автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение эффективности очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях на основе использования рециркуляционных электрофильтров

На правах рукописи

т

ИВАНОВА Светлана Александровна

| ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ

I В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАЛООБЪЕМНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

! НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫХ

I ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ

'I

1 Специальность 05.20.02 — Электротехнологии и электрооборудование в сельском

| хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск - 2003

Работа выполнена на кафедре применения электрической энер1ии в сельском хозяйстве Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет".

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Файн Вениамин Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Юсупов Рамазан Хабибрахманович

кандидат технических наук, доцент Фалилеев Николай Алексеевич

Ведущее предприятие:

Уральский филиал Всероссийского НИИ ветеринарной санитарии, гигиены и экологии (г.Челябинск)

Защита состоится 30 октября 2003 г, в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 Челябинского государственного агроинженерного университета по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного агроинженерного университета.

Автореферат разослан «<¿6 » сентября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор " Плаксин A.M.

2.ео<г-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

' ' Актуальность темы. В настоящее время в АПК существует большое количество предприятий по переработке и хранению продукции (мяса, молока, яиц, муки и т. д.), качество которой зависит от запыленности воздуха. Наряду с этими предприятиями высокие требования к чистоте воздушной среды предъявляются также в ветеринарных лабораториях, аптеках и лечебницах, лабораториях контроля качества продукции и т.д. Вышеперечисленные предприятия и лаборатории обычно располагаются в помещениях небольшого объема (до 250 м3), находящихся вблизи от производственных источников загрязнения.

Основными способами поддержания допустимых концентраций пыли в данных помещениях являются сухая и влажная уборка, проветривание, общеобменная вентиляция. Однако эти способы не всегда могут обеспечить требуемую чистоту воздуха, что вызывает необходимость в дополнительных технических решениях. Перспективно в этом плане применение рециркуляционных электрофильтров (ЭФ). Существуют различные конструкции рециркуляционных ЭФ, например, аппарат "Супер-плюс" производства ООО "Чистый воздух" (г. Орел) и ионный вентилятор-фильтр (ИВФ) разработки ЧГАУ (в обоих устройствах для создания потока воздуха используется явление электрического ветра).

Однако широкое внедрение аппаратов такого типа сдерживается отсутствием научно обоснованных рекомендаций по их эффективному применению, для выработки которых требуется проведение дополнительных исследований. Это и определило выбор темы диссертации.

Работа выполнена в соответствии с общесоюзной отраслевой программой 0.51.21 "Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства" и перечнем республиканских целевых программ, п.29 "Разработать основные направления долгосрочной федеральной технической политики, систему энергетического обеспечения, развития автоматизации производства и экологии энергетических средств в сельскохозяйственном производстве России" (приказ №10 от 17.03.95 г. по Главному управлению вузов Минсельхозпрода России).

Цель работы: повышение эффективности процесса очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях на основе рационального использования рециркуляционных ЭФ.

Задачи исследования:

1. Дать теоретическое описание процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционного ЭФ, дополненное учетом силы тяжести и электростатического рассеяния, и провести математическое моделирование данного процесса; разработать методику выбора рециркуляционных ЭФ.

2. Экспериментально исследовать кинетику и установившийся режим процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционных ЭФ.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

3. Сравнить эффективность очистки воздуха от пыли в помещении и озоновыделение при работе аппаратов ИВФ и "Супер-плюс".

4. Определить наилучший способ установки ИВФ.

Объект исследования: процесс очистки воздуха от пыли в помещении рециркуляционным ЭФ.

Предмет исследования: зависимости основных показателей процесса очистки воздуха в помещении от параметров и способа установки рециркуляционного ЭФ, характеристик помещения и физических свойств улавливаемых пылевых частиц.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту

Разработано теоретическое описание процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционного ЭФ, дополненное учетом силы тяжести и электростатического рассеяния, и получены результаты математического моделирования данного процесса. Предложена методика выбора рециркуляционных ЭФ для очистки воздуха в помещении.

Получены экспериментальные данные о кинетике снижения концентрации пыли, а также о пространственном распределении скорости электрического ветра и степени очистки воздуха в помещении при работе ИВФ. Установлена сильная и значимая корреляционная связь между скоростью электрического ветра и степенью очистки воздуха от пыли в данной точке помещения при работе ИВФ.

Получены результаты экспериментального сравнения аппаратов ИВФ и "Супер-плюс" по эффективности очистки воздуха от пыли в помещении и озоновыделению. Определен наилучший способ установки ИВФ в помещении.

Новизна технического решения защищена патентом РФ.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов

Разработанная математическая модель дает возможность проводить инженерные расчеты при проектировании систем обеспыливания воздуха, использующих рециркуляционные ЭФ.

Методика выбора рециркуляционных ЭФ позволяет определять характеристики и количество аппаратов в зависимости от объема помещения и необходимой степени очистки воздуха в нем.

Рекомендации о месте и способе установки рециркуляционного ЭФ позволяют повысить эффективность его применения.

Ионный вентилятор-фильтр, размещенный с учетом рекомендаций диссертационной работы, внедрен в ветеринарной лаборатории СПК "Птицефабрика Челябинская".

Результаты исследования эффективности очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях рециркуляционными ЭФ используются в учебном процессе ЧГАУ.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научных конференциях ЧГАУ (Челябинск, 1997-2003 гг.)

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 научных статьях. Получен один патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (из 110 наименований), 11 приложений и содержит 186 страниц основного текста, в т. ч. 80 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследования" на

основе анализа литературных источников установлено, что в сельском хозяйстве существуют малообъемные помещения, к чистоте воздуха которых предъявляются повышенные требования. Для обеспечения требуемой чистоты воздуха в этих помещениях, наряду с влажной уборкой, проветриванием и общеобменной вентиляцией, необходимо использовать дополнительные средства очистки.

Проблемой очистки и обеззараживания воздуха в помещениях АПК занимались такие ученые, как Закомырдин A.A., Волков Г.К., Байду-кин Ю.А., Першин А.Ф., Басов A.M., Изаков Ф.Я., Файн В.Б., Возмилов А.Г., Ксенз Н.В., Фалилеев H.A., Тайманов С.Т., Кирпичникова И.М, Любай-кин С.Н. и др.

Наиболее перспективным средством очистки воздуха в малообъемных помещениях являются ЭФ, работающие в режиме рециркуляции, когда поступивший в ЭФ воздух после очистки возвращается обратно в помещение.

Однако широкому внедрению рециркуляционных ЭФ препятствует, в частности, отсутствие научно обоснованных рекомендаций по их эффективному применению. Выработка таких рекомендаций требует проведения дополнительных исследований.

В этой связи прежде всего следует отметить недостаточную разработанность теоретического описания процесса очистки воздуха в помещении при работе рециркуляционного ЭФ, которое не учитывает ряд факторов, в частности действие силы тяжести и электростатического рассеяния униполярно заряженной пыли. Из-за неучета этих факторов известная математическая модель процесса оказывается не вполне корректной, т.к. при отсутствии общеобменной вентиляции и при неработающем фильтре расчетная концентрация пыли, согласно этой модели, стремится к бесконечности, что не соответствует действительности. Указанное обстоятельство в сочетании с отсутствием экспериментальной проверки известной математической модели затрудняет надежное прогнозирование показателей процесса очистки воздуха от пыли в конкретных условиях, а также не позволяет определять необходимое количество ЭФ в помещении.

Кроме того, для выбора рециркуляционных ЭФ необходимы отсутствующие в настоящее время экспериментальные данные о кинетике и установившемся режиме процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе этих аппаратов. Особый интерес в этом плане представляет сравнение возможностей аппаратов "Супер-плюс" и ИВФ. Аппарат ИВФ (на его конструкцию получен патент Российской Федерации) представляет собой двухзонный ЭФ, в котором зона зарядки служит не только для сообщения

3

пылевым частицам электрического заряда, но и для перемещения их через ЭФ под действием электрического ветра.

Наконец, неизученным остается вопрос о том, какое влияние на степень очистки воздуха от пыли в помещении оказывает способ установки рециркуляционного ЭФ. '

На основании приведенного в первой главе анализа состояния вопроса были определены задачи исследования (см. с.1-2 автореферата).

