют коэффициент химической неполноты сгорания не выше допустимой величины βГ, при которой соблюдается равенство воздухообменов по СО2 и СО.

В условиях работы теплицы при использовании теплоты дымовых газов от малых котельных основную роль в процессе теплопередачи в рабочем пространстве (в камере теплицы) играют трехатомные газы, имеющиеся в продуктах сгорания, — СО2, Н2О.

Поглощающая и излучающая способность газовой среды в камере теплицы зависит как от концентрации в ней Н2О и СО2, так и от толщины газового слоя.

Известно, что степень черноты является физической характеристикой собственного газа. Она зависит от парциального давления газа, толщины излучающего слоя, температуры и полного давления.

Влияние температуры по-разному сказывается на степени черноты СО2 и Н2О. Для углекислого газа она изменяется обратно пропорционально корню квадратному из температуры газа, для водяного пара-обратно пропорционально температуре газа.

В свою очередь, исследованиями теплового излучения чистых (несветящихся) газов — СО2, О2, Н2, Н2О показали, что оно отклоняется от закона Стефана-Больцмана и количество переданного тепла зависит от абсолютной температуры не в четвертой степени, а в степени 3,5 для СО2 и 3,0-для Н2О.

Однако для удобства теплотехнических расчетов излучение газов связывают с излучением абсолютно черного тела, вводя понятие степени черноты газов

(1)

где количество тепла, передаваемое излучением газа, Вт/м2. зная и , можно по формуле (1) определить и .

При суммарном излучении СО2 и Н2О вводят поправки, связанные с неодинаковым отклонением от закона Стефана-Больцмана и с частичным перекрытием интервалов излучения в спектре:

Величины и определяются по графикам, приведенным, в [1].

Таким образом, степень черноты газов определяется как функция от температуры и произведения pL, характеризующего эффективность ослабления:

Излучение водяного пара при постоянномоказывается зависящим также от , что свидетельствует об отклонений от гипотезы Бера. Поэтому при определении степени черноты водяного пара вводится направка β, определяемая для заданного значения в зависимости от парциального давления . Суммарное излучение смеси газов в общем случае не равно сумме излучений компонентов смеси, взятых порознь. Так, степень черноты смеси углекислого газа и водяного пара меньше суммы их собственных степеней черноты. Это явление связано с частичным взаимным поглощением излучения в области длин волн, в которых полосы спектров СО2 и Н2О перекрывают друг друга. Поправка Δε, на которую надо уменьшить сумму степеней черноты СО2 и Н2О в их смеси, дан в [1].

Таким образом расчет суммарной поглощательной способности (степени черноты) трехатомных газов СО2 и Н2О можно производить с достаточной точностью по экспоненциальной зависимости

(4)

где =+ суммарное парциальное давление углекислоты и водяных паров: коэффициент ослабления лучей дымовыми газами, определяемый эмпирическим соотношением

(5)

Следует отметить, что, чем больше , тем выше степень черноты газовой среды теплицы.

Литература:

  1. Т. А. Садиков, А. Б. Вардияшвили. Гелиотеплицы и их тепловые режимы. Из-ство «ФАН» РУз г. Ташкент, -1977 г. -80 с.
  2. Вардияшвили А. А. Исследование теплоэнергетической эффективности и тепломассообменных процессов в гелиотеплицах с использованием тепловых отходов. Автореферат дис. на соиск. ученой степени к. т.н. ФТИ «Физика-Солнце» АН РУз. Ташкент-2008 г. 27 стр.
Основные термины (генерируются автоматически): водяной пар, газ, подкормка растений, непосредственное сжигание газа, углекислый газ, солнечная энергия, природный газ, углекислота, защищенный грунт, чернота газов, температура газа, система отопления, обогрев теплиц, камера теплицы, использование теплоты дымовых газов, дешевый источник тепла, тепловая энергия, альтернативная энергетика, чернота.


Похожие статьи

Обоснование эффективности применения пиролизной установки...

При прямом сжигании полученных альтернативных топлив можно получить теплоту, использование в системах отопления и горячего водоснабжения дает большие экономии

Или на 1 м2 площади теплицы израсходуется около 0,5–0,6 м3 природного газа.

Сельский солнечный дом с гелиотеплицами, солнечными...

