Пути и средства улучшения температурно-влажностных параметров в стационарных объектах птицеводства

 

В настоящее время птицеводство идет по пути интенсификации, а это связано с содержанием птицы в закрытых помещениях. Таким образом, оздоравливающе действие солнца и чистого воздуха практически исключается. Повышенная плотность посадки птицы на единицу площади пола, переход на клеточное содержание с максимальным использованием объёма помещения, интенсивность физиологических процессов ставят жизнь и продуктивность

 

Таблица 1.1

Основные параметры микроклимата при выращивании и

содержании яичных кур

Группы птиц	Температура,	Относительная влажность,	Минимальное количество свежего воздуха, подаваемого в птичник, на 1 кг живой массы	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный период года	Тёплый период года	Холодный период года	Тёплый период года
Молодняк в возрасте, недель: 1-9 10-22	33-24 24-18	60-70 90-70	0,8-1,0 0,75	5,0 5,0	0,1-0,5 0,1-0,5	0,2-0,6 0,2-0,6
Куры- несушки	16-18	60-70	0,7	4,0	0,2-0,6	0,3-1,0

 

птицы в непосредственную зависимость от микроклиматических условий птичников.

В реальных условиях параметры микроклимата не всегда соответствуют требованиям нормативов. Это связано с тем, что микроклимат птицеводческих помещений формируется под действием внешних и внутренних факторов. Вид птицы, особенности их физиологии и обмена веществ, технология выращивания, плотность размещения птицы, вид и способ раз

 

дачи кормов, а также местные климатические условия, теплофизические свойства.

Таблица 1.2

Основные параметры микроклимата птицеводческих помещений при выращивании птицы на мясо

 

 

 

 

 

 

 

Группа птицы	Возраст, недель	Температура, С	Относительная влажность,	Минимальное количество свежего воздуха, подаваемого в птичник, на 1 кг живой массы
Напольное содержание	Клеточное содержание
В по­меще­нии	Под брудером	Холодный период года	Тёплый период года
Цыплята -бройлеры	2-3 4-6 6-8	28-26 24-22 20-19 18-17	35-30 29-26 - -	32-28 25-24 20	65-70 65-70 65-70 65-70	0,7-1,0 0,7-1,0 0,7-1,0 0,7-1,0	5,5 5,5 5,5 5,5
Утята	2-4 5-8	26-22	35-26 25-22 -	31-24 24-20 18	65-75 65-75 65-75	0,65-1,0 0,65-1,0 0,65-1,0	5,0 5,0 5,0
Гусята	1-4 4-9	26-22 20-18	-	20-18	65-75 65-75	0,65 0,65	5,0 5,0
Индюшата	2-3 4-5 6-17 18-	30-28 27-22 21-19 18-17 16	37-30 29-25 24-21 - -	37-30 29-25 24-21 18-17 16	65-70 65-70 65-70 65-70 65-70	0,65 0,65 0,65 0,65 0,65	5,0 5,0 5,0 5,0 5,0

 

ограждающих конструкций здания, эффективность систем отопления и вентиляции, состояние канализации, способ удаления навоза, освещение и т.д. определяют микроклимат птицеводческих помещений. Совокупное действие этих факторов и приводит к ухудшению микроклимата. В жаркий период года стационарные объекты птицеводства подвергаются значительному перегреву в результате интенсивного воздействия солнечной радиации и тепловыделений птицы. При этом температура внутреннего воздуха помещения становится выше, чем наружного; нормативные значения температуры не выдерживаются, что влечёт за собой резкое снижение продуктивности.

Таким образом, обеспечение микроклимата близкого к оптимальному является сложной комплексной задачей, требующей для своего решения разработки экономически обоснованных средств нормализации микроклимата.

Исследованию мероприятий, направленных на улучшение условий содержания сельскохозяйственных животных посвящено значительное количество работ [47, 65, 93, 97, 103]. Исследования по созданию средств улучшения микроклимата птицеводческих помещений, осуществляются в двух направлениях: совершенствование вентиляционных систем и создание систем кондиционирования воздуха.

