ЛА БАРАНОВ РА ЗАХАРОВ

СВЕТОТЕХНИКА
И ЗЙЕкТРОТЕХНОЛОГИЯ
Б2_Ч

МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ «АГРООБРАЗОВАНИЕ»

Л. А. БАРАНОВ, В. А. ЗАХАРОВ

СВЕТОТЕХНИКА
И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ

Допущено Министерством сельского хозяйства Российской Фе-
дерации в качестве учебного пособия для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по специальности 110302
«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

£

МОСКВА «КолосС» 2006
УДК 621.31:631.3(075.8)

ББК 40.7бя73

Б24

Редактор Г. В. Лихачева

Рецензенты: доктор техн, наук, профессор Л. П. Шичков (РГАЗУ), доктор
техн, наук, профессор Р. X. Юсупов (Юж.-УрГУ)

Баранов Л. А., Захаров В. А.

Б24 Светотехника и электротехнология. — М.: КолосС, 2006. —
344 с.: ил. — (Учебники и учеб, пособия для студентов высш,
учеб, заведений).

ISBN 5-9532-0373-Х

Даны физические основы использования энергии электромагнитного
поля различной частоты и ее преобразования в энергию оптических излуче-
ний, тепловую, механическую, химическую и др. Приведены методы расче-
та, выбора и применения светотехнического и электротехнологического
оборудования. Показаны возможности и перспективы использования элек-
тротермии, электронно-ионной, ультразвуковой и другой электротехноло-
гии в сельском хозяйстве.

Для студентов, обучающихся по специальности 110302 «Электрифика-
ция и автоматизация сельского хозяйства».

УДК 621.31:631.3(075.8)

ББК 40.76я73
ОТ АВТОРОВ

Предлагаемая книга «Светотехника и электротехно-
логия» по своему содержанию соответствует учебной
программе с аналогичным названием, рекомендованной
для вузов Департаментом кадровой политики и образо-
вания Министерства сельского хозяйства и продоволь-
ствия Российской Федерации 14 сентября 1999 г. и ут-
вержденной’ Департаментом образовательных про-
грамм и стандартов 1профессионального образования
Министерства образования Российской Федерации
5 ноября 2001 г. по специальности 110302 «Электри-
фикация и автоматизация сельского хозяйства».

В отличие от изданных ранее в данном учебнике рас-
смотрены вместе и светотехника и электротехнология, а
главное, приведены примеры решения задач по всем
разделам. С точки зрения авторов, это делает книгу по-
лезной студентам-электрикам не только названной
выше специальности, а также учащимся техникумов, бу-
дущим инженерам-механикам и просто специалистам,
работающим в области механизации и электрификации
сельского хозяйства.

Авторы полагают, что материал книги современен.
Этому способствуют примеры задач, в том числе решае-
мых с помощью персональных компьютеров по про-
граммам и алгоритмам.

В книге показаны конструкции светильников, нагре-
вательных и других технологических установок, в том
числе разработанных в последнее время. Дано их описа-
ние, изложены принципы действия и примеры исполь-
зования в сельском хозяйстве. В разделах электротехно-
логии приведен новый материал, не публиковавшийся
ранее в подобных учебниках.

При написании книги использована отечественная и
зарубежная литература, а также оригинальный матери-
ал, накопленный авторами.
Авторы выражают благодарность рецензентам — за-
служенному работнику Высшей школы РФ, доктору
технических наук, профессору Л. П. Шичкову (Россий-
ский государственный аграрный заочный университет);
доктору технических наук, профессору Р. X. Юсупову
(Южно-Уральский государственный университет), а
также редакции издательства за ценные замечания и со-
веты, способствующие улучшению содержания книги.

Отзывы, замечания и пожелания читателей будут с
благодарностью приняты авторами. Ждем их по адресу:
454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75, Челябинский го-
сударственный агроинженерный университет.
Часть 1
СВЕТОТЕХНИКА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

В «Светотехника» как дисциплине изучают принципы и спосо-
бы генерирования видимого, ультрафиолетового и инфракрасного
излучений; пространственного перераспределения и измерения
характеристик оптического излучения; преобразование энергии
излучения в другие виды энергии; использование излучения в раз-
личных областях сельского хозяйства, а также конструкторскую и
технологическую разработки источников излучения и систем уп-
равления ими; осветительных, облучательных светосигнальных
приборов, устройств и установок; нормирование; проектирова-
ние; монтаж и эксплуатацию [10].

Осветительные установки предназначены для создания необхо-
димых условий освещения, обеспечивающих зрительное восприя-
тие (видение), дающее человеку около 90 % информации об окру-
жающем мире.

Оптическое излучение широко используют в современных тех-
нологических процессах в промышленности, а также в сельском
хозяйстве для повышения продуктивности животноводства и пти-
цеводства, урожайности растительных культур.

Эффективное использование излучения с помощью достиже-
ний современной светотехники — важнейший резерв повышения
производительности труда и качества продукции, снижения трав-
матизма и сохранения здоровья людей.

О масштабах современной светотехники можно судить по сле-
дующим цифрам. В нашей стране в настоящее время только в про-
мышленности и сельском хозяйстве, в общественных и жилых
зданиях и на улицах городов установлено более 1,5 млрд световых
точек суммарной мощностью около 150 млн кВт. На освещение
ежегодно расходуют свыше 220 млрд кВт-ч электроэнергии, то
есть примерно 13 % вырабатываемой в стране электроэнергии.
Ежегодно в СНГ выпускают более 2,5 млрд различных электри-
ческих источников света и более 120 млн светильников и комп-
лектующих изделий для них. На производстве светотехнических
изделий, в сфере проектирования, монтажа и эксплуатации осве-
тительных установок трудится по приближенной оценке более
250 тыс. человек.
Становление и развитие светотехники связано с прогрессом в
области физиологии зрения, оптики, учения об электричестве.
Большое значение для формирования светотехники имели работы
И. Ньютона, И. Ламберта, М. В. Ломоносова, П. Бугера, Т. Юнга,
В. В. Петрова, Я. Пуркинье, Г. Гельмгольца. Дальнейшее развитие
светотехники связано с появлением электрических источников
света. Работы А. Н. Лодыгина, Т. Эдисона, П. Н. Яблочкова, при-
ведшие к созданию электрических ламп, послужили основой про-
гресса светотехники. Важные вехи на этом пути — разработка и
внедрение люминесцентных ламп, разрядных ламп высокого дав-
ления, галогенных ламп накаливания.

Особое значение имели работы по созданию и освоению про-
изводства металлогалогенных ламп, натриевых ламп высокого
давления и компактных люминесцентных ламп, с появлением ко-
торых открылись перспективы высококачественного освещения и
эффективного использования электроэнергии.

В нашей стране светотехника получила развитие с созданием
собственной промышленности, научной и проектной баз. Отече-
ственная светотехническая школа внесла значительный вклад в
прогресс мировой светотехники. Работы С. И. Вавилова (люми-
несценция, действие света), М. А. Шателена (фотометрия, норми-
рование), С. О. Майзеля (физические основы процесса зрения),
А. А. Гершуна (теоретическая фотометрия), П. М. Тиходеева (нор-
мирование, световые эталоны и измерения), В. В. Мешкова
(принципы нормирования и проектирования), В. А. Фабриканта
(теория и создание люминесцентных ламп, открытие принципа
действия квантовых генераторов), Г. М. Кнорринга (принципы
светотехнических расчетов и проектирования осветительных уста-
новок) имели большое значение в развитии отечественной и ми-
ровой светотехники.

Главная задача современной светотехники — эффективное
применение оптического излучения в технологических процессах
при рациональном использовании электрической энергии, а так-
же создание комфортной световой среды для труда и отдыха чело-
века.

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Излучение — перенос энергии от излучающего тела к поглоща-
ющему. Понятие излучения можно определить как материю фор-
мы, имеющую массу покоя, равную нулю, и движущуюся в про-
странстве с постоянной скоростью.

Энергия излучения — количественная мера движения материи,
представляет собой одну из качественных разновидностей энер-
гии.

Свойства электромагнитных излучений от у-излучений до диа-
пазона радиоволн существенно различны и определяются в зна-
чительной мере энергией фотонов. Излучения с длинами волн в
диапазоне от 1,0 нм до 1,0 мм выделены из общего спектра элек-
тромагнитных излучений и названы оптическим излучением. Они
объединены общим названием «оптическое излучение», потому
что принципы возбуждения оптического излучения, его распрос-
транение в пространстве и преобразования в другие виды энер-
гии общие. В данный диапазон входят инфракрасное, видимое и
ультрафиолетовое излучения. [Напомним, что 1 нм (нанометр) =
= IO"9 м.]

В таблице 1.1 приведена общая характеристика спектра излуче-
ний от инфракрасных до рентгеновских [3].

1.1. Спектр излучений в интервале от инфракрасных до рентгеновских		
Общее название излучения	| Отдельный участок излучения |	Длина волны, нм
Инфракрасное	Декамикронное Микронное	(100-.10)103  10000...760
Видимое	Красное  Оранжевое Желтое	760...620  620... 590  590...560
	Зеленое Голубое Синее Фиолетовое	560...500	1  500...480  480...450  450...380
Ультрафиолетовое	УФЛ области А  УФЛ области В  УФЛ области С Вакуумное	380...320  320...275  275...200  200...10
Рентгеновское	Мягкое, жесткое	10...10"5

Инфракрасное излучение (ИК) — излучение с длиной волны от
760 до 10’нм. Проникая в поверхностные слои тканей живого
организма или растения, оно большую часть своей энергии расхо-
дует на образование теплоты. Глубина .проникновения инфра-
красного излучения в тело животного доходит до 2,5 мм, в зерно —
до 1...2 мм, в сырой картофель — до 6 мм, в хлеб при выпечке — до
7 мм.

В сельском хозяйстве инфракрасные излучения используют для
обогрева молодняка животных и птиц, сушки и дезинсекции сель-
скохозяйственных продуктов (зерно, фрукты, чай, хмель, табак и
др.), пастеризации молока, сушки лакокрасочных покрытий и
пропитанных изделий и т. д.

Видимое излучение (ВИ) — излучение, ‘которое может вызвать
непосредственно зрительное ощущение. Как видно из таблицы
1.1, границы диапазона видимого излучения следующие: ниж-
няя — 380 нм, верхняя — 760 нм. Излучение с длиной волны
550 нм, наилучшим образом воспринимаемое глазом человека,
принято за единицу.
Излучение этого диапазона используют в сельском хозяйстве
для создания рационального освещения в производственных и
других сельскохозяйственных помещениях. Применяя электри-
ческое освещение, обеспечивают необходимую производитель-
ность труда, требуемое качество продукции и безопасность работы
обслуживающего персонала. В ряде производств оно важнейший
производственный фактор: в птичниках — для увеличения свето-
вого дня, в теплицах — для дополнительного освещения растений
и т. п.

Правильно выполненное освещение уменьшает зрительное и
общее утомление работника, способствует поддержанию чистоты
и порядка в производственных и жилых помещениях.

Видимое излучение представляет собой сочетание излучений
семи основных цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого,
голубого, синего и фиолетового. Перед красными лучами в спект-
ре находятся тепловые (инфракрасные) излучения, а за фиолето-
выми — ультрафиолетовые.

Ультрафиолетовое излучение (УФ) — излучение с длинами
волн 380... 10 нм. Свойства ультрафиолетового излучения зависят
от длины волны. Поэтому весь ультрафиолетовый диапазон под-
разделяют на три условных поддиапазона: область А —
320...380 нм, область В — 275...320 нм и область С — 200...275 нм.

Длинноволновое УФ-излучение {область А) способно вызывать
свечение некоторых веществ, поэтому его используют в основном
для люминесцентного анализа химического состава и биологичес-
кого состояния продуктов.

Средневолновое УФ-излучение {область В) оказывает сильное
биологическое действие на живые организмы. Оно способно вы-
зывать эритему (покраснение кожи) и загар, превращать в орга-
низме животных необходимый для роста и развития витамин D в
усвояемую форму и обладает мощным антирахитным действием.

Коротковолновое УФ-излучение {область С) отличается силь-
ным бактерицидным действием, поэтому его широко используют
для обеззараживания воды и воздуха, для дезинфекции и стерили-
зации помещений, различного оборудования, инвентаря и посу-
ды.

Энергия излучений носит название «лучистой энергии». Счита-
ют, что лучистая энергия передается в пространстве электромаг-
нитными волнами, частота которых определяется энергией фото-
на, Дж:

е = Л/	(1.1)

где Л —постоянная Планка, равная 6,624 • 10-34Дж с;/—частота электромагнит-
ных колебаний, с-1.

Длина волны излучения X, нм, и частота электромагнитных ко-
лебаний f связаны между собой зависимостью

^c/f	(1.2)

где с —скорость света, равная 3 • 108 м/с.

Передаваемая лучистая энергия Q от тела излучающего к телу
поглощающему зависит от количества фотонов. Единица лучис-
той энергии — джоуль (Дж). Джоуль равен энергии излучения,
эквивалентной работе 1 Дж.

В практических расчетах чаще необходимо знать не всю лучис-
тую энергию, а лучистый поток Ф, который характеризует количе-
ство энергии, излучаемой источником в единицу времени 1.

Поток излучения, Вт (Дж/с),

& = dQ/dt.	(1.3)

Единица потока излучения — ватт (Вт). Ватт равен потоку
излучения, при котором за время 1 с излучается энергия 1 Дж:
1 Вт = 1 Дж/с.

Спектральная плотность потока излучения Ф(1), Вт/нм, отража-
ет распределение энергии всего излучения по спектру в соответ-
ствии с каждой монохроматической однородной составляющей:

Ф(Х) = с/Ф(Х)М.	(1.4)

Единица спектральной плотности потока излучения — ватт
на нанометр (Вт/нм).

Поток излучения связан со спектральной плотностью интегра-
лом

Ф=]ф(Х)<а	(1.5)

о

Поток излучения, поглощенный приемником и преобразован-
ный в нем в полезную мощность другого вида энергии, принято
называть эффективным потоком Фдф.

Различают следующие формы преобразования поглощенной
энергии излучения: фотоэффект — изменение электрического со-
стояния поглощающего тела; фотолюминесценция — излучение
энергии молекулами, возбужденными излучением; фотохимичес-
кое действие — изменение химического состояния тела, поглоща-
ющего излучение; фотобиологическое действие — изменение био-
логического состояния живого организма, подвергающегося излу-
чению (облучению).

Эффективный поток Фэф составляет лишь долю всего падающе-
го на приемник потока Ф:

Фэф = сат|еФ,	(1.6)

где с — коэффициент пропорциональности; а — коэффициент поглощения излу-
чения; Т]е “ энергетический КПД преобразования излучения приемником.
Чувствительность приемника того или иного излучения — это
мера «реакции» приемника, отнесенная к мощности падающего
на него излучения,

g = Фэф/Ф = сат]еФ/Ф = сат]е.	(1.7)

Для определения эффективных потоков по уровню реакции
того или иного образцового приемника построены системы эф-
фективных величин и единиц, облегчающие количественную
оценку процессов преобразования энергии излучений и упрощаю-
щие расчеты, связанные с ее использованием.

В принятых системах эффективных величин (табл. 1.2 и 1.3)
приемники излучения имеют избирательность и существенно от-
личаются спектральными характеристиками. Например, глаз че-
ловека и зеленый лист растения воспринимают излучения в почти
одинаковом спектральном интервале. Однако то монохроматичес-
кое излучение, которое глаз воспринимает лучше всего (550 нм),
для зеленого растения менее эффективно. Это говорит о том, что
единицы и величины одной системы не могут быть использованы
взамен единиц и величин другой, если неизвестны соотношения
между ними. Соотношения эти существенно зависят от спектраль-
ного состава излучения.

1.2. Системы принятых эффективных величин

Система эффективных величин	Стандартизированный приемник излучения	Область спектраль- ной чувствитель- ности, положение максимума, нм	Максимальная спектральная эффективность
Световых  Фотосинтезных  Витальных  Бактерицидных	Глаз среднего человека Зеленый лист среднего растения  Кожа среднего человека Бактерии	380...760, 550  300...800, 680  280...390, 297  220...315, 254	683 лм/Вт  1 фт/Вт  1 вит/Вт  1 бк/Вт

1.3. Обозначения и единицы светотехнических величин

Величина	Обозначение ।	Единица
	Система световых величин	
Световой поток	Фу	лм
Сила света	/у	кд
Светимость	Му/	лм/м2
Яркость	7-V	кц/м2
Освещенность	Д,	лк
Световая экспозиция	Яу	лк -ч

Система фотосинтезных величин

Фотосинтезный поток	фл	фт
Сила фотосинтезного излучения		фт/ср
Фотосинтезная излучательность	^ф	фт/м2
Фотосинтезная экспозиция	Нф	фт • ч/м2
Продолжение

Величина	Обозначение	Единица
Система витальных величин  Витальный поток	Фв  Сила витального излучения	/в  Витальная излучательность	Мв  Витальная облученность	Ев  Витальная экспозиция	Н„		вит вит/ср вит/м2 вит/м2 витч/м2

Система бактерицидных величин

Бактерицидный поток	Фе	бк
Сила бактерицидного -излучения	А	бк/ср
Бактерицидная излучательность		бк/м2
Бактерицидная облученность	А	бк/м2
Бактерицидная экспозиция		бкч/м2

Для отличия величин, обозначаемых одинаковыми буквами,
в светотехнике применяют индексы: е — для лучистой величи-
ны, V — для световой, ф — для фотосинтезной, в — для виталь-
ной; б — для бактерицидной.

В системе световых величин за единицу эффективного светово-
го потока Фу, воздействующего на глаз человека, принят люмен
(лм). При однородном излучении с длиной волны, равной 550 нм,
1 лм = 1/683 Вт. При другой длине волны 1 лм не будет равновелик
мощности 1/683 Вт.

Существует и другое определение: люмен — это поток, излу-
чаемый абсолютно черным телом площадью 0,5305 мм2 при тем-
пературе затвердевания платины (2042 К). Упрощенно абсолютно
черным считают тело, которое испускает излучения равномерно и
в одном направлении, все же приходящие излучения оно погло-
щает, то есть не обладает отражательной способностью.

Некоторое представление о значении люмена могут дать следу-
ющие примеры. Световой поток Фу, падающий на 1 м2 поверхнос-
ти земли летом при ясном небе, достигает 100 000 лм; световой
поток лампы накаливания мощностью 100 Вт, напряжением 220 В
составляет 1000 лм; световой поток лампы карманного фонаря ра-
вен примерно 6 лм.

О световом потоке Фу можно также сказать, что это производ-
ная от силы света /у по телесному (пространственному) углу со:

сЙ*у = I\da>,	(1.8)

где ctt>v — элементарный световой поток, лм; /у — сила света, кд (кандела); бы —
элементарный пространственный угол, ср (стерадиан).

Сила света /у — пространственная плотность светового потока,
то есть отношение светового потока Фу к значению телесного угла
со, в котором он равномерно распределяется

Ту — Фу/сО.

(1.9)
Единица силы видимых излучений — кандела; 1 кд = 1 лм/1 ср.

Стерадиан (ср) — это телесный угол, который имеет вершину в
центре сферы (шара) и опирается на участок сферы с площадью,
равной квадрату радиуса сферы. Другое определение, используе-
мое в расчетах: кандела — это 1/60 силы света, испускаемого с
1 м2 абсолютно черного тела при температуре затвердевания пла-
тины.

Светимость Му — поверхностная плотность светового потока,
испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока
Фу к площади светящейся поверхности 5П,

А/у = Фу/4-	(1.10)

Единица светимости —люмен на квадратный метр
(лм/м2).

Яркость Ly — поверхностная плотность силы света в заданном
направлении, равная отношению силы света 1у к площади проек-
ции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к
тому же направлению:

Ly= /v/(*^i cos а),	(1-11)

где а — угол между светящейся поверхностью и заданным направлением.

I Единица яркости — кандела на квадратный метр
(кд/м2).

Освещенность Еу — поверхностная плотность светового потока,
то есть отношение светового потока Фу к площади Sq, на которую
он равномерно падает

Гу = Фу/50.	(1.12)

Единица освещенности — люкс (лк); 1 лк = 1 лм/м2.

Светимость и яркость зависят от коэффициентов отражения
освещаемых поверхностей. Освещенность не зависит от коэффи-
циента отражения. Яркость связана с определенным направлени-
ем, а освещенность и светимость не связаны с направлением.

Физические представления о значениях некоторых величин
могут дать следующие примеры: освещенность в хирургической
операционной должна быть равна 3000 лк, при чтении книги —
50 лк; светимость чистого снега в солнечный полдень достигает
80 000 лм/м2; светимость вольфрамовой нити лампы накаливания
мощностью 100 Вт, напряжением 220 В, при температуре нити
7’= 2700 К равна 17 • 106лм/м2; яркость Солнца, находящегося в
зените, составляет 150 • 107 кд/м2, яркость белой бумаги при осве-
щенности в 50 лк равна 0,05 кд/м2.

В отличие от общей энергии излучения, измеряемой в джоулях,
световую энергию лучше представить как произведение светового
12
потока Фу на продолжительность его действия т, в люмен-секун-
дах (лм • с):

Су = ФуТ.	(1.13)

Световая отдача — это отношение светового потока источника
света к мощности, потребляемой источником

т]у = Фу/Р.	(1-14)

Единица световой отдачи —люмен на ватт (лм/Вт). Су-
ществует также понятие о световой экспозиции Ну, определяю-
щей продолжительность действия определенной освещенности
Еу, лк, за установленное время, ч, то есть люкс-часы (лк • ч):

Ev = Evr.	(1.15)

Приведем некоторые сведения о световых свойствах материалов.
Световой поток, который падает в общем случае на любую по-
верхность, частично отражается, частично пропускается и частич-
но поглощается. Если на поверхность падает световой поток Фу,
то в зависимости от свойства материала поверхности он разделяет-
ся на три составляющие: отраженный поток Фр = рФу, пропущен-
ный поток Фу = т'Фу и поглощенный поток Фа = аФу. Так что в
сумме

Фу = рФу + т'Фу + аФу.	(1.16)

Из выражения (1.16) следует, что сумма коэффициентов отра-
жения р, пропускания т7 и поглощения а равна 1:

1 = р + т' + а.	(1.17)

Проходя через тело или отражаясь от него, световой поток в
той или иной мере рассеивается. При отсутствии рассеивания от-
ражение или пропускание потока называют направленным (напри-
мер, зеркало или оконное стекло). Отражение или пропускание,
при котором свет рассеивается настолько, что поверхность приоб-
ретает яркость, одинаковую по всем направлениям, называют
диффузным (например, мел, гипс, «молочное» стекло). Матовые
поверхности дерева, бумаги, ткани близки к диффузным. Лучшей
отражающей способностью обладает сернокислый барий (до 95 %
падающего на него потока). Свинцовые белила отражают до 90 %
падающего потока. Поэтому указанными материалами покрывают
киноэкраны для получения более яркого изображения. Зеркало
отражает 85 % падающего потока, снег —80...98 %, трава—7%,
черная кожа — 1,5 %.
В системе фотосинтезных величин за единицу эффективного
фотосинтезного потока Фф, оцененного по реакции на облучение
зеленого растения, принят один фит (фт) — поток излучения в
1 Вт при длине волны 680 нм.

В системе витальных величин за единицу эффективного пото-
ка, названного витальным Фв, принят один вит (вит) — поток из-
лучения в 1 Вт при длине волны 297 нм.

В системе бактерицидных величин за единицу эффективного
(бактерицидного) потока Фб принят один б а к т (бк) — поток из-
лучения в 1 Вт при длине волны 254 нм.

Остальные производные величины и их единицы для трех ука-
занных систем приведены в таблице 1.3 [3].

Преобразование оптического излучения происходит в при-
емниках оптического излучения, под которыми понимают лю-
бые объекты независимо от их происхождения и агрегатного со-
стояния, в которых энергия оптического излучения превраща-
ется в другие виды энергии. Первичный процесс преобразова-
ния — это поглощение приемником фотонов падающего на
него излучения. Количественно этот процесс оценивают коэф-
фициентом поглощения о, представляющим собой отношение
поглощенной приемником энергии оптического излучения к
упавшей на него [4].

В соответствии с законом сохранения энергии для оптического
излучения процесс преобразования в общем виде можно описать
следующим уравнением:

Qa = aj Ф(т)Л = £>э+£>п,	(1.18)

где Qa — энергия оптического излучения, поглощенная за промежуток времени
dr, Дж; a — коэффициент поглощения излучения приемником; Ф(т) — поток из-
лучения, упавший на приемник, в функции времени, Вт; Q3 — эффективная энер-
гия, Дж; Q„ — энергия потерь, Дж.

Величины Q3 и Qn требуют разъяснения. Энергия оптического
излучения принципиально может преобразовываться в любой дру-
гой вид энергии: тепловую, электрическую, энергию химических
связей и т. п.

Установки, в которых используют оптическое излучение,
предназначены для воздействия оптического излучения на при-
емник, в качестве которого может быть человек, животное, рас-
тение, сельскохозяйственные продукты, фотоэлемент, фоторезис-
тор и т. п.

При решении таких задач предусматривают превращение в
приемнике энергии оптического излучения в определенный дру-
гой вид энергии, что позволяет получить ожидаемый' положитель-
ный результат. Но, как и в любом процессе, преобразование одно-
го вида энергии в другой не обходится без потерь, то есть часть
энергии излучения преобразуется в такие виды энергии, которые
для решения данной задачи не нужны.

Таким образом, под 0Э следует понимать ту часть поглощенной
приемником энергии излучения, которая преобразовалась в необ-
ходимый вид энергии, обеспечивающий ожидаемый положитель-
ный эффект. Другие виды энергии, которые при этом образова-
лись побочно, следует отнести к потерям Qn.

1.2.	ФОТОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Солнце посылает к Земле огромное количество энергии мощно-
стью более 1,4 • 1014 кВт. В летнее время облученность на поверхно-
сти, перпендикулярной лучам Солнца, превосходит 1000 Вт/м\ По-
глощенная (около 60 %) часть этой энергии вызывает круговорот
воды в природе (30 %), аккумулируется в нагретых телах поверх-
ности земли и практически в течение суток вновь возвращается в
мировое пространство.

На длительный срок оседает на Земле в основном энергия, зах-
ваченная растительным миром, составляющая в общем балансе
поступления энергии примерно 0,003 %. Этим относительно ма-
лым количеством энергии растения на Земле восстанавливают в
год 175 млрдт углерода из углекислоты воздуха, создавая необхо-
димые условия жизнеобитания по кислороду и продуктам пита-
ния. Вся жизнь на Земле тесно связана с лучистой энергией Солн-
ца. Можно сказать, что биологическая жизнь на Земле — это
прежде всего преобразованная энергия оптических излучений во
всех ее видах и качествах в богатые энергией биохимические свя-
зи. Огромные кладовые энергии природы фактически еще не от-
крыты. Если по всему земному шару коэффициент использования
солнечной энергии флорой поднять до 0,1 %, то прокормить,
одеть и обуть можно 1 триллион 200 млрд человек. А пока из более
чем 5 млрд жителей Земли ежедневно, по данным ЮНЕСКО,
умирают от голода более 7 тыс. человек.

Человек научился воспроизводить отдельные участки спектра
солнечного излучения с помощью искусственных источников. Это
открыло новые пути в использовании энергии на благо человече-
ства. КПД фотосинтеза в лабораторных установках достигает 2 %.
Искусственный ультрафиолет стимулирует жизнь человека и жи-
вотных, помогает избавиться от многих заболеваний, дезинфици-
рует воздух и воду. Кванты инфракрасного излучения — непре-
менное условие всех биохимических реакций. Спектр солнечного
излучения содержит весь оптический диапазон электромагнитных
колебаний (рис. 1.1).

В природе оптические излучения (ОИ) действуют на живые
организмы комплексно и служат не только энергетической ба-
Рис. 1.1. Спектр солнечного излучения:

/—вне атмосферы; 2—после поглощения
слоем озона на высоте 20...30км; 3— после
молекулярного рассеяния; 4— после погло-
щения и рассеяния аэрозолем; 5— после по-
глощения водяным паром и кислородом
(нижняя кривая соответствует спектрально-
му распределению прямой солнечной радиа-
ции на поверхности земли)

зой строительства клетки, но и
регулируют жизненно важные
процессы роста и развития.
Раскрытие и использование

всех законов взаимосвязи живых организмов и оптических излуче-
ний—насущная задача человечества. К. А. Тимирязев в работе
«Об усвоении света растением» писал: «...зерно хлорофилла — ис-
ходная точка всякого органического движения, всего того, что мы
разумеем под словом жизнь» [2, 4].

1.2.1.	ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ
НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

Энергия излучения, генерируемая в сельскохозяйственных ос-
ветительных и облучательных установках, в большинстве случаев
непосредственно воздействует на живые организмы. Воздействия
излучения на человека, животных, растения и микроорганизмы
называют фотобиологическими. В настоящее время известны сле-
дующие виды фотобиологического воздействия излучения [4].

Световое действие. Оно заключается в том, что видимое излу-
чение, воздействуя на глаз человека или животного, вызывает
зрительное ощущение. Благодаря световому действию оптичес-
кого излучения человек и животные обладают способностью
видеть.	•

Фотосинтетическое действие. Растения, поглощая видимое и
длинноволновое ультрафиолетовое излучения, способны за счет их
энергии синтезировать органические вещества из минеральных.

Фотопериодическое действие (фотопериодизм). Облучение (ос-
вещение) при различном чередовании периодов света и темноты и
при различном спектральном составе может оказывать большое и
разнообразное влияние на рост и развитие растений, а также на
физиологическое состояние, поведение и развитие животных.

Терапевтическое действие (витальное, антирахитное, тонизиру-
ющее). Облучение людей и животных ультрафиолетовым, види-
мым и инфракрасным излучениями улучшает обмен веществ в
организме, повышает жизненный тонус, а также повышает сопро-
тивляемость организма заболеваниям.
Бактерицидное действие, или летальное (разрушающее). Облуче-
ние ультрафиолетовым, а при больших дозах видимым и инфра-
красным излучениями вызывает гибель бактерий, растений и мел-
ких животных.

Мутагенное действие. Длительное воздействие на животных и
растения ультрафиолетовым излучением (а при больших облучен-
ностях и видимым) может приводить к наследственным измене-
ниям. Мутагенное действие может использоваться для выведения
высокопродуктивных растений и других организмов.

Фотохимические реакции. Общее для всех процессов фотобио-
логического действия излучения — это фотохимические реакции,
которые протекают в веществах живых клеток в результате погло-
щения ими излучения. Молекулы активно поглощающего веще-
ства при поглощении фотона переходят в возбужденное состояние
и после этого способны вступать в те или иные химические реак-
ции, что приводит к определенным биологическим изменениям.
Протекание реакции в обратном направлении исключается боль-
шим энергетическим барьером обратной реакции.

Согласно закону квантовой эквивалентности Эйнштейна зна-
чение квантового выхода фотохимического процесса не может
быть больше единицы. Но в практике это правило часто не соблю-
дается. Кажущееся нарушение закона квантовой эквивалентности
происходит из-за возникновения вторичных реакций.

Количественная зависимость фотохимического действия излу-
чения от условий облучения реагирующего вещества, называемого
законом взаимозаменяемости, определяет связь между выходом фо-
тохимической реакции и количеством облучения реагирующего
вещества:

Л/р =ctQa = аФат=а(1 — е-А7)Фет,	(1-19)

где Мр — число молекул исходного вещества, вступившего в реакцию за время об-
лучения т; а —постоянная скорости фотохимической реакции; Си —поглощен-
ная энергия оптического излучения; Ф„ и Фе - потоки излучения, поглощенного
веществом и упавшего на него; е — основание натуральных логарифмов, равное
= 2,7; к — показатель поглощения излучения веществом; /—длина пути излучения
в веществе.

Для единицы объема облучаемого вещества это выражение бу-
дет иметь следующий вид:

тр = а( 1 — е~к)Ет,	(1-20)

где /Ир — то же, что и Мр, но для единицы объема облучаемого вещества; Е — плот-
ность облучения реагирующего вещества (облученность).

Из этого выражения видно, что фотохимическое действие из-
лучения определяется не его интенсивностью, а полной эффек-
тивной дозой, то есть произведением облученности на время дей-
ствия.
Обычно при большинстве фотобиологических реакций за пер-
вым фотохимическим этапом следует целый ряд промежуточных,
вторичных. Некоторые из них могут зависеть от времени и других
факторов, что приводит к значительным отступлениям от закона
взаимозаменяемости.

Скорость фотохимических реакций зависит от количества по-
глощаемой энергии излучения, концентрации реагирующих ве-
ществ, температуры и некоторых других факторов. Для простей-
ших фотохимических реакций она пропорциональна поглощен-
ному потоку излучения Фа

где Фа — поток однородного излучения, упавшего на реагирующее вещество.

Принимая во внимание равенство между поглощенным пото-
ком и скоростью поглощения веществом излучения, уравнение
(1.21) можно записать так



di

di

(1-22)

Скорость фотохимической реакции зависит от плотности облу-
чения, концентрации исходных продуктов и постоянных, характе-
ризующих протекание первичной и вторичной реакций.

Известны обратимые фотохимические реакции, в которых ко-
нечные продукты вновь преобразуются в исходные вещества. Ха-
рактерный пример такой реакции — фотораспад светочувстви-
тельного вещества в сетчатке глаза.

Для фотохимических реакций, протекающих в живых биологи-
ческих объектах, характерно то, что они могут протекать при орга-
низованном, направленном перемещении исходных продуктов.
Различные этапы фотобиологической реакции могут осуществ-
ляться в разных специализированных центрах. Завершающий этап
таких реакций может происходить далеко от места поглощения
энергии излучения. В связи с этим скорость фотобиологических
реакций зависит от условий передвижения исходных продуктов к
центрам и оттока конечных от мест реакций.

Эффективность фотобиологического действия излучения. Эффек-
тивность может значительно уменьшаться в результате поглоще-
ния излучения поверхностными реактивными слоями организма
или за счет отражения ими излучения. Одноклеточные организмы
(бактерии, простейшие и др.) особенно чувствительны к излуче-
нию, так как они имеют малую толщину и фотоны могут дости-
гать жизненно важных центров. У человека и крупных животных
излучение может проникать только в поверхностные участки тела.
Для каждого фотобиологического процесса можно построить
зависимость интенсивности процесса от длины волны излучения.
Такую графическую зависимость называют спектром действия
процесса. Знание спектра действия имеет очень важное значение
при создании наиболее экономичных источников излучения и
установок.

В ряде случаев на результирующую эффективность фотобиоло-
гических процессов может оказывать большое влияние явление
фотореактивации, которое заключается в следующем. Если облу-
чать объект активным в отношении данного процесса излучением
и одновременно воздействовать на него излучением неактивным в
отношении этого процесса, то последнее может повышать или по-
нижать эффективность облучения. Например, при сопровожде-
нии ультрафиолетового облучения животных интенсивным осве-
щением эффективность ультрафиолетового облучения будет зна-
чительно меньше, чем одного облучения без сопровождающего
интенсивного освещения.