газов с содержанием 10–12 % углекислого газа от малой котельной, работающей на природном газе Шуртанского месторождения, где используются одновременно охлажденные дымовые газы для подгромки растений и тепло для обогрева теплицы с целью...

Создание оптимальных тепловых условий в теплицах в зимний...

Ключевые слова: теплица, отопление, воздушное отопление, калорифер, тепловая пушка, электрический конвектор, система газового отопления, ИК отопление, кабельный обогрев, водяное отопление, ИК излучатель, подпочвенный обогрев, конвекция.

Технология сжигания твердых бытовых отходов

Некондиционированные летучие газы направляются в специальный дожигатель.

Такая печь состоит из двух камер сгорания: нижней камеры сжигания ТБО и, соответственно, верхней камеры дожига генераторных газов.

Экологические последствия развития солнечной энергетики

солнечная энергетика, окружающая среда, углекислый газ, ТЭС, солнечная энергия, ископаемое топливо, Россия, природный газ, отработанное ядерное топливо, Чернобыльская катастрофа.

Моделирование и расчет теплового баланса пиролизной...

где, , - соответственно потери тепла с уходящими дымовыми газами и потери тепла в окружающую среду в долях от низшей теплоты сгорания биотоплива.

Температура уходящих дымовых газов определяется по формуле [4,5]

Эффективность использования природного газа в г. Хабаровске

Природный газ в качестве источника энергии является наиболее экологически чистым, в природе имеются

Цель исследования – выявить эффективность использования природного газа в г. Хабаровске. Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи

Системы утилизации теплоты энергоустановок как способ...

Одной из важнейших проблем, стоящих сейчас перед энергетикой нашей страны, является истощение топливно-энергетических ресурсов, таких как нефть, природный газ, каменный уголь, на фоне все более интенсивного роста энергопотребления.

Использование низкопотенциальной солнечной энергии...

В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от котельной экономия энергия затрат составляет 45–55 %, т. е. 25–30 кг.у.т./м2 инвентарной площади теплицы.

Похожие статьи

Обоснование эффективности применения пиролизной установки...

При прямом сжигании полученных альтернативных топлив можно получить теплоту, использование в системах отопления и горячего водоснабжения дает большие экономии

Или на 1 м2 площади теплицы израсходуется около 0,5–0,6 м3 природного газа.

Сельский солнечный дом с гелиотеплицами, солнечными...

газов с содержанием 10–12 % углекислого газа от малой котельной, работающей на природном газе Шуртанского месторождения, где используются одновременно охлажденные дымовые газы для подгромки растений и тепло для обогрева теплицы с целью...

Создание оптимальных тепловых условий в теплицах в зимний...

Ключевые слова: теплица, отопление, воздушное отопление, калорифер, тепловая пушка, электрический конвектор, система газового отопления, ИК отопление, кабельный обогрев, водяное отопление, ИК излучатель, подпочвенный обогрев, конвекция.

Технология сжигания твердых бытовых отходов

Некондиционированные летучие газы направляются в специальный дожигатель.

Такая печь состоит из двух камер сгорания: нижней камеры сжигания ТБО и, соответственно, верхней камеры дожига генераторных газов.

Экологические последствия развития солнечной энергетики

солнечная энергетика, окружающая среда, углекислый газ, ТЭС, солнечная энергия, ископаемое топливо, Россия, природный газ, отработанное ядерное топливо, Чернобыльская катастрофа.

Моделирование и расчет теплового баланса пиролизной...

где, , - соответственно потери тепла с уходящими дымовыми газами и потери тепла в окружающую среду в долях от низшей теплоты сгорания биотоплива.

Температура уходящих дымовых газов определяется по формуле [4,5]

Эффективность использования природного газа в г. Хабаровске

Природный газ в качестве источника энергии является наиболее экологически чистым, в природе имеются

Цель исследования – выявить эффективность использования природного газа в г. Хабаровске. Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи

Системы утилизации теплоты энергоустановок как способ...

Одной из важнейших проблем, стоящих сейчас перед энергетикой нашей страны, является истощение топливно-энергетических ресурсов, таких как нефть, природный газ, каменный уголь, на фоне все более интенсивного роста энергопотребления.

Использование низкопотенциальной солнечной энергии...

В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от котельной экономия энергия затрат составляет 45–55 %, т. е. 25–30 кг.у.т./м2 инвентарной площади теплицы.

Задать вопрос