Вопросам вентиляции производственных и животноводческих помещений посвящены работы Бабаханова Ю.М., Бахарева В.А., Битколова Н.З., Бромлея М.Ф. Буянова В.И., Гримитлина A.M., Егиазарова A.F., Иваненко В., Каменева П.Н., Крума Д., Кудрявцева Е.В;, Левыкина М., Мелькумова В.Н., Позина F.M., Полосина И.И., Полушкина В.И., Робертса Б., Скрыпника А.И; Талиева В.Н., Трояновского В.Н., Шацкого В.П.

Вентиляция — это организованный воздухообмен, в процессе которого загрязнённый воздух удаляется из помещения, а взамен его подаётся свежий. Основными задачами вентиляции являются:

1. Поддержание оптимального температурного и влажностного режи-

 

мов воздуха в птичниках в соответствии с установленными зоогигиеническими требованиями для каждого вида и возраста птицы.

2. Обеспечение подачи определённого (физиологически обоснованного) количества воздуха на единицу живого веса птицы.

3. Удаление вредных газов (углекислоты, аммиака, сероводорода), излишков влаги, взвешенной кремниевой и органической пыли, вредно отражающихся на жизнедеятельности птицы.

4. Равномерное распределение свежего воздуха по всему помещению птичника, устранение локальных зон застоя воздуха с недопустимым содержанием вредных газов и повышенной влажностью.

5. Повышение долговечности строительных конструкций и эксплуатационной надёжности оборудования.

6. Создание обслуживающему персоналу нормальных условий для работы.

Выбор и расчёт системы вентиляции обуславливаются, в первую очередь, видом птицы и целью, для которой её разводят. В случае разведения птицы на племя необходимы условия, обеспечивающие получение яиц с высоким процентом выводимости и в дальнейшем здоровых цыплят. Для товарных же целей создаваемые условия должны способствовать высокой яйценоскости у кур-несушек или большим суточным привесам у бройлеров в сочетании с низким потреблением корма и при высоком качестве яиц и мяса.

Для улавливания и удаления вредных веществ в птицеводческих по­мещениях применяется общеобменная система вентиляции. В зависимости от способа организации воздухообмена различают вентиляцию естественную и механическую. Механическая вентиляция в свою очередь делится на вытяжную (с пониженным давлением), приточную (с повышенным давлением) и приточно-вытяжную (комбинированную).

Естественная система вентиляции значительно проще всех остальных и практически не требует эксплуатационных затрат, однако она не может обеспечить заданные параметры микроклимата в течение всего года.

 

Поэтому чаще всего применяют комбинированную систему вентиляции.

Конструктивная реализация схемы с избыточным давлением следующая (рис. 1.3): приток воздуха в тёплый период осуществляется от группы осевых крышных вентиляторов с отбойными пластинами, удаление воздуха - через фрамуги, а также при помощи подпольных воздуховодов.

 

Принципиальная схема вентиляции с избыточным давлением

1 — клеточные батареи; 2 — осевые вентиляторы;

3 — вентиляционные шахты

Рисунок 1.3

 

Но эта схема имеет ряд недостатков, ограничивающих её применение. К основным из них можно отнести следующие:

1. В местах размещения птицы возникают вихревые и вторичные кольца циркуляции. Это приводит к чрезмерному повышению концентрации вредных газов в указанной зоне.

2. Крышные вентиляторы создают в помещении высокий уровень шума.

3. Затраты на техническое обслуживание крышных вентиляторов в 15 раз выше чем настенных.

 

Гораздо эффективнее применение вентиляции вакуумного типа (рис. 1.4), т.к. при работе вытяжного вентилятора статическое давление на его входе падает. Вследствие этого происходит движение окружающего воздуха для выравнивания давления.