1.2.2.	ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

Воздействие на человека наиболее биологически активного
ультрафиолетового излучения зависит от энергии квантов излуче-
ния, облученности и времени действия. Известно благотворное
действие на человека ультрафиолетового солнечного излучения.
Кванты ультрафиолетового излучения, поглощенные белковыми
коллоидами протоплазмы клеток кожи, расщепляют молекулы
белка. Это сопровождается образованием новых биологически ак-
тивных веществ (витамина D, гистамина и др.). Распространяясь
по организму диффузией или по путям циркуляции жидкостей,
эти вещества обусловливают общефизиологические сдвиги тера-
певтического и тонизирующего характера. В результате фотохи-
мических процессов в коже возникает ультрафиолетовая эритема
и пигментация. В отличие от тепловой эритемы, возникающей
сразу после нагревания, ультрафиолетовая эритема (покраснение
кожи) появляется спустя несколько часов после облучения (от 2
до 6 ч). Минимальное количество облучения, при котором впер-
вые возникает эритема, называют пороговой дозой (биодоза). При
недостатке естественного ультрафиолетового излучения зимой в
средней полосе и особенно в северных районах используют искус-
ственные источники УФ-излучения для облучения людей.

Инфракрасное излучение, имея небольшую энергию квантов,
оказывает в основном тепловое действие на человека. Благодаря
хорошей проникающей способности инфракрасное излучение
способно нагревать глубинные слои тканей.

Энергия квантов видимого излучения меньше, чем энергия
квантов ультрафиолетового, поэтому многие полезные фотохи-
мические реакции не могут происходить под действием видимого
излучения. Это ограничивает применение видимого излучения
для терапевтических целей.

Видимое излучение, воспринимаемое глазом человека, вызыва-
ет зрительное ощущение. Световое действие излучения' изучено
только применительно к органам зрения человека.

Глаз и зрение. Если рассматривать глаз как оптическую систему
(рис. 1.2), то нетрудно заметить сходство его с устройством фото-
аппарата.

Поток излучения, отраженный от наблюдаемого объекта и па-
дающий на поверхность глаза, проходит через прозрачную рого-
вую оболочку 1, которая расположена перед зрачком. Она имеет
высокий показатель преломления и малый радиус кривизны. Пос-
ле преломления в роговой оболочке излучение проходит через
зрачок 2 и попадает в хрусталик 3. Хрусталик состоит из прозрач-
ного эластичного вещества и имеет средний показатель преломле-
ния 1,4. Оптическая сила его может изменяться. После преломле-
ния излучения на внутренней сетчатой оболочке 4 глаза создается
изображение предмета, от которого отражено излучение. Возмож-
ность изменения оптической силы хрусталика позволяет получать
четкое изображение предметов, расположенных на различном
расстоянии от глаза. Приспособляемость глаза к четкому разли-
чию разноудаленных предметов (фокусировка оптической систе-
мы глаза) называют аккомодацией. Сложное строение сетчатой
оболочки глаза, несмотря на сильное уменьшение изображения,
позволяет получить его достаточно четким.

В сетчатой оболочке глаза содержится два вида светочувстви-
тельных элементов — колбочки и палочки. Первые активны при
дневном зрении и обеспечивают различие деталей изображения и
восприятие цвета, вторые активны при ночном зрении и обеспе-
чивают только ощущение света и темноты. Светочувствительное
вещество, содержащееся в палочках, называют зрительным пурпу-
ром или родопсином. При поглощении света молекулы родопсина
диссоциируют на протеин и ретинен. Эта фотохимическая реак-
ция обратима.

В колбочках также содержится свето-
чувствительное вещество, которое называ-
ют йодопсином. Это вещество, так же как и
родопсин, способно вступать в обратимую
фотохимическую реакцию. Концентрация
молекул родопсина и йодопсина в сетча-
той оболочке глаза зависит от плотности
ее облучения.

Глаз человека способен воспринимать
минимальную освещенность 0,1 лк (лун-
ный свет). Максимальная освещенность, к

Рис. 1.2. Оптическая
схема глаза
которой может приспособиться
глаз, достигает 100 000 лк. При
низкой освещенности глаз рабо-
тает в режиме ночного зрения за
счет функционирования палоч-
ковых элементов. При высокой
освещенности глаз работает в
режиме дневного зрения за счет
колбочковых элементов. При
переходе от освещенности, со-

Рис. 1.3. Спектральная чувствитель-
ность глаза человека

ответствующей ночному зре-
нию, к освещенности, соответ-
ствующей дневному зрению,
глаз может работать в режиме

так называемого сумеречного зрения. В этом случае одновременно
работают и колбочковый и палочковый аппараты сетчатой обо-
лочки глаза. Сумеречный режим — самый неблагоприятный для

зрения.

Освещенность предметов, которые приходится рассматривать
одновременно или последовательно при небольших интервалах
времени, часто бывает различной. Когда переводят глаза с одного
предмета на другой, они приспосабливаются к новому уровню ос-
вещенности. Приспосабливание глаза к различным уровням осве-
щенности называют адаптацией. Глаз человека — избирательный
приемник излучения. Одна и та же мощность излучений различ-
ных длин волн вызывает разные уровни светового ощущения.

На рисунке 1.3 кривая 7 — относительная спектральная чув-
ствительность глаза человека (А^), которую часто называют кри-
вой относительной видимости излучения; кривая 2— относитель-
ная спектральная чувствительность глаза при ночном зрении. Она
близка по форме к кривой видимости для дневного зрения, но
смещена в сторону коротких длин волн примерно на 45 нм. Меж-
дународной комиссией по освещению в 1924 г. за основную функ-
цию спектральной чувствительности глаза принята относительная
видимость в условиях дневного зрения. Максимум спектральной
чувствительности глаза приходится на 555 нм. Функция спект-
ральной чувствительности глаза человека положена в основу пост-
роения системы световых величин и единиц.

1.2.3.	ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЖИВОТНЫХ И ПТИЦ

Проявления воздействия оптического излучения на животных
и птиц разнообразно и зависит от спектрального состава излуче-
ния. Видимое излучение на животных влияет не только через
органы зрения, но и путем восприятия его другими органами.
Физиологические ритмы (спаривание, размножение, смена во-
лосиного и перового покровов и др.) у большинства животных и
птиц зависят от световых условий. От условий освещения в зна-
чительной мере зависит и продуктивность животных и птиц
(табл. 1.4).

1.4. Технологический эффект от облучения животных и птиц

Объект облучения	Показатель	Технологический эффект, %, при излучении		
		видимом, 380...760 нм	инфракрас- ном, 760 нм	ультрафиолето- вом, 280...320 нм
Коровы	Жирность	0,2	—	3
	молока, удои	7...14	—	—
Телята	Привесы	7...12	7	7...13
	Сохранность	15...20	6...8	—
Свиньи	Плодовитость	5,6...25	—	—
	Привесы	6...10	—	—
Поросята	Привесы	13.. 27	6,5	4...10
	Сохранность	9,7	8...10	—
Ягнята	Привесы	—	4,6	—
	Сохранность	—	7,6	—
Крольчата	Привесы	—	8	—
	Сохранность	—	4...7	—
Куры и цып-	Привесы*	8,6	4,2	4...11
лята	Сохранность	—	7,0	10...15
	Яйценоскость	8,8	—	—
Индюшата	Привесы	—	8,46	—
	Сохранность	—	3,3	—
Утята	Привесы	—	2	—

* 3,7 % при совместном ИК- и УФ-облучении.

Продолжительность светового периода. В настоящее время счи-
тают, что на животных и птиц наиболее сильное влияние оказыва-
ет постепенное изменение продолжительности светового периода
суток, а не освещенность и длительность (неизменная) светового
дня, как это предполагали раньше. Установлено, что постепенное
увеличение продолжительности светового дня стимулирующе дей-
ствует на развитие и функцию половых желез, находящихся в ста-
дии покоя. Подобное же действие на некоторых птиц и животных
оказывает кратковременное освещение их ночью. Световой день,
постепенно уменьшающийся, а также непродолжительный неиз-
менный, задерживает половое развитие молодняка.

Инфракрасное излучение. По сравнению с коротковолновым
ультрафиолетовым и видимым излучениями ИК-излучение имеет
большую проникающую способность в ткани животных. Проник-
новение инфракрасного излучения в ткани организма зависит от
отражательной и поглощательной способности верхнего покро-
ва — кожи. Строение и функции кожи человека и млекопитающих
животных одинаковы, поэтому биологическое действие инфра-
красного излучения, оказываемое на человека, наблюдается и при
воздействии на животных.

Находящаяся под роговым слоем нижняя часть эпидермиса со-
стоит из живых клеток, оканчивающихся волокнами, которые пе-
редают ощущение боли и находятся в тесной связи с эпителиаль-
ными клетками. Повреждение этих клеток, наступающее при теп-
ловом воздействии, соответствующем примерно 43,5 °C, вызывает
ощущение боли. Допустимая плотность облучения при инфра-
красном обогреве животных ограничивается этим критерием. Чем
больше излучения поглощается слоем, в котором возникают боле-
вые ощущения, тем меньшее значение имеет величина допусти-
мой облученности. Излучения с длинами волн меньше 1400 нм
достаточно проникают сквозь слой, в котором возникает болевое
ощущение. Излучение с большими длинами волн сильно погло-
щается этим слоем кожи, что значительно ограничивает значение
допустимой облученности. В связи с этим наиболее благоприятны
для облучения животных источники, имеющие спектр излучения
в области от 700 до 1400 нм.

Инфракрасное облучение животных способствует лучшему раз-
витию их и уменьшает восприимчивость к заболеваниям. Оно воз-
буждает кровообращение, способствующее лучшему обмену ве-
ществ и питанию клеток. Некоторые авторы считают также, что
облучение усиливает фагоцитоз (способность определенных кле-
ток захватывать и уничтожать возбудителей болезни) и увеличива-
ет образование антитоксина, уничтожающего зародыши инфек-
ционных заболеваний в организме. Оздоровительное действие
инфракрасного облучения объясняют также тем, что некоторые
болезнетворные бактерии погибают при температуре 41 °C в те-
чение 5 ч.

Витальное действие УФ-излучения. Наиболее сильное тонизи-
рующее и терапевтическое действие на организм животных оказы-
вает ультрафиолетовое излучение.

Принято считать, что благотворное действие ультрафиолетово-
го излучения заключается в расширении кровеносных сосудов и
последующих реакциях организма в результате действия гистами-
на. Так как расширение сосудов сопровождается приливом крови
и покраснением — эритемой облученных участков, то меру эрите-
мы принято отождествлять с мерой благотворного действия излу-
чения. Излучения различных длин волн имеют неодинаковую ви-
тальную эффективность.

Спектр витального (эритемного) действия приведен на рисунке
1.4. Максимум витального действия приходится на излучение с
длиной волны 297 нм. При расчетах облучательных установок и
дозировании ультрафиолетового облучения принимают во вни-
мание лишь эффективность, обусловленную излучением в преде-
лах длин волн от 280 до 320 нм Коротковолновую ветвь ви-
тальной кривой при этом не учитывают. Экспериментальными
Рис. 1.4. Спектр витального действия
УФ-излучения

исследованиями (И. И. Сокас и
др.) установлено, что излучения
с длинами волн короче 280 нм
оказывают благотворное дей-
ствие на животных.

В связи с этим становится
ясной необходимость учета ви-
тального действия излучения с
длинами волн короче 280 нм.
Некоторые авторы считают, что
в условиях сельскохозяйствен-
ного производства продуктив-
ность животных и птиц суще-
ственно лимитирована недостат-
ком в кормах витамина D. По-
этому за основу так называемой
хозяйственной эффективности
ультрафиолетового облучения
рекомендовано принять антира-
хитное действие излучения.

Максимум антирахитного действия не совпадает с максимумом
витального действия. Спектр антирахитного действия излучения

на животных установлен еще недостаточно точно.

1.2.4.	БАКТЕРИЦИДНОЕ ДЕЙСТВИЕ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Коротковолновое ультрафиолетовое излучение, имеющее боль-
шую энергию квантов, воздействуя на бактерии, приводит к коа-
гуляции содержащихся в них белковых веществ, в результате чего
бактерии гибнут. Способность излучения убивать бактерии при-
нято называть бактерицидностъю. Бактерицидными свойствами
обладают излучения, энергия кванта которых достаточна для раз-
рыва связей белкового вещества бактерий. Наибольшей бактери-
цидной эффективностью обладают излучения с длиной волн
245—257 нм (Х^б)- Разные виды бактерий имеют неодинаковую
чувствительность к ультрафиолетовому излучению. Наименее чув-
ствительны к ультрафиолетовому излучению дифтерийные бакте-
рии, более чувствительны бактерии Коли, стафилококки, бациллы
холеры и тифа.

Спектры бактерицидного действия для различных видов бакте-
рий незначительно отличаются друг от друга. На рисунке 1.5 при-
ведена усредненная кривая бактерицидного действия.

Споры бактерий и грибов обладают большей стойкостью к
ультрафиолетовому излучению, чем сами бактерии. Для уничто-
жения спор требуются дозы примерно в 10 раз больше, чем для
уничтожения бактерий. Малые дозы ультрафиолетового облуче-
ния стимулируют развитие дрож-
жевых и плесневых грибков, боль-
шие дозы уничтожают их. Спект-
ральная чувствительность грибов к
ультрафиолетовому излучению та-
кая же, как и у бактерий. При
уничтожении бактерий и грибов
ультрафиолетовым излучением це-
лесообразно предварительно со-
здавать благоприятные условия
(температуру влажной среды) для
развития спор в жизнедеятельные
формы. Это позволяет уничтожать
их при сравнительно небольших
дозах.

Бактерицидное действие ульт-
рафиолетового излучения в прак-

Рис. 1.5. Спектр бактерицидного
действия УФ-излучения

тике сельского хозяйства используют для обеззараживания воды,

посуды, тары и воздуха в животноводческих помещениях.

Овощи и фрукты, подвергнутые ультрафиолетовому излуче-
нию, можно хранить значительно дольше, так как уничтожаются
микроорганизмы на их поверхности. Ультрафиолетовое облуче-
ние позволяет также удлинить сроки хранения мяса и других
продуктов.

1.2.5.	ВОЗДЕЙСТВИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
НА РАСТЕНИЯ

Из всех организмов только зеленые растения могут самостоя-
тельно преобразовывать энергию оптического излучения и хими-
ческую энергию органических веществ. К. А. Тимирязев впервые
установил, что хлорофилл, поглощая энергию излучения, вступает
в окислительно-восстановительную реакцию с СО2 и Н2О, в ре-
зультате которой образуются углеводы и свободный кислород,
которым растения обогащают воздух. Процесс создания в расте-
ниях, богатых химической энергией, органических веществ из
минеральных под воздействием энергии излучения называют фо-
тосинтезом.

Влияние оптического излучения на растения многосторонне.
Не только фотосинтез, но и многие другие физиологические про-
цессы растений зависят от условий облучения: рост и развитие
растений, образование листьев и других органов. Однако основ-
ной, наиболее характерный процесс для зеленых растений — фо-
тосинтез.

В воздействии излучения на растения можно выделить две
стороны. В первую очередь излучение — незаменимый источник
энергии для растения. Общее энергетическое действие излучения
на растения складывается из фотосинтетического и теплового.
Поглощенная растениями энергия излучения частично идет на
фотосинтез и частично на нагрев и испарение воды (транспира-
ция). Фотосинтетическим действием обладают только излучения с
длинами волн от 300 до 750 нм. Тепловое действие на растения
могут оказывать не только видимое и ультрафиолетовое, но и ин-
фракрасное излучение. Это действие излучения в известной мере
можно заменить нагревом растений от окружающей среды.

Излучение действует на растения не только как источник энер-
гии, но и как своеобразный регулятор или раздражитель. Харак-
терный пример такого действия излучения — фотопериодическая
реакция растений. Чтобы вызвать ее, требуется во много раз мень-
шее количество энергии, чем для фотосинтеза. Вызывать фотопе-
риодическую реакцию растений и оказывать на нее влияние мо-
жет также фотосинтетически неактивное излучение, например
инфракрасное.

Ультрафиолетовое излучение с длинами волн короче 295 нм
при поглощении протоплазмы клеток вызывает разрушение бел-
ковых веществ. Это излучение при больших дозах оказывает вред-
ное (разрушающее) воздействие на растения.

Поглощение листьями излучения зависит от его спектрального
состава, толщины листа, внутреннего строения и состояния его
поверхности, а также от состава и концентрации в листе пигмен-
тов. В листьях растений происходит фотосинтез, а также образу-
ются различные физиологически активные вещества.

Зеленый лист растения поглощает 80...90 % падающего на
него суммарного фотосинтетически активного излучения, отра-
жает 5... 10 % и примерно столько же пропускает. Характер спект-
ра поглощения оптического излучения у всех зеленых растений
одинаковый. В естественных условиях из всей энергии, падаю-
щей на растения, примерно 2 % идет на фотосинтез, остальная
поглощенная энергия излучения превращается в растении в теп-
лоту.

Суммарное уравнение фотосинтеза обычно записывают в виде
реакции превращения углекислого газа и воды в гексозу:
6СО2 + 6Н2О + nhv + хлорофилл —>С(,Н12 + 6О2 + хлорофилл. Это
уравнение соответствует обращенному суммарному процессу ды-
хания, что свидетельствует о противоположности этих процессов.
В противоположность фотосинтезу при дыхании происходит
окисление органического вещества и выделение углекислого газа
и воды.

Суммарное уравнение не выражает особенностей фотосинтеза,
представляющего собой сложную многоступенчатую реакцию.
Часть элементарных реакций фотосинтеза может протекать толь-
ко на свету, а часть в темноте. В связи с этим различают световую
и темновую стадии фотосинтеза. Конечными продуктами фото-
синтеза могут быть самые разнообразные органические вещества
(углеводы, белки, жиры и т. д.).

Общий путь превращения энергии излучения в процессе фото-
синтеза в химическую энергию у всех видов растений одинаков.
По современным представлениям энергия отдельных квантов из-
лучения, поглощенная любым фотосинтетическим пигментом,
передается затем молекулам хлорофилла «а», которые переходят в
возбужденное состояние. Внутренняя энергия каждой из этих мо-
лекул повышается на величину, равную энергии квантов излуче-
ния с длиной волны 680 нм. Поэтому независимо от длины волны
излучение только этой части энергии квантов может превращаться
в химическую энергию, остальная же часть -энергии квантов пре-
вращается в теплоту. Другими словами, при фотосинтезе наиболее
полно используется излучение с длиной волн 680 нм.

По мере уменьшения длины волны доля энергии каждого кван-
та, расходуемая на фотосинтез, уменьшается. Однако под источ-
никами с однородным монохроматическим излучением не удается
получить полноценных растений. В установках для искусственно-
го облучения растений применяют лампы с неоднородным облу-
чением. Для получения хорошо развитых растений и высокой
продуктивности фотосинтеза лампы облучательных установок
должны содержать в своем спектре все излучения области
300...750 нм. При этом желательно, чтобы большая часть приходи-
лась на область оранжево-красных и сине-фиолетовых излуче-
ний. Энергия различных длин волн в разной мере расходуется на
фотосинтез.

Спектр действия фотосинтеза по экспериментальным дан-
ным различных авторов приведен на рисунке 1.6. Большое рас-
хождение данных различных авторов в коротковолновой области
спектра обусловлено трудностью получения однородных моно-
хроматических излучений требуемой мощности в этой области и
сложной зависимостью фотосинтеза от многих внешних условий
и состояния растений. Спектральная интенсивность фотосинтеза
разных видов растений может различаться. Она может быть нео-
динаковой для растений одного и того же вида, но выращенных в
различных условиях или имеющих разный возраст или фазу раз-
вития.

Для разработки ламп и установок искусственного облучения
растений очень важно знать некоторый средний спектр действия
фотосинтеза. На рисунке 1.7 приведен спектр действия так назы-
ваемого среднего листа растения, полученный расчетным путем по
спектрам поглощения фотосинтетических пигментов и их усред-
ненной концентрации в листе.

У растений одновременно с процессом фотосинтеза происхо-
дит и процесс дыхания. Разлагая органические вещества, растения
затрачивают на дыхание энергию, при этом они выделяют угле-
кислый газ и поглощают кислород. При малых значениях облу-
Рис. 1.6. Спектральная чувствительность:

1 — среднего листа растения; 2— фитофотометра

Рис. 1.7. Световая кривая фотосин-
теза:

1 — при температуре 20 'С; 2— при
температуре 10‘С

ченности интенсивность фотосинтеза бывает настолько мала, что
усваиваемой при этом энергии бывает недостаточно для покрытия
расхода ее на дыхание.

При низких облученностях процесс дыхания может преобла-
дать над фотосинтезом. По мере повышения облученности при
некотором ее значении количество энергии, накапливаемой путем
фотосинтеза, становится равно энергии, расходуемой на дыхание.
Это значение облученности называют компенсационным. При по-
вышении облученности, начиная от компенсационного значения,
интенсивность фотосинтеза возрастает пропорционально облу-
ченности. Как видно из рисунка 1.7, прямолинейный участок све-
товой кривой фотосинтеза заканчивается при некотором значении
облученности и начинается плавный изгиб, который затем пере-
ходит в плато насыщения. Значение облученности, начиная с ко-
торого дальнейшее увеличение ее не приводит к повышению ин-
тенсивности фотосинтеза, называют насыщающим.

Компенсационное и насыщающее значения облученности для
разных видов растений могут быть различными и зависят от вне-
шних условий произрастания растений и их физиологического со-
стояния.

1.3.	ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЙ

Для измерения излучений как в энергетических, так и в эффек-
тивных единицах используют различные приборы. Для измерения
видимого излучения применяют люксметры; для измерения ульт-
рафиолетового излучения в областях А, В и С, а также в фотосин-
тезно-активной области (ФА) и бактерицидной — уфиметры, до-
зиметры, уфидозиметры, фотометры, бактометры; для регистра-
ции излучения в инфракрасной области — болометры, пираномет-
ры и др.

Люксметры. Люксметры — приборы, предназначенные для из-
мерения освещенности, т. е. той части видимого излучения, ко-
торая эффективно воспринимается глазом человека. Люксметр
имеет селеновый фотоэлемент с вентильным фотоэффектом,
вмонтированный в оправу с ручкой, и микроамперметр со шка-
лой, проградуированной в люксах. Электрическая схема включе-
ния селенового элемента в приборе показана на рисунке 1.8 [3,4].

Промышленность выпускает люксметры типа Ю-116, Ю-117
и др. Люксметром Ю-116 можно измерять уровни освещенности
5... 100 000 лк. Прибор имеет два основных и шесть дополнитель-
ных пределов измерения, которые могут быть получены за счет
использования нейтральных фильтров, устанавливаемых на фото-
элементе. При увеличении освещенности в цепи фотоэлемента VD
и микроамперметра рА под действием потока света увеличивается
количество электронов, определяющих ток, фиксирующий изме-
ряемое значение освещенности. Погрешность измерения осве-
щенности на основных пределах не превышает ±10 %, на допол-
нительных — ±15 %. Люксметр Ю-117 имеет большие пределы из-
мерений (0,1...100000лк) и комплектуется электронным усили-
телем с источником питания.

Спектральная чувствительность у селеновых фотоэлементов ука-
занных приборов отличается от стандартизованной спектральной
чувствительности глаза среднего человека. Это следует учитывать
при измерении освещенности от различных источников света, ум-
ножая показания люксметров на поправочные коэффициенты К:

Лампы
Накаливания всех типов
Газоразрядные
низкого давления:

ЯД иЛДЦ

ЛБ и ЛХБ
высокого давления:

ДРЛ

ДРИ

К
1

0,95

1,15

1.1

1,2

Фотоэлектронные приемники. Они распространены в ряде таких
приборов, как уфиметры, дозиметры, бактометры и др.

Рис. 1.8. Схема включения селенового фотоэлемента
с вентильным фотоэффектом в люксметре:

KD-фотоэлемент; РА — микроамперметр; R} —
установочные резисторы
Уфиметр типа УФМ предназначен для измерения ультрафио-
летовой облученности, создаваемой искусственными источника-
ми излучения. Прибор имеет диапазон измерения эритемной об-
лученности 1...3000 мэр/м2. Общий диапазон разбит на пять под-
диапазонов. Шкала прибора отградуирована в мэр/м2. В качестве
приемника ультрафиолетового излучения в приборе использован
вакуумный фотоэлемент типа Ф27, спектральная характеристика
которого находится в диапазоне волн 280...380 нм и близко совпа-
дает с кривой эритемного действия оптического излучения. При-
бор УФМ имеет металлический кожух и может работать при тем-
пературе от 0 до 35 °C и относительной влажности окружающего
воздуха до 95 %. Электрическая схема прибора питается от четы-
рех элементов типа «Марс» или «Сатурн».

Фотометр (радиометр) РОИ-82 и автоматический дозиметр
ДАУ-81 предназначены для измерения излучений в ультрафиоле-
товой и в фотосинтезно-активной областях спектра. В состав каж-
дого прибора входят измерительный блок и комплект приемников
излучения — фотоэлементы Ф25, Ф26 и Ф29 с набором свето-
фильтров для выделения заданных спектральных областей.

Приборы получают питание от сети напряжением 220 В, а фо-
тометр РОИ-82 — от автономного источника питания напряже-
нием 9 В.

Тепловые приемники. Приборы на базе тепловых приемников
(болометры, пиранометры и др.) просты по устройству. Однако
они могут регистрировать лишь медленно изменяющиеся потоки
излучения. Инерционность тепловых приемников достигает не-
скольких десятков секунд.

Болометр преобразует поглощенную энергию излучения в
электрический сигнал. В полупроводниковом болометре в резуль-
тате изменения температуры становится иным и электрическое
сопротивление. Для компенсации температурных изменений ок-
ружающего воздуха прибор включают по мостовой схеме с ком-
пенсационным болометром, защищенным от воздействия излуче-
ния. При облучении измерительного болометра изменяется его
электрическое сопротивление и в диагонали моста между двумя
болометрами появляется электрический ток, регистрируемый
гальванометром. Болометры используют в приборах для регистра-
ции излучения в инфракрасной части спектра.

Пиранометр преобразует поглощенную энергию излучения при
помощи термоэлемента в электрический сигнал (термоЭДС).
Примером такого прибора служит пиранометр Янишевского,
предназначенный для измерения облученности с длиной волны от
300 до 2500 нм. Указанным прибором можно измерять энергети-
ческую облученность как в отдельных областях спектра (УФ, ИК,
видимой), так и в совокупности. Приемной частью прибора слу-
жит термобатарея из манганиновых и константановых ленточек,
спаянных между собой последовательно. Ток термоэлемента реги-
стрирует гальванометр типа ГСА-1, проградуированный в Вт/м2.
Чувствительность прибора (1... 1,5)10“2 мВ на 1 Вт/м2, инерция по-
казаний — 40 с.

Контрольные вопросы и задания

1.	Какие основные вопросы изучают в дисциплине «Светотехника в сельском
хозяйстве»? 2. Какой спектр излучений рассматривают в светотехнике? 3. Каковы
системы принятых эффективных величин в светотехнике? 4. Что характеризуют
коэффициенты отражения, пропускания и поглощения? 5. Как происходит пре-
образование излучения в другие виды энергии? 6. Что называют приемником оп-
тического излучения? 7. Дайте определение закона сохранения энергии. 8. Назо-
вите основные виды фотобиологического воздействия. 9. С какой целью облучают
людей и животных УФ-излучением? 10. С какой целью облучают рассаду? 11. На-
пишите уравнение фотосинтеза. 12. Какие основные приборы используют для из-
мерения излучений? 13. Приведите схему включения селенового фотоэлемента в
люксметре. 14. Какое назначение поправочных коэффициентов к показаниям
люксметров? 15. Что называют световым потоком, силой света, освещенностью?
Каковы их единицы? 16. Что такое яркость и светимость источника? Каковы их
единицы?

1.4.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ

Искусственный источник оптического излучения — устройство,
предназначенное для преобразования электрической энергии в
излучение требуемого диапазона волн или заданного спектра. В
современных электрических источниках излучений электрическая
энергия преобразуется в основном двумя способами: с помощью
высокотемпературного нагрева тела электрическим током и с по-
мощью электрического разряда в газах и парах металлов. Можно
также условно говорить о наличии источников смешанного (теп-
лового и газоразрядного) излучения и об источниках люминесци-
рующего действия, у которых процесс разряда является кратко-
временным и вспомогательным или отсутствует вовсе [5, 10].

1.4.1. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Любое твердое тело, имеющее температуру, отличную от абсо-
лютного нуля, излучает в окружающее пространство энергию. Вы-
деление телом энергии длительно может происходить только тог-
да, когда энергия тела будет непрерывно пополняться или излуче-
ние происходит за счет химических процессов, совершающихся в
излучающем теле, в результате которых непрерывно уменьшается
запас внутренней энергии тела.

Тело можно заставить длительно светиться, нагревая его. Ши-
рокое распространение как источники излучения получили тела,
нагреваемые электрическим током, проходящим через них. Ток,
проходящий через нить накала электрической лампы, восполня-
ет убыль энергии в результате излучения нитью потока излуче-
ния [2].

Процесс излучения показывает, что различные тела, имеющие
одну и ту же температуру, могут обладать различной энергетичес-
кой светимостью, если они имеют различные коэффициенты по-
глощения. Все тела подразделяют на три класса: черные, серые и
избирательные (селективные).

Под идеальным излучателем понимают тело, поглощающее
всю падающую на него энергию. Коэффициент поглощения иде-
ального излучателя а = 1. Часто коэффициент поглощения назы-
вают поглощательной способностью тела. В природе идеальных
излучателей нет: черный бархат имеет а = 0,995...0,996, в то время
как мел имеет а = 0,15—0,22. Несмотря на то что идеальные излу-
чатели в природе отсутствуют, можно достаточно просто создавать
модель такого тела. Это полое тело, внутренняя поверхность кото-
рого выкрашена в черный цвет. Через небольшое отверстие поток
излучения поступает в полость такого тела, где в результате мно-
гократных отражений полностью поглощается (рис. 1.9). Нагревая
такое тело, получаем из его отверстия излучение идеального излу-
чателя. Все излучения реальных тел делят на серые и избиратель-
ные (селективные). Для серого излучения кривая спектральной
плотности энергетической светимости Me(kTji подобна кривой MeS
(XT) — спектральной плотности излучателя при равенстве темпе-
ратуры тел.

Для избирательного (селективного) излучения кривая спект-
ральной плотности энергетической светимости Ме(кТ) отличается
от кривой MeS(kT) при равенстве температур тел.

Закон Кирхгофа устанавливает связь между способностями тела
излучать и поглощать излучения: отношение плотностей излуче-
ния тел с одинаковой температурой равно отношению их коэффи-
циентов поглощения:

Mir _ ае1У	(1.23)

Мгт ае2Т

Для ряда тел, имеющих одинаковую температуру, закон Кирх-
гофа можно записать и в таком виде:

Рис. 1.9. Модель
идеального излучателя

М1Т = М2Г= =МлТ = Л/е57.> (1.24)
ае1Т ае2Г аелГ

где Mcst, Meir, Мс2т> —, Л/епТ— плотность энергети-
ческой светимости черного и реальных тел, имеющих
постоянную температуру Т; с^ц-, а^т, &*пт— коэф-
фициенты поглощения тех же тел при температуре Т.

Для монохроматических потоков излу-
чения закон Кирхгофа имеет следующий
вид:

Mel(kT) _ Ме2(кТ)
ае1СкТ) ае2(ХТ’)

Мел(Х7)
ае„ап

= MeS^T),

(1-25)

где Mcs(KT), Ме1(КТ), Ме2(кТ),.... МС„(ХТ) —спектральные плотности энергети-
ческих светимостей черного тела и различных излучателей для данной длины вол-
ны X и температуры Г; о^ХТ), ct^lXT),..., о„(ХТ) — спектральные коэффициенты
поглощения для тех же излучателей для данной длины волны X и температуры Т.

Из закона Кирхгофа можно сделать следующие выводы.

1.	Любое реальное тело излучает с единицы поверхности всегда
меньший поток излучения, чем черное тело при той же темпера-
туре.

2.	Спектральная плотность энергетической светимости реаль-
ного тела в любой области спектра всегда меньше спектральной
энергетической светимости черного тела в той же области спектра
при одинаковой температуре реального и черного тел.

3.	Кривые Ме (кТ) для серого и селективного излучателей всегда
лежат внутри кривой Ме$(кТ) для черного тела при равенстве тем-
ператур этих тел.

Закон Стефана—Больцмана устанавливает связь между плотно-
стью излучения тела и его температурой. Плотность излучения
идеального излучателя зависит только от его температуры и про-
порциональна ее четвертой степени:

MeST=GT\

(1-26)

где Mesi— плотность излучения идеального излучателя, Вт/м2; о — постоянная,
равная 5,672 • 10-8 Вт/(м2 • К4); Т — абсолютная температура, К.

Для практики весьма важно знать распределение энергии в
спектре теплового излучения. Распределение энергии в спектре
теплового излучения идеального излучателя тела описывается
формулой Планка

MeSCkT)=c{k~5

' с2
ехг—1

(1-27)

\	7

где M.s(kT) —спектральная плотность потока излучения идеального излучателя,
Вт/(м2-мкм); с( — постоянная, равная 3,74  108 Вт/м2 • мкм4; с2 — постоянная,
равная 1,43  104 мкм • К; е — основание натуральных логарифмов.

Продифференцировав уравнение (1.27) по X и приравняв пер-
вую производную нулю, получим

Хтах7’= 2896 мкм • К,

(1.28)

где Хщах — длина волны, соответствующая максимуму кривой спектральной плот-
ности потока излучения, мкм.
Рис. 1.10. Спектральная плотность
потока излучения идеального излуча-
теля при нагреве его до различных
температур:

7- 2000 К; 2— 3000 К; 3500 К

Уравнение (1.29) определяет
положение максимума кривой
спектральной плотности потока и
излучения идеального излучателя и
выражает закон смещения Вина', при
повышении температуры излучаю-
щего тела максимум кривой спект-
ральной плотности его потока из-
лучения смещается в сторону более
коротких длин волн (рис. 1.10). В
видимой части спектра максимум
находится при температуре идеаль-
ного излучателя тела в пределах
3750...7800 К. Вин, пользуясь зако-
ном Стефана — Больцмана и зако-
ном смещения, установил, что
максимальное значение спектраль-
ной плотности потока излучения
возрастает пропорционально пя-
той степени температуры тела, то
есть

М:.$(^7)тах — с3^5>

(1.29)

где cj — постоянная, равная 1,041 • 1011 Вт/(м2-мкм -К5).

Основные законы теплового излучения позволяют сделать сле-
дующие выводы.