Во второй главе "Теоретическое исследование эффективности 4

процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционного электрофильтра" вначале с учетом ряда допущений записано уравнение материального баланса пыли в помещении для элементарного интервала времени ():, 1+ск) с учетом осаждения под действием силы тяжести:

dq=dq;+dq2+dq:}-dq4-dq5-dqй, (1)

где dq - изменение количества пылевых частиц в воздухе помещения за время Л; «Л? 1-количество пылевых частиц, поступивших в помещение с

приточным воздухом; ¿^-количество пылевых частиц, поступивших в

помещение в результате внутреннего пылевыделения; Лд ^ -количество пылевых

частиц, поступивших в помещение из ЭФ; с/д 4 -количество пылевых частиц,

удаленных из помещения с вытяжным воздухом; -количество пылевых

частиц, поступивших из помещения в ЭФ; ^¿-количество пылевых частиц, осевших в помещении под действием силы тяжести.

Решив дифференциальное уравнение, получили формулу кинетики процесса обеспыливания воздуха в помещении с учетом силы тяжести:

» = "ооИ1 х) + п0е (2)

где «-текущее значение средней по объему помещения счетной концентрации (в дальнейшем - концентрация) пыли в воздухе, 1/м3; я,/-установившаяся концентрация пыли при работе фильтра, 1/м3; /-время, прошедшее после включения ЭФ в работу, с; т-постоянная времени обеспыливания, с; «н- <

начальная (при [=О) концентрация пыли,1/м3.

Формулы для расчета установившейся концентрации пыли в воздухе помещения и постоянной времени обеспыливания получены в виде:

п^У + х

___V_>

Т~ п.,£ф+XV + IVцд,' 4

(3)

где «/-концентрация пыли в приточном воздухе, 1/м3; /У-кратность воздухообмена, т.е. отношение объемною расхода вентиляционного воздуха к объему помещения, 1/с; К-объем помещения, м'; л--пылевыделение, т.е. количество пылевых частиц, выделяющихся внутри помещения за единицу времени, 1/с; ^-степень очистки воздуха от пыли в ЭФ; 2,/,-объсмный расход воздуха через ЭФ; И^.-скорость падения пылевой частицы под действием силы тяжести, м/с; ^„-площадь горизонтальной поверхности осаждения, м2.

Эффективность обеспыливания принято оценивать с помощью предельной степени очистки воздуха в помещении:

»0

Для расчета данной величины с учетом силы тяжести получена формула

= ■ (6)

Далее было учтено, что при работе электрофильтра возникает дополнительный механизм осаждения пыли в помещении, известный в механике аэрозолей под названием электростатического рассеяния и действующий следующим образом. Неуловленные в ЭФ пылинки возвращаются обратно в помещение и создают в нем униполярно заряженное пылевое "облако". Под влиянием кулоновских сил отталкивания это "облако" равномерно рассеивается во всех направлениях, в результате чего происходит осаждение пылевых частиц на поверхностях помещения.

При получении математической модели процесса очистки воздуха от пыли в помещении с одновременным учетом силы тяжести и электростатического рассеяния рассматривались два вида пылевых частиц, находящихся в воздухе помещения: незаряженные частицы (т.е. частицы, которые еще ни разу не прошли через ЭФ) и заряженные частицы (т.е. частицы, которые уже прошли хотя бы один раз через ЭФ). При таком подходе концентрация пыли в воздухе помещения равна

где п„ и птр - концентрация соответственно незаряженной и заряженной пыли в воздухе помещения, 1/м'.

Уравнение материального баланса незаряженной пыли в помещении для элементарного интервала времени (1, (+Л) имеет вид:

dqн=dq|+dq2-dq4l-dq5„-dq6,l, (8)

где dq,— изменение количества незаряженных пылевых частиц в воздухе помещения за время г#; dq^н - количество незаряженных пылевых частиц, удаленных из помещения с вентиляционным воздухом; dqs„ - количество незаряженных пылевых частиц, поступивших из помещения в ЭФ; dq6u— количество незаряженный пылевых частиц, осевших в помещении под действием силы тяжести.

Для заряженной пыли уравнение материального баланса имеет вид:

где - изменение количества заряженных пылевых частиц в воздухе

помещения за время Ж; с/с/^ар - количество заряженных пылевых частиц, удаленных из помещения с вытяжным воздухом; - количество заряженных пылевых частиц, поступивших из помещения в ЭФ; йцймр - количество заряженных пылевых частиц, осевших в помещении под действием силы тяжести; количество пылевых частиц, осевших в помещении под действием их электростатического рассеяния.

Решение уравнений (7), (8) и (9) позволило получить аналитические выражения для установившейся концентрации пыли в воздухе помещения п, п и предельной степени очистки воздуха в помещении с одновременным учетом силы тяжести и электростатического рассеяния. Формула для п, , имеет вид:

п,ЫУ + х

=-1--

00/3 +

-,y(ЧфQф + NУ + wжs.) + ■

Лп,Ол + + Б )■ + у

V ' £„(<2ф + ЛТ + Ж

Е

(10)

где <7 - электрический заряд пылевой частицы, Кл; В - подвижность пылевой частицы, м/(Н с); £„- электрическая постоянная, Ф/м.

Затем был проведен анализ необходимости учета силы тяжести и электростатического рассеяния в теоретическом описании процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционного ЭФ, позволивший определить области применения различных вариантов модели. В частности, установлено, что применение модели, учитывающей электростатическое рассеяние пыли, целесообразно лишь при Т1ф<0,7.

С учетом вышесказанного, для экспериментальной проверки была выбрана модель, учитывающая осаждение пыли под действием силы тяжести и не учитывающая электростатическое рассеяние.

В качестве аппарата очистки воздуха при этой проверке использовался ИВФ. Так как применение данного аппарата ввиду его относительно небольшого объемного расхода наиболее эффективно в малообъемных помещениях, то проверка модели проводилась в первую очередь для таких помещений. Среднее расхождение между результатами расчета концентрации пыли по теоретической модели и результатами эксперимента составило 35 %.

Для снижения этой погрешности была выполнена коррекция модели для случая работы ЭФ в невентилируемом помещении (т.е. при N=0) путем введения в нее поправочных коэффициентов С и К. Формулы скорректированной модели имеют вид:

Кх

(II)

т =

^,+СЖД/

(12)

Для расчета С и К предложены эмпирические формулы:

С = -5,96 ■ 102'г3 +8,10-10"г2 -3,65-10"г+ 553, К = -5,04 • 10"г3 +2,17-106 г + 0,72,

(13)

(14)

где г - радиус пылевой частицы, м.

Формулы (13) и (14) применимы в интервале 0,175-10'6 м <г<0,45-10"6 м.

Установлено, что скорректированная модель точнее описывает экспериментальные данные, чем нескорректированная: средняя погрешность модели снизилась до 18 %.

Таким образом, скорректированная математическая модель позволяет рассчитывать процесс очистки воздуха от пыли в невентилируемом помещении рециркуляционным фильтром с приемлемой для практических целей погрешностью и может быть рекомендована для проектных расчетов.

Далее в работе с помощью математической модели, учитывающей действие силы тяжести, исследовались закономерности процесса обеспыливания воздуха в помещении. При этом основные уровни варьируемых факторов составляли: г=0,35-10"6 м; плотность пылевой частицы />=2000 кг/м3; уф=0,9;

удельный объемный расход воздуха через фильтр А'ф=@±. = 4 ¡у. ¡д-41/с.

V

По результатам математического моделирования сделаны, в частности,

следующие выводы.

1. При увеличении кратности общеобменной вентиляции процесс обеспыливания воздуха в помещении идет быстрее, а предельная степень очистки воздуха в помещении при работе ЭФ снижается.

2. Удельный объемный расход воздуха через фильтр Агф влияет на предельную степень очистки воздуха в помещении сильнее, чем степень очистки воздуха в фильтре г\ф.

3. В невентилируемом помещении для основного уровня всех факторов постоянная времени обеспыливания г~1900 с, время достижения установившейся концентрации пыли в воздухе помещения (3...4)1?=1,5...2,0 ч, предельная степень очистки воздуха в помещении //,№Г~:0,75. При варьировании факторов в принятых диапазонах значение г\„ш находится в пределах 0,40...0,99. Влияние отдельных факторов таково: при возрастании Аи фиксировании остальных факторов на основном уровне значение лежит в пределах 0,66...0,92; при возрастании степени очистки воздуха в фильтре -7,м>т~0>б0...0,77; при возрастании плотности пылевой частицы - цпа,т=0,98...0,66. В диссертации предложена также методика выбора рециркуляционных ЭФ. В основу методики положена полученная на базе математической модели номограмма (рис. 1), пользуются которой следующим образом. На оси абсцисс

находят ишересующий объем помещения V и проводят перпендикуляр до

Рис.1. Номограмма для определения необходимого количества рециркуляционных ЭФ

пересечения с линией, соответствующей требуемой степени очистки воздуха в помещении //„, а далее - горизонтальную линию до встречи с прямой, соответствующей степени очистки воздуха в используемом фильтре щ (по оси ординат отложены значения вспомогательной величины - критерия эффективности рециркуляционного фильтра Затем из полученной

точки проводят линию параллельно оси ординат до пересечения с прямой, соответствующей объемному расходу используемого фильтра Qф. Ордината данной точки, округленная до ближайшего целого числа, соответствует необходимому количеству ЭФ.