Если нет никаких препятствий для движения воздуха, то он движется к вентилятору со всех направлений с практически одинаковой скоростью и в равных количествах. Вторым преимуществом этой схемы является то, что в помещениях, находящихся под разряжением за счёт работы вытяжной вентиляции, имеет место инфильтрация воздуха, т.е. проникновение его через раз-

 

Принципиальная схема вентиляции вакуумного типа

1 - клеточные батареи; 2 - осевые вентиляторы;

3 - вентиляционные шахты

Рисунок 1.4

 

личные неплотности. Проходя сквозь ограждения, воздух частично нагревается за счёт встречного теплового потока, таким образом, происходит небольшая утилизация тепла. Кроме того, инфильтрационный воздух препятствует попаданию внутрь влажного воздуха, тем самым, уменьшая конденсат на стенах. За счёт этого увеличивается срок службы зданий и улучшается их освещённость.

Чтобы избежать описанных выше недостатков, вытяжные вентиляторы рекомендуется устанавливать в нижней части продольных стен.

 

Дальнейшим развитием вакуумных схем вентиляции является вентиляция коридорного типа (рис. 1.5).

 

Принципиальная схема вентиляции коридорного типа

1- вытяжные вентиляторы; 2 - испарительные насадки;

3 - клеточные батареи; 4 - аэрационный фонарь; 5 - вентиляционный коридор; 6 - вентиляционные окна.

Рисунок 1.5

 

В тёплый период года приточный воздух под влиянием разряжения, создаваемого вытяжными вентиляторами, забирается через решётку аэра-ционного фонаря, проходит вентиляционный канал, затем через выпускные окна вентиляционного коридора, поступает в рабочую зону, где находятся клеточные батареи, и удаляется вытяжными вентиляторами.

Эта схема имеет ряд преимуществ, выгодно отличающих её от схем, описанных ранее:

1. За счёт исключения протечек и выпадения конденсата повышается долговечность здания.

2. Не требуется металл для изготовления приточных воздуховодов, экономия металла на одно птицеводческое здание (18x96 м) составляет около Зт.

3. В помещении создаются улучшенные санитарно-гигиенические условия за счёт более равномерного распределения воздуха по длине и вы

 

 

соте здания.

На рис. 1.6 показано типовое птицеводческое помещение, оборудованное вакуумной системой вентиляции, с напольным размещением птицы. На рис. 1.7 и 1.8 показаны вытяжные осевые вентиляторы, которыми оснащено данное помещение.

Однако, работа различных систем вентиляции не всегда соответствует нормам климата; т.к. в жаркий период года для снижения температуры в помещении необходимо увеличивать расход воздуха. Это, в свою очередь, вызывает увеличение: скорости движения воздуха в зоне размещения птицы, максимальное значение которой ограниченно зоогигиеническими требованиями. В птичниках снабжённых такой системой вентиляции при температуре от 25 до 36 °С повышение скорости движения воздуха до 2,5 м/с ещё усиливает теплоотдачу у кур, но при 38-40°С такого эффекта уже не наблюдается [109].

Поэтому в птицеводческих помещениях для создания оптимального микроклимата необходимо применять системы кондиционирования воздуха, которые представляют собой комплекс технических средств, предназначенных для создания и поддержания в помещении заданных параметров воздушной среды. Проблемам кондиционирования воздуха в различных объектах уделяют внимание многие исследователи [6, 8, 36,38, 44, 53,75, 77, 111, 112, 113,132].

Система кондиционирования воздуха состоит из установки конди­ционирования воздуха, которая обеспечивает необходимые температурно-влажностные характеристики приточного воздуха; средств автоматизированного контроля и управления процессами тепловлажностной обработки воздуха; устройств и оборудования для перемещения и равномерного распределения обработанного воздуха по помещению; оборудования для передачи тепловой и электрической энергии; устройств по утилизации тепла и холода из удаляемого внутреннего воздуха; оборудования для гашения шума и вибраций, вызываемых работой системы кондиционирования воздуха.

 

Основная часть системы кондиционирования, в которой воздух получает необходимые параметры - это установка кондиционирования воздуха.