1.	Поток излучения идеального излучателя тела пропорциона-
лен четвертой степени температуры нагрева.

2.	Значение максимума спектральной плотности потока излу-
чения идеального излучателя тела пропорционально пятой степе-
ни температуры нагрева.

3.	С повышением температуры нагрева идеального излучателя
тела максимум кривой спектральной плотности его потока излу-
чения смещается в сторону более коротких длин волн.

Большое практическое значение имеет вопрос о характере за-
висимости эффективной отдачи потока излучения теплового из-
лучателя от температуры нагрева.

Рассмотрим эту зависимость применительно к тепловому излу-
чателю, используемому в качестве источника видимого излучения.
Эффективная отдача потока излучения (световой КПД) в данном
случае

760

J <p(A.)JX

(1.30)
При повышении температуры
излучателя световой КПД возрас-
тает, что объясняется смещением
максимума кривой спектральной
плоскости потока излучения в сто-
рону видимого излучения. Наи-
большего значения (14,5%) свето-
вой КПД достигает при температу-
ре идеального излучателя около
6500 К (рис. 1.11). Максимум кри-
вой спектральной плотности излу-
чения при этом оказывается в зоне
видимой части спектра.

Дальнейшее увеличение темпе-
ратуры излучателя приводит к сме-
щению максимума кривой <р(Х) в

Рис. 1.11. Зависимость светового
КПД от температуры идеального
излучателя

коротковолновую часть спектра.

Значение светового КПД начинает уменьшаться.

В таблице 1.5 приведены максимальные значения светового
КПД и световой отдачи излучения для некоторых характерных
тепловых излучателей [2,4].

1.5. Световая отдача и световой КПД излучателей

Характер излучения или излучатель	Температура, К	Световая отдача, лм/Вт	Световой КПД, %
Монохроматическое излучение при X = 555 нм	—	680	100
Равноэнергетическое излучение	—	242	35,5
Полный излучатель	6500	99	14,5
Солнце в зените	—	94	13,8
Вольфрам при плавлении	3665	55	8,1
Лампа с угольной нитью	2135	3,54	0,52
Керосиновая лампа	1850	0,27	0,04

Тела, с которыми приходится иметь дело при светотехнических
расчетах, не обладают в полной мере свойствами идеального излу-
чателя, однако, пользуясь специальными переходными величина-
ми, законы теплового излучения идеального излучателя можно
приложить и к реальным телам.

1.4.2.	УСТРОЙСТВО, ОБОЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

На долю ламп накаливания приходится более 30 % светового
потока всех ламп. В некоторых особых случаях, например в меди-
цине, такие лампы незаменимы. Использование ламп накалива-
ния во многих сферах деятельности человека объясняется просто-
той их устройства, надежностью эксплуатации, возможностью не-
посредственного включения в сеть, отработанностью технологии
производства и дешевизной [3, 6].

Устройство ламп накаливания. Несмотря на все многообразие
ламп накаливания, конструктивно они имеют почти одни и те же
элементы. Главный элемент для получения видимого излучения
(света) — вольфрамовая нить (тело накала), выполненная из про-
волоки круглого сечения. Для уменьшения распыления вольфрама
при высокой температуре свечения (2300...2800 °C) тело накала де-
лают спиральным или биспиральным (спираль из спирали). Би-
спиральные лампы имеют меньшие габариты и больший КПД,
чем спиральные, что позволяет использовать их в малогабаритной
осветительной арматуре. Используют также лампы с зигзагообраз-
ной спиралью, работающие в условиях сотрясений.

Наиболее распространенная конструкция лампы накаливания
показана на рисунке 1.12. Тело накала 9 подвешивают на крючках
7и при помощи двух электродов 10 электрически соединяют с цо-
колем 77 и контактом 12. Сами электроды 10 также состоят из двух
частей, что позволяет при нагревании электродов и стекла исклю-
чить разрушение лампы.

Для защиты тела накала от окислительного действия кислорода
воздуха его помещают в стеклянную колбу 8. Форма колбы у лам-
пы накаливания может быть различной. Чаше всего используют
грушевидную и грибообразную формы, реже свечеобразную, паль-
цеобразную (для люстр и настенных светильников — бра), шаро-
вую, специальной конструкции (лампа-
люстра и т. п.), цилиндрическую для ли-
нейных галогенных ламп и т. д.

Кроме прозрачных колб используют
матированные (мт), «молочные» (м),
опаловые (о) и различные цветные колбы
(д, бл, ж, з, к и др.), назначение кото-
рых — уменьшить слепящую яркость
тела накала. Однако в таких колбах мо-
жет теряться до 20 % светового потока.

В лампах некоторых типов предусмат-
ривают дополнительный отражатель све-
та, выполненный в виде зеркального или
диффузного напыления на внутренней
поверхности колбы, а также отражатель
теплоты из слюды или других материа-
лов, устанавливаемый в узкой части кол-
бы со стороны цоколя.

Для включения лампы в электричес-
кую сеть (с помощью резьбовых и штиф-
товых патронов, контактных колодок, за-

Рис. 1.12. Конструкция лам-
пы накаливания общего на-
значения:

1 — изоляционная масса; 2 —
мастика; 3 — тарелка; 4—ло-
патка тарелки; 5—штабик; 6—
линза; /—крючки; 8— колба;
Р—тело накала (спираль); 10—
электроды; 7/ —цоколь; 12—
контакт
жимов и устройств) на колбе лампы установлен цоколь, который в
зависимости от условий эксплуатации может быть резьбовым (р),
штифтовым (ш), цилиндрическим (ц), фиксирующим (ф), софит-
ным (сф) и др. Наиболее распространены нормальные резьбовые
цоколи Е27 (диаметр 27 мм) и увеличенные (при мощности более
300 Вт) — Е40 (40 мм). Для декоративных колб распространен цо-
коль Е14 (14 мм).

Лампы накаливания в вакуумном и газополном исполнении
предназначены для освещения. У вакуумных ламп из колбы отка-
чан воздух до разрежения 1,33  10-3 Па. Такие лампы выпускают
мощностью до 40 Вт. В обозначение лампы включена буква В (ва-
куумная).

У газополных ламп колбу после откачки воздуха наполняют
инертным газом — смесью аргона, ксенона или криптона (86 %)
с азотом (14 %) до давления, близкого к атмосферному. Такое ре-
шение позволяет при уменьшении распыления вольфрама повы-
сить температуру тела накала до 2600...2700 °C и увеличить в
сравнении с вакуумными лампами в полтора раза световую отдачу.
Газополные лампы изготовляют мощностью от 40 до 1500 Вт,
причем в зависимости от типа наполнителя и конструкции спи-
рали их подразделяют на три группы: газополные моноспираль-
ные Г (150... 1500 Вт), газополные биспиральные Б (40...200 Вт) и
газополные биспиральные с криптоновым наполнителем БК
(40... 100 Вт).

Галогенные лампы КГ появились в результате работы ученых и
конструкторов по снижению распыления вольфрама. Внутрь кол-
бы галогенной лампы вводят определенное количество йода. При
температуре 300... 1200 °C пары йода соединяются у стенки колбы с
оторвавшимися от спирали частицами вольфрама и образуют йод-
вольфрам. Перемещаясь затем к телу накала при температуре
1400...1600 °C, молекулы йодвольфрама распадаются, и атомы
вольфрама оседают на теле накала. В результате галогенные лампы
накаливания в сравнении с лампами общего назначения имеют
большую световую отдачу. Йодовольфрамовый цикл, препятствуя
осаждению вольфрама на колбе, значительно повышает стабиль-
ность излучения лампы за период эксплуатации. Если у обычных
ламп накаливания световой поток к концу службы снижается на
20 %, то у галогенных ламп за вдвое больший срок это снижение
не превышает 2 %.

Галогенные лампы внешне отличаются от обычных ламп нака-
ливания (рис. 1.13). Они имеют кварцевую цилиндрическую колбу
малого объема, внутри которой вольфрамовая спираль закреплена
на держателях. Длинное спиральное тело накала обусловливает
работу галогенных ламп в горизонтальном положении.

Обычные линейные галогенные лампы накаливания обознача-
ют буквами КГ (кварцевая галогенная), инфракрасные галогенные
лампы — буквами КГТ (термическая).
4	3 2	1

Рис. 1.13. Линейная галогенная лампа:

1 — тело накала, 2—держатели; 3 — колба; 4 — контактный вывод

В сельскохозяйственном производстве используют галоген-
ные лампы мощностью 1; 1,5; 2 и 5 кВт и напряжением 220 В для
освещения высоких производственных помещений и открытых
пространств. Их можно использовать и для инфракрасного обо-
грева.

Инфракрасные негалогенные лампы имеют колбу, по внешнему
виду напоминающую перевернутый гриб с внутренним зеркаль-
ным отражением. Колба может быть прозрачной или изготовлен-
ной из цветного стекла. Примеры обозначения: ИКЗК — инфра-
красная (ИК), зеркальная (3), с колбой красного цвета (К);
ИКЗ — то же, с колбой прозрачного стекла; ИКЗС — то же, с кол-
бой синего цвета.

Инфракрасные лампы ИКЗ, зеркальные лампы 3 очень похожи на
негалогенные. Как и галогенные лампы, они предназначены для
освещения высоких помещений, декораций и открытых про-
странств. Выпускают лампы концентрированного светораспреде-
ления (ЗК), среднего (ЗС), широкого (ЗШ), зеркальные из нио-
димового стекла концентрированного (ЗКН) или широкого све-
тораспределения (ЗШН). Ниодимовые лампы используют там,
где требуется высокое качество цветопередачи (телестудии, кон-
цертные залы).

Металлогалогенные зеркальные лампы-светильники МГ внешне
похожи на лампы 3 и ИКЗ, но имеют металлический конус. Их
используют для освещения пыльных сухих и влажных производ-
ственных помещений, а также в комплексных осветительных уст-
ройствах специального назначения. Мощность — от 250 до 700 Вт
при напряжении 220 и 380 В, срок службы — до 7500 ч.

Обозначение ламп накаливания. Помймо наиболее распростра-
ненных, используют следующие обозначения ламп накаливания:
МО — местного освещения, МОД — местного освещения диффуз-
ная, МОЗ — то же, с зеркальным слоем и т. д.

Выпускают целый ряд ламп специального назначения: желез-
нодорожные (Ж, ЖТ, ЖСК, ЖМТ), судовые (С), автомобильные
(А, АМН, AC, TH), самолетные (СМ), сигнальные (СГ), лампы-
фары (ЛФ), кинопроекционные (К) и кинопрожекторные (КПЖ),
миниатюрные (МН) и сверхминиатюрные (СМН), рудничные (Р),
медицинские синие (МДС), для швейных машин (ПШ) и др.

Общее обозначение ламп накаливания: вначале идет буква, оп-
ределяющая тип лампы; затем номинальное напряжение лампы
38
или допустимый интервал напряжения питания (В); далее элект-
рическая мощность лампы (Вт); может быть указан номер разра-
ботки; последней непосредственно на изделии указана дата вы-
пуска.

Например, БКМТ-215-225-60 расшифровывается так: лампа на-
каливания биспиральная криптоновая (БК) в матированной колбе
(МТ), интервал допустимого напряжения питания—215...225 В,
мощность 60 Вт. Интервал напряжения определяет и напряжение
сети 220 В. Еще пример обозначения: ИКЗК-215-225-500-1 — инф-
ракрасная (ИК), зеркальная (3), колба красная (К), интервал на-
пряжения питания 215...225 В (напряжение сети 220 В), мощность
500 Вт, номер разработки 1.

Примеры обозначения галогенных ламп: КГ-220-1000 — квар-
цевая галогенная (КГ), напряжением 220 В, мощностью 1000 Вт;
КГТ-220-2000 — галогенная инфракрасная лампа (КГТ), напряже-
нием 220 В, мощностью 2000 Вт. Обозначение ламп накаливания
местного освещения МО-12-60 и МОЗ-36-100 расшифровывается
следующим образом: местного освещения (МО), с зеркальным
слоем (3), напряжением 12 и 36 В, мощностью 60 и 100 Вт.

Основные параметры ламп накаливания. Это номинальное на-
пряжение UK в вольтах (В); номинальная мощность Рн в ваттах
(Вт), которую лампа потребляет из сети; световой поток Ф в люме-
нах (лм); световая отдача T]v в люменах на ватт (лм/Вт) и средний
срок службы т в часах (ч).

Электрические параметры ламп — напряжение и мощность.
Номинальное напряжение UH — это напряжение, на которое рас-
считана лампа, когда она потребляет расчетную номинальную
мощность Рн. Номинальное напряжение и мощность указывают
на колбе или цоколе лампы. В зависимости от области примене-
ния лампы накаливания выпускают напряжением от 1 до 380 В и
мощностью от долей ватта до 20 киловатт.

Лампы накаливания общего назначения, рассчитаны на вклю-
чение в сеть напряжением 127 и 220 В. Их выпускают в соответ-
ствии с международной классификацией на номинальные напря-
жения 130, 220, 225, 235 и 240 В с интервалами напряжений пита-
ния 125...135, 215...225, 220...230, 230...240, 235...245 В.

Лампы накаливания местного освещения МО и другие уже вы-
пускают для включения под напряжения 12, 24, 36 и 42 В с нор-
мальным цоколем Е27 и другими типами цоколей.

Светотехнические параметры ламп накаливания — световой
поток и световая отдача. Последнюю, поскольку она определяет и
экономический показатель работы лампы, относят также к эксп-
луатационным показателям, к которым относят и срок службы
лампы.

Обладая высоким энергетическим КПД (т]э = 14 %), лампы на-
каливания имеют сравнительно низкий световой КПД, не превы-
шающий 3,5 %. У галогенных ламп этот показатель в последнее
время доведен до 4 %. Теоретически световой КПД ламп накали-
вания может составить около 6 %, поскольку вольфрам при плав-
лении может обеспечить световой КПД только на 8,1 % [3].

Световой поток лампы накаливания Фу зависит от электричес-
кой мощности Р, питающего напряжения U и температуры тела
накала Т. Отклонение нормируемого в первые часы работы свето-
вого потока у различных ламп не должно превышать 5...10 %. В
процессе эксплуатации из-за распыления тела накала, уменьше-
ния его рабочей температуры и снижения прозрачности колбы для
ламп, проработавших 75 % своего номинального срока, допускают
уменьшение светового потока на 15...20 %. Значение светового по-
тока ламп накаливания различных типов мощностью от 40 до
1000 Вт находится в пределах от 400 до 20 000 лм.

Световая отдача лампы т]у, лм/Вт, определяется отношением
светового потока Фу, излучаемого лампой, к потребляемой ею
мощности Р [см. выражение (1.14)].

Световая отдача различных ламп накаливания находится в пре-
делах 7...28 лм/Вт. В таблице 1.6 приведены параметры ламп нака-
ливания некоторых типов.

1.6. Лампы накаливания общего назначения

Тип лампы	Мощность, Вт	Светоотдача, лм/Вт |	ИК КПД лампы, %
В-125-135-15	15	9	64
В-215-225-15	15	7	64
В-125-135-25	25	10,4	65
В-215-225-25	25	8,8	65
Б-125-135-40	40	12,1	68
Б-215-225-40	40	10,3	68
БК-125-135-40	40	13	70
БК-215-225-40	40	11,5	70
Б-125-135-60	60	13,5	72
Б-215-225-60	60	11,9	72
БК-125-135-60	60	14,6	72
БК-215-225-60	60	13,2	72
Б-125-135-100	100	15,4	74
Б-215-225-100	100	13,5	74
БК-125-135-100	100	16,3	76
БК-215-225-100	100	14,5	76
Г-125-135-150	150	15,2	—
Г-215-225-150	150	13,9	—
Г-125-135-200	200	16	—
Г-215-225-200	200	14,6	—
ИКЗК-215-225-250*	250	—	81
Г-125-135-300	300	16,3	—
Г-215-225-300	300	15,4	—
Г-125-135-500	500	17,4	—
Г-215-225-500	500	16,6	—
Продолжение

Тип лампы	Мощность, Вт	| Светоотдача, лм/Вт |	ИК КПД лампы, %
ИКЗ-215-225-500*	500	—	82
Г-125-135-1000	1000	19,1	70
Г-215-225-1000	1000	18,6	70
КГТ-220-1000-1*	1000	8,8	80
КГ-220-1000-5**	1000	22,0	78
КГ-220-1000***	1000	26,0	75

* Для инфракрасного облучения.

** Для прожекторного освещения.

Для инфракрасного облучения и прожекторного освещения.

Анализируя таблицу 1.6, можно сказать, что световая отдача
лампы Б-125-135-40 составляет 12,1 лм/Вт, а лампы такой же
мощности Б-215-225-40 — 10,3 лм/Вт. У лампы Б-215-225-100 све-
товая отдача 13,5 лм/Вт, то есть больше, чем у лампы такого же
типа, но мощностью 40 Вт. В обоих случаях большему диаметру
тела накала соответствует более высокая световая отдача при рав-
ном сроке службы.

У инфракрасных ламп (ИКЗ, ИКЗК, КГТ) температура тела
накала меньше, чем у обычных осветительных. Это позволяет в
6... 10 раз увеличить срок их службы при инфракрасном КПД око-
ло 80 %.

Исследования показывают, что световая отдача зависит не
только от конструкции тела накала, но и от газового состава в кол-
бе. При равной мощности и номинальном напряжении световая
отдача криптоновых ламп выше, чем аргоновых.

Следует отметить, что в видимой части спектра у ламп накали-
вания преобладают оранжево-красные излучения с длинами волн
X = 600...780 нм. Синих излучений с длинами волн X = 380...450 нм
в 10 раз меньше. Такой спектральный состав не обеспечивает пра-
вильной цветопередачи. В целом спектр излучения ламп накали-
вания считают неудовлетворительным для освещения, особенно
при фотографировании и киносъемке.

Все показатели работы ламп накаливания зависят от отклоне-
ния напряжения сети Uc, с которым связаны изменения темпера-
туры тела накала. Больше всего эти изменения температуры влия-
ют на срок службы ламп.

Средняя продолжительность горения ламп накаливания —
1000ч (гарантированный срок службы каждой лампы— 700ч).
Полезный срок службы галогенных ламп — 2000 ч. Срок службы
инфракрасных ламп составляет 6000... 10 000 ч.

При отклонениях напряжения сети на 5 % от номинального
продолжительность горения ламп накаливания общего назначе-
Рис. 1.14. Зависимость основных показа-
телей работы ламп накаливания от под-
водимого напряжения

ния изменяется в 2 раза. Изме-
нение напряжения лишь на 1 %
вызывает изменение светового
потока в среднем на 3,2 %, а
световой отдачи — на 1,9 %.

На рисунке 1.14 приведена
зависимость силы тока I, мощ-
ности Р, светового потока Ф,
световой отдачи т] и средней
продолжительности горения т
ламп накаливания от подводи-
мого напряжения.

Лампы накаливания включа-
ют в электрическую сеть между
фазным и нулевым проводами
(рис. 1.15). К центральному
контакту патрона подключают
фазный провод, а к боковой

резьбе — нулевой. Выключатель S1 устанавливают в рассечку фаз-
ного провода (рис. 1.15, а). Для включения группы ламп, напри-
мер для освещения коридора, может быть использована схема уп-
равления из двух мест (рис. 1.15, б) с переключателями S1 и S2.
Схема включения люстры предполагает применение сдвоенного
выключателя (рис. 1.15, в), а при большой мощности ламп —двух
отдельных выключателей S1 и S2.

На рисунке 1.16 показана схема соединений в ответвительной
коробке К с присоединением электрического ввода, состоящего из
фазного провода L1, рабочего N и защитного Ре нулевых прово-
дов; электрического патрона лампы накаливания и розетки с за-
земляющим контактом ШР. Соединения концов должны быть вы-
полнены скруткой с последующей пропайкой или сваркой. При
наличии контактной колодки соединения выполняют с помощью
винтов с шайбами.

Рис. 1.15. Схемы включения ламп накаливания:

а — включение из одного места, б — управление из двух мест; в — схема включения люстры;
/[/—предохранитель; 5—выключатель; EL — лампа накаливания
Рис. 1.16. Схема соединений в ответвитель-
ной коробке:

EL — лампа накаливания; ШР— розетка с зазем-
ляющим контактом; SA — выключатель; К — ко-
робка

При монтаже выключателей
следует обращать внимание на то,
чтобы включение осветительных
приборов проводилось нажатием
на верхнюю часть клавиши или
верхнюю кнопку выключателя.

1.4.3.	РАЗРЯДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Газоразрядные источники предназначены для получения оп-
тического излучения в результате электрического разряда в газах,
парах веществ или их смесях. Они обладают более высоким све-
товым КПД, чем источники, основанные на тепловом излуче-
нии.

Электрический разряд в газе. Возникновение электрического
разряда между двумя электродами, к которым подведено напряже-
ние в ограниченном объеме среды, заполненной инертным газом
или небольшим количеством металла с высокой упругостью па-
ров, определяется перемещением свободных электронов и
ионов, всегда присутствующих в газе. В результате этого воз-
действия происходит перемещение ионов к катоду, а электро-
нов — к аноду, то есть протекает электрический ток.

Процесс прохождения электрического тока в газообразной сре-
де существенно отличается от протекания тока в металлах и элект-
ролитах. Электрический пробой газа или пара и протекание в ре-
зультате этого тока отличается от соответствующего явления и в
диэлектриках. Если в последних электрический пробой приводит
к их разрушению и превращению полностью или частично в про-
водник или полупроводник, то газ или пар восстанавливает свои
свойства при снятии электрического поля, если в результате про-
боя не произошла химическая реакция. Характер и механизм
электрического разряда в газах и парах металлов зависят главным
образом от свойств среды, приложенного напряжения и плотнос-
ти тока.

Возникновение световых излучений происходит за счет энер-
гии столкновения электронов с атомами при движении их к аноду.
В зависимости от кинетической энергии движущегося электрона в
момент соударения с атомом различают три вида столкновений:
упругий удар, возбуждение атома и ионизация.

При упругом ударе, когда скорость электрона невелика, возрас-
тает скорость атома, вследствие чего повышается температура газа
и паров металла, в атмосфере которых происходит процесс.
При достаточно большой энергии электрона его столкновение
с атомом может привести к возбуждению или ионизации атома.
Возбужденное состояние атома характеризуется более высоким
уровнем энергии, сообщенным ему при соударении с электроном.
При возврате атома на базисный уровень происходит излучение.
Энергетические уровни атома, при возвращении с которых на
базисный возникает излучение, называют резонансными, а само
излучение — резонансным излучением. Его наблюдают в газораз-
рядных лампах низкого давления, в которых основной причиной
возникновения излучения служит соударение быстрых электро-
нов с атомами наполняющего лампу газа. Излучение газоразряд-
ных ламп при низком давлении газа и небольшой плотности тока
будет линейчатым, содержащим в основном резонансные линии
газа.

Увеличение давления газа и плотности тока создает условия,
обеспечивающие процессы ступенчатого возбуждения и иониза-
ции, возникающие при соударении электронов с уже возбужден-
ными атомами и сопровождающиеся переходом возбужденного
атома на еще более высокие уровни. При таких условиях переход
атома в нейтральное состояние может происходить также ступеня-
ми, энергия фотона уменьшается и соответственно увеличивается
длина волны излучения. Это сопровождается расширением линии
излучения, увеличением его интенсивности и появлением сплош-
ного фона излучения.

Повышение давления молекулярного газа и плотности тока
приводит к увеличению интенсивности длинноволнового излуче-
ния.

Скорость перемещения электронов и ионов увеличивается при
повышении напряжения, подводимого к электродам, в результате
чего электроны получают достаточную кинетическую энергию для
ионизации встречающихся на их пути атомов газа. Как следствие
ионизации, возникающей при столкновении электронов с атома-
ми газа, появляются новые электроны и ионы, процесс нарастает,
и электрический ток увеличивается. Из-за значительно меньшей
скорости перемещения ионов они группируются около катода,
образуя положительный заряд; электроны, имеющие большую
скорость, переносятся к аноду. В результате электрическое поле, а
следовательно, и потенциал вдоль разряда распределяются нерав-
номерно, при этом максимальный градиент потенциала у катода и
наименьший у анода.

Под действием электрического поля ионы, находящиеся вбли-
зи катода, получают значительное ускорение и ударом о катод
освобождают электроны с его поверхности, в результате чего
последние становятся источниками новой ионизации.

Таким образом устанавливается процесс, сопровождающийся
свечением, а разряд, обеспечивающий этот процесс, называют
тлеющим разрядом. Напряжение, подводимое к лампе для зажига-
ния электрического разряда,
принято называть напряжением
зажигания. Его значение зави-

сит от материала и свойств ка-
тода, газа, наполняющего лам-
пу, и его давления, диаметра
колбы и расстояния между
электродами. Снижение напря-
жения зажигания может быть
получено за счет уменьшения
работы выхода электронов, что

Длина трубки от катода до анода

6

Рис. 1.17. Строение тлеющего разряда
(о) и распределение яркости вдоль труб-
ки (б)

достигается нанесением на по-
верхность катода пленки ще-
лочно-земельных металлов, а
также предварительной иониза-

цией газа.

На рисунке 1.17 показано строение тлеющего разряда и распре-
деление яркости вдоль трубки. Непосредственно у анода 7 возни-

кает положительное свечение, занимающее значительную часть
трубки. У катода 2 расположена небольшая область катодного све-
чения 7, непосредственно к катоду примыкает темный участок —
круксово пространство 3, за которым начинается отрицательное
свечение 4, за ним следует темный участок — фарадеево простран-
ство 5, а между фарадеевым пространством и анодом расположена
область положительного свечения 6, представляющая собой ос-
новной источник световых излучений тлеющего разряда.

Тлеющий разряд характеризуется малыми плотностями тока на
катоде (10-5...10-1 А/см2) и низким давлением газа или паров, на-
полняющих лампу (тысячи паскалей). Падение потенциала у ка-
тода находится в пределах от 100 до 300 В.

При дальнейшем увеличении тока процесс бомбардировки ка-

тода усиливается, происходит его нагрев и возникает термоэлект

ронная эмиссия, при которой ка-
тодное падение напряжения
резко уменьшается и возникает
дуговой разряд, характеризуемый
малым катодным падением по-
тенциала (около 10 В). Вольт-
амперная характеристика, оп-
ределяемая зависимостью на-
пряжения на лампе от тока в ее
цепи, показана на рисунке 1.18.
Согласно рисунку при переходе
от темного разряда (соответ-
ствующего напряжению зажи-
гания разряда) к тлеющему (то
есть к увеличению тока) наблю-

Рис. 1.18. Вольт-амперная характерис-
тика газоразрядного промежутка:

1 — тихий разряд; 2— переходная область;

3 — нормальный тлеющий разряд; 4 — ано-
мальный тлеющий разряд; 5—дуговой раз-

ряд
дается некоторое снижение напряжения на лампе и устанавлива-
ется самостоятельный тлеющий разряд. Дальнейшее увеличение
тока вначале приводит к увеличению напряжения на лампе, а по-
том — к резкому падению его, соответствующему возникновению
дугового разряда. Дуговой разряд низкого давления в газах и парах
металлов характеризуется равномерным свечением по всей длине
лампы.

При повышении давления газа растет число соударений, а сле-
довательно, и температура газа, заполняющего лампу. Из-за боль-
шого перепада температуры от оси разряда к стенкам трубки лам-
пы разряд стягивается в яркий светящийся шнур. Высокая яркость
разряда при сравнительно низких напряжениях на лампе позволя-
ет создать экономичный источник света. Нестабильность процес-
са ионизации, имеющая постоянную тенденцию к увеличению,
приводит к повышению проводимости среды внутри лампы, а сле-
довательно, и возрастанию тока при постоянном напряжении,
вследствие чего режим горения лампы становится неустойчивым.
Для стабилизации тока в газоразрядных источниках света приме-
няют специальные стабилизирующие устройства — индуктивные
сопротивления — дроссели, включаемые последовательно с газо-
разрядной лампой.

Рабочая характеристика разрядных ламп — это дуговой разряд.

При достижении на разрядном промежутке напряжения, рав-
ного напряжению зажигания U3 дугового разряда, процесс образо-
вания заряженных частиц в межэлектродном пространстве разви-
вается лавинообразно (падающая вольт-амперная характеристика
ил, рис. 1.20) за период времени 10“5...10_7 и приводит к возник-
новению свечения. Это явление называют зажиганием самостоя-
тельного разряда.

Напряжение зажигания U3 — наименьшее значение напряже-
ния, при котором возникает самостоятельный разряд. Оно зависит
от рода газа, его давления, эмиссионных свойств электродов и
расстояния между ними. Существенную роль в зажигании разряда
могут играть внешние факторы, вызывающие первичную иониза-
цию газа. Напряжение зажигания самостоятельного дугового раз-
ряда значительно выше напряжения, требующегося для поддержа-
ния разряда в установившемся режиме, когда межэлектродный
промежуток ионизирован и катод, разогретый за счет кинетичес-
кой энергии падающих на него заряженных частиц, обеспечивает
достаточный уровень эмиссии электронов.

Напряжение зажигания, как правило, превышает и эффектив-
ное напряжение сети, к которой подключен газоразрядный источ-
ник. Вместе с тем весьма желательна возможность зажигания ду-
гового разряда при напряжении, не превышающем Uc. Этого мож-
но добиться различными способами. Например, можно увеличи-
вать первичную ионизацию газа, вводя в газоразрядный
промежуток дополнительные электроды, при помощи которых со-
здается высокая напряженность электрического поля вблизи като-
да, способствующая возникновению и развитию разряда. Приме-
няют и другие способы снижения напряжения зажигания: покры-
тие электродов активизирующим слоем, повышающим их эмисси-
онные свойства; предварительный нагрев электродов, уменьшаю-
щий работу выхода электронов с катода; расположение на
поверхности лампы проводящей полосы, изменяющей распреде-
ление электрического поля в межэлектродном промежутке и т. п.

Условия стабилизации дугового разряда при питании лампы от
сети постоянного тока. Падающая вольт-амперная характеристика
дугового разряда делает его неустойчивым. Поэтому электричес-
кая схема включения газоразрядного источника излучения
(рис. 1.19) должна содержать элемент, который стабилизировал бы
разряд и ограничивал бы ток заданным значением.

Устойчивый режим работы дугового разряда будет обеспечен
при следующих условиях:

14= «4+%	(1-31)

/?б + /?л>0,	(1.32)

где Uc — напряжение сети, В; 14, 1%— напряжение на лампе, на балласте, В;
Rn — сопротивление балласта, лампы, Ом.

Сопротивление лампы — величина переменная и отрица-
тельная.

В любой момент времени

Rn = -dU,JdIn,

(1-33)

где ил — напряжение на лампе, В; 1п — сила тока на лампе, А.

На рисунке 1.20 балластное сопротивление с вольт-амперной
характеристикой U6l (Г) обеспечивает суммарную вольт-амперную
характеристику схемы t/z (Г), которая пересекает линию сетевого
напряжения Uc в точках 1 и 2.

В точках этой характеристики 1 и 2 напряжение сети и схемы

<4

Рис. 1.19. Принципиаль-
ная электрическая схема
включения газоразрядной
лампы в сеть

Рис. 1.20. Вольт-амперная
характеристика лампы,
балласта и схемы лампы с
балластом
окажутся одинаковыми. На падающей части характеристики ток
самопроизвольно растет, и работа схемы в точке 1 невозможна.
Устойчива работа схемы в точке 2. Возрастание тока в схеме воз-
можно только с увеличением напряжения Uc. Для газового разряда
напряжение зажигания U3 всегда выше напряжения питания схе-
мы Uc. Напряжение на балласте {/б обычно больше, чем напряже-
ние на лампе Un.

Классификация разрядных ламп. Разрядные лампы классифици-
руют:

по давлению в рабочем состоянии — низкого давления (0,3...
0,4 кПа), высокого давления (0,03...0,8 МПа) и сверхвысокого дав-
ления (>0,8 МПа);

по наполнителю (атмосфере разряда) — ртутные, натриевые,
кадмиевые, ксеноновые и ртутные с галогенными добавками;

по форме колбы — трубчатые, шаровые, кольцевые, U-образ-
ные и т. п;

по назначению — осветительные, эритемные (витальные), бак-
терицидные, фитолампы для растений и т. п.;

по числу электродов или фаз — двух-, трех-, четырехэлектрод-
ные, одно- и трехфазные.

Влияние вида балластного сопротивления на работу газоразряд-
ных ламп. При питании газоразрядных ламп от сети переменного
тока сохраняют свое значение рассмотренные выше основные по-
ложения стабилизации разряда, но возникает ряд дополнительных
специфических обстоятельств [6].

В частности, взаимосвязь между показателями работы источни-
ка излучения и параметрами балластного сопротивления стано-
вится более многообразной и сложной.

Для обеспечения нормального срока службы лампы в цепях пе-
ременного тока форма кривой мгновенных значений тока должна
быть, возможно, более близкой к синусоиде. Степень искажения
формы кривой тока зависит в основном от вида балластного со-
противления. Ее оценивают значением коэффициента амплитуды:

K=i„J№i2dt.	(1.34)

/Vo

Балластное устройство должно обеспечивать коэффициент ам-
плитуды, не превосходящий 1,7. При кя> 1,7 продолжительность
работы люминесцентной лампы значительно сокращается.

Стабилизация разряда на переменном токе при помощи активного
сопротивления, несмотря на простоту и дешевизну, имеет ряд прин-
ципиальных недостатков, которые ограничивают ее использование
специальными случаями. Некоторые из них рассмотрены далее.

На рисунке 1.21, а приведены кривые мгновенных значений
напряжений и тока лампы при включении ее с активным балласт-
ным сопротивлением в цепь переменного тока стандартной часто-
48
в

Рис. 1.21. Осциллограммы мгновенных значений напряжений, тока и светового
потока газоразрядной лампы:

а — при активном балластном сопротивлении; б — при индуктивном балластном сопротивле-
нии; в — при емкостном балластном сопротивлении

ты. Разряд в лампе возникает по достижении напряжением мгно-
венного значения, равного U3. В процессе разряда напряжение на
лампе значительно снижается до значения Ur, требующегося для
поддержания разряда, и остается неизменным до момента, когда
мгновенное значение напряжения сети уменьшится до значения
UH. После этого разряд гаснет, ток в цепи прекращается. В следу-
ющий полупериод процесс зажигания и погасания разряда повто-
ряется. Как следует из рассматриваемого графика, перезажигание
разряда в каждый полупериод сопровождается паузами тока: на-
чальной <рн и конечной <рк. Общая пауза <рн + фк может достигать
х/з периода. Паузы разрядного тока значительно ухудшают показа-
тели работы источника излучения и являются причиной возник-
новения пульсаций потока излучения и стробоскопического эф-
фекта. Кривая мгновенных значений тока утрачивает форму си-
нусоиды (искажается). Если при этом увеличивается коэффици-
ент амплитуды [см. формулу (1.34)], то срок службы электродов
уменьшается вследствие ускоренного распыления оксидного слоя
и потери эмиссионных свойств. Особенно значительный недо-
статок— большой расход электрической энергии в активном
балластном сопротивлении, резко снижающий энергетические
показатели работы схемы.