В третьей главе "Экспериментальное исследование кинетики процесса очистки воздуха помещения от пыли при работе ионного вентилятора-фильтра" изложена реализация следующей программы экспериментов:

1) исследование кинешки снижения средней (по объему) концентрации пыли в воздухе помещения;

2) исследование кинетики снижения концентрации пыли в различных пространственных направлениях;

3) исследование кинетики изменения концентрации пыли после отключения ИВФ.

Экспериментальный стенд содержал ионный вентилятор-фильтр, электростатический киловольтметр С 196, микроамперметр М 903/1, электроанемометр АП-1, счетчик аэрозольных частиц ПК. ГТА-0,3-002. ИВФ получал питание от высоковольтного источника, выполненного на основе повышающего трансформатора и схемы умножения напряжения.

Исследование кинетики снижения средней концентрации пыли проводилось в двух помещениях разного объема (60 м3 и 109 м3) с использованием двух аппаратов ИВФ (Qy,=0,0135 м3/с; щг0,9 и Q,j,=0,0101 м3/с; /70=0,97). Счетная концентрация пыли определялась для фракций частиц со средним радиусом 0,175; 0,225; 0,275; 0,35; 0,45 мкм в четырех контрольных точках помещения до включения ИВФ и затем в течение трех часов его работы с интервалом 15 мин.

Эксперимент показал, что в обоих помещениях наблюдается аналогичная картина обеспыливания воздуха: установившееся значение средней концентрации пыли в воздухе помещения достигается за время, равное 120... 180 мин; предельная степень очистки воздуха в помещении составляет при этом 0,3...0,7 (ббльшие значения цП1 получены при больших значениях среднего радиуса пылевых частиц).

Результаты данного эксперимента также были использованы для проверки предложенной в работе математической модели процесса очистки воздуха (с.6 автореферата).

Исследование кинетики снижения концентрации пыли в различных пространственных направлениях, проводившееся в лабораторном помещении объемом 109 м3, позволило установить, что в различных направлениях от ИВФ скорость спадания концентрации пылевых частиц различна, причем быстрее всего концентрация снижается в направлении воздушного потока, генерируемого аппаратом. При этом время достижения установившейся концентрации пыли растет с удалением от ИВФ: вблизи аппарата это время составляет около 60 мин, а на расстоянии 1,5 м - около 120 мин.

Исследование кинетики изменения концентрации пыли после отключения ИВФ проводилось в том же лабораторном помещении. Концентрация пылевых частиц диаметром 0,3 мкм и выше в различных точках по продольной оси ИВФ в направлении воздушного потока измерялась перед включением аппарата, а затем после включения в течение 140 минут его работы с интервалом 10 минут. После этого ИВФ отключался и измерения продолжались с тем же интервалом в течение 140 минут с момента отключения.

Установлено, что после отключения работающего ИВФ концентрация пыли резко поднимается до промежуточного уровня, составляющего около 60 % от первоначальной концентрации, держится на нем около 90 минут, а затем повышается до первоначальной.

Для исследования влияния времени работы аппарата до отключения па величину и длительность поддержания промежуточного уровня кониентра-ции пыли был проведен дополнительный эксперимент, отличавшийся от вышеописанного тем, что ИВФ работал в течение не 140, а 60 минут. При этом промежуточный уровень концентрации пыли вырос до 70...90 % от первоначальной концентрации и поддерживался в течение 60 минут.

Таким образом, с уменьшением времени работы ИВФ до отключения повышается промежуточный уровень концентрации пыли и уменьшается время, в течение которого она поддерживается.

В четвертой главе "Экспериментальные исследования при установившемся режиме работы рециркуляционных электрофильтров" приведены методики и результаты следующих экспериментов:

1) определение влияния размера пылевых частиц на степень очистки воздуха в рециркуляционных ЭФ (ИВФ и "Супер-плюс");

2) исследование озоновыделения при работе рециркуляционных ЭФ;

3) измерение концентрации ионов в воздухе помещения при работе ИВФ;

4) получение полей скоростей электрического ветра и степеней очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционных ЭФ, а также определение связи между этими полями;

5) определение наилучшего способа установки ИВФ в помещении.

Установлено, что при увеличении размера пылевых частиц степень

очистки воздуха в обоих аппаратах возрастает, причем для ИВФ в исследованном диапазоне 0,35...0,9 мкм она изменяется незначительно (от 0,89 до 0,93). Степень очистки воздуха в "Супер-плюс" существенно ниже, чем в ИВФ, и для нормального режима составляет 0,76...0,84, для ускоренного режима -0,78...0,87.

Исследование озоновыделения при работе рециркуляционных ЭФ, проводившееся с помощью газоанализатора 3-02П-1, показало, что концентрация озона в воздухе помещения практически не зависит от времени их работы, причем ИВФ генерирует озона меньше, чем "Супер-плюс". Так, концентрация озона на расстоянии 0,2 м от выходного сечения ИВФ состав-ляет 0,07 мг/м3, "Супер-плюс" в нормальном режиме - 0,16 мг/м3, "Супер-плюс" в ускоренном режиме - 0,18 мг/м3 при предельно допустимой концентрации (ПДК) озона 0,1 мг/м3.

Концентрация легких отрицательных ионов (при граничной подвижности 0,1 см2/(Вс)) измерялась счетчиком аспирационного типа. Установлено, что при работе ИВФ счетчик не фиксировал наличия в воздухе помещения ионов в количествах, превышающих естественный фон.

Поля скоростей электрического ветра V изучались для аппаратов ИВФ (горизонтальное и вертикальное положения; напряжение 15 и 20 кВ) и "Суперплюс" (вертикальное положение, указанное предприятием-изготови-телем как рабочее; нормальный и ускоренный режимы). Скорость электрического ветра измерялась крыльчатым анемометром типа У5. Некоторые результаты исследования (в виде линий равной скорости) представлены на рис.2 (точка с координатами (0; 0; 0) являлась центром выходного сечения аппарата; плоскость

ХОУ параллельна плоскости пола; при горизонтальном положении аппарата с направлением воздушного потока совпадала ось ОУ, при вертикальном - ось ОТ).

Установлено, чго электрический вегер имеет направленное течение по продольной оси аппаратов и слабо распространяется в других направлениях. При горизонтальном положении ИВФ электрический ветер распространяется в верхнее полупространство сильнее, чем в нижнее. При вертикальном положении ИВФ электрический ветер распространяется на меньшее расстояние, чем при горизонтальном положении, но значительно дальше, чем при вертикальном положении "Супер-плюс".

Поля степеней очистки воздуха от пыли были получены после трех часов работы аппаратов для тех же условий, что и поля скоростей электрического ветра. Измерялась концентрация пылевых частиц диаметром 0,3 мкм и более. Некоторые результаты исследования представлены на рис.3.

Установлено, что ИВФ обеспечивает более эффективную очистку воздуха от пыли в помещении, чем "Супер-плюс". Так при горизонтальном положении ИВФ (рис.3,а) можно достичь значения степени очистки воздуха в помещении >7„>0,9 на удалении от аппарата по оси ОУ до 0,2 м, 7„>0,6 -до 1 м, г]„>0,5 - до 2,5 м, ^„>0,4 - до 3 м, а при вертикальном положении "Суперплюс" (рис.3,6) можно достичь значения >?„>0,5 на удалении от аппарата по оси Ог до 0,15 м, >/„>0,3 - до 0,4 м, ^„>0,2 - до 0,5 м.

При вертикальном положении ИВФ степень очистки воздуха в помещении несколько ниже, чем при горизонтальном положении.

Увеличение напряжения на ИВФ с 15 до 20 кВ не влияет существенным образом на поле степеней очистки.

Полученные поля скоростей электрического ветра и степеней очистки воздуха позволяют более обоснованно подходить к размещению рециркуляционных ЭФ в помещении.