 

Внутренний вид птицеводческого помещения

Рисунок 1.6

 

Расположение вентиляционных окон

Рисунок 1.7

 

Осевой вентилятор

Рисунок 1.8

 

По возможности обеспечения заданных параметров воздуха установки кондиционирования делятся на установки полного кондиционирования, где обеспечиваются все кондиции воздуха, и частичного кондиционирования, где проводится только тепловлажностиая обработка.

По длительности работы такие установки бывают круглогодовые и се­зонные. Устройства для тепловлажностной обработки воздуха относятся к сезонным установкам частичного кондиционирования воздуха.

Установки кондиционирования воздуха помещений вырабатывают холод по одному из трёх способов:

1. Искусственному, с помощью компрессорных и абсорбционных холодильных машин, термоэлектрических холодильных установок.

2. Естественному, с использованием холодной воды, с помощью испарительного охлаждения (прямого, косвенного, двухступенчатого).

3. Комбинированному, объединяющему искусственный и естествен

 

 

ный способы.

Выбор установки кондиционирования воздуха для птицеводческих помещений должен соответствовать зоогигиеническим требованиям, предъявляемым к микроклимату, местным климатическим условиям, виду и возрастной группе содержащейся птицы, теплофизическим свойствам ограждающих конструкций здания, количественному и качественному составу тепло- и влагопоступлений и др. Как отмечается в работе [79] понятие оптимального микроклимата относится к экономической категории (он связан с получением максимальной продуктивности птицы), поэтому основным критерием при выборе той или иной системы кондиционирования воздуха должен быть экономический. В современных условиях важным требованием к охладителю является экологическая безопасность.

В настоящее время разработано большое количество систем конди­ционирования воздуха, действие которых основано на различных эффектах.

Способ получения холода путём непосредственного преобразования электрической энергии известен с 1834 года, однако, возможность практической реализации термоэлектрических охлаждающих устройств появилась в 60-70-х годах, в связи с началом выпуска полупроводниковых материалов. Основным функциональным узлом таких систем является термоэлектрическая батарея, набранная из термоэлементов, электрически соединенных между собой. Термоэлектрические охлаждающие устройства отличаются простотой конструкции, малыми размерами, возможностью точного регулирования температуры, бесшумностью, высокой надёжностью работы, имеют практически неограниченный срок службы. Основным недостатком таких устройств является малая величина эффективности. Термоэлектрические охлаждающие устройства нашли применение в радиоэлектронной аппаратуре, в бытовых и транспортных холодильниках, медико-биологических приборах и т.д. [76]. Для работы такие устройства используют электроэнергию, что не всегда целесообразно.

Именно поэтому гораздо большее развитие получили компрессион

 

ные холодильные машины с фреоновыми холодильными агентами. Такие устройства получили широкое применение в основном для кондиционирования воздуха помещений жилого и общественного назначения. Широко используются фреоновые кондиционеры и на транспорте. Однако, высокая текучесть фреона и его вредность ограничивают применение компрессионных устройств. Ремонт и обслуживание компрессионных установок требуют специального оборудования и персонала высокой квалификации.

В абсорбционных машинах, в отличие от компрессорных, вместо ком­прессора используется абсорбер и генератор, а также насос для подачи жидкости, мощность которого примерно в десять раз [72] меньше, чем у компрессора. В качестве холодильного агента в таких устройствах применяются смеси: вода-аммиак или вода-бромистый литий. Несмотря на многие преимущества смеси «вода-аммиак», её применение ограничено токсичностью и взрывоопасностью аммиака. Поэтому всё чаще находят применение броми-столитиевые холодильные машины, где в качестве холодильного агента используется вода, а абсорбента - бромистый литий. Пары бромистого лития, в отличие от водоаммиачных, не смешиваются с парами воды, что позволяет конструировать холодильные машины по более простой схеме. При использовании смеси «вода-бромистый литий» в системе холодильной машины поддерживается давление ниже атмосферного, что вызывает необходимость надёжной герметизации системы и наличия устройств для удаления проникающего воздуха. При этом раствор бромистого лития вызывает сильную коррозию обычных конструкционных материалов, особенно при наличии воздуха в системе. Поэтому изготовление машин с таким рабочим телом требует дорогостоящих материалов.