Стабилизация разряда посредством индуктивного сопротивления
имеет ряд преимуществ перед стабилизацией при помощи актив-
ного сопротивления и ее широко применяют. На рисунке 1.21, б
показаны кривые мгновенных значений тех же величин, что и на
рисунке 1.21, а, но при индуктивном балластном сопротивлении.
Благодаря сдвигу по фазе между напряжениями сети и на зажимах
лампы значительно облегчается процесс перезажигания разряда в
каждый полупериод, так как в момент перехода тока через нулевое
значение к зажимам лампы оказывается приложенным значитель-
ное мгновенное напряжение сети. Перезажигание разряда поэто-
му происходит без заметной паузы. Форма кривой тока приближа-
ется к синусоиде, и режим работы электродов облегчается. Потери
мощности в индуктивном балластном сопротивлении обычно
значительно ниже, чем в активном, и составляют от 10 до 35 % от
мощности источника излучения. Наряду с отмеченными преиму-
ществами индуктивного балластного сопротивления следует ука-
зать и основные его недостатки: большой расход металла,
низкий коэффициент мощности, высокую стоимость.

Стабилизацию разряда при помощи емкости применяют редко.
Соответствующие этому случаю кривые показаны на рисунке
1.21, в. Кривая тока приобретает чрезвычайно искаженную форму.
Срок службы электродов резко снижается. Большие паузы и
всплески тока приводят к значительному снижению светотехни-
ческих показателей работы лампы.

Весьма перспективно применение емкостного балластного со-
противления при питании источника излучения от сети перемен-
ного тока повышенной частоты.

Вернемся еще раз к рисунку 1.21, для того чтобы обратить вни-
мание на следующее важное обстоятельство. При любом виде бал-
ластного сопротивления сдвиг по фазе между напряжением на
лампе и ее током практически отсутствует. Однако мощность лам-
пы не будет равна произведению действующих значений напряже-
ния на лампе и тока. Дело в том, что кривые мгновенных значе-
ний этих величин существенно отличаются по форме одна от дру-
гой и от синусоиды и, следовательно, для вычисления истинного
значения мощности разряда в межэлектродном промежутке необ-
ходимо разложить кривые тока и напряжения на гармонические
составляющие. Истинная мощность будет равна сумме мощностей
для полученных гармоник тока и напряжения. В практике пользу-
ются понятием коэффициента мощности газоразрядной лампы,
не связывая его с углом сдвига фаз. Тот же смысл имеет и употреб-
ляемый термин «коэффициент искажения»

K = P/(UI).	(1.35)

Коэффициент мощности лампы зависит от значения и вида
балластного сопротивления и, следовательно, непостоянен для
данной лампы.

Обычно коэффициент мощности газоразрядных ламп состав-
ляет 0,7...0,9, а коэффициент мощности комплекта газоразрядная
лампа — балластное сопротивление — 0,4...0,9.

1.4.4.	ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

В газоразрядных лампах излучение возникает в результате
электрического разряда в среде инертных газов, паров металлов
или их смесей, находящихся под различным давлением.
В зависимости от давления внутри колбы лампы бывают низко-
го давления (0,15...104 Па), высокого (3 • 104...106 Па) и сверхвысокого
(более 106 Па). От значения рабочего давления в лампе зависят
спектр излучения и КПД электрического разряда. Спектр излуче-
ния зависит также от рода газа или паров металла, наполняющих
разрядную колбу. По наполнению дуговые разрядные лампы под-
разделяют на ртутные, металлогалогенные, натриевые, ксеноно-
вые и др.

В спектре излучения ртутных ламп высокого давления наблю-
дается недостаток оранжево-красного излучения с длинами волн
X = 570...760 нм. Поскольку преобладают фиолетовое и ультрафио-
летовое излучения, это создает неправильную цветопередачу при
освещении, что значительно ограничивает область применения
указанных ламп [3, 4].

Металлогалогенные лампы помимо ртути имеют добавки иоди-
дов или бромидов, которые позволяют широко изменять спект-
ральный состав видимого излучения.

В натриевых лампах ртуть добавляется в количестве 5...10 %.
Поэтому основа излучения — дуговой электрический разряд в па-
рах натрия, создающий особый оранжево-красный спектр излуче-
ния.

Излучение ксеноновых ламп определяется электрическим раз-
рядом в инертном газе (ксеноне). Оно отличается спектром, близ-
ким к естественному в видимой области, и присутствием значи-
тельной инфракрасной составляющей.

В России наибольшее распространение получили газоразряд-
ные лампы низкого давления, названные люминесцентными. Их
разработку в нашей стране относят к 1933 г.

Устройство. Люминесцентная лампа (рис. 1.22) представляет
собой стеклянную трубку (колбу), из которой откачивают воздух,
затем ее заполняют аргоном с небольшим количеством ртути до
давления 400...600 Па.

Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором — по-
рошком из солей кальция, цинка, кадмия, бериллия и др. Химичес-
кий состав люминофора определяет цвет излучения и светоотдачу.

В трубку по торцам вварены стеклянные ножки, на которых
установлены вольфрамовые электроды, выполненные в виде би-
спиралей. Концы электродов
выведены к цоколю и соеди-
нены с контактными штырь-
ками.

Электроды покрыты окси-
дом — окислами щелочно-зе-
мельных металлов, обеспечи-
вающих высокую термоэлек-
тронную эмиссию.

Аргон внутри трубки огра-

Рис. 1.22. Устройство люминесцентной
лампы:

7—колба; 2—стеклянная ножка; 3 — электрод;

4 — цоколь; 5 — контактные штырьки; б—люми-
нофор
ничивает распыление вольфрамовой спирали, а вместе с парами
ртути облегчает зажигание лампы.

Электрическая энергия в люминесцентных лампах преобразу-
ется двухступенчато в световую. Сначала электрический ток, про-
текая между электродами лампы, вызывает излучение в парах рту-
ти. Возникающая при этом лучистая энергия состоит в основном
из коротковолнового ультрафиолетового излучения и лишь около
2 % составляет видимое излучение. Затем ультрафиолетовое излу-
чение дугового разряда преобразуется в люминофоре в видимое
(световое) излучение.

С учетом всех преобразований можно считать, что энергетичес-
кий КПД современных люминесцентных ламп составляет 20 %, а
световой КПД достигает 12 %. Таким образом, по сравнению с
лампами накаливания люминесцентные лампы — более совер-
шенные источники видимого излучения.

Люминесцентные лампы различают по форме и размерам кол-
бы, мощности и спектральному составу излучения.

Обозначение. В маркировке ламп используют буквенные и
цифровые обозначения. Буквы обозначают конструктивные при-
знаки и особенности спектра излучения, цифры — мощность лам-
пы в ваттах.

Буквы расшифровываются следующим образом: ЛД —люми-
несцентная лампа дневного света; ЛБ —то же, белого света;
ЛХБ — то же, холодно-белого света; ЛТБ (ЛТБС) — то же, тепло-
белого света. Выпускают также лампы с улучшенным спектраль-
ным составом излучения, обеспечивающим получение хорошей
цветопередачи освещенных объектов. В обозначении этих ламп
после букв, характеризующих цвет излучения, добавляют букву
Ц (ЛДЦ, ЛХБЦ и т. д. — лампы улучшенного спектрального со-
става).

Для работы в условиях повышенной запыленности выпускают
рефлекторные лампы. В них рефлекторный слой (диффузное от-
ражающее покрытие, состоящее из порошка с высоким коэффи-
циентом отражения) наносят на 2/з окружности внутренней по-
верхности трубки. Затем всю внутреннюю поверхность трубки по-
крывают слоем люминофора. Благодаря рефлекторному слою, че-
рез «выходное окно» (не покрытую рефлекторным слоем часть
трубки) проходит световой поток, на 70...80 % больший, чем через
такую же часть трубки в обычной лампе. К таким лампам относят,
в частности, ЛБР — рефлекторную лампу белого света, ЛФР —
люминесцентную фотосинтезную рефлекторную и др.

Иногда излучение осветительных люминесцентных ламп ха-
рактеризуют цветовой температурой Гц, которая соответствует
температуре черного тела, создающего излучение той же цветнос-
ти. Так, цветовая температура ламп серии ЛБ составляет 3500 К,
ЛД - 6500 К, ЛТБЦ - 2700 К.

Все сказанное относится к лампам с прямолинейной колбой.
В обозначения U- и W-образных ламп добавляют соответствую-
щую букву, например, JIBU, ЛБЦХУ и т. п. Кольцевые люминес-
центные лампы имеют в обозначении букву К (ЛБК и т. д.). Име-
ются также кольцевые люминесцентные лампы ЛЕЦК и ЛТБЦЦК
мощностью 22, 32, 40 и 60 Вт с естественной (Е) и тепло-белой
(ТБ) цветностью, а также улучшенной (Ц) или очень хорошей
(ЦЦ) цветопередачей.

Помимо цифрового обозначения, идущего сразу за буквенным
обозначением и указывающего мощность лампы, очень часто че-
рез дефис дается порядковый номер разработки лампы. Напри-
мер, ЛХБ-40-2 — люминесцентная лампа холодно-белого света
мощностью 40 Вт, вторая разработка.

Технические характеристики. Люминесцентные лампы наиболее
распространенных типов выпускают мощностью 15, 20, 30, 40, 65
и 80 Вт.

Средняя продолжительность горения всех типов люминесцент-
ных ламп составляет не менее 10 тыс. ч при световой отдаче
45...80 лм/Вт.

В таблице 1.7 приведены некоторые технические характеристи-
ки распространенных люминесцентных ламп.

1.7. Технические характеристики люминесцентных ламп

Тип лампы	Мощность лампы, Вт	Напряжение на лампе, В	Световой поток, лм	Светоотдача, лм/Вт	Длина лампы со штырь- ками, мм
ЛД-15	15	54	700	46,7	451
ЛБ-15	15	54	820	54,7	450
ЛД-20	20	57	1000	50	604
ЛБ-20	20	57	1200	60	604
ЛД-30	30	104	1800	60	908
ЛБ-30	30	104	2180	72,7	908
ЛХБ-30	30	104	1940	64,7	908
ЛДЦ-40	40	103	2200	55	1213
ЛД-40	40	103	2500	62,5	1213
ЛХБ-40	40	103	3000	75	1213
ЛБ-40	40	103	3200	80	1213
ЛД-65	65	НО	4000	61,5	1514
ЛБ-65	65	ПО	4800	73,8	1514
ЛХБ-65	65	ПО	4400	67,7	1514
ЛДЦ-80	80	102	3800	47	1514
ЛД-80	80	102	4300	53,7	1514
ЛХБ-80	80	102	5040	63	1514
ЛБ-80	80	102	5400	67,5	1514
ЛБ-125	125	104	5800	46,5	—

Из сравнения данных таблиц 1.7 и 1.6 следует, что биспираль-
ная лампа накаливания Б-215-225-40 мощностью 40 Вт имеет све-
товую отдачу т]у= 10,3 лм/Вт (световой поток Фу = 415лм), а лю-
минесцентная лампа ЛД-40 той же мощности — световую отдачу
T]v = 62,5 лм/Вт (световой поток Фу = 2500 лм), то есть световая
отдача у люминесцентной лампы ЛД-40 больше в 6 раз, а если
сравнить с лампой ЛБ-40, то больше в 7,7 раза. Если говорить о
создании одного и того же светового потока, то выбирают люми-
несцентную лампу, у которой мощность в 3,5 раза меньше мощно-
сти лампы накаливания. В этом основное преиму-
щество люминесцентных ламп. Другие их преимуще-
ств а — более благоприятные спектры излучения, большой срок
службы (не менее 10 000 ч вместо 1000 ч у ламп накаливания), не-
высокая температура поверхности трубки и меньшая яркость.

Недостатки люминесцентных ламп — необходимость за-
пуска в работу с помощью специального пускорегулирующего ап-
парата (ПРА), большие габаритные размеры, чувствительность к
температуре окружающей среды, зависимость работы от значи-
тельного снижения напряжения сети.

Электротехнические параметры люминесцентных ламп тесно
связаны с их габаритными размерами. Наилучшим образом пара-
метры сочетаются в лампах мощностью 40 Вт с прямолинейной
трубчатой колбой длиной 1,2 м и диаметром 40 мм (светоотдача
т]у — 55...80 лм/Вт, см. табл. 1.7).

Эффективность отдачи люминесцентных ламп зависит также
от состава люминофоров. В то же время при указанной высокой
световой отдаче ламп яркость их в десятки раз меньше яркости
ламп накаливания.

Эксплуатационные показатели люминесцентных ламп непре-
рывно улучшаются. Разработаны лампы общего назначения, у ко-
торых средняя продолжительность горения составляет 12 000...
15 000 ч.

В процессе эксплуатации наблюдается значительный спад по-
тока излучения люминесцентных ламп, и к концу срока службы
он составляет 54...60 % номинального. Наиболее интенсивно по-
ток снижается в начальный период эксплуатации, поэтому за но-
минальный принимают его значение после 100 ч работы лампы.

Работа люминесцентной лампы от сети переменного тока с ча-
стотой 50 Гц сопровождается пульсацией потока излучения. У
ламп типа ЛБ свойства люминофора таковы, что коэффициент
пульсации Ап = 22...25 %, у ламп с улучшенной цветопередачей
(ЛДЦ, ЛТБЦ, ЛЕЦ) коэффициент пульсации еще больше —
40...65 %.

Коэффициент пульсации светового потока

Ап = Фп^х~Фт1П-100%,	(1.36)

Фщах

где Фщах, фт1п •“ максимальное и минимальное значения светового потока (опре-
деляемые по осциллограмме).
Наличие у люминесцентных ламп большой глубины пульсации
светового потока приводит к тому, что при освещении движущих-
ся предметов возникает так называемый стробоскопический эф-
фект — зрительное ощущение множественности движущегося
предмета и ложное впечатление о его неподвижности. Это приво-
дит к искажению впечатления от освещенного объекта и вызывает
быструю усталость глаз. В особенности опасно ложное впечатле-
ние о неподвижности вращающихся объектов, что может привес-
ти к травмам на производстве.

Чтобы исключить стробоскопический эффект, люминесцент-
ные лампы включают на различные фазы сети или используют
схему с расщепленной фазой. Уменьшение Ки в указанных схемах
объясняется тем, что ток одной лампы отстает по фазе от тока дру-
гой, а сдвиг токов приводит к сдвигу световых потоков. В этом
случае суммарный световой поток будет иметь меньшую разницу
между максимальным и минимальным значениями, следователь-
но, и меньшее значение Ки. Так, при включении двух ламп ЛБ в
расщепленную фазу или в две разные фазы Кп снижается до
10...10,5 %. А включение трех указанных ламп в три разные фазы
дает КП = 2,2 %.

При включении ламп ЛДЦ в аналогичных схемах коэффициен-
ты пульсации КП будут соответственно равны 17 и 3,5 %.

Преимущества люминесцентных ламп по сравнению с
лампами накаливания — основные параметры люминесцентных
ламп меньше зависят от отклонений напряжения питающей сети,
то есть изменению напряжения на 1 % соответствует изменение
светового потока на 1 %, мощности — на 2 %, срока службы — на
3...4 %. Очень мало меняется и световая отдача.

Отклонения напряжения сети в значительных пределах отри-
цательно сказываются на надежности работы ламп. Так, снижение
напряжения более чем на 10 % приводит к отказу зажигания, а
снижение более чем на 20 % — к погасанию горящих ламп.

На работу люминесцентных ламп существенно влияют и фак-
торы окружающей среды. Оптимальным интервалом рабочей тем-
пературы считается температура воздуха 18...25 °C. Отклонение ее
от указанных значений приводит к уменьшению потока излучения
и эффективной отдачи ламп, а также ухудшает условия их зажига-
ния. При низких положительных значениях температуры воздуха
напряжение зажигания ламп повышается на 20...25 %, при отри-
цательной температуре вероятность зажигания близка к нулю.
Увеличение относительной влажности воздуха до 70...90 % сопро-
вождается повышением напряжения зажигания ламп.

Стартерная схема. Стартерная схема включения люминесцент-
ной лампы в электрическую сеть приведена на рисунке 1.23. По-
мимо самой лампы EL основные элементы схемы: дроссель L,
стартер VL и конденсаторы Cl, С2. Дроссель имеет стальной сер-
дечник и обмотку. Стартер (рис. 1.24) представляет собой мини-
Рис. 1.23. Стартерная
схема включения люми-
несцентной лампы:

L — дроссель; EL — лампа;
VL — стартер; Cl, С2— кон-
денсаторы

Рис. 1.24. Устройство стартера
тлеющего разряда:

1 — биметаллический подвижный элек-
трод; 2—неподвижный электрод; 3 —
газоразрядная лампа; 4 — токопрово-
ды; 5— конденсатор; 6— корпус; 7—
контакты

атюрную газоразрядную лампу 3 с биметаллическим подвижным /
и неподвижным 2 электродами, заполненную смесью 60 % аргона,
28,8 % неона и 11,2 % гелия.

Стеклянная колба лампы стартера помещена в металлический
или пластмассовый корпус цилиндрический формы 6. Напряже-
ние зажигания лампы составляет 70 В для стартера, рассчитанного
для работы в сети 127 В, и 130 В — для стартера 220 В. Включение
стартера в схему осуществляется контактами 7.

При подаче напряжения на схему ток через лампу EL не идет,
так как для пробоя газового промежутка необходимо напряжение,
превышающее напряжение сети Uc. Однако в стартере VL возни-
кает тлеющий разряд, сопровождающийся протеканием неболь-
шого (20...50 мкА) тока в электрической цепи: дроссель, электро-
ды люминесцентной лампы, стартер.

Биметаллический подвижный электрод 1 стартера разогревает-
ся, изгибается и замыкается на неподвижный электрод 2, что за-
мыкает цепь электродов люминесцентной лампы через дроссель
на напряжение сети. Протекающий при этом по электродам ток в
1,4... 1,6 раза превышает номинальный рабочий ток лампы. За 1...2 с
электроды разогреваются до 700...900 °C, вследствие чего увеличи-
вается электронная эмиссия и облегчаются условия пробоя газо-
вого промежутка. После прекращения тлеющего разряда в старте-
ре биметаллический электрод охлаждается и, возвращаясь в ис-
ходное положение, разрывает цепь электродов люминесцентной
лампы. В момент разрыва цепи возникает электродвижущая сила
самоиндукции в дросселе L, пропорциональная индукции дроссе-
ля и скорости изменения тока в момент разрыва цепи.
Скорость разрыва цепи стартером составляет около 1...2 мкс, а
электродвижущая сила достигает нескольких киловольт. Для уве-
личения длительности импульса высокого напряжения параллель-
но контактам стартера (внутри корпуса) устанавливают конденса-
тор С1, который уменьшает скорость изменения тока в цепи, сле-
довательно, и электродвижущую силу самоиндукции (до 500...
1500 В), но увеличивает продолжительность ее существования (до
100 мкс). Это способствует более устойчивому зажиганию лампы.
Образовавшийся за счет самоиндукции импульс повышенного на-
пряжения прикладывается к электродам лампы. Происходит про-
бой газового промежутка, и лампа начинает светиться.

После зажигания лампы приблизительно половина напряже-
ния сети будет падать на дросселе, поэтому напряжения на старте-
ре будет недостаточно для его зажигания, то есть при работающей
лампе стартер не загорается. Если лампа не зажглась, зажигание
автоматически повторяется.

Таким образом, стартер VL нужен в схеме для замыкания цепи
с целью разогрева электродов и последующего разрыва цепи для
получения импульса повышенного напряжения.

Дроссель L служит для ограничения тока при разогреве элект-
родов и при работе лампы, для создания импульса повышенного
напряжения и для стабилизации работы лампы при изменении
напряжения сети.

Конденсатор С1 увеличивает время разрыва цепи и уменьшает
искрение контактов стартера, а значит, снижает радиопомехи.
Значение емкости конденсатора С7 = 1000...1500пФ.

Конденсатор С2 установлен для компенсации реактивной
мощности (cos <р увеличивается от 0,5...0,6 до 0,92...0,95). Значение
емкости конденсатора зависит от мощности лампы и составляет
3...10 мкФ.

Часто в схеме применяют конденсаторы небольшой емкости
для защиты электрической сети от высших гармонических состав-
ляющих, а также активное сопротивление, предназначенное для
разряда емкости С2 после отключения схемы от сети.

Схема питания двух ламп с расщепленной фазой представляет
собой две описанные выше стартерные схемы, одна из которых
включена через фазосдвигающее устройство (емкость, индуктив-
ность).

Бесстартерные схемы. Имеется также бесстартерная схема с
расщепленной фазой для включения двух ламп способом мгно-
венного зажигания. Образующийся при этом сдвиг на 120’ между
пульсирующими потоками ламп снижает коэффициент пульсации
суммарного излучения более чем в два раза.

Желание исключить из схемы стартер как ненадежный эле-
мент привело к появлению схемы с накальным трансформатором
Рис. 1.25. Бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп:

а — с накальным трансформатором; б — схема мгновенного зажигания лампы; LL — дроссель;
TV— накальный трансформатор в схеме а) и автотрансформатор в схеме б); EL — лампа

(рис. 1.25, а). Указанную схему относят к схемам быстрого зажига-
ния люминесцентной лампы. Надежность зажигания в схеме обес-
печивается предварительным подогревом электродов, снижаю-
щим напряжение зажигания до значения сетевого напряжения, и
наличием на колбе лампы металлической полосы. Недостат-
к и таких бесстартерных схем — потери мощности у них выше,
чем у стартерных; к тому же после зажигания лампы по нити нака-
ла электродов протекает ток подогрева, уменьшающий срок служ-
бы лампы.

На рисунке 1.25, б приведена бесстартерная схема мгновенного
зажигания лампы с холодными электродами. В схеме используют
напряжение 400...600 В. Этого достаточно для зажигания холодной
лампы. Часть обмотки автотрансформатора TV с большим внут-
ренним сопротивлением создает напряжение зажигания, а часть
TV выполняет роль дросселя. За счет повышенного рассеяния в
автотрансформаторе после зажигания разряда на лампе устанавли-
вается рабочее напряжение, равное половине сетевого. Недо-
статки схемы мгновенного зажигания — значительная потеря
мощности (до 40 % мощности лампы) и быстрое распыление ок-
сидного покрытия электродов.

Пускорегулирующая аппаратура. Совокупность всех элементов,
обеспечивающих требуемые параметры пускового и рабочего ре-
жимов газоразрядной лампы, принято называть пускорегулирующей
аппаратурой (ПРА). ПРА подразделяют на стартерную, бесстар-
терную, токоограничивающую; выполняют в виде отдельных ап-
паратов или специальных блоков и устройств.

Стартерные ПРА предназначены для ограничения тока при ра-
зогреве и работе ламп и генерирования импульса повышенного
напряжения.
Бесстартерные ПРА быстрого зажигания служат для предвари-
тельного разогрева электродов лампы и ограничения ее рабочего
тока. Бесстартерные ПРА мгновенного зажигания обеспечивают
подачу напряжения, достаточного для холодного зажигания лам-
пы и ограничения ее тока в рабочем режиме.

Токоограничивающие ПРА предназначены для ограничения тока
лампы в рабочем режиме.

Принята следующая маркировка ПРА. Первая цифра
указывает число ламп, включаемых с аппаратом; следующие за
ней три буквы указывают на наличие или отсутствие стартера и
характер сдвига фаз (УБ — стартерный, АБ — бесстартерный быст-
рого зажигания; МБ — то же, мгновенного зажигания; И — индук-
тивный, Е —емкостный, К —компенсированный); числитель
дроби показывает мощность лампы в ваттах, знаменатель — на-
пряжение сети в вольтах; последующими буквами обозначают
конструктивное исполнение (А — антистробоскопический, В —
встроенный, Н — независимый) и соответствие нормам по шуму в
общественных и жилых помещениях (П — с пониженным уровнем
шума и др.); последняя цифра обозначает номер разработки. При-
мер маркировки: 1УБИ-80/220-ВП-06 означает, что пускорегули-
рующий аппарат работает с одной лампой, стартерный (УБ), име-
ет индуктивный сдвиг фаз, рассчитан на мощность лампы 80 Вт и
напряжение 220 В, встроенный, соответствует нормам по шуму,
шестой разработки. Ряд заводов вместо номера разработки приво-
дит номер серии (110, 300, 600 и т. п.) и климатическое исполне-
ние (У — для умеренного климата, ХЛ — для холодного климата) с
категорией размещения (3,4 и т. д.) в помещениях.

1.4.5.	ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ СПЕЦИАЛЬНОГО
НАЗНАЧЕНИЯ

Люминесцентные лампы специального назначения подразде-
ляют на несколько видов: для облучения животных, бактерицид-
ные и фотосинтезные.

Люминесцентные лампы для облучения молодняка животных и
птиц. Они дают витальный ультрафиолетовый поток в зонах УФ-А
и УФ-В. Необходимость облучения определяется тем, что под
действием ультрафиолета образуется активно действующий вита-
мин D, необходимый для роста и развития животных. При этом
снижаются заболевания, в том числе рахитом. Под влиянием об-
лучения примерно на 10 % увеличивается продуктивность жи-
вотных и птиц, улучшается их общее состояние и усиливаются
репродуктивные функции.

Технические характеристики люминесцентных ламп этого вида
даны в таблице 1.8.
1.8. Люминесцентные лампы для ультрафиолетового облучения животных

Тип лампы	Мощность лампы, Вт	Напряжение сети, В	Витальный (эритемный) поток, мвит (мэр)	Витальная облученность, мвит/м2	Срок службы, ч
ЛЭ-15	15	127	300	30	5000
ЛЭО-15	15	127	150	12	5000
ЛУФ-15	15	127	200	20	4000
ЛЭ-30-1	30	220	750	58	5000
ЛЭР-40	40	220	1600	160	3000
Л УФ-80	80	220	3000	250	4000

Примечание. Витальный (эритемный) поток дан в мвит (мэр); виталь-
ная облученность — в мвит на квадратный метр на расстоянии 1 м от источника
излучения.

Бактерицидные лампы. Они предназначены для обеззаражива-
ния помещений, воздуха, жидкостей, аппаратов, продуктов и т. п.
Такие лампы имеют ртутный разряд низкого давления в диапазоне
длин волн Х= 185 и 254 нм, который является эффективным ис-
точником ультрафиолетового излучения, обладающего сильным
бактерицидным действием (уничтожением микробов, грибков и
другой вредной микрофлоры и микрофауны).

По конструкции и электрическим параметрам они аналогичны
обычным люминесцентным лампам низкого давления. Отличают-
ся колбой, изготовленной из специального увиолевого стекла, и
тем, что не имеют люминофора.

Лампы включают в сеть по тем же схемам, что и обычные лю-
минесцентные лампы той же мощности и напряжения.

Бактерицидные лампы имеют следующие обозначения: Д — ду-
говая, Б — бактерицидная; идущие затем цифры соответствуют
мощности лампы и номеру разработки. Например, ДБ-30-1 озна-
чает, что лампа дуговая бактерицидная мощностью 30 Вт первой
разработки. Наиболее распространенные лампы, используемые в
сельском хозяйстве, показаны в таблице 1.9.

1.9. Люминесцентные бактерицидные лампы для обеззараживания

Тип лампы	Мощность лампы, Вт	Напряжение сети, В	Световой поток, лм	Бактерицид- ный поток, мбк	Срок службы, ч
ДБ-15	15	127	60	2500	3000
ДБ-30-1	30	220	140	6000	5000
ДБ-36	36	220	150	11000	7500
ДБ-60	60	220	180	8000	3000

Фотосинтезные лампы. Люминесцентные лампы низкого давле-
ния используют для дополнительного облучения рассады и искус-
ственного облучения растений в теплицах. В последнем случае
осуществляется замена или дополнение естественного излучения в
осенне-зимний период и обеспечение требуемых условий роста и
развития растений. Рекомендуемая продолжительность ежесуточ-
ного облучения зависит от выращиваемой культуры и климатичес-
кого пояса и составляет 12... 16 ч. В лампах указанного назначения
путем подбора состава люминофорного покрытия повышено из-
лучение в красной и синей областях спектра. Фотосинтезная эф-
фективность этих ламп на 40...50 % выше, чем у ламп ЛД, ЛБ и
ЛДЦ (табл. 1.10).

1.10. Люминесцентные фотосинтезные лампы для облучения в теплицах					
Тип лампы	Мощность лампы, Вт	Напряжение сети,В	Световой поток, лм	Фотосинтезная отдача, мфт/Вт	Срок службы, ч
ЛФ-40-1	40	220	1680	135	10000
ЛФ-40-2	40	220	1600	131	7500
ЛБ-40	40	220	3200	95	1000
ЛД-40	40	220	2500	80	1000
ДДЦ-40	40	220	2200	78	1000
ЛБ-80	80	220	5400	98	10000
ЛБР-80	80	220	4200	78	7500
ЛФР-150	150	220	7500	120	7500

Лампа ЛФ-40-1, имеющая однокомпонентное люминофорное
покрытие и максимум излучения в красной области, предназначе-
на для облучения рассады огурцов. Лампа ЛФ-40-2, имеющая
двухкомпонентное люминофорное покрытие и максимум излуче-
ния в красной и синей областях, предназначена для облучения
рассады томатов.

По размерам и электрическим характеристикам лампы ЛФ-40
аналогичны лампам ЛБ-40 и ЛД-40, поэтому их используют с теми
же ПРА и арматурой, что и лампы ЛБ и ЛД.

Люминесцентные лампы этого вида имеют следующие обозна-
чения: Л — люминесцентная, Ф — высокая фотосинтезная эффек-
тивность, цифра 1 указывает на то, что лампа предназначена для
облучения рассады огурцов, цифра 2 — для облучения томатов.

1.4.6.	ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Лампы высокого давления по сравнению с люминесцентными
имеют значительно меньшие габариты и большую единичную
мощность. У ртутных ламп высокого давления при равной мощ-
ности с люминесцентными (например, 40, 80 Вт) длина почти в 10
раз меньше. Малые габариты и высокое давление в них обуслови-
ли температуру разрядной трубки — 700...750 °C. Поэтому разряд-
ную трубку ламп выполняют из кварцевого стекла или специаль-
ной керамики, имеющей высокую прозрачность в видимой облас-
ти спектра [3].
Лампа ДРТ. Одной из первых была разработана лампа высокого
давления типа ДРТ. Обозначение лампы: Д — дуговая, Р — ртут-
ная, Т — трубчатая; следующее затем число соответствует мощнос-
ти лампы. Прежнее название лампы — ПРК (прямая ртутно-квар-
цевая). Лампа ДРТ предназначена для ультрафиолетового облуче-
ния молодняка животных, цыплят, яиц перед инкубацией, семян
зерновых культур и т. д. Их применяют в комплекте облучатель-
ных установок различных типов.

Лампа ДРТ представляет собой прямую трубку из кварцевого
стекла, по концам которой впаяны вольфрамовые электроды. В
трубку введено небольшое количество ртути и инертного газа —
аргона. Для удобства крепления к арматуре лампа по краям снаб-
жена хомутиками с держателями, которые соединены между собой
металлической полоской, используемой для облегчения зажига-
ния лампы. В электрическую сеть лампу ДРТ включают последо-
вательно с дросселем L по резонансной схеме (рис. 1.26, а). В ре-
зультате резонанса, образуемого при кратковременном включении
конденсатора С2, напряжение на дросселе L и конденсаторе С2
возрастает примерно в 2 раза по сравнению с напряжением пита-
ния. Это обеспечивает в лампе дуговой разряд. Металлическая по-
лоска, подключенная через конденсатор малой емкости СЗ, облег-
чает пробой лампы. Конденсатор С1 повышает коэффициент
мощности схемы до 0,92...0,95.

Электрическая энергия, подводимая к лампе ДРТ, преобразу-
ется в ней следующим образом: ультрафиолетовое излучение со-
ставляет 18 %, инфракрасное излучение — 15 %, видимый свет —
15 %, потери — 52 %. Однако лампу ДРТ используют прежде всего
как источник ультрафиолетового излучения. В таблице 1.11 при-
ведены характеристики ламп ДРТ.

Поток излучения ламп ДРТ зависит от температуры окружаю-
щего воздуха. При высокой температуре ухудшается прозрачность
кварцевого стекла, что определяет снижение в особенности ульт-
рафиолетового излучения и сроков годности лампы.

Рис. 1.26. Схемы включения:

а — лампы ДPT; б—лампы ДРЛ; EL — лампа; L — дроссель; SB — кнопочный включатель;
CI, С2, СЗ— конденсаторы; Я —резистор
1.11. Дуговые ртутные лампы высокого давления ДРТ

Тип лампы	Мощность лампы, Вт	Напряжение на лампе, В	Поток излучения, мвит	Срок службы, ч
ДРТ-125	125	95	1500	1000
ДРТ-240	240	70	5900	2200
ДРТ-400	400	135	10000	2700
ДРТ-1000	1000	145	25000	2200
ДРТ-25ОО	2500	145	—	2700

Рис. 1.27. Дуговая ртутная лампа
высокого давления ДРЛ:

I— внешняя стеклянная колба; 2— слой лю-
минофора; 3— кварцевая трубка (горелка);

4— основной электрод; 5—дополнительный
электрод; 6 — ограничивающие резисторы;

7— цоколь

Лампа ДРЛ. Дуговая ртутная лампа ДРЛ предназначена для на-
ружного освещения закрытых помещений и объектов, где не тре-
буется высокого качества цветопередачи. Она может быть реко-
мендована для освещения животноводческих и других сельскохо-
зяйственных помещений; со специальными облучателями ее ис-
пользуют для облучения рассады в теплицах, так как она имеет
фотосинтезно-активное излучение с длиной волны Х = 580...700 нм
(оранжево-красная часть спектра излучения).

Баланс энергии у лампы ДРЛ: ультрафиолетовое излучение
практически отсутствует, видимое излучение составляет 17 %,
инфракрасное излучение — 14 %, тепловые потери — 69 %. Цвет
суммарного излучения близок
к белому. Доля красного излу-
чения составляет 6... 15 %. Про-
цент содержания красного из-
лучения указан при маркиров-
ке ламп в скобках. Яркость
ламп ДРЛ почти в 10 раз пре-
вышает яркость люминесцент-
ных ламп низкого давления.

