Введение к работе
Актуальность темы. Круглогодичное обеспечение потребительского рынка качественной сельскохозяйственной продукцией имеет большое социальное н экономическое значение. Успешное решение этой задачи связано, в частности, с состоянием материально-технической базы хранилищ.
Сохранность сельскохозяйственной продукции зависит как от поддержания требуемых параметров микроклимата в насыпи, так и в верхней зоне хранилюцз. Правильность выбора теплотехнических характеристик наружных ограждающих конструкций (НОК), способа и мощности систем обогрева верхней зоны хранилищ тесно связана с проблемой выпадения конденсата на внутренних поверхностях НОК и насыпи, а также с увлажнением и промерзанием верхнего слоя продукции (Ь^О.бм), что ведет к увеличению ее убыли (до 2/3 от общего количества потерь). Существующие методики теплотехнического расчета хранилищ несовершенны и не обеспечивают выполнение требуемы технологических параметров в верхней зоне.
Улучшение качества хранения возможно при решении целого ряда мероприятий, связанных с совершенствованием проектирования, строительства, и эксплуатации хранилищ сельскохозяйственной продукции.
В связи со сказанным, научная проблема создания комплексной методики расчета тепловоздушных процессов в верхней зоне хранилищ сельскохозяйственной продукции для основного периода хранения, решению которой посвящена диссертационная работа, актуальна и имеет существенное значение для народного хозяйства.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является совершенствование методики совместного расчета теплотехнических характеристик НОК, мощности различных систем обогрева верхней зоны хранилища и режимов работы систем активного вентилирования (CAB).
Для достижения поставленной цели было проведено изучение широкого круга вопросов и решены следующие задачи:
с помощью системного анализа выявлены основные факторы, формирующие параметры микроклимата хранилища по периодам хранения;
усовершенствована математическая модель тепломассообменных процессов, протекающих в хранилищах сельскохозяйственной продукции; проведена экспериментальная проверка полученных расчетных соотношений;
создана комплексная методика проектирования теплотехнических характеристик НОК, мощности систем отопления верхней зоны хранилища (для конвективного и лучистого способов обогрева) и периодичности работы CAB в зависимости от типа заглубления, вариантов устройства воздушной прослойки для хранилищ любой емкости в различных климатических зонах (Ги=-20,-30,-40С);
проведено технико-экономическое сравнение конкурирующих вариан-тов
за период эксплуатации и осуществлен с помощью методики системного
анализа выбор рационального решения.
. Научную новизну работы составляют:
на основе системного анализа проанализированы первичные факторы (исходные данные), а также специальные требования и ограничения, которые оказывают влияние на формирование микроклимата в верхней зоне хранилища по периодам годового цикла эксплуатации; выявлено, что расчетным режимом для определения термического сопротивления теплопередаче НОК и мощности систем отопления является режим между включениями CAB в основной .период хранения; сформулированы понятия идеальной и реальной термодинамических моделей, верхней зоны хранилища с соответствующими кортежами определяющих величин (R, Qco, Gh шп, М), что является основой для поиска рациональных теплотехнических решений хранилищ;
усовершенствована математическая модель, описывающая во взаимосвязи и взаимовлиянии тегоюмассообменные процессы, протекающие в хранилищах (при навальном способе хранения), которая предусматривает рассмотрение разных вариантов заглубления, устройство воздушных прослоек, различные способы обогрева верхней зоны хранилища; проведена экспериментальная проверка полученных расчетных соотношений; даны научные обоснования определения коэффициента теплоотдачи внутренней поверхности ограждения хранилищ - «, Вт/(м2*С), показало, что он существенно отличается от принятой по существующей методике теплотехнического расчета НОК;
проведено функционально-техническое сравнение конвективного и лучистого способов обогрева верхней зоны хранилища;
усовершенствована методика расчета теплотехнических характеристик воздушной прослойки, позволяющая находить температуры на поверхностях ограждений прослойки, что дает возможность определять параметры подаваемого воздуха для предотвращения промерзания боковых слоев продукции;
составлены дифференциальные уравнения, позволяющие исследовать аккумулирующую способность по влаге объема верхней зоны хранилища в режиме между работой CAB;
предложена методика выбора рационального теплотехнического решения на основе проведения технико-экономического сравнения конкурирующих вариантов за период эксплуатации.
Практическая ценность работы.
1. Разработана инженерная методика комплексного определения теплотехнических свойств НОК, мощности обогрева верхней зоны хранилища и і. периодичности работы CAB в зависимости от типа заглубления, устройства .воздушных прослоек, при разных способах отопления (конвективный и лучистый) и климатических условий. На основе данной методики разработана блок-схема для расчета на ПЭВМ. .
2. Применительно к наземному хранилищу проведены расчеты по разрабо
танной методике для различных климатических зон (/,=-20; -30; -40 С), объемно-
планировочных решений (F /F2=0,6; 0,8; 1) и рекомендуемого диапазона
параметров внутреннего микроклимата (t=\+4C; ср= 70-^95%). Показано, что
для обеспечения сохранности продукции, поддержания требуемых параметров
микроклимата в верхней зоне хранилища необходимо увеличение принимаемых
по существующей методике значений термических сопротивлений НОК (R) в
1,2-2 раза, что соответствует современным тенденциям проектирования энерго
экономичных зданий.