Эффективность работы абсорбционных машин значительно ниже, чем у компрессионных. Однако, из-за возможности использования теплоты отработавшего пара (например, на теплоэлектроцентралях) абсорбционные охладители иногда более выгодны.

Пароинжекторные установки позволяют использовать в качестве ис-

 

точника энергии теплоту низкого потенциала (150- 180°С), которая на ряде производств не утилизируется и выбрасывается в атмосферу. Находят применение пароинжекторные установки, работающие на фреоне и на аммиаке. Часто, в качестве холодильного агента используется вода, что делает эти машины безопасными и простыми в эксплуатации.

Таким образом, абсорбционные и пароинжекторные холодильные машины перспективны при использовании в системах централизованного холо-доснабжения с подачей тепла от ТЭЦ и котельных, а также в качестве тепло-утилизаторов низкопотенциалыюго тепла [146].

В последнее время начато конструирование воздушных холодильных машин, в которых в качестве холодильного агента используется воздух. Это позволяет направлять холодильный агент непосредственно в обслуживаемый объём. Теплоёмкость воздуха низка, поэтому для нейтрализации значительных теплопритоков необходимо пропускать большое количество воздуха через холодильную машину. Это приводит к необходимости создания громоздких поршневых машин. В связи с этим чаще применяются вихревые трубы и турбодетандеры. Вихревые трубы просты и надёжны, но для работы требуют высокопроизводительных компрессоров, поэтому их использование наиболее целесообразно при наличии избытков сжатого воздуха. Основной недостаток вихревых труб — низкая эффективность.

Преимуществом турбохолодильных машин является малый вес и габариты, отсутствие специального холодильного агента. Основные недостатки - большая потребляемая мощность, технологические трудности при изготовлении и низкая энергетическая эффективность получения холода в сравнении с паро-компрессорными и абсорбционными машинами. Поэтому область применения таких машин ограничена. Значительное распространение они получили в системах кондиционирования воздуха в авиационной технике [75].

В последние десятилетия в нашей стране и за рубежом начато ис­пользование воздухоохладителей испарительного типа. Рабочим телом в

 

них является вода. К основным достоинствам испарительных установок относится низкая энергоёмкость, простота конструкции, саморегулируемость по эффективности охлаждения, экологическая безопасность. Ремонт и техническое обслуживание таких устройств не требуют высокой квалификации. Недостатком, ограничивающим применение таких устройств, является высокая влажность воздуха на выходе.

Перспективным является использование комбинированных устройств. Установки, использующие водоиспарительное охлаждение, можно совмещать с машинами другого принципа охлаждения. Как отмечается в работе [92], водо испарительный охладитель и другая холодильная машина имеют ряд общих узлов сходного назначения, таких как воздухоочиститель, вентилятор, сливной поддон, элементы системы управления. Это может служить причиной дальнейших разработок по созданию комбинированных устройств. Было установлено, что при высокой наружной температуре обдув конденсатора холодильной машины потоком тёплого воздуха приводит к повышению давления конденсации и снижению энергетических показателей работы холодильной машины. Поэтому использование воздуха, предварительно прошедшего обработку в испарительном охладителе, установленном перед конденсатором, повышает экономичность системы кондиционирования, поскольку увеличивается её холодопроизводительность [75, 109]. Рационально в качестве концевой холодильной машины использовать полупроводниковые термоэлектрические батареи.

Оценить эффективность получения холода различными холодильными машинами можно по безразмерному показателю - коэффициенту использования энергии, который определяется как отношение холодопро-изводительности к энергии, затраченной на привод холодильной машины. В работе [44] проведена такая оценка.

Коэффициент использования энергии термоэлектрических охладителей составляет 1-1,6.

Эффективность получения холода в компрессорных машинах состав-

 

ляет 2,5 — 3,2. Этим обусловлено их широкое применение в различных отраслях народного хозяйства (до 75% от общего количества холодильных машин),

В абсорбционных и, пароинжекторных охладителях значение коэффициента использования энергии достигает 1,65.