Конструкция лампы ДРЛ
представлена на рисунке 1.27.
Кварцевая трубка (горелка) 3
размещена в колбе 7, внутрен-
няя поверхность которой по-
крыта тонким слоем люмино-
фора 2. Слой люминофора
преобразует ультрафиолетовое
излучение трубки в свет, при-
годный для освещения. В квар-
цевую трубку впаяны два ос-
новных вольфрамовых электро-
да 4, покрытых активирован-
ным слоем и подсоединенных к
цоколю 7, и два дополнитель-
ных (поджигающих) 5. В трубке
находится небольшое количе-
ство ртути (40...60 мг). После откачки воздуха из внешней колбы 1
ее заполняют углекислым газом под давлением 2,5...4,5 кПа.

Такая конструкция позволяет зажигать четырехэлектродную
лампу от питающей сети 220 В без специального поджигающего
устройства (рис. 1.26, б). Наличие дросселя и конденсатора в схеме
позволяет уменьшить колебания светового потока и увеличить ко-
эффициент мощности. При этом ПРА потребляет около 10 % но-
минальной мощности лампы. При включении лампы в сеть после-
довательно с дросселем разряд первоначально возникает между
смежными основным и дополнительным электродами. Вызванная
этим ионизация разрядного промежутка приводит к возникнове-
нию разряда между основными электродами, после чего дополни-
тельные электроды прекращают работать.

Наличие во внешней колбе 1 углекислого газа под давлением
позволяет на долгий срок сохранить люминофорное покрытие в
рабочем состоянии. Нагрев внешней колбы при работе лампы —
220...280 °C. Оптимальная температура внешней среды для работы
ламп — 25...40 °C. Период разгорания лампы ДРЛ длится
5... 10 мин. Характеристики ламп ДРЛ приведены в таблице 1.12.

1.12. Ртутные лампы высокого давления ДРЛ

Тип лампы	Мощность лампы, Вт	Напряже- ние сети, В	Световой поток, лм	Световая отдача, лм/Вт	Срок службы, ч
ДРЛ-50(15)	50	96	1900	33,7	10000
ДРЛ-80(15)	80	115	3600	40	12000
ДРЛ-125(6)	125	125	5900	41,9	12000
ДРЛ-125(15)	125	125	6300	44,8	12000
ДРЛ-250(6)-4	250	130	13000	52	12000
Д₽Л-250(14)-4	250	130	13500	54	12000
ДРЛ-400(10)-3	400	230	23000	57,5	8000
ДРЛ-400(12)-4	400	135	24000	60	12000
ДРЛ-700(6)-3	700	140	40600	58	12000
ДРЛ-700(12)-3	700	140	41000	58,5	12000
ДРЛ-1000(6)-2	1000	145	58000	57	12000
ДРЛ-1000(12)-3	1000	145	59000	58,5	12000
ДРЛ-2000(12)-2	2000	145	120000	60	12000

Лампа ДРИ. Осветительные металлогалогенные лампы общего
назначения ДРИ (дуговые ртутные с излучающими добавками)
имеют в зависимости от состава добавок различный спектр излу-
чения, обеспечивающий высокое качество цветопередачи и более
высокий, чем у ламп ДРЛ, световой КПД. Конструктивно лампы
отличаются от ламп ДРЛ формой внешней колбы, не имеющей
люминофорного покрытия, и отсутствием в разрядной трубке до-
полнительных поджигающих электродов. Поэтому в сеть их вклю-
чают по схеме, содержащей специальные импульсные зажигаю-
щие устройства — ИЗУ, генерирующие высоковольтные импульсы
напряжением 2...6 кВ.

Чтобы улучшить спектральный состав видимого излучения, в
трубку ламп добавляют соединения галогенной группы: иодиды
натрия, скандий, бромиды редкоземельных металлов. Характерис-
тики ламп ДРИ даны в таблице 1.13.

1.13. Дуговые ртутные металлогалогенные лампы для наружного и внутреннего
освещения ДРИ

Тип лампы	Мощность лампы, Вт	Напряжение на лампе, В	Световой поток, лм	Световая отдача, лм/Вт	Срок службы ч
ДРИ-125	125	220	8300	65	3000
ДРИ-175	175	220	12000	68,5	4000
ДРИ-250	250	220	19000	76	3000
ДРИ-1000-5	1000	220	89000	90	9000
ДРИ-400-5	400	220	36000	90	10000
ДРИ-700	700	220	59500	85	5000
ДРИЗ-250-2	250	220	13700	54,8	7500
ДРИЗ-400-З	400	220	24000	60	7500
ДРИШ-2500-2	2500	220	220000	88	1500
ДРИШ-4000-2	4000	220	360000	90	1500

В таблице приведены также характеристики ламп ДРИЗ для ос-
вещения сухих, пыльных и влажных помещений и ламп ДРИШ
для освещения объектов при цветных телевизионных съемках и
передачах (Ш — обозначение широкого спектра).

Лампа ДРЛФ. Ртутно-кварцевые лампы высокого давления
ДРЛФ созданы для облучения растений на основе ламп ДРЛ.
Особенность этих ламп — специальный состав люминофора, ко-
торый обеспечивает спектр излучения, в наибольшей степени
способствующий прохождению физиологических процессов в
растениях. Это излучение находится в диапазоне длин волн от
350 до 750 нм с преобладанием оранжево-красных и сине-фиоле-
товых лучей.

По своей конструкции и по электрическим параметрам лампы
ДРЛФ аналогичны лампам ДРЛ, однако они имеют колбу из стек-
ла, выдерживающего в нагретом состоянии брызги холодной
воды. В электрическую сеть лампы включаются аналогично лам-
пам ДРЛ.

Обозначения ламп: Д —дуговая, Р —ртутная, Л —люминес-
центная, Ф — с повышенной фитоотдачей. Наибольшее распрост-
ранение получили лампы ДРЛФ-400 и ДРЛФ-1000 мощностью
400 и 1000 Вт с фитопотоком соответственно 12 800 и 90 000 мфт.

Лампа ДРВ-750. Дуговая ртутно-вольфрамовая лампа ДРВ-750
предназначена для дополнительного облучения растений в тепли-
цах. Основное ее преимущество по сравнению с лампами
ДРЛФ — отсутствие ПРА, в результате чего снижается металлоем-
кость облучающей установки, уменьшается нагрузка на крышу
теплицы, улучшается маневренность подвижных систем облуче-
ния. Лампа выполнена в виде колбы, в которой смонтирована
ртутная горелка совместно с нитью накаливания. Сама колба из-
готовлена из термостойкого стекла и рассчитана на попадание
брызг холодной воды. Имеет зеркальный или диффузный отража-
тель. Нить накаливания представляет собой балластное сопротив-
ление и одновременно источник излучения, усиливающий крас-
ную часть спектральной характеристики лампы.

Лампа ДРВ-750 — источник смешанного излучения с преобла-
данием оранжево-красных и сине-фиолетовых лучей.

Лампа ДРВЛ. Ртутно-вольфрамовая лампа ДРВЛ — это модер-
низированная лампа ДРВ. В ней также в пространстве между раз-
рядной трубкой и внешней колбой установлена вольфрамовая
спираль, включенная последовательно с разрядной трубкой и вы-
полняющая роль балластного сопротивления. В указанном балла-
сте теряется примерно половина мощности лампы. Это снижает в
1,5...2 раза эффективный КПД ртутно-вольфрамовых ламп по
сравнению с лампами ДРЛ и ДРТ.

Лампа ДРВЭД. Дуговые ртутно-вольфрамовые эритемные
лампы с диффузным отражателем типа ДРВЭД предназначены
для комплексного воздействия излучением части спектра с дли-
нами волн от 280 до 5000 нм. Внешняя колба этих ламп выполне-
на из специального увиолевого стекла, пропускающего ультра-
фиолетовое излучение. Срок службы ламп типа ДРВЭД опреде-
ляется в основном сроком службы вольфрамовой спирали —
3000...5000 ч.

Лампы ДРФ. Дуговые ртутные люминесцентные лампы
ДРФ-1000 и ДРФ-2000 с повышенной фитоотдачей предназначе-
ны для комплектования вегетационных осветительных установок,
применяющихся для создания светового режима в климатических
камерах и шкафах при селекции различных растений. Лампы име-
ют большой световой поток и высокую светоотдачу. По конструк-
ции и характеристикам аналогичны лампам ДРЛ, но отличаются
составом люминофора, имеют колбу из вольфрамового термо-
стойкого стекла, выдерживающего брызги холодной воды. Из не-
достатков следует отметить большую массу ПРА и устройства ком-
пенсации коэффициента мощности.

Лампа ДНаТ. В группе разрядных ламп высокого давления на-
триевые лампы типа ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые) отлича-
ются большим световым КПД и чуть более вытянутой по сравне-
нию с лампой ДРЛ наружной колбой. Разрядная трубка правиль-
ной цилиндрической формы выполнена из полупрозрачной кера-
мики (поликристаллического алюминия) или из прозрачного
трубчатого монокристалла (лейкосапфира). Эти материалы устой-
чивы к длительному воздействию паров натрия при температуре
до 1600 °C. Общий коэффициент пропускания видимого излуче-
ния составляет 90...95 %. Однако 70 % излучения находится в зоне
560...610 нм желто-оранжевого цвета, что вызывает искажение
цветопередачи. Поэтому лампы ДНаТ в основном используют для
наружного освещения. В электрическую сеть лампы ДНаТ вклю-
чают по схеме, аналогичной схеме ламп ДРИ.

Характеристики натриевых ламп высокого давления ДНаТ
приведены в таблице 1.14.

1.14. Натриевые лампы высокого давления ДНаТ

Тип лампы	Мощность лампы, Вт	Напряжение на лампе, В	Световой поток, лм	Световая отдача, лм/Вт	Срок службы
ДНаТ-70	70	90	5800	82	10000
ДНаТ-100	100	100	9500	95	10000
ДНаТ-150	150	100	15000	98	15000
ДНаТ-250-4	250	97,5	23000	92	10000
ДНаТ-250-7	250	97,5	26000	100	18000
ДНаТ-360	360	120	35000	97	16000
ДНаТ-400-4	400	102,5	47000	117,5	15000
ДНаТ-400-7	400	102,5	50000	120	18000

Лампа ДКсТ. Дуговые ксеноновые трубчатые лампы (ДКсТ) в
сельском хозяйстве используются сравнительно мало из-за слож-
ности их эксплуатации. Лампы выполняют в одной кварцевой раз-
рядной колбе (ДКсТ) и в двух колбах с водяным охлаждением
(ДКсТВ).

Лампы ДКсТЛ и ДКсТВ. В спектре ламп ДКсТ без водяного ох-
лаждения имеется избыток ультрафиолетового излучения. Этот
недостаток скорректирован в лампах ДКсТЛ, колбы которых вы-
полнены из кварцевого стекла с легирующими (Л) присадками. В
видимой области спектра излучение ксеноновых ламп приближа-
ется к солнечному. У ламп ДКсТВ доля видимого излучения со-
ставляет всего 10...12 % их мощности. Указанные типы ламп вы-
пускают, как правило, большой единичной мощности — от 1000
до 12 000 Вт со световой отдачей 24...40 лм/Вт. Срок службы со-
ставляет 500... 1500 ч, что обусловлено значительной температурой
поверхности разрядной трубки (750...800 °C).

Особенность большинства разрядных ламп высокого
давления — режим разгорания, протекающий в течение 5... 10 мин
после зажигания лампы. У ртутных и натриевых ламп он более
продолжительный, чем у ксеноновых. В процессе разгорания из-
меняются все параметры лампы. Например, ток в ртутных лампах
превышает номинальное значение в 1,5...2 раза. По мере разогрева
давление паров внутри лампы растет, что сопровождается сниже-
нием тока и увеличением потока излучения, с ростом давления
повышается напряжение зажигания лампы. Поэтому повторное
зажигание погасшей лампы возможно лишь после ее остывания,
следовательно, после снижения напряжения зажигания. Колеба-
ния напряжения сети мало влияют на световую отдачу ламп, одна-
ко большие отклонения напряжения сказываются значительно.
Лампы следует эксплуатировать в том положении, которое опре-
делено заводом-изготовителем. При эксплуатации установок с
разрядными лампами высокого давления необходимо обращать
внимание на значительную пульсацию световых потоков и прини-
мать меры к их снижению.

Контрольные вопросы и задания

1. Что понимают под искусственным источником оптического излучения?
2. Назовите основные виды источников оптического излучения. 3. Что такое иде-
альный излучатель? 4. Назовите три класса тел накала. 5. Как происходит преоб-
разование электрической энергии в оптические излучения? 6. Дайте определение
закона Кирхгофа. 7. Дайте определение закона Стефана—Больцмана. 8. Напиши-
те закон Планка. 9. Дайте определение закона смещения Вина. 10. Назовите ос-
новные элементы конструкции лампы накаливания общего назначения. 11. Как
устроена линейная галогенная лампа накаливания? 12. Назовите некоторые раз-
новидности ламп накаливания. 13. Каковы основные характеристики ламп нака-
ливания? 14. Как изменяются показатели ламп накаливания от подводимого на-
пряжения? 15. Приведите простейшие схемы включения ламп накаливания.
16. Как классифицируют разрядные лампы? 17. Как происходит преобразование
электрической энергии в видимое излучение в разрядных лампах? 18. Каково на-
значение балластного устройства? 19. Как происходит стабилизация дугового раз-
ряда? 20. Как влияет вид балластного устройства на работу газоразрядных ламп?
21. Дайте общие сведения о газоразрядных лампах низкого и высокого давления.
22. Опишите устройство и обозначения наиболее распространенных люминесцен-
тных ламп. 23. Как определяют коэффициент пульсации светового потока?
24. Нарисуйте стартерную схему включения люминесцентной лампы. 25. Расска-
жите о бесстартерных схемах включения люминесцентных ламп. 26. Каково на-
значение газоразрядных ламп высокого давления ДРТ, ДРЛ, ДРВ, ДНаТ? 27. На-
рисуйте схему включения ламп ДРТ, ДРЛ и др.

1.5. ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Эффективное светораспределение, экономичность, надеж-
ность, удобство эксплуатации осветительных установок в значи-
тельной степени зависят от применяемых типов осветительных
приборов (светильников) [1].

Устройство. Светильник состоит из двух главных частей: источ-
ника света и оптического устройства, перераспределяющего све-
товой поток источника в пространстве (отражатель, рассеиватель,
преломитель). Кроме того, светильник может иметь устройства
для коммутации и стабилизации электрического тока (ПРА), для
крепления источника света и самого светильника. Светильник ог-
раничивает слепящее действие лампы, а также защищает ее от
воздействия окружающей среды и, наоборот, защищает эту среду
от пожара или взрыва.

Классификация. Светильники различают по распределе-
нию светового потока лампы между верхней и нижней
полусферами: прямого света — не менее 90 % потока излучается в
нижнюю полусферу; преимущественно прямого света — от 60 до
90 % потока излучается в нижнюю полусферу; отраженного све-
та — более 90 % потока излучается в верхнюю полусферу.

По форме кривой светораспределения в
нижней полусфере светильники преимущественно быва-
ют глубокого, среднего, равномерного, широкого светораспреде-
ления.

Коэффициент полезного действия светильника равен отноше-
нию светового потока светильника к световому потоку помещен-
ных в него ламп (ЕФЛ):

т]с = Фс/ЕФл.	(1.37)

По исполнению светильники бывают: открытые — лам-
па не отделена от внешней среды; закрытые — лампа и патрон от-
делены от внешней среды оболочкой без уплотнений; влагозащи-
щенные — с уплотнением, защищающим от проникновения влаги
внутрь светильника; пылевлагонепроницаемые — с уплотнением,
защищающим лампу и токоведущие части от попадания пыли и
влаги; взрывозащищенные — с уплотнением, предохраняющим
выход наружу пламени или искры.

Для светильников принята международная классификация по
защите от воздействия пыли и воды IP. В технической литературе
существует и другая классификация этой защиты—двузначное
число, у которого первая цифра обозначает степень защиты све-
тильника от пыли, вторая — от воды. Открытые светильники по
защите от пыли обозначают цифрой 2, перекрытые — 2*, полнос-
тью пылезащищенные — 5, частично защищенные — 5*, полнос-
тью пыленепроницаемые — 6, частично пыленепроницаемые —
6*. Степень защиты от воды: 0 — незащищенные, 2 — каплезащи-
щенные, 3 — дождезащищенные, 4 — брызгозащищенные, 5 —
струезащищенные.

Обозначения. Для маркировки светильников используют еди-
ную систему. Первая буква обозначения указывает используемый
в светильнике источник света: Н — лампы накаливания общего
применения, Р — ртутные лампы типа ДРЛ, Л — люминесцентные
трубчатые, И — кварцевые галогенные, Г — ртутные типа ДРИ,
Ж — натриевые лампы, К — ксеноновые. Вторая буква в шифре —
способ установки светильника: С — подвесные, П — потолочные,
Б — настенные, В — встраиваемые и т. д. Третья буква — назначе-
ние светильника: П — для промышленных предприятий, О — для
общественных зданий, У — для наружного освещения улиц, Р —
рудничный, Б — бытовой. Следующее двузначное число обознача-
ет номер серии, а числа далее — число ламп в светильнике, мощ-
ность ламп в ваттах, номер модификации.
Последние буква и цифра обозначают климатическое исполне-
ние (У — для районов с умеренным климатом, Т — для районов с
тропическим климатом и т. д.) и категорию размещения светиль-
ников: 1 — на открытом воздухе, 2 — под навесом и т. п., 3 — в зак-
рытых неотапливаемых помещениях, 4 — в закрытых отапливае-
мых помещениях.

Пример полного обозначения светильника: НСП 03-1 х 60-
002-УЗ — светильник с одной лампой накаливания (Н) мощнос-
тью 60 Вт, подвесной серии 03 (С), модификации 002, рассчитан
для работы в районах с умеренным климатом (У) в закрытых нео-
тапливаемых помещениях (3) промышленных предприятий (П).

Часто в различных рабочих перечнях и таблицах последние
обозначения не приводят: НСП 03-1 х60 или не приводят номер
модификации: НСП 03-1 х 60-УЗ.

Иногда в обозначении светильника может быть показан тип
кривой силы света светового потока (Д — косинусная и др.), рас-
пределение светового потока в верхней и нижней полусферах
(прямого (П) и преимущественно прямого (Н) типа и др.], а также
степень защиты светильника — 23, 53 и т. д.

Применение. Многие современные светильники рассчитаны на
применение сетевых проводников как с медными, так и с алюми-
ниевыми жилами с площадью поперечного сечения до 4 мм2, ко-
торые присоединяют или к вводному устройству, или к зажимам

на корпусе светильника.

Требования, предъявляемые к эксплуатации светильников, за-
висят от размеров помещений, характера светотехнической зада-
чи, условий окружающей среды и др.

Сельскохозяйственные производственные помещения по

сравнению с промышленными помещениями имеют низкую ес-

тественную освещенность, очень малую высоту потолка по отно-

Рис. 1.28. Светильники с лампами накали-
вания:

а-НСП 01-1X 100; б-НСП 02-1 х 100;
в-НСП 03-1x60

шению к длине и ширине,
наличие агрессивных газов,
низкий коэффициент отра-
жения потолка (в большей
части животноводческих по-
мещений он вообще отсут-
ствует), тяжелые темпера-
турно-влажностные условия.
Эти особенности сельскохо-
зяйственных производствен-
ных помещений, особенно
животноводческих и птице-
водческих, определяют све-

тотехнические и конструк-
тивные данные применяе-
мых в сельском хозяйстве
светильников в отношении
экономичности, надежности, правильного светораспределения и
спектрального состава.

В сельскохозяйственных производственных помещениях с нор-
мальной средой, например в мастерских, гаражах, отапливаемых
складах, применяют светильники общепромышленного исполнения,
предназначенные для аналогичных помещений в промышленности.

Перечень светильников, рекомендуемых для применения в
сельскохозяйственных производственных и административно-об-
щественных помещениях, а также для наружного освещения,
представлен в таблице 1.15. Общий вид некоторых светильников
дан на рисунках 1.28 и 1.30.

1.15. Светильники для сельскохозяйственных помещений

Изделие	Тип	Номер ТУ, каталога, ГОСТа

I. Светильники с лампами накаливания

Производственные и общественно-административные помещения с нормальными
условиями среды

Для ламп мощностью до 100 Вт, НСП 01-1х100/Д23-01-УЗ ТУ 16.535.498—93

эмалированный отражатель, уплотненный ввод проводов  То же, для ламп мощностью 150...200 Вт  Для ламп мощностью 150 Вт, потолочный, с рассеивателем из стекла  Для двух ламп мощностью по 60 Вт, потолочный с рассеи- вателем	«Астра-1»  НСП 01-1х200/Д23-07-УЗ ТУ 16.535.498-93 «Астра-3»  НПО 18-1Х150/Н-06-У4	ТУ 16.535.935-94  НПО 18-2х60/Н-08-У4	ТУ 16.535.935-94

Особо сырые помещения с химически активной средой

Для ламп мощностью до 60 Вт, уплотненный, подвесной, .  с рассеивателем  Для ламп мощностью  150...200 Вт  Для ламп мощностью 150 Вт	НСП 03-1х60-УЗ	ТУ 16.535.561-95  НСП 01-1х200/Д53-08-УЗ ТУ 16.535.498—93 «Астра-12»  НСП 01-1Х150/Д53-08-УЗ ТУ 16.535.498-93 «Астра-11а*
Для ламп мощностью 100 Вт	НСП 01-1Х100/Д53-02-УЗ ТУ 16.535.498-93 «Астра-11»
Для двух ламп мощностью по 100 Вт, потолочный, уплот- ненный, с рассеивателем	ПНП 2х100-УЗ	ТУ 16.535.777-93

Помещения с тяжелыми условиями среды

Для ламп мощностью 150...200 Вт, потолочный, уплотненный с рассеивателем Для ламп мощностью до 100 Вт, уплотненный, с диффузным отражателем, подвесной	ППД 1х2ОО-УЗ	ТУ 16.535.804-93  ППД 1x100-УЗ	ТУ 16.535.804-93
Имелие	Тип	Номер ТУ, каталога, ГОСТа
Для ламп мощностью до 100 Вт, уплотненный, без отражателя, с рассеивателем, подвесной  То же, для ламп мощностью 150...200 Вт  Для ламп мощностью до 200 Вт, уплотненный ввод проводов	ППР 1 х 100-УЗ  ППР 1 х 200-УЗ  НСП 01 х 200/Д53-08УЗ  ♦Астра-2»	ТУ 16.535.804-93  ТУ 16.535.804-93  ТУ 16.535.498-93
Наружное освещение  Для ламп мощностью 200 Вт	СПО 1 х 200-1-У1  Для ламп мощностью 200 Вт	НСУ 04-1 х 200-001-У1  С галогенной лампой накали- ИСУ 01-1 х 2000-К63-01-У1 вания		ТУ 16.535.625-97  ТУ 16.545.109-96  ТУ 16.535.527-96
Взрывоопасные помещения  Для ламп мощностью	ВЗГ-200М  150 Вт с отражателем  Для ламп мощностью 150 и	H4BH-150-IVI  200 Вт с отражателями и без них  Для ламп мощностью до 300 Вт	H4T2H-300-IVI  с отражателями и без них	H4T2H-300-1IVI		ТУ 16.535.878-94  ТУ 16.545.013-95
Местное освещение  Для одной лампы мощностью	ИКС 01-1 х 100  60 или 100 Вт		ТУ 16.545.013-95
II. Светильники с люминесцентными лампами		
Производственные и общественно-административные помещения с нормальными условиями среды  Для двух ламп мощностью	ЛД-2х40	ТУ 16.535.912—94  по 40 Вт, подвесные или пото-	ЛДР-2 х 40  лочные	ЛДОР-2 х 40  То же, для двух ламп мощностью	ЛД-2х 80	ТУ 16.535.912—94  по 80 Вт	ЛДР-2 х 80  ЛДОР-2 х 80  Для одной лампы мощностью	ЛПО 03-1 х 40	ТУ 16.545.224—96  40 Вт, подвесной или потолочный  Для двух ламп мощностью 40 Вт,	ЛПО25М 2х	ОСТ 160.535.044—83  потолочный	х 40-001-УХЛ4  Для двух ламп мощностью	ЛПО 28-2x40	ОСТ 160.535.044—79  по 40 Вт, потолочный, с рассеи- вателем  То же, для четырех ламп мощ-	ЛСО 02-4x40	ТУ 16.535.605—79  ностью до 40 Вт  Светильник с тремя У-образны-	УПБ 04-3 х 30	ТУ 16.535.822—94		

ми лампами мощностью 30 Вт,
потолочный
Изделие	Тип	Номер ТУ, каталога, ГОСТа
Особо сырые помещения с химически активной средой		
Для двух ламп мощностью по 40 Вт, подвесной, блочный	ЛСП 15-2x40	ТУ 16.545.211-96
То же, для ламп 40 Вт	ДСП 23-2x40	ТУ 16.545.211-96
То же, для ламп 80 Вт	ЛСП 23-2x80	ТУ16.545.211—96
Для ламп мощностью 40 Вт,	ЛСП 18-1x40	ТУ 16.545.066-96
подвесной, с вертикальным от- ражателем, уплотненный	ЛСП 18-2x40(60)	
Помещения с тяжелыми условиями среды		
Для одной и двух ламп мош-	ПВЛМ 1x40-01	ТУ 16.535.070-97
ностью по 40 Вт, подвесные	ПВЛМ 1x40-02  ПВЛМ 2x40-01  ПВЛМ 2x40-02	
То же, для ламп мощностью 80 Вт ПВЛМ 1 х 80-01  ПВЛМ 1x80-02  ПВЛМ 2x80-01		ТУ 16.535.070-97
Для ламп мощностью до 40 Вт, корпус из пластмассы или стек- лопластика, с рассеивателем, потолочный	ПВЛП 2x40-01	ТУ 16.535.775-93
Наружное освещение		
Для трех ламп мощностью 40 Вт, консольный	СКЗЛ Зх40М	ОСТ 160.535.047-79
То же, подвесной	СПЗЛ Зх40М	ОСТ 160.535.047-79
Взрывоопасные помещения		
Для одной лампы мощностью 40 Вт	НОДЛ 1х 40-УЗ	.ТУ 16.535.877-94
Для одной лампы мощностью 80 Вт	НОГЛ 1 х 80-УЗ	ТУ 16.535.877-94
Для двух ламп мощностью 80 Вт	НОГЛ 2 х 80-УЗ	ТУ 15.535.877-94
III. Светильники с лампами ДРЛ		
Помещения с тяжелыми условиями среды		
Для одной лампы мощностью 250 Вт	РСП 08-250	ТУ 16.535.739-96
Для лампы ДРЛ мощностью	ГХР 250-2М	ТУ 16.535.739-96
250 Вт, подвесной, прямого света, частично пылезащищенный		ТУ 16.535.218-95
То же, для лампы ДРЛ мощ- ностью 400 Вт	ГХР 400М	ТУ 15.535.218-95
Наружное освещение		
Для одной лампы мощностью 125, 250 и 400 Вт, консольный	РКУ 01-250-0007	ОСТ 160.534.047-79
Для лампы мощностью 400 Вт, консольный	РКУ 02-400-004-У1	ОСТ 160.534.047-79
Для одной лампы мощностью 250 Вт, консольный	СКЗР 250	ОСТ 160.534.047-79
Изделие

Тип

Номер ТУ, каталога,
ГОСТа

IV. Светильники с лампами ДРИ и ДНаТ

С лампой ДРИ мощностью 250 Вт, консольный	ГКУ 02-250-002	ОСТ 160.535.047-79
С лампой ДНаТ мощностью 400 Вт, исполнение IP63, консольный	ЖКУ 01-400-001	ОСТ 160.535.047—79
То же, исполнение IP23	ЖКУ 01-400-002	ОСТ 160.535.047-79
С одной лампой ДРИ мощ- ностью 250 Вт, подвесной	СПОГ 250	ОСТ 160.535.047-79
То же	ГСП 18-250-004-УЗ	ОСТ 160.535.046-79
С одной лампой ДРИ мощ- ностью 400 Вт, подвесной	ГСП 18-400-004-УЗ	ОСТ 160.535.046-79
С лампой ДРИ мощностью 700 Вт	ГСП 18-400-004-УЗ	ОСТ 160.535.046-79

В перечень входят светильники для ламп накаливания, для
трубчатых люминесцентных ламп низкого давления, а также для
ламп ДРЛ.

В перечне предусмотрены светильники, защищенные от дей-
ствия окружающей среды животноводческих, птицеводческих и
других помещений с тяжелыми условиями среды: брызгозащи-
щенные, влагозащищенные, частично и полностью пылезащи-
щенные, пылеводонепроницаемые, а также взрывозащищенные.

В перечень вошли светильники, которые применяют в других
отраслях хозяйства, в помещениях с аналогичными или близкими
условиями окружающей среды.

Для помещений с нормальными условиями среды при отно-
сительной влажности воздуха до 70 % и температуре 20 °C при-
меняют открытые светильники, используемые и в промышлен-
ности.

Для освещения складов, зернотоков, территорий, мастерских,
фасадов зданий и других целей используют прожекторы. Прожек-
торы заливающего света серии ПЗС делают с металлическими (хро-
мированными) или со стеклянными отражателями параболичес-
кой формы. В качестве источников света применяют специальные
прожекторные лампы. В прожекторах типа ПЗС-25 с диаметром
стекла 25 см устанавливают лампы мощностью 150...200 Вт, в про-
жекторах ПЗС-35 с диаметром стекла 35 см — лампы 300...500 Вт, в
прожекторах ПЗС-45—лампы 1000 Вт. Прожекторы ПСМ-40 и
ПСМ-50 с лампами 500 и 1000 Вт также предназначены для осве-
щения открытых пространств, архитектурного и иллюминацион-
ного освещения.

В специальных случаях применяют разные типы фасадных
прожекторов серии ПФС.
Как правило, прожекторы размещают на мачтах или высоких
зданиях сосредоточенными группами. Наименьшая высота мачт
(за исключением случаев освещения стадионов) определяется из
условия

Осевая сила света прожектора

Квадрат высоты установки

В соответствии с приведенным условием приняты наименьшие
высоты: для ПЗС-35, 500 Вт, 220 В—17м; для ПЗС-35, 500Вт,
127 В-20 м; для ПЗС-45, 1000 Вт, 220 В-22 м; для ПЗС-45,
1000 Вт, 127 В - 30 м.

Высоту установки прожекторов для освещения стадионов опре-
деляют из такого расчета, чтобы перпендикуляр, опущенный из
площадки мачты на продольную ось поля, образовывал с горизон-
тальной плоскостью угол не менее 27°.

Прожекторы серии ПКН с лампами КГ мощностью 1000 и
1500 Вт рекомендуются к применению для освещения строитель-
ных площадок, котлованов, стадионов и других открытых про-
странств.

1.6. ОБЛУЧАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Облучательная светотехническая установка — это совокупность
источников излучения и светотехнического оборудования, пред-
назначенных для генерации и перераспределения оптических из-
лучений (ОИ) в целях обеспечения целесообразной (полезной) ре-
акции приемников излучения [10].

Тепловое действие излучения соответствует статистически рав-
номерному распределению поглощенной энергии излучения. В
этом случае энергия излучения преобразуется в энергию поступа-
тельного, колебательного и вращательного движений молекул,
ионов и свободных электронов, взаимодействующих с излучением.

Фотоэлектрическое, фотолюминесцентное, фотохимическое и
фотобиологическое действия ОИ характеризуются поглощением
энергии отдельными молекулами. В результате фотоэлектричес-
кого преобразования энергии происходят изменения электричес-
кого состояния поглощающего тела — фотоэффект; при фотолю-
минесцентном преобразовании — излучение возбужденных моле-
кул, атомов; при фотохимическом — химические превращения
(реакции) в молекулах, поглотивших излучение; при фотобиоло-
гических процессах — химические реакции в белках, нуклеиновых
кислотах и других органических веществах и связанные с этим
процессы обмена веществ в живом организме. Фотоэлектрическое
и фотолюминесцентное действия излучения наряду с тепловым
могут быть объединены понятием фотофизического действия из-
лучения.
Облучательные светотехнические установки (ОСУ)

Рис. 1.29. Три уровня классификации ОСУ

На рисунке 1.29 представлены три верхних уровня классифика-
ции облучательных светотехнических установок (ОСУ).

Масштабы в области применения ОСУ непрерывно возрастают.

В стране насчитывают тысячи теплиц и животноводческих по-
мещений с искусственным облучением и десятки тысяч приборов
и технологических процессов, в которых использованы ОИ
(табл. 1.16).

В последние два десятилетия эта область светотехники все бо-
лее обособляется, формируясь в самостоятельное направление.

1.16.	К применению источников оптического излучения

Зоны оптического излучения		Обозначение лампы	Наименование лампы
наимено- вание	интервал волн, нм		
УФ-С	100...280	ДБ	Дуговая бактерицидная низкого давле-
			НИЯ
		ДРТ	Дуговая ртутная трубчатая высокого - давления
УФ-В	280...315	ЛЭ	Люминесцентная эритемная низкого
		ДРТ	давления
УФ-А	315...380	ЛУФ	Лампа ультрафиолетовая для люминес- центного анализа
		ЛУФТ  ЛУФЩ	То же, с колбой-фильтром  То же, шелевая
		ДРТ	
УФ	100...380	ДРТ	
ФАР	360...720	ЛФ	Фитолампа растениеводческая низкого давления
		ДРИ	Дуговая ртутная йодированная
		ДНаТ	Дуговая натриевая трубчатая
		ДРЛФ	Дуговая ртутная люминесцентная фи- толампа высокого давления
		ДКсТ	Дуговая ксеноновая трубчатая лампа сверхвысокого давления
Зоны оптического излучения		Обозначение  лампы	Наименование лампы
наимено- вание	интервал волн, нм		

ВИ	380...760	В, Г, Б,	Лампы накаливания осветительные: ва-
		БК	куумные (В), газополные (Г), биспи- ральные (Б), биспиральные криптоно- вые (БК)
		ЛБ, ЛДЦ,	Люминесцентные осветительные лам-
		ЛД, ЛХБ,	пы низкого давления
		ЛТБ	
		ДРЛ	Дуговая ртутно-люминесцентная лампа высокого давления
ИКБ	760...5000	ДРИ ДНаТ ИКЗ икзк	Инфракрасная зеркальная лампа То же, с красным фильтром Кварцевая йодированная
		ки	
		кг	Кварцевая галогенная
	1200...7000	тэн	Термоэлектрический нагреватель

1.6.1.	ОБЛУЧАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦ

Облучательные установки непосредственно влияют на развитие
и рост сельскохозяйственных животных и птиц.

В сельскохозяйственном производстве применяют облучатель-
ные установки для ультрафиолетового облучения, инфракрасно-
го облучения и местного обогрева. Выпускаемые промышленно-
стью для сельского хозяйства облучательные установки приведе-
ны в таблице 1.17 [3, 4], их технические характеристики — в таб-
лице 1.18.