Поскольку поля скоростей электрического ветра и поля степеней очистки воздуха в помещении имеют схожую конфигурацию, возникла гипотеза о существовании связи между данными полями. Для количественной оценки этой связи был использован корреляционный и регрессионный анализ, некоторые результаты которого представлены на рис.4.

Установлено, что корреляция и регрессия является положительной: при увеличении V значение г/„ в среднем увеличивается. Корреляционная связь между V и ц„ является сильной (г>0,7) и значимой, что показала

У, м

г, м

У=0 1 м/с У=0,2 м/с

N/=0,3 м/с

_ N/=0.4 м/с

У=0,5 м/с

3 X, м

N/=0,5 м/с I

N/=0.4 м/с >

4=0.3 м/с I

N/=0,2 м/с '

№

' У=0,1 м/с

а)

б)

У=0,1 м/с У=0,2 м/с У=0,3 м/с

X, м

Рис.2. Поля скоростей электрического ветра:

а) при вертикальном положении ИВФ (/7=15 кВ; К=0);

б) при горизонтальном положении ИВФ (¿7=15кВ; 2=0)\

в)при вертикальном положении аппарата "Супер-плюс" (ускоренный режим; К=0)

в)

[¿¡-Пс0-0-1

=0.3 0.4 Р

'_Л' П.:0'1 • °'2

ПС0'

=0,2...0,3

,, Т| =0,5 .0,6

'/ 'п.

б)

Рис.3. Пространственное распределение степени очистки воздуха в помещении:

а) ИВФ (горизонтальное положение, 67=15 кВ, 2=0);

б) "Супер-плюс" (вертикальное положение, ускоренный режим, К=0)

13

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 V, м/с

Уравнения регрессии: для средней линии ц„=0,56у+0,35 для верхней границы 1]„^0,56у+0,47 для нижней границы цп=0,5бv+0,23

коэффициент корреляции г=0,95±0,14(0,81. ..1,00)

Рис.4. Связь между скоростью электрического ветра и степенью очистки воздуха в помещении при горизонтальном положении ИВФ:

-линия, рассчитанная по уравнению регрессии

------нижняя и верхняя границы доверительной зоны

проверка по критерию Стьюдента.

Далее была выполнена проверка возможности расчетного (по уравнению регрессии) получения поля степеней очистки воздуха в помещении по известному полю скоростей электрического ветра. Результаты такой проверки показаны на рис.5. Видно, что линия, построенная по экспе-

У.м

: 1 / \ |/ . \

1 У - 1 ■. А Я « I Л

\ \ V . \ \ ¡Г ! 1 • '1 /.' '

ч •

■и ч:

1 ■

'К | //

_ линия, рассчитанная по уравнению

регрессии

границы доверительной зоны для линии, рассчитанной по уравнению регрессии

- — линия, полученная экспериментально

Рис.5. Линии равной степени очистки воздуха в помещении (г]„=0,5) при горизонтальном положении ИВФ

риментальным данным, удовлетворительно согласуется с линией, рассчитанной по уравнению регрессии, и практически не выходит за пределы соответствующей доверительной зоны. Следовательно, полученные уравнения регрессии позволяют рассчитать поле степеней очистки воздуха в помещении, если известно поле скоростей электрического ветра.

Для определения рационального способа установки ИВФ в помещении были рассмотрены следующие варианты: горизонтально на столе; горизонтально на полке; горизонтально в нише; вертикально.

Очевидно, что различные способы установки рециркуляционного ЭФ следует оценивать по конечному показателю - степени очистки воздуха в помещении г]„. Этот показатель определялся в данном случае расчетом по полученному ранее уравнению регрессии через измеренное значение скорости электрического ветра V. Такой подход позволил существенно снизить трудоемкость экспериментов, которые свелись к получению полей V для различных способов установки ИВФ. Эти способы сравнивались между собой по расчетному значению ц„ в точках, расположенных по продольной оси ИВФ на расстоянии 1,2 м от выходного сечения аппарата (рис.6).

0,6

0,4

Лп

0,2

-0-52—л ' 0,4В

" •-Щ

0,35 0,35

0,41

Рис.6. Степень очистки воздуха в помещении на расстоянии 1,2 м от выходного сечения ИВФ при различных способах установки:

1 ~ горизонтально на столе (¿/-0,4 м; 12=0,25 м); 2 - горизонтально на столе (¿/=0 м; ¿2=0..0,6 м); 3 - горизонтально на столе (¿/=0,4 м; ¿¡=0 м); 4 - горизонтально на полке (¿/=0 м; ¿2=0,6 м); 5-горизонтально в нише; 6-вертикально ^=0,6 м); ¿? - длина поверхности перед выходным и входным сечением ИВФ соответственно; - расстояние от стены до ИВФ

Как видно из рис.6, наилучшим является I оризонтальное положение ИВФ на столе. Этот вывод является статистически достоверным, т.к. соответствующие разности значений цп превышают наименьшую существенную разницу (НСР5%=0,17; НСР1О%=0,14).

Кроме того, обнаружено, что для достижения максимальной скорости электрического ветра, а следовательно и степени очистки воздуха в помещении необходимо, чтобы перед выходным отверстием ИВФ выступала

15

горизонтальная поверхность длиной около 0,4 м; при этом расстояние о г стены до входного отверстия МВФ должно быть не менее 0,5 м.

Пятая глава " Исследование работы ионного вентилятора-фильтра в производственных условиях. Оценка экономического эффекта" посвящена экспериментальному исследованию очистки воздуха от пыли с помощью ИВФ в помещении производственного объекта, а также расчету ожидаемого экономического эффекта при использовании аппарата.

Программа исследований включала в себя определение степени очистки воздуха от пыли в помещении при работе ИВФ и проверку математической модели процесса очистки воздуха, разработанной в главе 2, в производственных условиях.

Исследования проводились в бактериологическом отделе ветеринарной лаборатории СПК "Птицефабрика Челябинская". Объем помещения - 30 м3. ИВФ имел следующие параметры: степень очистки воздуха в фильтре, определенная по счетной концентрации при диаметре пылевых частиц 0,3 мкм и более -0,97; объемный расход воздуха - 70 м3/ч.

ИВФ устанавливался с учетом рекомендаций, приведенных в главе 4: горизонтально, причем таким образом, чтобы воздушный поток был направлен в сторону рабочей зоны (стола лаборанта). Концентрация пыли измерялась после двух часов работы ИВФ для частиц с граничным размером 0,3 и 0,4 мкм в контрольных точках, часть которых располагалась в рабочей зоне.

В результате обработки экспериментальных данных установлено, что среднее значение степени очистки воздуха от пыли (фракция частиц 0,3...0,4 мкм) составляет: для рабочей зоны- 0,69; для помещения в целом - 0,63.

При расчете средней степени очистки воздуха в помещении по скорректированной математической модели, учитывающей действие силы тяжести, было получено значение 0,60. Таким образом, погрешность расчета по модели составила в данном случае около 5%, что подтверждает сделанный в главе 2 вывод о пригодности разработанной модели для инженерных расчетов.

Подход к расчету экономического эффекта от применения ИВФ учитывал то, что одним из основных способов обеспыливания воздуха в сельскохозяйственных помещениях малого объема является общеобменная вентиляция. При этом обеспыливание производится за счет поступления в помещение наружного воздуха с меньшей концентрацией пыли, который в холодное время года необходимо подогревать. Если же очищать воздух в помещении с помощью рециркуляционного ЭФ, то можно исключить затраты на подогрев наружного воздуха и, следовательно, получить экономический эффект за счет экономии энергии.

Годовой экономический эффект Э от применения ИВФ определялся как экономия приведенных затрат в данном варианте по сравнению с базовым вариантом, предусматривающим обеспыливание с помощью общеобменной вентиляции. Эффект Э рассчитывался для помещения объемом 100 м3 при варьировании климатических зон (таблица),

охватывающих широкий диапазон изменения длительности отопительного периода и средней температуры наружного воздуха за данный период, в зависимости от годового времени очистки воздуха I, (рис.7), а также от тарифов на электрическую и тепловую энергию (рис.8).