Низкая эффективность получения холода (коэффициент энергии меньше 1) в воздушных холодильных машинах обуславливает их ограниченное применение.

При работе прямых водоиспарительных охладителей в условиях жаркого климата коэффициент использования энергии достигает 15 -25. В условиях умеренного климата косвенное испарительное охлаждение имеет энергетический показатель 5 — 8. Экономичность охладителей этого типа подтверждается исследованиями других авторов [75, 90].

Перечисленные достоинства водоиспарительных охладителей воздуха обуславливают их широкое применение в замкнутых объёмах с большими внутренними теплопритоками.

 

1.3. Исследования в области испарительного охлаждения. Современное состояние и перспективы улучшения

 

Наиболее простой воздухоохладитель водоиспарительного типа рабо­тает по схеме прямого испарения. В настоящий момент известны три основ­ных способа кондиционирования воздуха путём прямого испарительного ох­лаждения:

1. Обработка воздуха в форсуночных камерах, работающих на режимах полной рециркуляции воды.

2. Охлаждение внутреннего воздуха тонко дисперсионной водяной пылью, получаемой с помощью механических или пневматических распыливате-лей непосредственно в охлаждаемом объёме.

3. Охлаждение приточного воздуха в устройствах с орошаемыми насадками различных конструкций.

В любом конкретном случае необходимо учитывать специфические особенности каждого из трёх способов.

В форсуночных аппаратах контактная поверхность воды с потоком воздуха создаётся путём распыления воды. Для механических форсунок раз­личного типа общим конструктивным приёмом является устройство предва­рительного закручивания распыляемой струи воды, что способствует турбу-лизации струи и, как следствие, повышению качества распыления.

В отечественной практике кондиционирования наибольшее распро­странение получили, так называемые, тангенциальные (угловые) форсунки, которые изготовляются из капрона с латунным вкладышем. Дисперсионный состав распыла зависит от конструкции форсунки, диаметра выходного от­верстия, давления жидкости, параметров жидкости и среды. Однако, при оп­ределённых условиях распыления в факеле форсунок наблюдается значи­тельное разнообразие капель по размерам. С увеличением диаметра выход­ного отверстия форсунки и уменьшением давления воды перед форсунка­ми уменьшается дисперсионность распыла. Экспериментальные данные распределения размеров капель в факеле тангенциальных форсунок, полу­ченные в работе [125], приведены в табл. 1.3.

Как видно из таблицы, подавляющее большинство капель имеет размеры более 0,5 мм.

Расчёт процессов, протекающих в форсуночной камере, как в отечественной, так и зарубежной литературе отличается большим разнообразием методик и рекомендаций для проектирования. Их можно разделить на две группы [75]:

Таблица 1.3

Размеры капель в факеле тангенциальных форсунок

 

 

 

 

 

, мм	, Па	Размер капель, мм
0,04-0,1	0,12-0,1 0,21-0,3	0,21-0,3	0,3-0,4	0,41-0,5	более 0,5
Содержание капель в массе распыляемой воды, %
	2-105	2,0	6,2	8,5	9,6	9,4	64,3
	1,5-105	0,5	2,3	4,7	5,9	6,7	79,9

1. Методы расчёта с использованием опытных значений коэффициентов тепло- и массопереноса.

2. Методы расчёта с применением опытных значений в форме безразмерных показателей, определяющих условия протекания реальных процессов по отношению к условно принятому пределу (например, в форме температурного коэффициента эффективности и др.).

Для этих методов расчета необходимым условием применения является наличие экспериментальных зависимостей, которые справедливо распро­странять только на конкретные условия расчёта форсуночных камер. Поэто­му достоинство любого из методов определяется, прежде всего, надёжностью исходных опытных данных, а также удобством применения методики прак­тического использования [73, 145].

При охлаждении воздуха в форсуночных камерах необходимо специ­альное помещение для монтажа и эксплуатации оборудования. Работа таких устройств в установившемся режиме зависит от квалификации обслуживаю­щего персонала.