1.17.	Облучатели и облучательные установки для сельскохозяйственных помещений

Наименование

Ультрафиолетовый облучатель с бактерицидной лампой
мощностью 30 Вт

Ультрафиолетовый облучатель подвесной на одну эри-
темную лампу мощностью 30 Вт

Светильник-облучатель подвесной с люминесцентной
и эритемной лампами мощностью по 40 Вт (с внутрен-
ним отражающим слоем)

Эритемно-осветительная установка с бактерицидной
лампой и ионизатором воздуха

Подвесная механизированная установка для ультрафио-
летового облучения коров и быков на откорме

Инфракрасный облучатель подвесной с лампами
ИКЗ-220-500

Установка для инфракрасного обогрева и ультрафиоле-
тового облучения

ОБУ-1-30

ЭО-1-30

ОЭСП 02-2 х 40/П53-01

КСО-3 «Кулон»

УО-4М

ОРИ-1

ИКУФ-1М
Продолжение
Тип

Наименование

I

Установка для инфракрасного обогрева и ультрафиоле-	«Луч-3»

тового облучения птиц

Установка для инфракрасного обогрева и ультрафиоле- ИКУФ-2 «Комфорт»
тового облучения

Комбинированная установка для инфракрасного обогрева, ЭРИКО-1
ультрафиолетового облучения и освещения

Ультрафиолетовое облучение. Оно оказывает наиболее сильное
и многостороннее биологическое воздействие на организм живот-
ных и птиц.

Источники ультрафиолетового излучения — серийно выпуска-
емые кварцевые ртутные дуговые лампы высокого давления ДРТ
мощностью 230, 400 и 1000 Вт, эритемные трубчатые лампы низ-
кого давления ЛЭ мощностью 15 и 30 Вт и Л ЭР мощностью 40 Вт,
а также бактерицидные ртутные ДБ мощностью 30 и 60 Вт. Лампы
используют в соответствующих облучателях, выпускаемых про-
мышленностью и применяемых в сельскохозяйственном произ-
водстве.

Инфракрасное облучение. Из существующих способов обогрева
молодняка животных и птиц наиболее перспективным следует
считать применение инфракрасных излучателей, отличающихся
простотой монтажа и эксплуатации, быстротой действия, эконо-
мичностью и положительным биологическим воздействием.

Под действием инфракрасных лучей повышается температура
окружающего воздуха, прогревается кожа животных, быстро высу-
шивается влажная шерсть новорожденных животных, повышается
устойчивость организма против простудных заболеваний, что по-
ложительно сказывается на развитии и росте молодняка.

Источники инфракрасного излучения — лампы накаливания
общего назначения, в их спектре инфракрасная область занимает
до 75 %. Биспиральная нить накала имеет более низкую темпера-
туру, за счет чего максимум инфракрасного излучения смещен в
длинноволновую часть спектра. Внутренняя поверхность колбы
имеет зеркальное покрытие для концентрации излучаемого пото-
ка в заданном направлении. Для сельского хозяйства выпускают
лампы-термоизлучатели типа ИКЗ-220-500 со светлой колбой и
ИКЗК-220-250 с окрашенной в красный цвет колбой, а также
электрообогреватель инфракрасный ЭИС-0,25И1 «Ирис». В от-
дельных облучателях используют галогенную лампу накаливания
типа КГ-220-1000.

Лампа типа КГ-220-1000 представляет собой стеклянную труб-
ку диаметром 100 мм, изготовленную из кварцевого стекла. Нить
накала выполнена в виде моноспирали, расположенной вдоль
трубки на вольфрамовых поддержках.

Бактерицидный облучатель ОБУ-1-30. Он предназначен для со-
здания стерильной среды в животноводческих и молочных поме-
щениях. Источник бактерицидного облучения — лампа типа ДБ-30.
Облучатель представляет собой кожух с отражателем, на котором
укреплены ламповые патроны, стартеродержатель и балластное
устройство. Облучатель включают в электрическую сеть перемен-
ного тока напряжением 220 В, подвешивают на подвесках или
крепят к стене скобами.

Ультрафиолетовый облучатель ЭО-1-ЗОМ. Он предназначен для
облучения поросят, телят, коров, быков, а также цыплят и кур при
напольном содержании. Источник ультрафиолетового облуче-
ния — одна витальная лампа типа ЛЭ-30 мощностью до 30 Вт. Об-
лучатель состоит из кожуха, отражателя, защитной решетки, лам-
повых держателей, трансформатора или дросселя, подвесок-
штанг, с помощью которых крепится к потолку. При высоте под-
веса 2...2,2 м облучатель обеспечивает эритемное облучение на
площади 18...20 м2. Облучатель включают в сеть напряжением
220В. Габаритные размеры: высота — 680мм, длина— 1035мм,
ширина — 267 мм. Масса — около 7,5 кг.

Светильник-облучатель ОЭСП 02-2х40/П53-01. Он предназна-
чен для общего освещения животноводческих и птицеводческих
помещений с одновременным ультрафиолетовым облучением жи-
вотных и птиц. Для освещения служит люминесцентная лампа
типа ЛБР-40 мощностью 40 Вт, ультрафиолетовое облучение осу-
ществляет одна эритемная лампа типа ЛЭР-40 с внутренним отра-
жающим слоем. Лампы имеют индивидуальные пускорегулирую-
щие аппараты, их включают раздельно, что позволяет за счет от-
дельной цепи управления регулировать дозу ультрафиолетового
облучения животных и птиц.

Эритемно-осветительная установка КСО-3 «Кулон». Она пред-
назначена для комбинированного ультрафиолетового облучения,
ионизации и бактерицидного обеззараживания воздуха, а также
общего освещения в животноводческих и птицеводческих поме-
щениях.

Облучатель представляет собой металлический короб призма-
тической формы. Внутри в торцах короба установлены попереч-
ные уголки, на которых закреплены патроны-держатели ультра-
фиолетовой и осветительной ламп. На этих же уголках с другой
стороны установлены пускорегулирующие аппараты (дроссели
и конденсаторы). Сверху на коробе прикреплены патроны для
бактерицидной лампы. Для защиты от прямого воздействия из-
лучения бактерицидной лампы на обслуживающий персонал,
животных и птиц установлены боковые съемные экраны. Внут-
ри короба между ультрафиолетовой и осветительной лампами
расположен ионизатор воздуха. Облучатель имеет шнур со
штепсельным разъемом на конце, которым его подключают к
питающей сети.
Облучатель может быть двухламповым (с эритемной ЛЭ-30 и
осветительной ДБ-30 лампами) с ионизатором воздуха и без него;
трехламповым (с эритемной, осветительной и бактерицидной
ДБ-30 лампами) с ионизатором воздуха и без него.

При комплектовании установок выбирают облучатель в зависи-
мости от вида животных и птиц, а также условий их содержания.

Управление установкой осуществляется автоматически по за-
данной суточной программе. Шкаф управления рассчитан на
обеспечение работы установки, имеющей в комплекте 100 или 300
облучателей.

Механизированная установка УО-4М. Она предназначена для
ультрафиолетового облучения коров и быков на откорме. Уста-
новка состоит из приводной станции, четырех облучателей с ртут-
но-кварцевыми лампами типа ДРТ-400 и устройствами для под-
вески, перемещения и питания облучателей.

Облучатели подвешивают на двух стальных проволоках диамет-
ром 5...6 мм, натянутых вдоль животноводческого помещения на
высоте 2,5...3 м от пола. На проволоки подвешивают гибкие шлан-
говые кабели, по которым подводят питание к лампам. Электро-
двигатель приводной станции при помощи стального троса диа-
метром 4,3 мм перемещает облучатели вдоль животноводческого
помещения по стальным проволокам со скоростью 0,3 м/мин. Пе-
ремещение облучателей начинают после зажигания и вхождения
ламп в установившийся режим горения, то есть через 10... 15 мин
после включения. Установка обеспечивает облучение площади
размерами 60 х 12 м, а станция управления — автоматически за-
данное время облучения.

Эффективность применения ультрафиолетового облучения жи-
вотных и птиц во многом зависит от правильного определения
дозы облучения и величины облученности (см. раздел 3).

Облучатель ССП 01-250-001-УЗ
(рис. 1.30, а). Он предназначен
для инфракрасного облучения и
обогрева поросят, телят, ягнят и
разработан на базе модифициро-
ванного светильника «Астра-12»
применительно к лампе типа
ИКЗК-220-250.

Облучатель состоит из метал-
лического отражателя, пластмас-
сового корпуса, фарфорового
патрона, защитной сетки, фик-
сатора, резиновых уплотнителей,
вводного сальника, клеммных
колодок, деталей подвески.

Внутренняя и наружная по-
верхности отражателя покрыты

а — ССП 01-250-001-УЗ (индивидуальной
установки); б— от установки ЭРИКО-1

Рис. 1.30. Облучатели с инфракрасны-
ми лампами типа ИКЗК-220-250:
белой химически стойкой силикатной эмалью. Между отражате-
лями и корпусом имеется уплотнительное кольцо из теплостойкой
резины. Фарфоровый патрон прикреплен к корпусу при помощи
скобы и не может прокручиваться при ввертывании или выверты-
вании лампы. Вводный кабель уплотнен сальником, позволяю-
щим применять кабели диаметром до 11 мм.

Облучатель подвешивают на крюке. Питается он от четырех-
проводной сети напряжением 380/220 В с глухозаземленной нейт-
ралью, тип патрона Е27-НКБ-0,4, КПД облучателя — 70 %. Габа-
ритные размеры: 390 х 300 мм. Масса — 2 кг.

Облучатель ОРИ-1. Он предназначен для обогрева и облуче-
ния поросят, ягнят, телят и др. Арматура облучателя представля-
ет собой конический корпус из листовой стали, который обеспе-
чивает защиту лампы от механических воздействий и попадания
воды.

Облучатель подвешивают на тросике, при помощи которого ре-
гулируют высоту подвеса. Питание от сети переменного тока на-
пряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Источник инфракрасного излучения — зеркальная лампа нака-
ливания типа ИКЗ-220-500 мощностью 500 Вт, тип патрона Е40.
Габаритные размеры облучателя: 405 х 275 мм. Масса — 2 кг.

Установка ИКУФ-1М. Она предназначена для одновременного
инфракрасного обогрева и ультрафиолетового облучения молод-
няка животных.

Облучатель представляет собой жесткую коробчатую конструк-
цию, на обоих концах которой размещены инфракрасные лампы
типа ИКЗК-220-250, а между ними — ультрафиолетовая лампа
типа ЛЭ-15. Пускорегулирующее устройство ультрафиолетовой
лампы установлено сверху на облучателе и закрыто кожухом, сни-
зу облучатель закрыт защитной сеткой. Над ультрафиолетовой
лампой установлен отражатель. Наличие герметичных патронов и
держателя стартера, а также применение резиновых уплотнений
делает конструкцию облучателя пылевлагозащищенной. К сети
его подключают штепсельным разъемом.

Установка ИКУФ-1М состоит из блоков управления, 40 облу-
чателей и ответвительных коробок. Число облучателей и ответви-
тельных коробок зависит от числа ското-мест.

Технические данные ИКУФ-1М: напряжение питания —
380/220 В; число фаз питающей сети — 3; частота сети — 50 Гц;
номинальная мощность инфракрасных ламп — 20 кВт, ультрафио-
летовых ламп — 2 кВт.

Блок управления содержит пускозащитную аппаратуру, реле
времени и элементы управления. На дверце блока управления
смонтированы две кнопочные станции, переключатель автома-
тического и ручного управления, четыре сигнальные лампы и
предохранитель. Конструкция блока управления пылевлагоза-
щищенная.
Электрическая схема установки предусматривает два режима
работы: автоматический по заданной программе и ручной. Пере-
ход на необходимый режим осуществляют тумблером на блоке уп-
равления. При автоматическом управлении продолжительность
включения ламп и пауз между включениями устанавливают с по-
мощью реле времени типа 2РВМ по заданной программе.

Инфракрасные лампы разделены на две группы, имеющие
каждая собственный пускатель и автоматический выключатель,
что позволяет включать и выключать одну из групп самостоятель-
но, например при неполном заполнении свинарника.

Ультрафиолетовое облучение проводят три раза в сутки по
40 мин и управление ими осуществляют по одной программе реле
2РВМ.

При ручном управлении группы ультрафиолетовых и инфра-
красных ламп включают соответствующими пусковыми кнопка-
ми, а выключают кнопками «Стоп»; наличие напряжения на лам-
пах определяют по сигнальным лампам.

При монтаже установки ИКУФ-1М блоки управления устанав-
ливают на стене в отдельном помещении или в тамбуре. Облучате-
ли подвешивают на тросиках или цепочках на трубе. При этом
должна быть предусмотрена возможность изменения высоты под-
веса облучателя. При монтаже следует предусмотреть, чтобы облу-
чатели были равномерно распределены по фазам.

Установка «Луч». Она предназначена для инфракрасного обо-
грева и ультрафиолетового облучения молодняка животных и
птиц.

Установка состоит из пульта управления с двумя автотрансфор-
маторами типа АТ-10, 40 облучателей и 20 ответвительных клемм-
ных коробок. Конструкция аппаратуры пылевлагозащищенная.

Пульт управления состоит из пускозащитной аппаратуры,
двухпрограммного реле времени и элементов управления. Облуча-
тель включает две инфракрасные лампы типа ИКЗК-250 и ультра-
фиолетовую эритемную лампу типа ЛЭ-15. В арматуре облучателя
установлены пускорегулирующий аппарат ультрафиолетовой лам-
пы ЛЭ-15, устройство для подвески облучателя и вводное устрой-
ство для питающего кабеля.

Конструкция крепления инфракрасных ламп позволяет уста-
навливать лампы под углом 45, 70 и 90° к обогреваемой поверхно-
сти, что дает возможность более эффективно использовать инфра-
красный поток и более равномерно распределять его по обогрева-
емой поверхности.

Управление инфракрасных и ультрафиолетовых ламп осуще-
ствляется их включением и выключением по заданной программе.

Установки комплектуют автотрансформаторами АТ-10 или
бесконтактными тиристорными регуляторами мощности, которые
позволяют автоматизировать управление в соответствии с задан-
ной программой.
Температуру обогрева регулируют при помощи автотрансфор-
маторов изменением напряжения, подаваемого на инфракрасные
лампы в зависимости от температуры воздуха в помещении и воз-
раста животных или птиц. Высоту подвеса облучателей над повер-
хностью определяют с учетом средней температуры воздуха в по-
мещении, угла наклона ламп, вида животных или птиц.

Установка рассчитана на питание от сети трехфазного пере-
менного тока напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц, ее номи-
нальная мощность 20 кВт.

Установка ИКУФ-2 «Комфорт». Она предназначена для инфра-
красного обогрева и ультрафиолетового облучения молодняка жи-
вотных и птиц, а также для ионизации воздуха в помещениях.

Установка ИКУФ-2 «Комфорт» разработана на базе установки
ИКУФ-1 и отличается от нее тем, что вместо лампы типа ЛЭ-15
использована лампа типа ЛЭ-30, инфракрасные облучатели уста-
новлены на подвижных кронштейнах и имеют встроенный иони-
затор воздуха.

Облучатель представляет собой корытообразный корпус, внут-
ри которого установлены отражатель и ультрафиолетовая лампа
типа ЛЭ-30. Пускорегулирующий аппарат установлен в верхней
части корпуса и закрыт кожухом. К корпусу прикреплены кронш-
тейны с инфракрасными облучателями. Каждый облучатель имеет
ионизатор воздуха для увеличения количества отрицательно заря-
женных ионов воздуха, благоприятно влияющих на рост и разви-
тие молодняка сельскохозяйственных животных и птиц. К сети
облучатель подключают при помощи штепсельного разъема.
Ионизатор подвешивают рядом с облучателем.

В зависимости от количества ското-мест в свинарнике-маточ-
нике установка ИКУФ-2 «Комфорт» может иметь 60 или 40 облу-
чателей.

Инфракрасные лампы типа ИКЗК-220-250 размещены в облу-
чателях на подвижных кронштейнах, шарнирно соединенных с
корпусом ультрафиолетового облучателя. Шарнирное соединение
позволяет перемещать кронштейны с облучателями и изменять
расстояние между инфракрасными лампами от 550 до 1300 мм, что
дает возможность более эффективно использовать установку.

Электрическая схема предусматривает автоматический режим
работы установки по заданной программе и ручное управление.

Шкаф управления ИКУФ-2 «Комфорт» включает пускозащит-
ную аппаратуру, реле времени и элементы автоматического управ-
ления и сигнализации.

Питание установки осуществляют от четырехпроводной сети
переменного тока напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц.

В дальнейшем предполагается в систему управления ИКУФ-2
«Комфорт» ввести:

регулятор мощности для изменения интенсивности инфра-
красного обогрева при постоянной высоте подвеса облучателей;
электронное программное устройство, позволяющее устано-
вить необходимый режим работы обогрева и облучения и имею-
щее более широкий диапазон регулирования;

устройство для регулирования и контроля уровня ионизации
воздуха.

Комбинированная установка ЭРИКО-1. Она предназначена для
инфракрасного обогрева и ультрафиолетового облучения поро-
сят, телят, цыплят, а также освещения помещений, где они со-
держатся.

Технические данные установки ЭРИ КО-1: потребляемая мощ-
ность — 36 кВт; номинальное напряжение — 380/220 В; частота —
50 Гц; число фаз —3; количество инфракрасных обогревателей —
125 шт.; число ультрафиолетовых облучателей — 70 шт.; число све-
тильников дежурного освещения—10шт.; шкаф управления —
1 шт.

Типы применяемых ламп: инфракрасные — ИКЗК-220-250;
ультрафиолетовые — ЛЭ-30-1; осветительные люминесцентные —
ЛБ-30.

Габаритные размеры:

шкафа управления: длина — 800 мм; ширина — 350 мм; высо-
та— 1000 мм;

инфракрасного обогревателя: диаметр — 180 мм; высота — 300 мм;

ультрафиолетовых облучателей: длина — 100 мм, ширина —
300 мм; высота — 155 мм.

Масса:

шкафа управления — 50 кг; инфракрасного обогревателя —
0,8 кг;

ультрафиолетового облучателя — 9 кг.

Одна установка обеспечивает инфракрасный обогрев и ультра-
фиолетовое облучение 1200 поросят со свиноматками, 120 телят в
профилакториях, 4000 крольчат с самками, а также освещение по-
мещений.

Установку комплектуют инфракрасными облучателями с лам-
пой типа ИКЗК-220-250 (см. рис. 1.30, б).

Арматура облучателя представляет собой металлический ци-
линдр с крышкой, над которой укреплен фарфоровый патрон Е27.
По нижнему обрезу установлена защитная сетка. Для общего осве-
щения и ультрафиолетового облучения применен эритемно-осве-
тительный светильник-облучатель ОЭСП 02-2 х 40/П53-01.

1.6.2.	ОБЛУЧАТЕЛИ РАСТЕНИЙ В ТЕПЛИЦАХ

Для искусственного облучения растений применяют лампы,
обеспечивающие наиболее высокую фотосинтезную эффектив-
ность излучения. Это люминесцентные трубчатые лампы низкого
давления ЛФ-40-1 и ЛФ-40-2, люминесцентные лампы высокого
давления ДРЛФ-400-1, ДРФ-1000-04, ДРФ-2000 и лампы смешан-
ного излучения ДРВ-750; могут применяться и металлогалогенные
лампы ДРИ.

Для указанных ламп применяют специальные облучатели, ко-
торые перераспределяют световой поток ламп, обеспечивая наи-
больший КПД, защищают лампы от внешних механических воз-
действий и окружающей среды.

Облучатель включает в себя устройство для подводки питающе-
го напряжения и подвески. Выпускаемые промышленностью об-
лучатели представлены в таблице 1.19.

1.19. Облучатели растений в теплицах

Облучатель для теплиц	।	Тип
С лампой ДРЛФ-400, подвесной: индуктивный емкостный  Для облучения рассады, с лампой ДРВ-750	ОТ-400МИ-045-У5  ОТ-400МЕ-046-У5  ССП 03-750

С лампой:

ДРЛ-2000  ДРФ-1000 ДРИ	РСП 15-2000 ОТ-ЮООМ ОГС 01-2000-002-УХЛ4 «Фотос»

Облучатель ОТ-400 (рис. 1.31, а). Он предназначен для облуче-
ния рассады в промышленных теплицах, включается в сеть пере-
менного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Рассчитан на
эксплуатацию в условиях окружающей среды с наличием углекис-
лого газа, относительной влажностью воздуха от 98 % при темпе-
ратуре 20° С.

а

Рис. 1.31. Тепличные облучатели для досвечивания рассады:
а — ОТ-400; б — ССП 03-750; в — <Фотос»
Конструкция облучателя выполнена с учетом свойств лампы 1
типа ДРЛФ-400, у которой колба сделана из термостойкого воль-
фрамового стекла с диффузным отражателем.

Облучатели выпускают двух исполнений: с индуктивным бал-
ластом ОТ-400МИ и емкостным ОТ-400МЕ.

Облучатели комплектуют патронами Е40Н16К и Е40ФК (2 на
рис. 1.31). Включение в питающую сеть осуществляют при помо-
щи кабелей КРПТ 3 х 2,5 мм. Концы кабелей оконцовывают:
один — штепсельной вилкой 3, другой — розеткой 6. Длина кабеля
с розеткой — 1,5 м, с вилкой — 2,5 м. Штепсельные разъемы име-
ют резиновые уплотнения и рассчитаны на ток 16 А. Облучатели
соединены в группу из пяти ламп и подключаются к магистраль-
ной линии. Для зануления корпусов облучателей 4 предусмотрены
винты, к которым присоединена третья жила кабеля. Облучатели
имеют антикоррозийное покрытие.

При подвешивании облучателей с помощью петель 5 должны
быть приняты меры для защиты штепсельных разъемов и кабелей
от прямого попадания излучения ламп и от касания их к колбе
лампы.

Устранять неисправности, а также проводить техническое об-
служивание облучателей можно только через 5... 10 мин после от-
ключения облучателей от питающей сети.

Облучатель ССП 03-750 (рис. 1.31, б). Он предназначен для до-
полнительного облучения рассады овощных культур в промыш-
ленных зимних теплицах практически во всех зонах страны и
рассчитан на питание от сети переменного тока напряжением
380/220 В, частотой 50 Гц.

Облучатель ССП 03-750 с безбалластными лампами смешанно-
го излучения типа ДРВ-750 благодаря отсутствию пускорегулиру-
ющего аппарата и небольшой массе, а также коэффициенту мощ-
ности, близкому к единице, позволяет снизить затраты на облуче-
ние рассады почти в 2,5 раза. Арматура облучателя ССП 03-750
для теплиц состоит из разъемного корпуса-коробки с узлом подве-
са, защитного козырька, патрона Е40, кабелей питания и уплот-
нительного резинового кольца.

В корпусе размещена клеммная колодка для присоединения
кабелей и проводов от патрона. Два кабеля имеют длину по 1,5 м,
концы их армированы штепсельной вилкой и розеткой с резино-
вым уплотнением. Штепсельные разъемы и сечение кабелей до-
пускают соединение облучателей по три в группе.

Облучатель РСП 15-2000-001-У4. Он предназначен для селек-
ционных теплиц и рассчитан для работы в трехфазной сети с но-
минальным напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Климатическое
исполнение — У, категория размещения — 4. Лампа ДРЛ-2000
имеет исправленную цветность и предназначена для применения
в светильниках общего применения, поэтому в облучателе целесо-
образней применять лампу ДРФ-2000 с повышенной фотоотдачей
и улучшенной (в отношении фотосинтеза) спектральной характе-
ристикой.

Имеется зеркальный отражатель, обеспечивающий КПД не
менее 70 %, пускорегулирующий аппарат типа 1ДБН-2000-
ДРЛ/380-Н-008-УЗ.

Облученность, создаваемая облучателем на расстоянии от све-
тового отверстия, равном 1 м, составляет 120 Вт/м2, при этом осве-
щенность на уровне растений достигает 25 тыс. лк. Пускорегули-
рующий аппарат устанавливают отдельно от облучателя и соеди-
няют с ним трехжильный кабель КРПТ площадью сечения 4 мм2.
Длина кабеля около 20 м.

Облучатель тепличный ОГС 01-2000-002-УХЛ4 «Фотос»
(рис. 1.31, в). «Фотос-4» предназначен для облучения растений
при выращивании в защищенном грунте (промышленные и селек-
ционные теплицы, встроенные камеры и боксы) и рассчитан для
работы в трехфазной системе переменного тока частотой 50 Гц, с
номинальным линейным напряжением 380 В.

Подвесная осветительная арматура имеет зеркальный отража-
тель, блок конденсаторов, ПРА типа 1-2000-Н-51-005-УХЛ1 и
клеммную колодку. Лампа типа ДРИ-2000-6. Коэффициент мощ-
ности облучателя — 0,85. Масса: арматуры — 4 кг, ПРА — 2,4 кг,
блока конденсаторов — 3,8 кг.

Облучатель имеет модификации: «Фотос-2» с лампой ДРИ-1000-6
и «Фотос-6» с лампой ДРИ-3500-6, которые отличаются также
массой установок.

1.6.3.	МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОК

Основная функция облучательной установки — передать задан-
ное количество лучистой энергии приемнику [7]:

Q-\\E(x,a)dAx,	(1.38)

Ат
где Л, а, т — площадь, направление и время облучения соответственно.

Расчет по формуле (1.38) сложен и поэтому в большинстве слу-
чаев задачу упрощают заменой полной энергии, упавшей на при-
емник, ее поверхностной плотностью. Для каждой облучательной
установки дозу облучения лимитируют нормированной дозой или
нормой облучения (табл. 1.20); норма облучения может быть зада-
на также сомножителями формулы (1.38): облученностью и време-
нем или другими параметрами.

Нормированную дозу облучения для живых организмов часто
называют биодозой. Фактическая доза облучения отличается от
биодозы. Например, витальное облучение животных начинается с
0,25 биодозы с постепенным увеличением до полной биодозы в
течение 2...4 недель. Бактерицидные дозы страхуют путем их
увеличения против нормы на 10...15 %. Ультрафиолетовая обра-
ботка материалов и биологических объектов допускает колеба-
ние расчетной дозы в пределах ±20 %. Инфракрасная облучен-
ность биологических объектов может быть увеличена не более
чем на 40 %. В облучательных установках исходный параметр
расчета — облученность, которую либо задают (см. табл. 1.20),
либо определяют из дозы Е = Н/х, либо выявляют специальны-
ми расчетами.

1.20.	Нормированные параметры облучения

Тип установки и назначение	Приемник	|	Задаваемый параметр
Для люминесцентного анализа	Глаз человека, фото- По чувствительности облучае- элемент	мого материала и фотоэлемен-
Технологические ОУ	Глаз животного на от- Освещенность Е= 5 10 лк;  корме	время т = 6...8 ч  Молочное стадо	Освещенность Е= 50...75лк;  время т = 8...18 ч  Птица	Освещенность £=20... 100лк;  время по графику
Растениеводческие облу- чатели (время зависит от вида растения)	Лист луковичного ра- Облученность £=2фт/м2; стения	время т = 5... 10 ч  Лист рассады расте- Облученность £ = 8 фт/м2;  ния	время т = 8... 18 ч  Лист взрослого расте- Облученность £= 15 фт/м2;  ния	время т = 8... 18 ч  Морфогенез	Облученность £>0,5 фт/м2
Инсектицидные облуча- тели для уничтожения летаюших насекомых Инфракрасные облуча- тели для уничтожения личинок и плесени Инфракрасные облуча- тели для сушки лакокра- сочных покрытий и материалов Инфракрасные облуча- тели для обогрева жи- вотных	Органы чувств насе- Сила излучения /= 50 мВт/ср комых  Обрабатываемый ма- Облученность £> 1000 Вт/м2; териал	температура нагрева t < Гдоп  Поверхность	Облученность £=  = 0,5 • 103 Вт/м2; темпера- тура нагрева t< /доп и по графику  Тело животного	Облученность £< 500 Вт/м2  (кожа и подкожные	(уточняется для каждого  ткани)	животного, его возраста и  внешних условий)
Инфракрасные облуча- тели для прогрева семен- ного материала	Поверхность семян Импульсная температура /= 100 °C; импульсное время нагрева <1 с  Вся масса	Температура глубокого  прогрева /=68°С, время

глубокого прогрева т= 10...60 с
Эта облученность от ранее выбранных источников излучения
может быть рассчитана с той или иной степенью точности обыч-
ными светотехническими методами. Однако применяя эти методы
расчета, необходимо учитывать изменение активных коэффици-
ентов отражения, пропускания и поглощения арматуры светиль-
ника, среды и поверхности приемника при изменении состава
спектра (табл. 1.21).

1.21.	Коэффициенты отражения р, поглощения а, и t, для некоторых материалов
в различных областях спектра

Материал, поверхность, вещество	Область спектра	р.,%	<ха, %	т.,%
Сталь, железо	УФИ	15...30	70-85	—
	ВИ	20...50	50...80	—
	ИКИ	70...90	10...30	—
Побеленная поверхность	УФИ	45...55	45-55	—
	ВИ	65...75	25-35	—
	ИКИ	75...85	15-25	—
Слой воды толщиной	УФИ	2-5	20...70	35-75
10 см	ВИ	2-5	30-50	50-65
	ИКИ	5-7	70-90	3...10
Краска масляная	УФИ	10...15	85...90	—
	ВИ	2O...35	65-80	—
	ИКИ	15...25	75-85	—
Эмаль белая светотехни-	УФИ	0...50	50...100	—
ческая	ВИ	70...90	10...30	—
	ИКИ	20...50	50...80	—
Алюминий	УФИ	75-85	15-25	—
	ВИ	80...87	13-20	—
	ИКИ	85-88	12-15	—

Изменение КПД светильника с изменением спектра излучения
лампы учитывают поправкой:

И = —= Ф'

Лс "Р

Ч-ф'

TWcnp

Рх

>
Рвид

(1.39)

где т]х — КПД светильника для спектра Х-излучения; т)с — КПД светильника по
справочнику; Ф'пр, Ф'отр — доли прямого и отраженного потоков от арматуры све-
тильника в видимой зоне и при спектре X соответственно; рх, рвид — коэффици-
енты отражения.

Состав спектра излучения существенно влияет и на коэффици-
енты запаса. Начальные потоки ламп при длинноволновых излу-
чениях меняются незначительно. Наоборот, в ультрафиолетовой
зоне коэффициент пропускания стекла быстро падает, незначи-
тельное количество пыли сильно поглощает УФ-излучение. Это
отражается на коэффициентах запаса (табл. 1.22).
1.22. Средние значения коэффициента запаса для облучательных установок

Зона	Лампа	Коэффициент запаса при среде		
		нормальной	запыленной |	пыльной
УФИ	ЛН	—	—	—
	РЛ	1,8	2,2	3
ВИ	ЛН	1,3	1,5	1,7
	РЛ	1,5	1,7	2
ИКИ	ЛН	1,1	1,25	1,4
	РЛ	—	—	—

С учетом вышеуказанных поправок для расчета потребной об-
лученности применяют все три известных в светотехнике метода
расчета с использованием справочных таблиц, составленных для
расчета освещения.

Метод коэффициента использования потока излучения облуча-
тельной установки. Этот метод, кратко называемый методом СКИ
(светового коэффициента использования), применяют для площа-
дей с небольшой неравномерностью облучения (Z<2). При этом
коэффициент неравномерности облученности Z в основную фор-
мулу не включают, так как расчет ведут для средней облученности:

Фл-^По.у
4Л ’

(1-40)

где Фл —поток лампы в эффективных единицах; N— число ламп в установке;
Ло.у — коэффициент использования светового потока облучательной установки,
скорректированный формулой для «черной» комнаты; Д, —расчетная площадь
облучения; К3 — коэффициент запаса.

Обычно в облучательных установках боковые поверхности от-
сутствуют и нет отражающей поверхности в верхней части. В этом
случае все коэффициенты отражения принимают равными нулю
(«черная» комната).

Расчет облученности по формуле в отличие от расчета ОУ зача-
стую приблизителен и требует проверки точечным методом.

Точечный метод расчета облучательных установок. При расчете
облученности в контрольных точках облучаемой поверхности ис-
пользуют известные светотехнические приемы. Пересчет световых
единиц в единицы облученности проводят по формулам пропор-
циональности с учетом изменения КПД светильников в разных
участках спектра.

Основная расчетная формула метода:

Ф К

Е=-^-—Ъце,	(1.41)

1000 К3

где Е— искомая облученность в эффективных единицах, Вт/м2; Фл —эффектив-
ный поток лампы, Вт; К— поправка по формуле (1.39); К, — коэффициент запаса;
у — поправка для наклонной поверхности; е = (/K<l*>cos3a//i2) —условная осве-
щенность, лк, ее можно определять по изолюксам.

Формула может быть решена и относительно Фл, как это обыч-
но делают при расчетах освещения.

Расчет стационарных облучательных установок (витальных).
Проектирование облучательных установок обычно проводят в сле-
дующей последовательности.

1.	Устанавливают исходные данные: возраст животных, способ
их содержания, размеры площади, занятой животными, высоту
помещения.

2.	Выбирают дозу витального облучения Н^. Она зависит от
вида и возраста животных, а также от способа их содержания.
Численные значения суточной дозы приведены в табл. 1.23(1, 7].

1.23. Рекомендуемые суточные дозы витального облучения

Вид и возраст группы	Суточная доза (Я'), вит  с/м!	Предель- но до- пустимая облучен- ность вЭ	Дли- тель- ность облу- чения, ч	Предель- но допус- тимые неравно- мерности облучения (Л?	Мини- мальная расчет- ная высота, м	Режим облучения	Приме- чание
Коровы и	972...1058	0,93	До 11	0,74	1	2 раза	По 0,5
быки  Телята стар- ше 6 меся- цев	576-648	0,570	До 9	0,78	1.5	в сутки	ДОЗЫ
Телята до 6 месяцев	432...504	0,430	До 8	0,73	1,5		
Свиньи	288-324	——	907	0,75	1,5	2 раза	По 0,5
						в сутки	дозы
Поросята-	216-288	0,230	До 6	0,57	1,5	3 раза	По 0,33
отъемыши						в сутки	ДОЗЫ
Поросята сосуны	72...90	0,83	ДоЗ	0,66	1,5		
Овцы	882...940	0,95	До 10	0,74	1,5	Еже-	10 дней
Ягнята до от-	792...864	0,93	До 10	0,74	1,5	дневно	облуче-
бивки							ние, 10 дней перерыв
							
Кролики  Куры-несуш-	34...46	0,18	До 2	0,80	1,5		10 дней
ки при содер-							облуче-
жании:							ние,
наполь-	72...90	0,150	До 6	0,80	2		10 дней
ном клеточ- ном	144...180	0,75	До 6	0,80	2	—	перерыв
Цыплята при содержании в клетках	72...90	0,075	—	0,80	1,25	—	—
Индюшата	144-210	0,075	ДоЗ	0,64	—	—	—
3.	Определяют расчетную высоту Ар. За расчетную высоту при-
нимают расстояние от облучателя до уровня спины животных —
рабочей поверхности (рис. 1.32).