Таблица

Годовой экономический эффект от применения ИВФ для различных

климатических зон

Географический пункт

Краснодар Челябинск Верхоянск

Показатель вариант

базовый предлагаемый базовый предлагаемый базовый предлагаемый

Капитальные вложения

!<«,, руб. 1400 661 1400 661 1400 661

Эксплуатационные затраты И, руб/год 321 83 457 83 708 83

В том числе:

затраты на энергию Иш, руб/год 233 42 369 42 620 42

издержки на амортизацию Иа, руб/год 52 24 52 24 52 24

издержки на текущии ремонт ИТХ1, руб/год 36 17 36 17 36 17

Приведенные затраты ПЗ, руб/год 531 182 667 182 918 182

Годовой

экономический эффект 349 485 736

Э, руб/год

1- Верхоянск, 2- Челябинск, З-Краснодар Рис.7. Зависимость годового экономического эффекта от годового времени очистки воздуха

100(1 — уоо •

Х00 * ?<)<)• • <•><)() • 5№> • 4(К> * 300200 • №0-

°0

Цэо ЦтО

Рис.8. Зависимость годового экономического эффекта от относительного тарифа на электрическую и тепловую энергию (Ц, и Ц,- тарифы на электрическую и тепловую энергию, руб/(кВт-ч); Цэо=1,0 руб/(кВт-ч) и

Цто=0,14 руб/(кВт-ч) - тарифы на электрическую и тепловую энергию, принятые за основной уровень)

Из таблицы видно, что использование ИВФ дает существенную

экономию приведенных затрат по сравнению с базовым вариантом. Например,

для Челябинска эта экономия составляет 485 1ПЛ0/ _ло/ Чем севернее

-- 100 /о и 70 /о.

667

расположен географический пункт, тем больше годовой экономический эффект от применения ИВФ. Это происходит из-за увеличения длительности отопительного периода и снижения средней температуры наружного воздуха за данный период, следствием чего является рост потребления тепловой энергии, необходимой для подогрева приточного воздуха в базовом варианте.

При увеличении годового времени очистки воздуха от пыли (рис.7) и тарифов на энергию (рис.8) годовой экономический эффект от применения ИВФ возрастает, что объясняется ростом экономии затрат на энергию по сравнению с базовым вариантом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Наиболее перспективным средством очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях с повышенными требованиями к чистоте являются рециркуляционные ЭФ.

2. Разработанная с учетом действия силы тяжести математическая модель процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционного ЭФ, как показала экспериментальная проверка в лабораторных и производственных условиях, позволяет рассчитывать процесс с приемлемой для практических целей погрешностью (до 20 %) и может быть рекомендована для проектных расчетов. Математическое моделирование показало, что использовать рециркуляционные ЭФ целесообразнее в невентилируемых помещениях, а также выявило влияние других факторов на процесс обеспыливания

18

3. Предложенная методика выбора рециркуляционных ЭФ позволяет определить необходимое количество фильтров для обеспечения заданной степени очистки воздуха в помещении.

4. При работе ИВФ средняя концентрация пыли в воздухе помещения снижается и достигает установившегося значения за время, равное 120...180 мин. В разных пространственных направлениях скорость снижения концентрации пыли различна. Наиболее сильное снижение концентрации пыли происходит в направлении воздушного потока, создаваемого аппаратом; при этом время достижения установившейся концентрации растет с удалением от ИВФ.

5. При работе ИВФ степень очистки воздуха в фильтре и степень очистки воздуха в помещении выше, а озоновыделение ниже, чем при работе аппарата "Супер-плюс". Таким образом, ИВФ имеет преимущество перед "Супер-плюс" по всем исследованным параметрам.

6. Между скоростью электрического ветра и степенью очистки воздуха в помещении существует, как показал корреляционный и регрессионный анализ, сильная связь (коэффициент корреляции г=0,81... 1,00). Это позволяет получить с помощью уравнения регрессии поле степеней очистки воздуха в помещении по известным значениям скорости электрического ветра.

7. Наилучший способ установки ИВФ - горизонтальное расположение на столе или полке; при этом расстояние от стены до входного отверстия должно быть не менее 0,5 м, а перед выходным отверстием должна выступать горизонтальная часть длиной около 0,4 м.

8. ИВФ обеспечивает достаточно эффективную очистку воздуха от пыли в помещении производственного объекта: в различных точках рабочей зоны бактериологического отдела ветеринарной лаборатории птицефабрики установившееся значение степени очистки составляло 0,63...0,76, а в среднем по помещению - 0,63.

9. Применение ИВФ является более экономичным способом обеспыливания воздуха помещения по сравнению с общеобменной вентиляцией: ожидаемая экономия приведенных затрат составляет для климатических условий Челябинска в помещении объемом 100 м"" около

490 руб/год, экономия затрат на энергию - около 330 руб/год. При увеличении времени работы аппарата в году, тарифов на тепловую и электрическую энергию, длительности отопительного периода и снижении средней температуры наружного воздуха годовой экономический эффект от применения ИВФ возрастает.

>

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Файн В.Б., Иванова С.А.. Смирнягин Е.В. К теории процесса обеспыливания воздуха в помещении при работе рециркуляционного электрофильтра // Вестник ЧГАУ. Челябинск, 1999. - Т. 29. - с. 107-117.

2. Файн В.Б., Бахарев A.M., Смирнягин Е.В., Иванова С.А. О возможнос-ти использования ионного вентилятора как зоны зарядки в двухзонном электрофильтре // Вестник ЧГАУ. Челябинск, 2000. - Т.30.- с. 15-23.

3. Файн В.Б., Иванова С.А., Смирнягин Е.В. Математическая модель обеспыливания воздуха в помещении при работе рециркуляционного электрофильтра // Вестник ЧГАУ. Челябинск, 2000. - Т.32.-С. 102-107.

4. Иванова С.А. Исследование эффективности обеспыливания воздуха в помещении рециркуляционным вентилятором-фильтром // Сб. тезисов докладов на XL научно-технической конференции "Челябинскому государственному агроинженерному университету - 70 лет" / Челяб. гос. агроинж. ун-т. -2001. -с.284-285.

5. Иванова С.А., Смирнягин Е.В., Файн В.Б. Коррекция математической модели обеспыливания воздуха рециркуляционным фильтром для случая невентилируемого помещения // Вестник ЧГАУ. Челябинск, 2001. - Т.34.

-с. 103-107.

6. Возмилов А.Г., Смирнягин Е.В., Иванова С.А. Оценка эффективности применения ионного вентилятора-фильтра для очистки воздуха в помещении // Материалы XLI научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. - Челябинск: ЧГАУ, 2002. -4.2.-с. 167-168.

7. Иванова С.А. Расчет экономического эффекта от энергосбережения при использовании ионного вентилятора-фильтра // Материалы XLI научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. - Челябинск: ЧГАУ, 2002. - ч.2. - с.196-197.

8. Файн В.Б., Иванова С.А., Смирнов Д.А. Определение необходимого количества рециркуляционных электрофильтров для обеспыливания воздуха в помещении // Вестник ЧГАУ. Челябинск, 2002. -Т.37,- с. 47-50.

9. Возмилов А.Г., Иванова С.А., Смирнягин Е.В. Экспериментальное исследование эффективности работы ионного вентилятора-фильтра в условиях производственного помещения // Материалы XLII научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. -Челябинск: ЧГАУ, 2003. - ч.З. - с.134-137.

10. Иванова С.А. К определению рационального способа установки ионного вентилятора-фильтра в помещении // Материалы XLII научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. -Челябинск: ЧГАУ, 2003. - ч.З. - с.80-82.

11. Ионный вентилятор-фильтр: Патент №2181466. Россия/ Файн В.Б., Смирнягин Е.В., Иванова С.А., №2000129376/06; Заявл. 23.11.2000; Опубл. 20.04.02 Бюл. №11.

Подписано к печати 22.09.2003 г. Формат 60x84/16. Уч.-изд.л. 1,0. Заказ 330 Тираж 100 экз.

Издательство Челябинского государственного агроинженерного университета. 454080, Челябинск, пр. Ленина, 75.

-A

H5673 X

Введение.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Проблема обеспыливания воздуха в малообъемных сельскохозяйственных помещениях. Существующие методы и технические средства обеспыливания.

1.2. Рециркуляционные электрофильтры.

1.3. Теоретические исследования в области обеспыливания воздуха в помещениях.

1.4. Задачи исследования.

1.4.1. Выводы из анализа состояния вопроса.

1.4.2. Постановка задач исследования.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ПОМЕЩЕНИЯ ОТ ПЫЛИ ПРИ РАБОТЕ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ЭЛЕКТРОФИЛЬТРА.

2.1. Получение математической модели процесса очистки воздуха помещения от пыли при работе рециркуляционного электрофильтра с учетом осаждения пыли под действием силы тяжести.

2.2. Анализ необходимости учета силы тяжести в математической модели процесса очистки воздуха помещения от пыли при работе рециркуляционного электрофильтра.