Установки для обработки воздуха путём распыления воды могут рабо­тать автономно, независимо от приточной и вытяжной вентиляции, но при грубом распыле часть воды оседает в помещении в виде капель.

Известно устройство для обработки воздуха путём непосредственного распыления воды в поток воздуха.. Один из улучшенных вариантов исполь­зован в турбоувлажнителе Скороходова-Андреева. Вода распыляется меха­нически под действием центробежных сил. Основным рабочим органом яв­ляется сдвоенная крестовина из трубок, насажанная на полую ступицу, кото­рая приводится в движение электродвигателем. В центр крестовины, в сту­пицу поступает вода. Турбоувлажнитель монтируется в вентиляционной ка­мере [45];

Устройства для обработки приточного воздуха в орошаемых насадках предусматривают создание контактной поверхности с потоком воздуха по­средством орошения водой материала в слое заполнения.

Для орошаемых слоев развитие поверхности материала в слое в зна­чительной мере зависит от формы и размеров частиц, степени заполнения и характера расположения частиц в слое. По формированию слоя можно выде­лить три метода укладки: свободная, укладка заданной геометрической моде­ли, заполнение связанным материалом.

Для методов свободной укладки характерно использование отдельных частиц материала, которые хаотически расположены по объёму слоя. При этом положение отдельных частиц материала заполнения по отношению к потоку воздуха, орошающей воде и геометрическим размерам слоя зависит от формы и размеров частиц, выбранной плотности укладки и предпочти­тельной ориентации наибольшего числа частиц в слое. Формирование слоя методом свободной укладки материала наиболее трудоёмко для создания од­нородной структуры слоя. При свободной укладке в качестве заполнителя используются керамические и металлические кольца, древесная и металличе­ская стружка, стеклянные и синтетические волокна и т.д.

При укладке по заданной геометрической модели применяется матери­ал с одинаковыми геометрическими формами и размерами частиц. Взаимное расположение частиц по объёму слоя предопределяется выбранной геомет­рической моделью, обеспечивающей определённую плотность укладки, по­стоянство формы каналов для прохода воздуха и воды, одинаковую ориента­цию геометрических размеров частиц в слое. Методы укладки по заданной геометрической модели обеспечивают создание однородной структуры слоя. В этих случаях применяются пластины из пластмассы и металла, гофриро­ванные металлические и пластмассовые сетки,.керамические и металличе­ские кольца, полотна из синтетических волокон.

При заполнении связанным материалом используются сотовые пакеты из пропитанной синтетическими материалами бумаги, маты из синтетическо­го волокна, пакеты из древесного волокна и стружки. Способы связи частиц и структура слоя определяются технологией изготовления, которая должна обеспечивать заданную плотность укладки материала в слое, сохранение оп­тимальной ориентации частиц в слое, механическую прочность и стабиль­ность структуры слоя. Выполнение этих требований позволяет достичь хо­рошей стабильности структуры слоев [75].

Наиболее оптимальные условия для осуществления режимов охлажде­ния создаются при полном покрытии материала орошающей водой и обеспе­чение режимов устойчивого турбулентного движения жидкости и воздуха. Выполнение этих требований возможно только при соблюдении определён­ных соотношений между интенсивностью орошения и скоростями движения воздуха через орошаемый слой.

При малых расходах воды часть поверхности материала в слое может оказаться сухой, что приведёт к сокращению поверхности контакта. При вы­сокой интенсивности орошения и больших скоростях движения воздуха че­рез слой возникают режимы, так называемого «захлёбывания», когда воз­душный поток срывает воду с поверхности материала заполнения и над верхним сечением слоя образуется взвешенный слой воды. В этом случае резко возрастают аэродинамические сопротивлениями снижается интенсив­ность охлаждения.

Орошение слоя водой осуществляется через перфорированные трубы, что приводит к экономии энергии, так как не требуется дробления потока во­ды на капли, как при работе форсуночных распылителей.