4.	Выбирают тип облучателя. Для стационарных витальных об-
лучательных установок целесообразно использовать облучатели
ЭО-1-ЗОМ, ОЭ-1; ОЭ-2; ОЭСП 02 (см. табл. 1.18).

5.	Определяют расстояние между облучателями. Облучатели
размещают над облучаемой поверхностью равномерно (см.
рис. 1.32). Наиболее распространенный вариант размещения об-
лучателей — размещение по вершинам квадрата. Сторона квад-
рата

£ = ХОТНЛР,	(1.42)

где ЛотН — относительное наивыгоднейшее расстояние для большинства облучате-
лей, Лотн — 1,2...1,4; Лр — расчетная высота.

6.	Определяют число облучателей

N = nanb = ab/L2,	(1.43)

где па — число облучателей в ряду; пь — число рядов облучателей; а и b — размеры
облучаемой поверхности.

7.	Рассчитывают мощность облучательной установки точечным
методом, что обусловлено малым коэффициентом отражения уль-
трафиолетовых лучей ограждающими поверхностями. Выбирают
контрольные точки, что обусловлено необходимостью иметь ин-
формацию о максимальной и минимальной облученности. Наи-
большая облученность будет под облучателем в точке 3, наимень-
шая — в одной из точек 1, 2.

Определяют облученность в контрольных точках как сумму об-

Рис. 1.32. Плав (а) и вертикальный разрез (б) помещения с облучательной уста-
новкой:

I.. VI—облучатели; dl...dly — расстояние от облучателей I...IV до точки 2; Арп — высота
рабочей поверхности
лученностей, создаваемых каждым облучателем в данной точке:

ЕВ1 = 1Евк,

(1.44)

Л=1

где ^—суммарная витальная облученность в i-й контрольной точке; Ebk — ви-
тальная облученность в z-й точке, созданной А-облучателем:

г; COS ОС*

*•*—

(1-45)

где Да —сила излучения витального облучателя в данном направлении вит/ср;
а* —угол между вертикалью и линией, соединяющей облучатель с 1-точкой.

Значение /ва определяют по таблице 1.25.

1.24.	Технические характеристики ультрафиолетовых источников оптического
излучения

Тип источника	Мощность лампы, Вт	Напряже- ние сети, В	Потоки			Срок службы, ч
			световой, лм	витальный, вит	бактерицид- ный, бк	
ЛЭ-15	15	127	40	0,30	0,055	1500
ЛЭ-30	30	220	НО	0,75	0,125	5000
ЛЭР-40	40	220	120	1,6	0,120	1500
ДБ-ЗО	30	220	140	0,035	6	3000
ДБ-15	15	127	60	—	2	2000
ДБ-60	60	220	180	0,041	8	2000
ДРТ-200	200	127	5000	2,9	7,5	1000
ДРТ-375	375	220	8000	4,75	10,5	2500
ДРТ-400	400	220	8000	4,75	10,5	2500
ДРТ-1000	1000	220	32000	16,5	39,5	1200
ДРТ-2500	2500	220	50500	25,5	60	3000
Д РТА-50	50	220	1000	1,68	0,8	1500
ДРШ-500	500	220	22500	7,9	6,7	600
ДРВД-160	160	220	1200	0,35	—	1500

Рассчитывают коэффициент неравномерности витальной облу-
ченности по формуле

Z Еъ miп/ Ев max,

(1-46)

где -Евт1П, Eg тах — минимальная и максимальная облученности.

Если в результате расчетов получилось, что Ев > Епр или
Z<Znp, то все расчеты следует выполнить снова, изменив число
облучателей и расстояние между ними. Значения предельно допу-
стимой облученности и предельно допустимой неравномерности
облучения приведены в таблице 1.23.
Рассчитывают общую мощность установки

Ро.у=РлМ	(1.47)

где Р„ — мощность лампы, или одной установки (табл. 1.24).

8.	Продолжительность работы облучательной установки

t =	(1.48)

где — суточная доза (см. табл. 1.23).

Расчет переносных облучательных установок. Методика расчета
этих установок аналогична предыдущей. Отличие заключается в
определении расчетной высоты, которая рассчитывается для облу-
чателей с косинусным распределением силы излучения:

(1-49)

для облучателей с равномерным распределением силы излуче-
ния

(1.50)

где А —радиус площадки, на которой находятся животные или птицы; Z—коэф-
фициент неравномерности.

Минимальная облученность в этом случае соответствует точкам
2 и 3, максимальная — точке 1 (рис. 1.33).

Расчет подвижных облучательных установок. Пункты 1...3 вы-

полняют так же, как и для стационарных ус-
тановок, за исключением установки типа
УОК. Для таких установок определяют высо-
ту размещения над уровнем пола нижнего
облучателя йь верхнего облучателя й2 и рас-
четную высоту йр — наикратчайшее расстоя-
ние от облучателя до вертикальной плоско-
сти, в которой находится расчетная точка
(рис. 1.34):

Й! =0,35/, й2 = 1,54/;	(1.51)

Рис. 1.33. К расчету пе-
реносной облучательной
установки

(1-52)

где /—половина расстояния между клеточными батаре-
ями; Ь\ — ширина клеточной батареи.
Рис. 1.34. К расчету установки типа
УОК:

O|, О2 — облучатели; 1...4— кормушки;
Б — расчетная точка

Затем выбирают тип облучате-
ля: при клеточном многоярусном
содержании птиц применяют уста-
новку У0К-1М, а для птиц и жи-
вотных, содержащихся на полу, —
УО-4М.

Рассчитывают число проходов
облучателя над спиной животного
(расчетной точкой).

Определяют количество энергии
Нэ за один проход. Учитывая, что
распределение силы излучения об-
лучателей установок УОК и У0-4М
одинаковое и описывается зависи-
мостью

/B=/Ocosa, (1-53)

Нв рассчитывают по формуле

/fB=-^2-(aK+|sin2aK),	(1.54)

где /_ — сила излучения облучателя при a = 0°, вит/ср (табл. 1.25); hp — расчетная
высота, м; v — скорость передвижения облучателя, м/с; ак — угол (в радианах)
между вертикалью и направлением силы излучения в расчетную точку М для са-
мого крайнего положения облучателя (рис. 1.35).

1.25.Сила излучения витального, вит/ср, и бактерицидного, бк/ср, облучателей

Тип облучателя	Значение утла а, град							
	°	5	| 15 | 25 | 35 | 45	55	65		85	90
ОРК-2	0,95	0,91	Витальные облучатели 0,89 0,85 0,85 0,83	0,8	0,48	0	0	0
ОРКШУО-4М	0,95	0,91	0,89 0,85 0,85 0,83	0,8	0,48	—	—	—
УОК-1	0,96	0,92	0,90 0,86 0,86 0,84	0,8	0,49	0	0	0
ОЭСП 02	0,34	Бактерицидные облучатели 0,33 0,31 0,3 0,29 0,26 0,25			0,23	0,9	0,14	0
ЭО-1-30	0,14	0,15	0,15 0,15 0,15 0,15	0,13	0,08	0,03	0	0
ОБУ-1-15	0,36	0,6412	2	5	6	0,63	8	0,45	0,35	0	—
ОБУ-1-30	1,08	1,26	0,57 0,63 0,61 1,09	0,54	1,35	1,02	0	—
			1,7 1,89 1,82	1,62				

Число проходов установки



(1-55)
Расчет бактерицидных облуча-
тельных установок. Бактерицидные
облучательные установки применя-
ют при стерилизации воды, возду-
ха, тары, продуктов, почвы. Расчет
выполняют в такой последователь-
ности:

1.	Устанавливают исходные дан-
ные: производительность ОУ и ее
размеры, скорость перемещения
обрабатываемого продукта, время

Рис. 1.35. К расчету подвижной об-
лучательной установки типа УО-4М

его нахождения в установке, т.

2.	Определяют бактерицидную облученность (минимальную,
но достаточную для гибели бактерий) по формуле

г _-£1п(л/л0)
--------г----

(1.56)

где к — коэффициент сопротивляемости микроорганизмов бактерицидным лучам,
бк • с/м2 (табл. 1.26); п, пв — фактическое и предельно допустимое число микроор-
ганизмов (табл. 1.27).

1.26. Коэффициент сопротивляемости, бк - с/м2, для различных микроорганизмов

Микроорганизмы	В воде	|	В воздухе
Палочки Коли Стрептококки Сальмонелла Споры грибов Псевдочума Стафилококки	24	3...13  -	26  -	3...8  190	136  -	18  41	6...17

1.	27. Число микроорганизмов в животноводческих помещениях и обрабатываемой
среде

Помещение или обрабатываемая среда	Число микроорганизмов, шт/м3 * * фактическое	| предельно допустимое
Коровник Телятник Свинарник Овчарник Птичник Вода  Приточный воздух	90 • 1О3...3,2 •	106	50 • 103...70 •	103  90 • 1О3...3,2 	106	40  1О3...7О •	103  90 • 1О3...3,2 •	106	40  ЦР-.-вО •	103  90 • 1О3...3,2 	106	50 • lOL.TO •	103  20 • 106...25  106	10 • ЦР-.ЗОО • 103  До 2 • 106	1  КА-.З • 103  49 • 1О3...1ОО • 106	3-103...7-103

3. Вычисляют расчетную бактерицидную облученность (закон
Ламберта—Бугера—Бера—Вавилова)

£б.р = £Ье-°'/,	(1-57)

где е — основание натуральных логарифмов; cf — коэффициент ослабления бакте-
рицидного потока средой, м~* (табл. 1.28); /—кратчайшее расстояние от источни-

ка до расчетной точки.
1.28. Коэффициент ослабления для некоторых сред

	Среда	| Источники или помещение	| Коэффициент ослабления, м~’
Вода		Поверхностный источник	20...30
		(река, озеро)  Родник, колодец	15
		Артезианский колодец	10
Воздух		Животноводческое или птицеводческое поме- щение	0,1...0,3
		Сухое непыльное поме- щение	0,05...0,07
		Сырое помещение	До 0,30

4.	Выбирают тип облученности и источника бактерицидных лу-
чей. Выбор типа или иного облучателя зависит от технологии об-
работки и размеров установки. Для обеззараживания воды в от-
крытых установках применяют лампы ДБ. Для увеличения эффек-
тивности использования бактерицидного потока сверху ламп уста-
навливают отражающий экран. Для обеззараживания воздуха в
помещениях и тары применяют облучатели типа ОБУ с лампами
ДБ, для воздуха в воздуховодах и воды в закрытых установках при-
меняют лампы ДБ, ДРТ и ДРШ без отражателей (рис. 1.36).

5.	Для обеззараживания воздуха в помещении и тары для про-
дуктов облучатели размещают по вершинам квадратов.

Расстояние между облучателями

£ = (1,2...1,4)ЛР.

(1.58)

В условиях, где источник находится в обрабатываемой среде,
облучатели размещают в несколько этапов. На первом этапе счи-
тают, что все бактерицидные источники будут находиться на про-
дольной оси симметрии установки (см. рис. 1.36), а для крупных

Рис. 1.36. Конструкции бактерицидных
облучательных установок:

а — установки открытого типа; б— погруж-
ные; / — источник излучения; 2—отражаю-
щие поверхности

воздуховодов — в нескольких
параллельных линиях из расче-
та одна линия на 0,5 м2 попе-
речного сечения.

6.	Рассчитывают мощность
облучательной установки. При
расчете учитывают, что бакте-
рицидные лучи сильно погло-
щаются ограждающими конст-
рукциями (коэффициенты от-
ражения даны в табл. 1.21), по-
этому эти установки следует
рассчитывать точечным мето-
дом. В большинстве случаев
длина источника больше поло-
Рис. 1.37. К расчету бактерицидных установок

вины расчетной высоты, следовательно, поток Ф$ следует рассчи-
тывать по методике, разработанной для линейных источников:

для ламп без отражателя

фб =----2£,б.Р^Ч^ .	(1.59)

cos2 y(a + ^sin2a)

для ламп, помешенных в облучатели,

2,4£6dV21)

Фб=-----^4----------,	(1.60)

cos2 Y(a + ^sin2a)

где D—длина лампы (рис. 1.37, а) или группы ламп, установленных в ряд
(рис. 1.37, б), м; у—угол между нормалью к поверхности, на которой находится
расчетная точка, и падающим лучом (см. рис. 1.37, а); а —угол между перпенди-
куляром, опущенным из расчетной точки А на лампу, и линией, соединяющей
расчетную точку с краем лампы.

Приведенные формулы справедливы для случая, когда расчет-
ная точка находится против торца лампы или линии (группы
ламп, установленных в линию). Если расчетная точка находится за
линией (рис. 1.37, б) или внутри линии (рис. 1.37, в), то поток рас-
считывают по этим же формулам, но в первом случае линию ус-
ловно продолжают до расчетной точки:

фб = фб1-з~ Ф61-21	(1-61)

во втором — разрывают на две части:

Фб = фб1-2 — фб2-3»	(1-62)

где Ф61.2, Фб1-з> фб2-з ~ бактерицидные потоки, создаваемые отрезки ламп 1-2,
По потоку (см. табл. 1.24) определяют мощность лампы Рп.
Если значение потока превосходит табличные значения, то необ-
ходимо выбрать несколько ламп:

Л^Фб/Фбл,	(1-63)

где Ф6 л — табличное значение бактерицидного потока одной лампы.

7.	Зная число и мощность ламп, уточняют их размещение и за-
дачу решают вновь, начиная с п. 5.

8.	Затем рассчитывают фактическую облученность в расчетной
точке. Для этого выражения решают относительно Eqp при таб-
личных значениях Фб.

9.	Уточняют фактическое время обеззараживания по формуле
(1.56).

10.	Рассчитывают мощность облучательной установки

РО.У=1,2РЛЛГЛ,	(1.64)

где 1,2 —коэффициент, учитываюший потери мощности в балластном сопротив-
лении.

Расчет инфракрасных облучательных установок для обогрева мо-
лодняка. 1. Выбирают тип облучателя (табл. 1.29).

Если по рекомендациям данному объекту подходит несколько
типов облучателей, расчет проводят для любого из них.

2.	Определяют среднюю облученность.

Животное выделяет тепло в окружающую среду с дыханием,
кожным покровом, путем конвекции, излучением и испарением.
Часть этого тепла — необходимая (обязательная) потеря тепла
организмом животного

Рик = (Р() ~ St) (1 — пж/пт.а)^	(1.65)

где Ео — оптимальная облученность для новорожденного, находящегося в сухом
помещении без движения воздуха при температуре /=0”С (см. далее); s —темпера-
турный градиент облученности, 5 = 25 Вт/(мг • град) (для ягнят 5 = 13 Вт/(м2 • град);
лж — возраст животного, дн.; —число дней полной температурной адаптации
животного, в среднем Ига = 100 дн.	.

Оптимальная облученность Eq, Вт/м2, для новорожденных жи-
вотных и птиц при нулевой температуре окружающей среды:

Поросята Телята

Ягнята Цыплята Индюшата Гусята и утята

700	500

380	825	900	710

3.	Определяют расчетную высоту

V

Гл1000ж>

*0 *лЛик

Е 1000 ’

(1.66)

где /q1000 — сила света, выбирают в зависимости от типа кривой светораспределе-
ния (табл. 1.30), кд; Рл — мощность лампы в ИК-облучателе, Вт (см. табл. 1.29);

Чик — коэффициент полезного действия ИК-источника (см. табл. 1.29).
1.29. Технические характеристики инфракрасных облучательных установок

о о
ОЧ мч

EIEI

С О
ОО ОО

о о

аг
п

к

аг

X

X X
гч еч

ё

>>

х

£

5
1.30. Светотехнические характеристики (/J000, кд) светильников с ИК-лампами,
отнесенные к потоку лампы в 1000 лм

а*	Тип кривой светораспределения			Лампы ЗС, ЗК
	Г	Д (точечный источник)	Д (линейный источник)	
0	763	238	260	620
5	741	229	250	586
15	640	215	245	483
25	479	204	219	347
35	321	195	187	235
45	189	164	150	161
55	52	145	112	143
65	10	112	72	273
75	2	76	40	222
85	—	7	16	61
90	—	3	1	—

4.	Рассчитывают требуемое число облучателей. Для этого со-
гласно технологии содержания животных и птицы определяют
размеры зоны облучения.

По формуле (1.42) определяют расстояние между облучателями
L, выбирая относительное расстояние между облучателями
Хотн = Д/Ар по таблице 1.29, в зависимости от типа облучателя.

По формуле (1.43) находят число облучателей.

5.	Определяют мощность установки (формула 1.47).

6.	Выбирают способ регулирования облученности под облуча-
телем. Облученность регулируют в зависимости от возраста мо-
лодняка животных и птиц и от температуры воздуха в помещении.
Регулировку осуществляют вручную (ступенчато) или автомати-
чески (плавно) путем изменения высоты подвеса облучателя или
изменением подводимого напряжения.

В первом случае высоту рассчитывают по формуле с учетом
средней облученности для каждого периода жизни молодняка жи-
вотных и птиц.

Во втором случае определяют подводимое к излучателю напря-
жение исходя из зависимости

E2 = El(Ux/Ull)~^,	(1.67)

где	^ — облученности при напряжении источника, равном 220 В, и темпера-

туре и I) соответственно, рассчитывают по формуле (1.65).

Расчет фитооблучательных установок. Облучение рассады в
теплицах сокращает срок выращивания овощей на 25...30 %, селек-
ции сельскохозяйственных культур в 2...3 раза, повышает урожай-
ность овощных культур на 15...20 %. Для облучения рассады реко-
мендованы источники, спектральная характеристика которых близ-
ка к кривой спектральной чувствительности зеленого листа.

Облучательные установки рассчитывают точечным методом.

1.	Выбирают облучатель по таблице 1.31.
2
s

si

£

X
3
ю
2

X X

, , g3

I I £S

3

Sa.

2

2

з

О

<D

58

Is
е -<

x

-5

SSg«ss3s

I w 3CL X S e?
о 8 XS * g в
«sa«x
§ s§

5 § >5*

x
x
я
*

X

Ш
о
X

s
сЗ
*

X
3
х
X

w S

ё

о

QJ

s
х

5

5

X Св

s

<D



s S s

a

S.5



8., 

||f|

I

a

§3 2

Jp

&

P.

it ii

II

§

8

§

II

8

° «
si

8
ё

5

1111

§§§s

KJKft^



si

§1



i?

OU

8

8

8

x



Сй
о.

8

О

X

co

S8S

CkOs

X
3if
C*7 0
Of- 8
uou

888o8
co^^o

888o§
CO^y^D
-rs^e^
xxx?s

ЧЧЧ

4

sg

<ч 5

11 s

5 X «-

*
ПЗ
о

A A

u 6§§



m
2.	Выбирают фотооблученность Е, фт/м2, и продолжительность
светового дня (по табл. 1.32).

1.32.	Фотооблученность и продолжительность светового дня для некоторых
растений

Культура	Рекомендованная фнтооблученность, фт/м1	Общая продолжительность светового дня, ч
Огурцы-рассада (25 дней)	8...10	14
Томаты-рассада (25 дней)	6...8	12...14
Лук на перо	2...3	8 .10
Укроп	4...5	12
Шпинат	4 ..5	16
Листья салата	6...8	14 .16
Петрушка на зелень	2...3	8
Цветы гвоздики	1...2	8...10

3.	Выбирают высоту подвеса источника в пределах 0,5...3 м.

4.	Определяют расстояние L между облучателями. Облучатели

располагают по сторонам квадрата

Z ^-ОТН^р>

(1.68)

где Aon, — относительное расстояние между облучателями, 2-отн = 1,4 для большин-
ства облучателей с кривой Д.

5.	На план теплицы наносят облучатели (рис. 1.38).

6.	Выбирают две контрольные точки А, Б (см. рис. 1.38), в кото-
рых следует определить условные суммарные освещенности. Ус-
ловная освещенность в контрольной точке от /-го облучателя, лк,

/Г* cos3 а

«?,= —----т—

(1.69)

где /J000 —сила излучения в данном направлении, кд (рис. 1.39); а —угол между
перпендикуляром, опущенным из точки нахождения облучателя, и линией, со-
единяющей расчетную точку с облучателем (см. рис. 1.39).

1/2L L

Рис. 1.38. Фрагмент теплицы. Определе-
ние фотооблученности в различных точ-
ках грядки

Рис. 1.39. К расчету
облученности в конт-
рольной точке
На рисунке 1.40 приведены
кривые светораспределения об-
лучателей, отнесенные к потоку
лампы в ЮООлм.

7. Ту точку, в которой суммар-
ная условная освещенность ми-
нимальна, принимают за расчет-
ную. Фотопоток источника опре-
деляют по формуле

Ффг = 10°0^,	(1-70)

i-dU

»=1

где 1000 — световой поток условного ис-
точника, лм; К3 = 1,5 — коэффициент за-
паса; ц = (1...1,2) — коэффициент, учи-
тывающий влияние удаленных источни-
ков (тех, от которых не рассчитывалась
условная освещенность); п — число ис-
точников.

Рис. 1.40. Кривые светораспределения
для облучателей, отнесенные к потоку
лампы в 1000 лм:

1 — РСП-0,8 с ДРЛ-400; 2— ОТ с лампой
ДРЛФ; 3-РСП-15 с лампой ДРЛ-2000;

4— ОТ-2СОО с лампой ДРОТ-2000

8.	По справочным данным или таблице выбирают тип источни-
ка ПО Ффг-

9.	Определяют отклонение потока от расчетного, %,

- 10%<ФтФФг-100%<20%.
ффг

(1.71)

При невозможности выбора источника с таким допуском кор-
ректируют расположение облучателей.

1.7. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СВЕТОТЕХНИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ

Светильники и электрические лампы в процессе их работы заг-
рязняются пылью, копотью, что уменьшает освещенность поме-
щения. Могут возникать также различного рода неисправности,
происходящие от механических повреждений или от воздействия
окружающей среды.

Неисправности светильников могут вызвать несчастные случаи:
поражение электрическим током, возникновение пожара и т. д.

Периодические профилактические осмотры, техническое об-
служивание и ремонт светотехнического оборудования следует
проводить в сроки, установленные местной инструкцией, а также
с учетом графиков, разработанных в соответствии с рекомендаци-
ями по эксплуатации заводов-изготовителей.
Периодические осмотры. Периодические осмотры и чистку ос-
ветительной арматуры в животноводческих и птицеводческих по-
мещениях, в кормоприготовительных помещениях и других ана-
логичных помещениях с тяжелыми условиями окружающей среды
проводят не реже 1 раза в месяц.

При периодических осмотрах светильников проверяют крепле-
ние затенителей. Мощности установленных ламп должны соот-
ветствовать тому светильнику, для которого они предназначены.
Натяжение проводов, подводящих питание к светильнику, не
должно превышать допустимое и иметь запас на возможное кача-
ние светильника. Необходимо тщательно проверять состояние
изоляции проводов в месте ввода в светильник, а также надеж-
ность присоединения нулевого провода к зажиму на корпусе све-
тильника.

Периодический осмотр светильников и своевременное устра-
нение всех замеченных неисправностей обеспечивают их надеж-
ную работу, а также безопасность людей и животных.

Техническое обслуживание. Техническое обслуживание светиль-
ников проводят совместно с техническим обслуживанием внут-
ренних электропроводок в чистых сухих помещениях с нормаль-
ной средой 1 раз в шесть месяцев, а в сырых, пыльных и пожаро-
опасных помещениях 1 раз в три месяца.

Техническое обслуживание так же, как и периодические осмот-
ры, проводят при полностью отключенных светильниках с соблю-
дением всех мер техники безопасности. Выполняет техническое
обслуживание группа электромонтеров из двух-трех человек.

При техническом обслуживании необходимо:

удалить пыль и грязь с арматуры светильников влажным обти-
рочным материалом, сильно загрязненные места протереть обти-
рочным материалом, смоченным 5%-ным раствором каустической
соды;

снять стекла светильников и вывернуть электрические лампы,
промыть стекла в 5%-ном растворе каустической соды, прополос-
кать в чистой воде и просушить, лампы протереть влажным обти-
рочным материалом;

заменить стекла, имеющие трещины или сколы;

отвернуть корпус патрона и проверить состояние его частей;

окислившиеся или подгоревшие контактные соединения ра-
зобрать, зачистить и собрать, ослабевшие зажимы подтянуть; уда-
лить коррозию резьбовой части патрона мелкой стеклянной шкур-
кой и покрыть очищенную поверхность тонким слоем техничес-
кого вазелина; патроны, имеющие обгорание контактов или по-
вреждение изоляционных деталей, подлежат замене;

проверить состояние осветительной арматуры, заменить арма-
туру, имеющую поврежденные фарфоровые, керамические, пласт-
массовые или другие детали;
проверить надежность крепления светильников к основанию;

при необходимости окрасить металлические части арматуры,
проверить наличие и состояние уплотняющих элементов у водо-
непроницаемых, герметических и взрывобезопасных светильни-
ков; резиновые прокладки и сальники, потерявшие эластичность,
заменить;

установить лампы и стекла светильников, включить сеть осве-
щения и убедиться в исправной работе каждого светильника.

Для ограничения отклонений напряжения в осветительных ус-
тановках применяют стабилизаторы-ограничители типа ЭОН-1
настенного исполнения.

Ограничитель напряжения питается от сети напряжением
380/220 В, электрическое исполнение однофазное. Максималь-
ный ток нагрузки на фазу 15 А. Коэффициент безотказной работы
ограничителя за время работы 4000 ч не ниже 0,9. Срок службы не
менее шести лет. Масса ограничителя 3,5 кт.

Стабилизаторы-ограничители ТОН (табл. 1.33) применяют для
поддержания напряжения сети с лампами накаливания, лампами
ДРЛ и люминесцентными лампами.

1.33. Технические характеристики стабилизаторов-ограничителей ТОН

Показатели	|	ТОН-3-220-63	|	ТОН-3-220-100

Номинальное фазное напряжение питаю-	220

щей сети частотой 50 Гц, В

Допустимое повышение напряжения	430

питающей сети, В

Точность поддержания заданного напря-	±1,5

жения на нагрузке при повышении напря-

жения питающей сети выше напряжения

уставки, %

Номинальный ток в линии, А	63	100

Пределы регулирования уставки напряжения	0,9...1,05

КПД в номинальном режиме, %	99

Габаритные размеры, мм	465x395x930

Масса, кг	60

При проектировании осветительных установок следует вводить
коэффициент запаса. Значение коэффициента запаса и сроки
очистки светильников указаны в таблице 1.34.

Следует предусматривать устройства для обслуживания све-
тильников и светопроемов.

При высоте светопроемов, не превышающей 5 м над полом, а
также при высоте подвеса светильников до 5 м допускается обслу-
живание светильников с помощью приставных лестниц и стремя-
нок бригадой не менее чем в два человека.

На предприятиях по производству продуктов животноводства,
птицеводства и растениеводства на промышленной основе необ-
1.34. Коэффициент запаса и сроки очистки светильников

Помещение	Коэффициент запаса		Срок очистки светильников
	при газораз- рядных лампах	при лампах накаливания	
Свинарники при сухом корм- лении, птичники при наполь- ном содержании	1,6	1,4	Не реже 1 раза в тех- нологический цикл
Зерноочистительные, кормопри готовительные цехи, склады затаренных кормов	1,6	1,4	Не реже 1 раза в ме- сяц
Все остальные сельскохозяйст- венные помещения	1,5	1,3	Не реже 1 раза в три месяца

ходимо предусматривать специальные помещения (до 15 м2) для
ремонта и очистки светильников с установкой верстака, ванны и
обеспечением горячей водой.

Неисправности осветительной сети и их устранение. Наиболее
распространенная неисправность осветительной сети — перегора-
ние электрической лампы. Для проверки лампы накаливания не-
обходимо воспользоваться исправной лампой. Если такая замена
не дает положительного результата, причину следует искать в пат-
роне. Необходимо проверить, имеется ли касание цоколя с цент-
ральным контактом. При необходимости контакт следует немного
отогнуть. При плохом контакте цоколь — патрон возможно при-
варивание цоколя лампы к патрону, недопустимый перегрев пат-
рона и лампы, светильника и подводящих проводов. При наличии
механических поломок контактных стоек, обгорании пластмассо-
вых корпусов, наличии трещин и сколов патрон необходимо заме-
нить на исправный.

В сетях, где возможны колебания напряжения, лампы быстро
выходят из строя. Более надежны в работе лампы на повышенное
напряжение до 240 В [10].

На практике может быть превышено и это напряжение, напри-
мер, при замыкании на корпус оборудования другой фазы, к кото-
рой лампа не присоединена. Так как лампа присоединена к фаз-
ному и нулевому проводу, связанному с корпусом оборудования,
то она оказывается включенной кратковременно на две фазы, что
приводит ее к перегоранию.

Также отрицательно действуют плохие зажимы и контакты в
цепи ламп, которые приводят к колебаниям тока в лампах. Отри-
цательно действуют на лампы различные перенапряжения в сети,
частые включения и отключения самих ламп.

Для хранения вышедших из строя газоразрядных ламп следует
предусматривать помещение из расчета 2,5 м2 на 1000 ламп, нахо-
дящихся в эксплуатации.

Вышедшие из строя лампы типа ДРЛ и люминесцентные, а
также другие источники света, содержащие ртуть, следует хранить
108
упакованными в специальном помещении и периодически выво-
зить для уничтожения или утилизации.

Неисправности осветительных установок и способы их устра-
нения приведены в таблице 1.35.

1.35. Неисправности осветительных установок и способы их устранения

Неисправность	,	Причина	।	Устранение
Освещение не включается	Установки с лампами накаливания  1.	Выключается автомат при вклю- чении:  неисправен автомат  замыкание в сети освещения или в светильнике  2.	Лампа не касается контактов  в патроне:  контакты отогнулись  контакты обгорели или отломились  3.	Неисправна лампа  4.	Неисправен выключатель, включаю- щий одну или несколько ламп  5.	Выскочили из зажимов или обго- рели провода в патроне, выключателе, автомате, коробке  6.	Обрыв цепи в автомате	Ремонт или замена автомата  Найти и устранить причину замыкания  Подогнуть контакты Заменить патрон  Заменить лампу  Заменить выключа- тель  Устранить неисправ- ность  Заменить автомат
Срабатывает защита	1.	Лампа замкнула контакты в патроне своим цоколем  2.	Касание проводов в месте их присо- единения к патрону или в коробке	Отогнуть контакты  Устранить неисправ- ность
Загорание пласт- массового кор- пуса светильника	Наличие влаги и агрессивной среды, постепенное развитие замыкания по корпусу светильника, на которое не реагирует защита	Заменить светильник
Загорание	1. Изоляция провода не соответствует	Заменить провод,
провода	условиям среды	не соответствующий  условиям среды  2.	Замыкание в светильнике или про- Применить защиту воде в отсутствие защиты	(предохранители,  автоматы)  3.	Провод не соответствует нагрузке	Заменить на провод  большего сечения  Установки с люминесцентными лампами	
Лампа не зажига-	1. Слабы или окислились зажимы	Проверить зажимы и
ется или работа-	в цепях до светильника, у дросселя,	контакты в проводке
ет с перерывами	колодок лампы, у стартера; контакты ножек лампы и электродов стартера в гнездах  2.	Обрыв в дросселе или в конденсато- ре балластного сопротивления  3.	Неисправен стартер	до светильника и  в светильнике  Проверить заменой на новые  Заменить
Продолжение

Неисправность |	Причина	| Устранение

4.	Неисправна лампа. Целость ее спи- Заменить лампу
ралей можно проверить, взглянув на ее
торец через стекло баллона. Черный
налет по концам говорит о расходова-
нии активного слоя катодов

Изменение цвета
сечения лампы
Гудение
светильника
Срабатывание
защиты при
включении све-
тильника
Нагрев сгорае-
мых поверх-
ностей, на кото-
рых установлен
светильник

5.	Влияние пониженной температуры
воздуха

Изменение состава люминофора при
большом сроке службы лампы
Колебание пластин магнитопровода
дросселя

1.	Пробой компенсирующего конден-
сатора на входе светильника

2.	Замыкание в цепях установки

Нагрев дросселя светильника

Заменить лампу

Заменить дроссель

Заменить конденса-
тор

Проверить цепи
авометром

Поставить асбестовые
подкладки под све-
тильник или оста-
вить воздушный про-
межуток под светиль-
ником

Лампы накаливания часто трудно вывернуть из патрона из-за
того, что заржавел цоколь или приварился центральный контакт.
Применение большого усилия при выворачивании приводит к от-
рыву цоколя. В данном случае необходимо предварительно обес-
точить электросеть (вывернув предохранительные пробки или от-
ключив автоматический выключатель) и, осторожно вращая колбу
лампы, оторвать проволочки, на которых она висит. Затем плос-
когубцами вывернуть оставшийся в патроне цоколь лампы. В тех
случаях, когда это не удается сделать, разбирают патрон.

Необходимо тщательно проводить оконцовку проводов при пе-
резарядке ими патрона. После зачистки от изоляции многожиль-
ный провод скручивают, чтобы не было торчащих в разные сторо-
ны проволочек. Затем круглогубцами формируют колечко, кото-
рое желательно затем облудить. Место зачистки изоляции и про-
вод до колечка обматывают изоляционной лентой.

Правильная перезарядка необходима и при присоединении
проводов и шнуров к другим электроприборам. В случае неакку-
ратной оконцовки проводов возможно короткое замыкание между
торчащими жилами. Кроме того, достаточно одному проводку из
колечка коснуться наружных частей арматуры, чтобы при прикос-
новении к ним человек попал под напряжение.

Обращаясь к люминесцентным светильникам, следует сказать,
что они представляют собой сложное устройство со многими кон-
структивными элементами и большим количеством контактов.
Поэтому неполадки при эксплуатации ламп бывают очень разно-
образными (см. табл. 1.35).
При смене люминесцентные лампы вынимают из патронов с
большой осторожностью, чтобы не повредить цоколь и не разбить
стекло лампы, так как в лампе находятся пары ртути, которые
очень токсичны.

При эксплуатации люминесцентных ламп необходимо по-
мнить, что характер газового разряда в значительной степени оп-
ределяется давлением газа или паров, в которых происходит раз-
ряд. При понижении температуры давление паров в лампе падает
и процесс зажигания и горения лампы ухудшается, а при темпера-
туре ниже 5 °C лампа может не зажечься вообще.

Следует принять за правило, что техническое обслуживание
светильников должно проводиться одновременно с техническим
обслуживанием электропроводок и другого электрооборудования.