2.3. Получение математической модели процесса очистки воздуха помещения от пыли при работе рециркуляционного электрофильтра с учетом осаждения пыли под действием силы тяжести и электростатического рассеяния.

2.4. Анализ необходимости учета электростатического рассеяния в математической модели процесса очистки воздуха помещения от пыли при работе рециркуляционного электрофильтра.

2.5. Экспериментальная проверка, коррекция и проверка скорректи

• рованной модели процесса очистки воздуха помещения от пыли при работе рециркуляционного электрофильтра.

2.6. Математическое моделирование процесса очистки воздуха в помещении от пыли рециркуляционным электрофильтром.

2.7. Методика выбора рециркуляционных электрофильтров для очистки воздуха в помещении.

В агропромышленном комплексе существует большое количество малообъемных помещений, чистота воздуха которых влияет на качество производимой там продукции. Это пекарни, цеха по переработке мяса, яиц, молока. Высокие требования к чистоте воздуха предъявляются также к лабораториям по производству вакцин, аптекам, ветеринарным лечебницам.

Анализ показал, что наиболее распространенным способом поддержания чистоты в вышеперечисленных помещениях является приточно-вытяжная вентиляция и влажная уборка. Данные меры не являются достаточными, поэтому требуются дополнительные способы очистки воздуха.

Наиболее перспективными на наш взгляд является очистка воздуха в помещении с помощью рецикуляционных электрофильтров (ЭФ), в частности ионного вентилятора-фильтра (ИВФ). Данный способ очистки позволяет значительно снизить концентрацию пыли в помещении и не требует дополнительных затрат на отопление приточного воздуха по сравнению с очисткой за счет общеобменной вентиляции.

Проанализировав литературные данные, мы пришли к выводу, что эффективность обеспыливания воздуха в малообъемных помещениях рециркуляционными ЭФ изучена недостаточно, причем это касается как экспериментальных, так и теоретических исследований. В связи с вышеизложенным и была выбрана тема исследования.

Работа выполнена в соответствии с общесоюзной отраслевой программой 0.51.21 "Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства" и перечнем республиканских целевых программ, п.29 "Разработать основные направления долгосрочной федеральной технической политики, систему энергетического обеспечения, развития автоматизации производства и экологии энергетических средств в сельскохозяйственном производстве России" (приказ №10 от 17.03.95 г. по Главному управлению вузов Минсельхозпрода России).

Цель работы: повышение эффективности процесса очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях на основе рационального использования рециркуляционных ЭФ.

Задачи исследования:

1. Дать теоретическое описание процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционного ЭФ, дополненное учетом силы тяжести и электростатического рассеяния, и провести математическое моделирование данного процесса; разработать методику выбора рециркуляционных ЭФ.

2. Экспериментально исследовать кинетику и установившийся режим процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционных ЭФ.

3. Сравнить эффективность очистки воздуха от пыли в помещении и озоновыделение при работе аппаратов ИВФ и "Супер-плюс".

4. Определить наилучший способ установки ИВФ.

Объект исследования: процесс очистки воздуха от пыли в помещении рециркуляционным ЭФ.

Предмет исследования: зависимости основных показателей процесса очистки воздуха в помещении от параметров и способа установки рециркуляционного ЭФ, характеристик помещения и физических свойств улавливаемых пылевых частиц.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту

Предложено теоретическое описание процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционного ЭФ, дополненное учетом силы тяжести и электростатического рассеяния, и получены результаты математического моделирования данного процесса. Предложена методика выбора рециркуляционных ЭФ для очистки воздуха в помещении.

Получены экспериментальные данные о кинетике снижения концентрации пыли, а также о пространственном распределении скорости электрического ветра и степени очистки воздуха в помещении при работе ИВФ. Установлена сильная и значимая корреляционная связь между скоростью электрического ветра и степенью очистки воздуха от пыли в данной точке помещения при работе ИВФ.

Получены результаты экспериментального сравнения аппаратов ИВФ и "Супер-плюс" по эффективности очистки воздуха от пыли в помещении и озоновыделению. Определен наилучший способ установки ИВФ в помещении.

Новизна технического решения защищена патентом Российской Федерации.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов

Разработанная математическая модель дает возможность проводить инженерные расчеты при проектировании систем обеспыливания воздуха, использующих рециркуляционные ЭФ.

Методика выбора рециркуляционных ЭФ позволяет определять характеристики и количество аппаратов в зависимости от объема помещения и необходимой степени очистки воздуха в нем.

Рекомендации о месте и способе установки рециркуляционного ЭФ позволяют повысить эффективность его применения.

Ионный вентилятор-фильтр, размещенный с учетом рекомендаций диссертационной работы, внедрен в ветеринарной лаборатории СГПС "Птицефабрика Челябинская".

Результаты исследования эффективности очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях рециркуляционными ЭФ используются в учебном процессе ЧГАУ.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научных конференциях ЧГАУ (Челябинск, 1997-2003 гг.)

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 научных статьях. Получен один патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (из 110 наименований), 11 приложений и содержит 186 страниц основного текста, в т. ч. 80 рисунков и 12 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Результаты, полученные в настоящей диссертационной работе*, позволяют сделать следующие выводы.

1. Наиболее перспективным средством очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях с повышенными требованиями к чистоте являются рециркуляционные ЭФ.

2. Разработанная с учетом действия силы тяжести математическая модель процесса очистки воздуха от пыли в помещении при работе рециркуляционного ЭФ, как показала экспериментальная проверка в лабораторных и производственных условиях, позволяет рассчитывать процесс с приемлемой для практических целей погрешностью (до 20 %) и может быть рекомендована для проектных расчетов. Математическое моделирование показало, что использовать рециркуляционные ЭФ целесообразнее в невентилируемых помещениях, а также выявило влияние других факторов на процесс обеспыливания.

3. Предложенная методика выбора рециркуляционных ЭФ позволяет определить необходимое количество фильтров для обеспечения заданной степени очистки воздуха в помещении.

4. При работе ИВФ средняя концентрация пыли в воздухе помещения снижается и достигает установившегося значения за время, равное

120. 180 мин. В разных пространственных направлениях скорость снижения концентрации пыли различна. Наиболее сильное снижение концентрации пыли происходит в направлении воздушного потока, создаваемого аппаратом; при этом время достижения установившейся концентрации растет с удалением от ИВФ. Основное содержание диссертации опубликовано в [35, 74, 102-110].

5. При работе ИВФ степень очистки воздуха в фильтре и степень очистки воздуха в помещении выше, а озоновыделение ниже, чем при работе аппарата "Супер-плюс". Таким образом, ИВФ имеет преимущество перед "Супер-плюс" по всем исследованным параметрам.

6. Между скоростью электрического ветра и степенью очистки воздуха в помещении существует, как показал корреляционный и регрессионный анализ, сильная и значимая связь (коэффициент корреляции г=0,81.1,00). Это позволяет получить с помощью уравнения регрессии поле степеней очистки воздуха в помещении по известным значениям скорости электрического ветра.

7. Наилучший способ установки ИВФ - горизонтальное расположение на столе; при этом расстояние от стены до входного отверстия должно быть не менее 0,5 м, а перед выходным отверстием должна выступать горизонтальная часть длиной около 0,4 м.

8. ИВФ обеспечивает достаточно эффективную очистку воздуха от пыли в помещении производственного объекта: в различных точках рабочей зоны бактериологического отдела ветеринарной лаборатории птицефабрики установившееся значение степени очистки составляло 0,63.0,76, а в среднем по помещению - 0,63.

9. Применение ИВФ является более экономичным способом обеспыливания воздуха помещения по сравнению с общеобменной вентиляцией: ожидаемая экономия приведенных затрат составляет для климатических условий Челябинска в помещении объемом 100 м3 около

490 руб/год, экономия затрат на энергию - около 330 руб/год. При увеличении времени работы аппарата в году, тарифов на тепловую и электрическую энергию, длительности отопительного периода и снижении средней температуры наружного воздуха годовой экономический эффект от применения ИВФ возрастает.

НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. В области теоретических исследований считаем целесообразным получить описание пространственного распределения концентрации пылевых частиц в воздухе помещения при работе рециркуляционного ЭФ.

2. В области экспериментальных исследований необходимо исследовать: а) снижение концентрации микроорганизмов в воздухе помещения при работе рециркуляционных ЭФ; б) поля скоростей электрического ветра и степеней очистки воздуха от пыли в помещении при совместной работе нескольких рециркуляционных ЭФ; в) эффективность очистки воздуха от пыли в помещении при работе ИВФ в периодическом режиме (т.е. при чередовании периодов работы и паузы).