-
Проведенное сопоставление эффективности лучистого (с помощью низкотемпературного гибкого провода) и конвективного обогрева показало, что при одинаковой температуре на поверхности насыпи мощность лучистого обогрева может быть снижена по сравнению с конвективным на 10-15%.
-
Показано, что удаление влаги, поступающей при работе CAB из массы продукции в верхнюю зону, происходит сравнительно быстро (в течение 1-2 мин), а объем воздуха верхней зоны достаточен для аккумулирования влзго-выделений из массы продукции в верхнюю зону в период между включениями CAB.
-
Усовершенствована методика инженерного расчета воздушных прослоек, позволяющая установить взаимосвязь между температурой и расходом подаваемого воздуха с целью обеспечения непромерзания продукции.
-
На основе системного анализа и разработанной методики теплотехнического расчета проведено технико-экономическое сравнение конкурирующих вариантов наружных ограждений хранилищ с различными утеплителями для условий Восточной Сибири.
Личный вклад соискателя: использование системного анализа для выявления основных факторов, формирующих параметры микроклимата в верхней зоне хранилищ сельскохозяйственной продукции за период эксплуатации; усовершенствование математических моделей тепловоздушных процессов, протекающих в верхней зоне хранилищ при навальном способе хранения с учетом вариантов заглубления, использования воздушной прослойки и различных способов обогрева; проведение расчетов для различных объемно-планировочных решений, параметров внутреннего и наружного климата, позволивших определить действительные значения a, R, Q h, М; сопоставление лучистого и конвективного способов обогрева; усовершенствование методики расчета воздушной прослойки; изучение влажностного режима верхней зоны хранилища; подготовка, проведение и обработка результатов натурного эксперимента, анализ которых позволил подтвердить адекватность разработанных математических моделей и несовершенство существующей методики теплотехнического расчета; разработка инженерной методики теплотехнического расчета НОК хранилищ, блок-схемы для расчета на ПЭВМ, а также внедрение полученных результатов; создание с помощью системного анализа принципа поиска рационального решения с учетом цикла эксплуатации хранилищ.
Внедрение результатов работы производилось по следующим направлениям.
-
С использованием материалов диссертации составлен и согласован с ведущими проектными организациями Республики Бурятия (ОАО "Бурятграж-данпроект" и "Бурятафопромпроект") отраслевой документ "Методические рекомендации по теплотехническому расчету наружных ограждающих конструкций хранилищ для картофеля и овощей /'Составители: Г.М.Позин, М. П. Калашников, О.Б.Аюрова".
-
Разработаны "Методические рекомендации по теплотехническому расчету ограждающих конструкций хранилищ для картофеля и овощей (для студентов специальности 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция", 290300 "Промышленное и гражданское строительство" дневной и заочной форм обучения) / Составители: Г.М.Позин, О.Б.Аюрова", которые нашли применение в учебном процессе Восточно-Сибирского государственного технологического университета.
3. Использованы при проектировании овощекартофелехранилища на
200 тонн в совхозе-техникуме "Иволгинский" Республики Бурятия (хоз.договор
.№21/99); при исследовании температурно-влажностного режима хранения
сельскохозяйственной продукции в картофелехранилище СПК "Дружба"
(хоз.договор №17/99). Суммарный ожидаемый экономический зффскт ст
внедрения - 579 руб/т.продукции в год.
Апробация работы. Материалы исследований доложены и обсуждены:
- на 53,54 Международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы современного строительства'" (г.Санкг-Петербург, 1998-99гг.); - на 55, 56 научных конференциях СП5ГАСУ (г.Санкт-Петербург, 1998-99гг.); - на Межрегиональной научно-технической конференции "Строительный комплекс Востока Сибири" (г.Улан-Удэ, 1999г.); - на VII Международном съезде АВОК (гМосква, 2000г.); - на семинаре Санкт-Петербургского регионального центра АВОК (г.Санкт-Петербург, 2000г.);
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Объем и структура. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложений. Общий объем работы - 227 стр., в том числе: основной текст 136 стр., 21 рис., список использованной литературы 18 стр. (186 источников), приложения 52 стр.
На защиту выносится. Системный анализ основных факторов, формирующих параметры микроклимата в хранилищах сельскохозяйственной продукции в основной период хранения; обоснованный выбор расчетного режима и принципы поиска оптимального решения для определения теплотехнических свойств НОК, способа и мощности обофева верхней зоны хранилищ (лучистого или конвективного); теоретическое и экспериментальное обоснование математической модели, описывающей гепломассообмешые процессы, протекающие в верхней зоне хранилища, на основе которых разработана инженерная методика
комплексного определения термических сопротивлений НОК, способа и мощности обогрева верхней зоны и периодичности работы CAB.