В работе [85] описаны сравнительные испытания систем вентиляции двух птичников одинаковой ёмкости. В одном было установлено две кассеты с орошаемыми слоями. В другом — увлажнение и охлаждение воздуха не пре­дусматривалось. Опыт был проведён на двух группах (по 4432 головы) кур-несушек породы леггорн в возрасте 10 месяцев, которые содержались на глу­бокой несменяемой подстилке при плотности посадки 4 головы на 1 м²площади пола. В табл. 1.4 представлены результаты производственной проверки вентиляционной установки с испарительным охлаждением с оро­шаемыми кассетами.

Таблица 1.4 Зависимость глубины охлаждения от материала пластин испарительной насадки

 

№	Материал пластин	Температура на входе,	Температура на выходе,	Глубина охлаждения,	Расход воздуха,
	Капрон
	Льняная ткань
	Ткань — капрон
	Капрон —ткань

Перечисленные выше испарительные устройства получили широкое распространение не только в нашей стране, но и за рубежом. Например, в США используются испарительные охладители с орошаемыми панелями размером до 1,2 на 2,4 м не только в птицеводстве, но и для охлаждения сви­нарников. В Великобритании при достаточно влажном и мягком климате применяются центробежные распылители воды [145, 146].

Недостатки, присущие аппаратам непосредственного распыления воды в поток воздуха и аппаратам с орошаемыми слоями стимулировали исследо­вания водоиспарительных охладителей и поиск новых конструктивных ре­шений.

Дальнейшим развитием прямых водоиспарительных охладителей яви­лись устройства, в которых испарительная насадка представляет собой пакет каппилярно-пористых пластин, смачиваемых водой сверху или снизу (рис. 1.9).

Материал, из которого изготовлены пластины, оказывает наибольшее влияние на эффективность протекания процессов тепломассоперепоса. Для этого пластины испарительных насадок должны удовлетворять

 

Принципиальная схема испарительной насадки

Рисунок 1.9

определенным требованиям. Во-первых, для интенсификации процессов теп-ломассопереноса они должны обладать хорошей пористостью (хотя в случае верхнего орошения это требование не является принципиальным); во-вторых, материал пластин должен иметь достаточную жесткость для того, чтобы се­чение каналов насадки было постоянным; в-третьих, для получения равно­мерной водяной пленки на поверхности пластин они должны обладать хоро­шей смачиваемостью; в-четвертых, материал пластин должен обладать хо­рошей коррозионной стойкостью, долговечностью, доступностью.

В работе [111] в соответствии с перечисленными требованиями были рассмотрены несколько типов пластин. Пластины первого типа были изго­товлены из капрона. Для устранения «сухих» участков в пластинах преду­смотрены шелевидные отверстия (рис. 1.10).

 

Фрагмент пластины испарительной насадки

 

Рисунок 1.10

 

Пластины второго типа были изготовлены из плотной льняной ткани. Третий и четвертый тип пластин были получены комбинированием перечис­ленных материалов, взаимное расположение которых показано на рис. 1.11

Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1.4 Очевидно, что наиболее подходящим является сочетание капрон-ткань. Это связано с тем, что использование капрона без ткани дает наименьшую глуби­ну охлаждения потому, что каппилярно-пористые свойства этого материала недостаточны. При большой высоте возможно образование струй воды на поверхности пластин, что приводит к уменьшению площади тепломассопе-реноса.

Исследование льняной ткани также показало невысокую глубину ох­лаждения в связи с тем, что такие пластины обладают недостаточной жестко­стью и при движении потока воздуха ширина канала испарительной насадки не постоянна. Комбинирование материалов позволяет улучшить капиллярно-пористые свойства пластин при их достаточной жесткости.

Таблица 1.5 Удельный расход воды с поверхности пластин испарительной насадки

 

Температура на входе, t„	Расход воздуха, G м7ч	Расход воды, кг/(м -ч)
	34,5	0,35
	39,6	0,42
	28,3	0,48

 

Схема прямого испарения

Рисунок 1.12

Эффе