1. Заривайская Х.А. Содержание пыли в воздухе квартир с различными системами отопления и вентиляции // Водоснабжение и санитарная техника. 1985.-№11. с. 21-23.

2. Поляков A.A. Ветеринария и санитария. М.:Колос, 1979. 231 с.

3. Карапата А.П., Шевченко A.M. Профессиональные пылевые болезни легких. Киев: Здоровья, 1980. - 184 с.

4. Величковский Б.Т. Фиброгенные пыли: Особенности строения и механизма биологического действия. Горький: Волго-Вятское кн.изд-во, 1980.- 159 с.

5. Комплексный доклад о состоянии окружающей среды Челябинской области в 1996 году / Челябинский областной комитет по экологии и природопользованию Челябинск, 1997 г. 89 с.

6. Зоогигиенические нормативы для животноводческих объектов. Справочник / Г.К.Волков, В.М.Репин и др.- М.:Агропромиздат, 1986. -303 с.

7. Славин P.M. Научные основы электрификации и построения машинных технологий птицеводства. Машинные технологии производства яиц и мяса птицы,- М.: ВИЭСХ, 1984.- с. 14- 29.

8. Селянский В.М. Микроклимат в птичниках. М.: Колос, 1975. — 304 с.

9. Возмилов А.Г. Электроочистка и электрообеззараживание воздуха в промышленном животноводстве и птицеводстве: Дис. .д-ра техн. наук: 05.20.02 / ЧГАУ.- Челябинск, 1993.- 337 с.

10. Селезнев Б.Е. и др. Химические и биологические источники загрязнения окружающей среды современных сел // Санитария и гигиена.-1991.- №4- с.23-25.

11. Поляков A.A. Ветеринарная санитария .- М.: Колос, 1979.- 224 с.

12. Вовк Д.М. Справочник по ветеринарной рецептуре и технологии изготовления лекарственных форм.- К.: Урожай, 1983.- 224 с.

13. Горшков A.A. Зоотехническая лаборатория птицефабрики // Птицеводство.- 1992.-№10.- с. 3-5.

14. Кирпичников И.В. Разработка и исследование электростатического фильтра для очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях: Дис. . канд. техн. наук: 05.20.02 / ЧГАУ. -Челябинск., 2000.-151 с.

15. ГОСТ Р 50766-95. Помещения чистые. Классификация. Методы аттестации. Основные требования; Введ. 01.01.96.- М.: Изд- во стандартов, 1995.-27 с.

16. Кирпичникова И.М. Энергосберегающие системы электроочистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте: Монография.- Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2001. 80 с.

17. Сидоров В.Т., Безмен В.А. Санация воздушной среды помещений с помощью фитопрепарата // Технология получения и выращивания здорового молодняка сельскохозяйственных животных и рыбопосадочного материала.-Минск, 1993.- с.28-32.

18. Селиверстов В.В и др. Дезинфекция в системе ветеринарно-санитарных мероприятий / Селиверстов В.В., Дудницкий H.A., Попов Н.И.// Ветеринария.- 1999.- №2- с.3-8.

19. Малеев Б.В. Новые технологии антимикробной обработки в пищевой и перерабатывающей промышленности //Переработка рыбы и других морепродуктов.- СПб., 1999.- с. 12-14.

20. Справочник специалиста ветеринарной лаборатории./ Коротченко Н.В., Смиян Ю.П., Адаменко А.П. и др.; Под ред. Ю.П.Смияна.- К.: Урожай, 1987.368 с.

21. Возмилов А.Г. Исследование и разработка двухзонного электрофильтра для очистки воздуха в промышленном птицеводстве (цех инкубации цыплят): Дис. .канд. техн. наук: 05.20.02 / ЧИМЭСХ, 1980.- 196 с.

22. Кривопишин И., Емельянов Б.,Трегубов Б. Очистка воздуха в помещении с применением озона//Птицеводство, 1978, №10. с.20-22.

23. Скляр В.Г., Иммиев Я.Я. Применение средств обеззараживания воздуха в системах вентиляции птичников // Труды ВНИТИП, 1976, том 41, с.21-26.

24. Ярных B.C. Аэрозоли в ветеринарии. М., Колос, 1972.-352 с.

25. Ксенз Н.В. Электроозонирование воздушной среды животноводческих помещений (метод, рекоменд.).- Зерноград. ВНИПТИМЭСХ, 1991.- 35 с.

26. Ксенз Н.В. Совершенствование систем микроклимата в животноводстве на основе электроозонирования // Вестник сельскохозяйственной науки. М.,1988, №3, с. 117-120.

27. Сибельдина JL, Зуев В. Озонирование в птицеводстве // Птицеводство.-1999.-№4,- с. 34-35.

28. Нейштад Я.Э. Бактерицидное ультрафиолетовое излучение. М., Медгиз, 1955.- 156 с.

29. Бутко М.П., Тиганов B.C. Обеззараживание поверхностей ультрафиолетовым излучением // Проблемы ветеринарной санитарии и экологии-М.,1993.-Ч.1.- с.105- 114.

30. Тиганов B.C., Бутко М.П. Использование УФ- излучения на мясоперерабатывающих предприятиях // Проблемы ветеринарной санитарии и экологии.- 1988. т. 106.-С.25-33.

31. Павлов С.Н. Искусственная ионизация чистого воздуха помещений // Водоснабжение и санитарная техника, 1982.- №6.- с. 19-21.

32. Губернский Ю.Д., Дмитриев М.Т. Атмосферный озон и ионы -основные компоненты свежести воздуха // Природа, 1976.- №9.- с.21-23.

33. Губернский Ю.Д., Исмаилова Д.И. Гигиеническая значимость ионно-озонного комплекса в условиях жилых и общественных зданий //Вестник АМН СССР.- 1978.- №8.- с. 49-53.

34. Файн В.Б., Бахарев A.M., Смирнягин Е.В., Иванова С.А., О возможности использования ионного вентилятора-фильтра как зоны зарядки в двухзонном электрофильтре // Вестник ЧГАУ, 2000, том 30, с. 15-23.

35. Электростатический фильтр-вентилятор: Патент № 2005962 Россия/ Колпакчиев И.Н. № 5018793/29; Заявл. 25. 11. 91; Опубл. 15. 01. 94.- Бюл. №1.

36. Руководство по эксплуатации воздухоочистителя электронного "Суперплюс". Орел, 1996.

37. Хлебников Ю.П. Фильтры систем кондиционирования воздуха и вентиляции.- М.: Стройиздат. 1990.- 126 с.

38. Воздухоочистители // Коммунальное, бытовое и торговое оборудование. Сер. 33: РЖ. ВИНИТИ- 1981.- №1.- 1.33. 169.

39. Надплитные воздухоочистители // Электротехника. Сер. 21: РЖ. ВИНИТИ- 1986.- №3.- ЗП 103.

40. Инструкция по эксплуатации электрического бытового кухонного фильтра БЭВ- 2М1 УХЛ.4.2. "Элион"-Тольяти, 1984- 11 с.

41. Воздухоочиститель // Электротехника. Сер. 21: РЖ. ВИНИТИ- 1988.-№7.- 7П.88П.

42. Бытовой электрический вл aro компенсатор // Электротехника. Сер. 21: РЖ. ВИНИТИ- 1986,- №7.- 7П.87.

43. Воздухоочиститель // Коммунальное, бытовое и торговое оборудование. Сер. 33: РЖ. ВИНИТИ- 1981.- №5.- 5.33. 22.9П.

44. Воздухоочистители // Коммунальное, бытовое и торговое оборудование. Сер. 33: РЖ. ВИНИТИ- 1988.- №1.- 1.33. 121П.

45. Электрические воздухоочистители // Электротехника. Сер. 21: РЖ. ВИНИТИ- 1981.-№5.- 5П.45.

46. Воздухоочиститель // Коммунальное, бытовое и торговое оборудование. Сер. 33: РЖ. ВИНИТИ- 1990.- №6.- 6.733. 148.

47. Электрофильтр с противоуносным покрытием // Электротехника. Сер. 21: РЖ. ВИНИТИ- 1999.- №5.- 5Н.56.

48. Электрофильтр // Электротехника. Сер. 21: РЖ. ВИНИТИ- 1998.- №6.-6Н.47П.

49. Двухзонный электрофильтр // Электротехника. Сер. 21: РЖ. ВИНИТИ-1981.- № 12.- 00.12- 21 Н.52П.

50. Воздухоочиститель // Электротехника. Сер. 21. РЖ. ВИНИТИ- 1988.-№7.- 7П.87.

51. Воздушный фильтр // Коммунальное, бытовое и торговое оборудование. Сер. 33: РЖ. ВИНИТИ- 1988.- №3.- 3.33. 121.П.

52. Ярошенко В.Ф. Электрический бытовой водухоочиститель // Сб. трудов НИИЭТ. Тбилиси 1974. т.8- с. 47-49.

53. Воздухоочистительное устройство // Коммунальное, бытовое и торговое оборудование. Сер. 33: РЖ. ВИНИТИ- 1989.- №11.- 11.33.128П.

54. ГОСТ Р 51251- 99. Фильтры очистки воздуха. Классификация. Маркировка. Введ. 01.01.2000.- М.: Изд-во стандартов, 1999. -6 с.

55. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха.- М.: Стройиздат, 1974.- 206 с.

56. Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами.- М.: Химия, 1970.- 319 с.

57. Раутитс Р. Запыленность птичников и ее влияние на птицу // Птицеводство 1971, №8, с. 44.

58. Дымовые электрофильтры / В.И.Левитов, И.К.Решидов, В.М.Ткаченко и др.; / Под общ. ред. В.И.Левитова.- М.: Энергия, 1980.- 448 с.

59. Основы электрогазодинамики дисперсных систем / И.П.Верещагин, В.И.Левитов, Г.З.Мирзабекян, М.М.Пашин.- М., Энергия, 1974.-480 с.

60. Капцов Н.А. Короннный разряд и его применение в электрофильтрах. М.- Л., Гостехиздат, 1947, 145 с.

61. Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электронно- ионной технологии.-М.: Энергоатомиздат, 1985.- 160 с.

62. Электротехнология / А.М.Басов, В.Г.Быков, А.В.Лаптев, В.Б.Файн.- М.: Агропромиздат, 1985.- 256 е., ил.

63. White H.I. Entstaubung industrieller Gasse mit Elektrofiltern.- Leipzig: VEB für Grundstoffindustie, 1969.- 336 s.

64. Шнеерсон Б.Л. Электрическая очистка газов. М.: Изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1950.- 192 с.

65. Симанович Б.С. Ионизационные фильтры. -М.: Госстройиздат, 1961.44 с.

66. Жебровский С.П. Электрофильтры.-М.: Госэнергоиздат, 1950.- 256 с.

67. Возмилов А.Г., Кирпичникова И.М., Кирпичников И.В. Расчет эффективности электрофильтров // Вестник ЧГАУ. 2000.- том 30- с. 24-33.

68. Справочник по пыле- и золоулавливанию /М.И.Биргер, А.Ю.Мягков и др.; / Под общ. ред. А.А.Русанова.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-312 с.

69. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами.- М.: Химия, 1967.- 344 с.

70. Ярошенко В.А. О влиянии ионизации на микрофлору закрытых помещений // Аэроионизация в гигиене труда.- Л.:, 1966- с. 184-187.

71. Шандала М.Г. Аэроионизация как неблагоприятный фактор внешней среды.- Киев: Здоровье, 1974.- 164 с.

72. Clean fresh air каталог фирмы PlymoVent, 2001 .-66 с.

73. Ионный вентилятор-фильтр: Патент №2181466 Россия/ Файн В.Б., Смирнягин Е.В., Иванова С.А., №2000129376; Заявл. 23.11.2000; Опубл. 20.04.02 Бюл. №11.

74. Фукс H.A. Механика аэрозолей . М.: Издательство АН СССР, 1955.352 с.

75. Изаков Ф.Я., Файн В.Б. Исследование электрического осаждения аэрозоля в помещении при аэроионизации // Электричество, 1976, № 1, с.48-52.

76. Селиверстов А.Н. Вентиляция фабрично-заводских помещений. Том 1 .-M.-JT.: Госстройиздат, 1932.-207 с.

77. Дунский В.Ф., Китаев A.B. Осаждение униполярно заряженного аэрозоля в закрытом помещении // Коллоидный журнал, 1960, №2, с. 159-167.

78. Изаков Ф.Я., Файн В.Б. К расчету системы очистки воздуха от пыли в вентилируемых животноводческих помещениях // Труды ЧИМЭСХ, 1974, вып. 81, с. 130-131.

79. Файн В.Б. Теория процесса очистки воздуха от пыли при аэроионизации //Труды ЧИМЭСХ, вып.99, 1975, с.37-41.

80. Файн В.Б. Исследование метода ионизации воздуха коронным разрядом в птичниках (для кур-несушек): Дис.канд. техн. наук: 05.20.02/ ЧИМЭСХ. Челябинск, 1977.-264 с.

81. Басов A.M., Возмилов А.Г., Ильинская З.Б. Фильтрация воздуха в выводной камере инкубатора // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1984, № 5, с. 29-30.

82. Возмилов А.Г., Кирпичников И.В. Выбор системы очистки конвективных потоков воздуха в помещениях малого объема // Вестник ЧГАУ, 1996, т. 14, с. 121-126.

83. Уадцн P.A., Шефф П.А. Загрязнение воздуха в жилых и общественных зданиях.-М.: Стройиздат, 1990.-126 с.

84. Кирпичникова И.М. Энергосберегающие системы электроочистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха: Дис. . д-ра техн. наук.- Челябинск: ЧГАУ, 2001. —326 с.

85. Смирнягин Е.В. Разработка и исследование ионного вентилятора-фильтра для очистки воздуха от пыли в помещениях АПК: Дис. . канд. техн. наук.- Челябинск: ЧГАУ, 2002. 149 с.

86. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981.- 238 с.

87. Губернский Ю.Д. Гигиенические основы кондиционирования микроклимата жилых и общественных зданий. М.: Медицина, 1978.-238 с.

88. Мирзабекян Г.З. Зарядка аэрозолей в поле коронного разряда // Сильные электрические поля в технологических процессах, М.: Энергия, 1969, с.20-39.

89. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В., Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.- 279 с.

90. Вольф В.Г. Статистическая обработка опытных данных.-М.:Колос, 1966.-241 с.

91. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970.-720 с.

92. Лабораторный практикум по курсу "Теоретические основы планирования экспериментальных исследований".- М.:МЭИ, 1974.-185 с.

93. Тейлор Д. Введение в теорию ошибок.- М.: Мир. 1985.- 272 с.

94. ГОСТ12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. Введ.01.01.89.-М.: Изд-во стандартов, 2001.- 48 с.

95. Монтик П.Н., Наремский Н.К., Никульча И.П. Измерение концентрации аэроионов в обитаемых помещениях.- В сб.: •Электротехнология процессов сельскохозяйственного производства. //Труды ЧИМЭСХ, вып.85, 1974,с.70-78.

96. Доспехов Б.Л. Методика полевого опыта. Изд. 4-е,пераб. И доп. М.: Колос, 1979, с. 416.

97. Водянников В.Т. Экономическая оценка энергетики АПК. М.:ИКФ "ЭКМОС", 2002.-304 с.

98. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой СССР.-М.: ЦИТП АПП, 1992.-28 с.

99. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. т.2/ Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К.Клокова.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 688 с.

100. Файн В.Б., Иванова С.А., Смирнягин Е.В. К теории процесса обеспыливания воздуха в помещении при работе рециркуляционного электрофильтра// Вестник ЧГАУ. Челябинск, 1999. Т. 29. - с. 107-117.

101. ЮЗ.Файн В.Б., Иванова С.А., Смирнягин Е.В. Математическая модель обеспыливания воздуха в помещении при работе рециркуляционного электрофильтра // Вестник ЧГАУ. Челябинск, 2000. Т.32.-С. 102-107.

102. Иванова С.А., Смирнягин Е.В., Файн В.Б. Коррекция математической модели обеспыливания воздуха рециркуляционным фильтром для случая невентилируемого помещения // Вестник ЧГАУ. Челябинск, 2001. Т.34.с. 103-107.

103. Иванова С.А. К определению рационального способа установки ионного вентилятора-фильтра в помещении // Материалы ХЫ1 научно-технической конференции Челябинского государственного агроинже-нерного университета. Челябинск: ЧГАУ, 2003. - ч.З. - с.80-82.

104. Файн В.Б., Иванова С.А., Смирнов Д.А. Определение необходимого количества рециркуляционных электрофильтров для обеспыливания воз-духа в помещении. // Вестник ЧГАУ. Челябинск, 2002. -Т.37. с. 47-50.