Контрольные вопросы и задания

1.	Расскажите об устройстве и назначении светильников. 2. Дайте примеры
наиболее распространенных светильников с лампами накаливания. 3. Приведите
примеры светильников с газоразрядными лампами низкого и высокого давления.
4. Расскажите об устройстве и размещении прожекторов. 5. Как классифицируют
облучательные установки? 6. Приведите примеры облучательных установок для
животных и птиц. 7. Дайте примеры облучателей растений в теплицах. 8. Назовите
стационарные облучательные установки. 9. Дайте примеры бактерицидных облу-
чательных установок. 10. Назовите ИК-облучательные установки. 11. Приведите
основные условия правильной эксплуатации светотехнического оборудования.
12. Расскажите о периодичности и содержании осмотров и технического обслужи-
вания светильников. 13. Каково назначение стабилизаторов-ограничителей на-
пряжения? 14. Каковы основные неисправности и способы их устранения в осве-
тительных установках с лампами накаливания? 15. Назовите неисправности и
способы их устранения в установках с газоразрядными лампами.

1.8.	РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Расчет осветительных установок состоит из светотехнической,
электротехнической и технико-экономической частей [5].

1.8.1.	СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Светотехнический расчет сводят к выбору вида и системы осве-
щения, нормированной освещенности, коэффициента запаса све-
товых приборов, расчету размещения световых приборов, опреде-
лению мощности источников света.

Выбор вида и системы освещения. Рабочее освещение предназна-
чено для обеспечения нормальных условий работы обслуживаю-
щего персонала. Оно должно обеспечивать нормированную осве-
щенность во всех точках рабочей поверхности и иметь соответ-
ствующее качество, определяемое отклонениями питающего на-
пряжения, пульсацией светового потока, спектральным составом
света, равномерностью освещения и др.
Рабочее освещение включают только при выполнении персо-
налом работ в данном помещении.

Технологическое освещение — вид освещения для обеспечения
нормального протекания технологического процесса (роста и раз-
вития животных, протекания фотосинтеза растений и т. д.).

Технологическое освещение выполняют такими же светильни-
ками, что и рабочее освещение.. Технологическим освещением уп-
равляют по программам в зависимости от вида и возраста живот-
ных или птицы, вида и времени развития растений.

Дежурное освещение используют для наблюдения за животными
в ночное время. Его следует предусматривать во всех животновод-
ческих и птицеводческих помещениях. Светильники дежурного
освещения выделяют из числа рабочего освещения. В помещениях
для содержания животных количество светильников дежурного
освещения должно составлять 15 % от количества светильников
рабочего освещения, а в родильных отделениях 20 % от этого ко-
личества.

Аварийное освещение используют для продолжения работы или
эвакуации при аварийном отключении рабочего освещения. Наи-
меньшая освещенность — 5 % от рабочего освещения, но не мень-
ше 2 лк внутри помещения и 1 лк снаружи.

Напомним, что освещенность £ в 1 лк (люкс) создается свето-
вым потоком Ф в 1 лм (люмен), если он равномерно распределен
на площади А в 1 м2 , то есть

E = d<S>/dA.	(1.72)

Светильники аварийного освещения должны отличаться от
светильников рабочего освещения конструкцией или специаль-
ной окраской.

Различают две системы освещения: общую и комбинирован-
ную. Общая система может быть равномерной или локализован-
ной.

Общее освещение рекомендуется устраивать во всех животно-
водческих и других помещениях, где нормированная освещен-
ность при лампах накаливания (ЛН) не превышает 50 лк, а при
газоразрядных лампах (ГРЛ) — 150 лк. Если нормированная осве-
щенность выше, то следует предусматривать комбинированную
систему освещения. При этом общая освещенность должна со-
ставлять не менее 10 % нормируемой освещенности независимо от
ламп местного освещения.

Выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса. Нор-
мированную освещенность выбирают в зависимости от размеров
объектов помещения, контраста объекта и фона, характеристики
фона и других условий. Значение нормированной освещенности
регламентировано СНиП и отраслевыми нормами (СНиП 11-4—79.
Естественное и искусственное освещение. М.: Стройиздат, 1980;
Отраслевые нормы освещения сельскохозяйственных предприя-
тий, зданий, сооружений. — М.: Колос, 1992).

Для наиболее типичных сельскохозяйственных объектов, а так-
же некоторых других помещений значения приведены в табли-
це 1.36 [4].

1.36. Нормируемые значения освещенности, лк			
Помещение, участок, оборудование	Освещенность		Биологически
	при ГРЛ |	при ЛН	необходимая
Помещения для содержания животных и молодняка (коров, лошадей, свиней, овец, кур)	75	35	75
Коровники с доением в стойлах	100	100	75
Доильный зал	200	150	150
Родильное отделение	200	150	150
Телятники	100	50	100
Помещение для стрижки овей	200	150	150
Участок для обработки и смешивания кормов	150	100	50
Участок клеточного содержания кур	100	50	30
Проходы и соединительные коридоры теплиц	75	30	30
Участок проращивания семян	75	30	1000
Камеры хранения картофеля и фруктов	75	20	20
Классные комнаты, аудитории и лаборатории	300	—	500 (на доске)
Кабинеты технического черчения	500	—	—
Диспетчерская	100	50	—
Мастерская	150	100	—
Гаражи	100	50	—
Жилые комнаты	—	100	—
Улицы сельских населенных пунктов	4	—	—

Чтобы пересчитать нормы искусственного освещения в ватты
на квадратный метр (Вт/м2), необходимо использовать формулу

Руа = Е'п/Кл,	(1.73)

где РуД — удельная мощность, Вт/м2; Еи — освещенность, лк; Кл — переводной ко-
эффициент (табл. 1.37).

1.37.	Коэффициент К„

Мощность лампы, Вт	Напряжение, В	
	127	|	220
До 100	2,4	2,0
100 и более	3,2	2,5

Например, для доильного зала при лампах накаливания Ен =
= 150 лк (см. табл. 1.36) переводной коэффициент при мощности
лампы 100 Вт Кл = 2,5 (см. табл. 1.37). Тогда Руд = 150/2,5 = 60 Вт/м2.
При выборе освещенности приходится решать вопрос и об ис-
точнике света. В отраслевых нормах для освещения производ-
ственных сельскохозяйственных помещений и территорий реко-
мендуется применять газоразрядные лампы. Лампы накаливания
следует применять только для освещения вспомогательных поме-
щений.

Это определяется в значительной мере и низким реальным све-
товым КПД ламп накаливания с вольфрамовой нитью 3,5 %, гало-
генных до 4 %. Световой КПД газоразрядных ламп намного выше:
у люминесцентных до 12 %, у газоразрядных ламп высокого давле-
ния (например, у ДНаТ с желто-оранжевым излучением) до 18 %.
Энергетический КПД люминесцентных ламп около 20 % против
14 % у ламп накаливания.

В процессе эксплуатации световой поток осветительных при-
боров уменьшается, что обусловлено старением источников света,
запылением светильников, ограждающих поверхностей и др.

Чтобы освещенность не снизилась ниже нормируемого значе-
ния, при проектировании вводят коэффициент запаса К3.

Для ламп накаливания К3= 1,15... 1,7; для газоразрядных ламп
К3 = 1,3...2,0. Для сельскохозяйственных помещений рекомендует-
ся применять для ламп накаливания К3 = 1,15; для газоразрядных
ламп К3 = 1,3. При необходимости проверки освещенности в по-
мещениях или на любом объекте можно воспользоваться люкс-
метром.

Выбор светильников (световых приборов). Световые приборы
(СП) выбирают по трем критериям: конструктивному исполне-
нию, светотехническим характеристикам и экономическим пока-
зателям.

От конструктивного исполнения СП зависит их надежность и
долговечность в данных условиях среды, безопасность в отноше-
нии пожара, взрыва и поражения электрическим током, а также
удобство обслуживания.

При проектировании решение этой задачи сводят к выбору сте-
пени защиты световых приборов (IP) от воздействия окружающей
среды с помощью таблиц и каталогов на СП. В зависимости от
характеристики помещения выбирают степень защиты СП (на-
пример, IP20, IP23, IP51 и т. д.). Затем из каталогов выписывают
все СП с выбранной степенью защиты для принятого источника
света.

К светотехническим характеристикам СП относят: 1) распреде-
ление светового потока в верхнюю и нижнюю полусферы окружа-
ющего пространства, 2) форму кривой силы света (КСС). Они опре-
деляют качество освещения.

Для освещения административно-конторских помещений, ауди-
торий, лабораторий используют светильники с КСС типов Д и Л.

Для большинства сельскохозяйственных помещений выбирают
СП с кривыми силы света Д, М, реже Г. Для освещения террито-
рии ферм, выгульных площадок и дорог применяют СП с широ-
кой кривой силы света Ш. У светильников прямого света (П) от-
носительное значение потока в нижнюю полусферу Фо > 80 %
(Фо/Фобщ > 0,8); у светильников преимущественно прямого света
(Н) Фо = 8О...6О%; у светильников рассеянного света (Р)
Фо = 60...40 %; у светильников преимущественно отраженного света
(В) Фо = 40...20 %; у светильников отраженного света (О) Фо < 20 %.

Для того чтобы можно было сравнивать КСС светильников с
различным числом ламп и спектром излучения, неодинаковой
мощности, кривые силы света строят для условной лампы с пото-
ком 1000 лм (см. рис. 1.40). Фактическая сила света при использо-
вании конкретной лампы в канделах (кд)

J = />ооо®л	(1.74)

“ “ 1000

где Д000— условная сила света, приведенная к световому потоку 1000 лм, кд; Фл —
фактический световой поток лампы, лм.

Напомним, что световой поток источника связан с силой света
выражением

d&y = Iyd(o,	(1-75)

где 4Фу — элементарный световой поток, лм; 7V — сила света, кд; da> — элементар-
ный пространственный угол, стерадиан.

Единица светового потока — люмен — создается силой света
в одну канделу в пределах пространственного угла в один стеради-
ан (см. подразд. 1.1).

Помимо светораспределения СП характеризуются КПД и за-
щитным углом. На рисунке 1.41 представлена лампа накаливания
с арматурой (светильником). Здесь h — расстояние от уровня вы-
ходного отверстия арматуры до светового центра; R — радиус вы-
ходного отверстия арматуры; г — радиус светящегося тела. Защит-
ный угол

y=arctg——.	(1-76)

R + r

Защитный угол — м&р& прикрытия осветительной арматурой
ярких частей источника света от глаз наблюдателя. Угол у — это
угол с горизонталью и линией, проходящей через крайнюю точку
спирали светящегося тела и край арматуры (см. рис. 1.41).

КПД светильника — отношение светового потока Фс светильни-
ка к световому потоку ЕФЛ всех ламп в этом светильнике.

По назначению светильники подразделяют на производствен-
ные, транспортные, для общественных зданий, для освещения по-
мещений, открытых пространств.
Рис. 1.41. К определению защит-
ного угла осветительной армату-
ры (светильника)

По условиям эксплуатации и усло-
виям среды светильники классифици-
руют в зависимости от способа уста-
новки (подвесные, потолочные, на-
стольные, настенные и др.) и испол-
нения.

Один из важных экономических
показателей СП — энергетическая эко-
номичность

Ээ=ис/г, (1.77)

где U — коэффициент использования светового
потока; С — светоотдача источников света,
лм/Вт; Z—коэффициент неравномерности
(Z=Ecp/£min), Z= 1,1...1,2.

Расчет расположения светильников в помещении. Светильники в
помещениях стремятся располагать по вершинам прямоугольни-
ков, квадратов или ромбов. В первом случае соотношение сторон
прямоугольников не должно быть более 1,5.

В последнем случае ромбы должны иметь острый угол 60° (это
даст шахматное расположение светильников).

Оптимальный размер стороны квадрата

L = ^Hhp,	(1.78)

где Хол, — относительное расстояние между светильниками; Лр — расчетная высо-
та, м.

Более точно L может быть определен из выражения

^ОТН.С^р — L — Хотн.э^р>	(1 -79)

где Аотнс и Лоло — относительные светотехническое и энергетическое наивыгод-
нейшие расстояния между светильниками (табл. 1.38).
«

1.38.	Рекомендуемые светильников с типовыми КСС

Типовая кривая силы света (КСС)	\ггн.с	\этн.э
Концентрированная (К)	0,6	0,6
Глубокая (Г)	0,9	1,0
Косинусная (Д)	1,4	1,6
Полуширокая (Л)	1,6	1,8
Равномерная (М)	2,0	2,6

Расчетная высота осветительной установки (рис. 1.42)

Лр = Ао-АСв-Лр.п,	(1-80)

где й0 —высота помещения, м; Лев-высота свеса СП (0...0,5м); Лр.п, —высота
рабочей поверхности, м.
Крайние светильники устанавливают
на расстоянии (рис. 1.43)

/ = (0,3...0,5)1,
меньшее значение берут при наличии ра-
бочих мест вблизи стен.

Определив L, на плане помещения от-
мечают места установки светильников и
определяют их общее число N.

При люминесцентных лампах светиль-
ники располагают рядами параллельно
стенам с окнами или длинной стороне
помещения (рис. 1.44). Длина разрыва /раз
удовлетворять условию

Рис. 1.42. Разрез помещения
по высоте

между лампами должна

/раз<0,5йр.

Определение мощности источника света. Известны три метода
расчета: точечный метод, метод коэффициента использования
светового потока и метод удельной мощности. Точечный метод
применяют при расчете открытых пространств, местного освеще-
ния, локализованного освещения, освещения помещений, в кото-
рых нормирована негоризонтальная освещенность, и как прове-
рочный.

Световой поток, лм, источника света в каждом светильнике

1000ДХ

i=i

(1-81)

гае 1000 — световой поток условного источника, лм; — нормированная осве-
щенность, лк; К3 — коэффициент запаса, К3 = 1,15; 1,3; ц — коэффициент, учиты-

Рис. 1.43. План помещения
при освещении лампами
накаливания

Рис. 1.44. План помещения
при освещении люминесцент-
ными лампами
вающий влияние удаленных светильников, ц= 1,0...1,2; е,— условная освещен-
ность от l-го светильника в контрольной точке, лк; цс — КПД светильника.

Условная освещенность eh лк,

е,= /^cos’a/Ap2,	(1.82)

где /J000 — сила света от условного источника (Ф = 1000 лм) в направлении расчет-
ной точки А, кд; a — угол между вертикалью из точки расположения светильника
и линией, соединяющей источник света с расчетной точкой А (рис. 1.45).

По найденному значению потока Ф [см. формулу (1.81)] по ка-
талогам на источники света определяют мощность источника све-
та Рл, Вт. При этом отклонение расчетного потока от указанного в
каталоге должно быть от —10 до + 20<%. Если это условие не вы-
полняется, то следует изменить высоту свеса hCB или расстояние
между светильниками L.

Метод коэффициента использования светового потока. Этот ме-
тод применяют для расчета осветительных установок закрытых
помещений, в которых нормирована горизонтальная освещен-
ность.

Метод применим только для расчета общего равномерного ос-
вещения.

Световой поток, лм, источника света в светильнике

Л EAZK

Ф —-И--—

(1.83)

где И— площадь помещения, м2; Z—коэффициент неравномерности освещенно-
сти, Z= 1,0...1,3; цф — коэффициент использования светового потока, который
учитывает долю светового потока генерируемого источника света, доходящего до
рабочей поверхности; N— число светильников.

Рис. 1.45. К расчету условной освещенности в точке А.

е—01 одного светильника; б — от нескольких светильников; 1 ...3 — светильники
Коэффициент т)ф зависит от индекса помещения

ab

J hp(a + b)’

где а и Ь — длина и ширина помещения,
а также от коэффициентов отражения ограждающих конструкций
и типа светильника. Численные значения т)ф приведены в табли-
цах и в зависимости от типа светильника равны 10...73.

По найденному потоку также из таблиц определяют мощность
источника света Рп, Вт.

Метод удельной мощности. Метод удельной мощности основан
на методе коэффициента использования светового потока. Его
применяют для расчета осветительных установок вспомогатель-
ных помещений (коридоров, лестниц, санузлов, гардеробов, тун-
нелей и пр.). При проектировании электроснабжения этот метод
может быть использован для ориентировочного определения
электрической нагрузки подстанций.

Мощность источника света, Вт,

Pn = PyBA/N,	(1.84)

где Руд — удельная мощность, Вт/м2, зависящая от X,, Лр, типа светильника, коэф-
фициентов отражения стен и потолка, которые находят по справочным данным,
Руд =	; А — площадь помещения, м2; N— число светильников.

Светотехнический расчет независимо от методов заканчивается
расчетом установленной мощности, Вт,

P=PnN.

(1.85)

Результаты светотехнического расчета сводят в светотехничес-
кую ведомость.

Расчет освещенности точки, лежащей на наклонной и вертикальной поверхнос-
тях. Рассмотрим следующий пример (рис. 1.46). Дан светильник РСП-12 с лампой
ДРЛ. Кривая светораспределения для указанного светильника (КСС) Г2. Даны
также а = 53,7°; </=Зм; йр = 2,2м; 6 = 60°.

Найти условную освещенность на горизонталь-
ной плоскости Ддг, условную освещенность на на-
клонной и вертикальной плоскостях £а(60’ь £а(90>

Решение. 1. Определяем условную освещенность

на горизонтальной плоскости: £дг =/„^cos3»//!2^. Лр
По кривой светораспределения Г2 при а = 53,7°
находим /а1000 = 200 кд (рис. 1.47).

Определяем EM= (200 • cos353,7°)/2,22 = 8,68 лк.

2.	Определяем £А на наклонной плоскости:

Еа = Елг ’ V.

Рис. 1.46. К расчету освещен-
ности точки, лежащей на на-
клонной поверхности

где у=cos0+—sin 0=0,5+3/2,2 • 0,866 =
hp
=0,5+1,18=1,68;
Рис. 1.47. Определение силы света /й°°° по КСС Г2
и а = 53,7°

£д(бо-) — £дг' 1,68 — 8,68 * 1,68 — 14,58 лк.

3.	Определяем £А на вертикальной плоскости.
При 6 = 90° cos 90°= 0; sin 90° = 1 и v = d/hp =
= 1,365, £д(9о')= 11,65 лк.

1.8.2. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Электротехнический расчет включа-
ет в себя: выбор схемы электроснабже-

ния и напряжения питания осветительной установки; составление
расчетной схемы; выбор марки, сечения и способа прокладки про-
водов; выбор защитной аппаратуры; разработку схемы управления
осветительной установкой.

Выбор схемы электроснабжения, напряжения питания, составле-
ние расчетной схемы. Отдельные силовые трансформаторы, специ-
ально предназначенные для целей освещения, как правило, не
применяют.

Используют системы напряжением 380/220 В или системы
660/380 В с нулевым проводом.

Если светильники стационарные общего или местного освеще-
ния, но находятся на высоте менее 2,5 м, по ПУЭ напряжение
должно быть не более 42 В.

При составлении расчетной схемы осветительной сети
(рис. 1.48) предельный ток группы не должен превышать 25 А.
Если в группе имеются лампы накаливания мощностью более
500 Вт или газоразрядные лампы высокого давления мощностью
более 125 Вт, то предельный ток группы может быть увеличен до
63 А (то же при U< 42 В).

Число светильников в однофазной двухпроводной группе дол-

Рис. 1.48. Пример расчетной схемы осветительной сети
жно быть 20 шт. при длине сети 35 м. В двухфазной трехпровод-
ной группе число светильников должно быть 40 шт. при длине
сети 60 м. В трехфазной четырехпроводной группе число светиль-
ников может быть до 60 шт. при длине сети около 80 м.

Сечение проводов к светильникам выбирают исходя из допус-
тимой потери напряжения и проверяют по нагреву и механичес-
кой прочности. Для большинства сельскохозяйственных сетей до-
пустимую потерю напряжения At/принимают равной 2,5 % [0,2 %
потери на вводе в осветительном щите (ОЩ) и 2,3 % в группе].

Площадь сечения жилы провода по потере напряжения

где Pj — мощность z-ro светильника, кВт; /, — удаленность от осветительного щита
z-ro светильника, м; С— функция напряжения сети, материала жил и числа про-
водов; этот характерный коэффициент сети для алюминиевых проводов при на-
пряжении 380/220 В и четырехпроводной линии равен 46, при двухфазной линии
с нулем — 20, для однофазной — 7,7.

п

Выражение можно представить как ЕЛ/, — сумму момен-
Г=1

тов нагрузки в группе, кВт • м.

Моменты нагрузки рассчитывают от всех потребителей до ос-
ветительного щитка. Затем провода проверяют на механическую
прочность по условию

5>5ДОП,	(1.87)

где 5лоп — допустимая площадь сечения по механической прочности, мм2.

Провода на нагрев рассчитывают по условию

4> — /доп»	(1.88)

где /р —расчетный ток однофазной группы, А; /яоп — длительно допустимый ток
на провод, А.

После окончательного выбора площади сечения провода,
пользуясь выражением (1.86), находят фактические потери напря-
жения A U в каждой группе, начиная с ввода.

При расчете сети с газоразрядными лампами помимо их мощ-
ности учитывают также потери в ПРА.

Для повышения коэффициента мощности в светильниках с
люминесцентными лампами обязательно предусматривают инди-
видуальную компенсацию, выполняемую заводами-изготовителя-
ми. В установках с другими разрядными лампами необходима
групповая компенсация.
Емкость конденсаторов, мкФ,

С = P(tg <pi - tg<p2)/(2n/l/2 • 10-3),	(1.89)

где Р—активная мощность с учетом потерь в ПРА, кВт; <pi, Фг — угол сдвига фаз
до и после компенсации соответственно; f— частота тока в сети, Гц; U— напря-
жение на конденсаторе, кВ.

При групповой компенсации конденсаторы обычно включают
по схеме «треугольник», что позволяет уменьшить их суммарную
емкость. Разрядные резисторы подключают параллельно конден-
саторам для снижения напряжения до 50 В за 1 мин после отклю-
чения установки. Удельная мощность резисторов не превышает
1 Вт/квар.

Выбор токов плавких вставок предохранителей и уставок автома-
тических выключателей. Во избежание ложных срабатываний за-
щитных аппаратов из-за пусковых токов светильников при выборе
номинальных токов плавких вставок 7П в и уставок тепловых /т и
комбинированных 7К расцепителей автоматических выключателей
следует руководствоваться соотношениями:

для ламп накаливания

/11В - А>> А - А>» 4 - *Ц> (для ламп 300 Вт и больше);

4 > /р (для ламп меньше 300 Вт);	(1-90)

для ламп ДРЛ, ДРИ, ДНаТ

7ПВ>1,2/Р; /т>1,4/р; /к>/р;	(1.91)

для газоразрядных ламп низкого давления и др.

4.в—4* 4 ~ А» 4—А»	(1 *92)

где Гр — расчетное значение тока.

В мероприятиях по защите обслуживающего персонала от по-
ражения электрическим током должны быть указаны особенности
монтажа проводки с патронами светильников, розетками и т. п.;
правила замены ламп и чистки арматуры; правила периодического
осмотра сетей и т. д.

Разработка схем управления. Управление освещением помеще-
ний с несколькими входами рекомендовано осуществлять со всех
возможных входов по «коридорной» схеме (см. рис. 1.15).

На рисунке 1.49 показана схема включения лампы накаливания
вместе с розеткой на плане. Монтажная схема с ответвительной
коробкой показана на рисунке 1.16. В целом способы и устройства
управления освещением должны создавать благоприятные усло-
вия для экономии электрической энергии.




ощ

ср :

|Л/7ЛВ/ (3x2,5)

^АППВ1 (3x2,5)
НК

SA1

Рис. 1.49. Пример монтажного располо-
жения элементов на плане для включения
лампы накаливания и шнура в розетку

В сельскохозяйственном про-
изводстве используют местное
(ручное) и автоматическое уп-
равление. Местное управление
осуществляют при помощи вы-
ключателей, переключателей и
автоматов. Автоматическое уп-
равление может быть в функции
времени, естественной осве-
щенности или напряжения пи-
тающей сети. В животноводчес-
ких и птицеводческих помеще-
ниях наиболее распространено
управление в функции време-
ни. Для этих целей используют
программные реле управления
светом УПУС и ПРУС, много-
целевой аппарат типа МКП-2-12 и реле времени 2РВМ. Устрой-
ство и технические данные этих приборов приведены в [1, 6
и др.].

В широких помещениях с окнами целесообразно управлять ря-
дами светильников в функции естественной освещенности. Для
этого следует использовать фотоэлектрические автоматы типов
ФР-2, АО, ФРМ-62А и др. Технические характеристики этих авто-
матов приведены в [1, 6 и др.].

Выбор щита управления. Для приема и распределения электри-
ческой энергии и защиты отходящих линий в осветительных сетях
применяют вводно-распределительные устройства и вводные
щиты. Осветительные вводно-распределительные устройства
классифицируют:

по назначению (совмещенные, этажные, квартирные); способу
установки (навесные, стоячие и т. д.);

по виду зашиты от воздействия окружающей среды (защищен-
ные с уплотнением, взрывозащищенные);

по схемам электрических соединений: для четырех, трех или
двухпроводных отходящих линий с вводными аппаратами или без
них;

по типам защиты на отходящих линиях: с автоматическими
выключателями или предохранителями.

В каждом конкретном случае в зависимости от окружающей
среды, назначения, количества групп, схем соединений, аппара-
тов защиты выбирают то или иное вводно-распределительное уст-
ройство. Характеристика вводно-распределительных устройств и
щитков приведена в [3, 8].
Контрольные вопросы и задания

1.	Из каких частей состоит расчет осветительных установок? 2. Что включает в
себя светотехнический расчет? 3. Как выбирают нормированную освещенность и
коэффициент запаса в различных местах, участках, помещениях? 4. Как обознача-
ют степень защиты световых приборов? 5. Как определяют защитный угол освети-
тельной арматуры? 6. Что характеризуют кривые силы света светильников (КСС)?
7. Как выбирают светильники? 8. Перечислите три основных метода определения
мощности источников света. 9. Укажите особенности расчета освещенности точ-
ки, лежащей на наклонной и вертикальной поверхностях. 10. Что включает в себя
электротехнический расчет светотехнических установок? И. Дайте пример рас-
четной схемы осветительной сети. 12. Расскажите о схемах управления освети-
тельными установками.

1.9.	ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ
И ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВОК

Пример 1. Рассчитать стационарную УФ-установку для облучения животных.

Условие. Вид помещения — телятник. Возраст телят — старше 6 мес. Размеры
помещения 36 000 х 5000 х 3300 мм телята размещены в двух загонах, проход меж-
ду ними 2 м.

Расчет ведем для зоны 1.

Определить время облучения и мощность облучательной установки.

Решение. Д. По таблице 1.23 выбираем суточную дозу витального облучения
для телят: Н„ = 576...648 вит  с/м2.

2.	Выбираем стационарный облучатель ЭО-1-30 М.

3.	Определяем расчетную высоту (см. рис. 1.32, б)

Лр = Ло - Лев - Лр.п = 3,3 - 0,3 - 1,1 = 1,9 м.

4.	Определяем расстояние между облучателями

Длтг ~ \лн.С^р= 1,4 ' 1,9 = 2,66 М.

5.	Определяем число облучателей зоны N

лл=7^-=-^-=1,88»2шт.;

Аятт 2,66

N=nanb = 14 • 2 = 28 шт.

о/	05	05	О
	А •		
02	Б.4	Об	о

Рис. 1.50. К расчету облучатель-
иой установки примера 1

6.	Пересчитаем расстояние между облуча-
телями

, а 36 -

А.=--14-2,57м.

4=-~=2,5м.

ло 2

7.	Размещаем облучатели в зоне 1 и опре-
деляем две расчетные точки А и Б (рис. 1.50)
8.	Определяем облученность в точке А

Ех =Е2 =	= °’15	=0,025 вит/м2 ;

«1 =a2=arctg^-=arctg^=33°;

41 = 4? = 0,156 вит/ср;

Е3 =Е4 = 4^=0,126со8356=0>0()5вит/м2.
a3=a4=arctg-^=58o;

4з = 4а = 0,126 вит/ср;

ЕЕа=Е1 + Е2 + Е3 + Ел=2- 0,025 + 2 • 0,005 = 0,05 + 0,01 = 0,06 вит/м2.
9. Определяем облученность в точке Б

£4=р^ =0,039 вит/м2;

а4 = 0’; 4а = 0,14 вит/ср;
0,138cos354	2

Е2=Е(,= ——-------=0,008 вит/м ;

2 57
a2=a6=arctg-j^-=54°;

4: = 4б = 0,138 вит/ср;
_ 0,14 cos3 53	, 7

Е3 =	^2----=вит/м ;

. 2,5 с-в
«З=агс18у^=53 •
/в3 = 0,14 вит/ср;

_ r 0,1COS363 ппп-, , 2
Ei=Es= — з—=0,003 вит/м ;

1,92
3 7
a1=a5=arctg = y^ = 63°;

Ai = As = 0,1 вит/ср;

l.Es = 0,039 + 2 - 0,008 + 0,009 + 2 - 0,003 = 0,07 вит/м2.

10.	Сравниваем полученную облученность в точке Б с предельно допустимой
облученностью

Ев max < Ецр
0,07 > 0,57.

11.	Определяем коэффициент неравномерности облученности и сравниваем с
предельно допустимой

z=Ашш.=l£d.=2i2^=o 86-
i'smax ЕЕБ 0,07

0,86 > 0,78.

Если неравенства не выполняются, то все расчеты следует выполнить снова.

12.	Определяем время работы облучательной установки

Г=-^-=^-=8571с=2,38ч.

£втах 0,07

13.	Определяем мощность облучательной установки

Роу = 1,2Р^= 1,2 • 30 • 56 = 2016 Вт.

Пример 2. Рассчитать бактерицидную водоснабжающую установку открытого
лоткового типа производительностью П = 10 • 10-3м3/с.

Условие. Источник водоснабжения — открытый водоем. Исходное количество
бактерий в воде «о = 2 • 10$ шт/м2. Допустимое количество бактерий п = 3000 шт/м3.
Скорость перемещения воды в лотке v = 0,3 м/с. Время нахождения воды в ус-
тановке т = 50с. Ширина одного лотка а = 0,15 м; расстояние между лотками
Z<№ 1,2 м.	в

Определить число ламп ДБ и мощность установки.

Решение. 1.1. Общая длина лотков

L =vt=0,3-50= 15 м.

2.	Площадь сечения одного лотка

л=П=1-°п1^ ^О.ОЗЗм2.

v 0,3

3.	Высота лотка

. А 0,033

Ь=—=——=0,22 м.

а 0,15

4.	Число лотков

ЛГ=-^-=-^-=13шт.

Ец 1,2
5.	Бактерицидная облученность



п ,,,, 3000

"241W

т 50

=3,12 бк/м2,

где к — коэффициент сопротивляемости УФ-лучам палочки Коли 24 бк • с/м2.

6.	Расчетная бактерицидная облученность

£6р = £6е-°' = 3,12е~10 • °-25 = 3,8 бк/м2.

7.	Бактерицидный поток

2,4n2£KJ+Z)

2,4 3,142-3,8 0,25 15
(1,29+0,27)1

=216,2 бк.

8.	Число ламп типа ДБ-60, Ф6„ = 8 бк



9.	Мощность установки

Ро у = 1,2?Лл = 1,2  60  27 = 1944 Вт.

Пример 3. Рассчитать осветительную установку лаборатории.

Условие. Размеры помещения 8000 x 6000 x 4000 мм. Коэффициенты отраже-
ния стен, потолка и пола равны 50, 70, 30 % соответственно. Помещение сухое,
отапливаемое, с нормальной средой.

Решение. 1. Выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса

Е'н = 300 л к, Г-08 [5],

Л) = 1,5.

2.	Выбор вида и системы освещения. Принимаем систему освещения — общее
равномерное; вид освещения — рабочее.

3.	Выбор светового прибора. Выбираем СП по трем критериям: по конструк-
тивному исполнению (IP), по светотехническим характеристикам (КСС) и эконо-
мическим показателям (т)) [5,10] .

IP20: ДСО 02, ЛСО 04, ЛСО 06, ЛПО 02, Л ПО 06, ЛПО 09, ЛПО 21, Л ПО 28,
ЛПО 30, ЛПО 33, ШОД.

Д, Г: ЛПО 02, ШОД, ЛПО 30.

П: ЛПО 30.

4.	Размещение световых приборов

Расчетная высота

hp = h0 — hCB - Лр.п = 4,0 — 0,8 - 0,2 = 3,0 м.

Расстояние между светильниками

ionr = Аотн сЛр = 0,9 • 3,0 = 2,7 м.
Число СП в ряду и число рядов

ло =-т^—=у=-=2,96 = Зшт.
Аогтг

Л/, = 7^-=уу=2,22=2 шт.;
^-опт А'

Общее число СП

N = ПаПЬ = 3-2 = 6 шт.

Пересчитаем расстояние между СП

5.	Расчетный световой поток осветительной установки [метод коэффициента
использования, см. формулу (1.83)].

E^AK3Z 300-48-1,5 1,1 _
р~	6-0,5

Индекс помещения

/=———=———=127

7 h^a+b) 2,7(8+6) ’ ‘

Коэффициент использования СП [10]

Лф = Ло/Пс = °-75 ' °,68 = 0,5.

Поток лампы

6.	Выбираем лампу ЛД65-1 с Фл = 4000лм.

7.	Отклонение каталожного потока от расчетного

-10%<Фк~Фр 100%<+20%8000~ 7920 100%=+1,0%.

Фр	7920
Часть 2

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ

•

2.1.	ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ

2.1.1.	ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ КАК НАУКА И ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Электротехнология — одна из важнейших дисциплин, изучае-
мых студентами-электриками агроинженерного профиля. По зна-
чимости она стоит в одном ряду с такими дисциплинами, как
электропривод, электроснабжение, светотехника, и базируется на
общих дисциплинах — математике, физике, химии, теоретических
основах электротехники, теплотехнике, а в настоящее время — на
автоматике, электронике, вычислительной технике. Знание ука-
занных общих дисциплин необходимо для усвоения электротех-
нологии. В этом главная трудность дисциплины, кажущейся при
первом знакомстве сравнительно простой в изучении.

Если говорить об электротехнологии как о науке, то здесь сле-
дует рассматривать изучение самих технологических процессов,
используемых в сельском хозяйстве.

“Обращаясь к истории появления науки об электротехнологии,
можно сказать, что под этим термином вначале понимали техно-
логию (систему процессов, приемов и способов выполнения ра-
бот), в которой на предмет труда воздействовали с помощью элек-
трической энергии. К этому моменту (60-е и 70-е гг. XX в.) в само-
стоятельные разделы науки и техники выделились электропривод
и электроосвещение, которые напрямую подходят под вышеука-
занное определение.

В настоящее время считают, что в дисциплине «Электротехно-
логия» изучают процессы, связанные со следующими явлениями и
техническими средствами: электронагревом и электронагрева-
тельными устройствами; системами местного обогрева и микро-
климата; электронно-ионной технологией; электрофизической и
электрохимической обработкой материалов; импульсными гене-
раторами различных назначений; электрогидравлическим эффек-
том; использованием ультразвука; магнитной обработкой матери-
алов; использованием электролиза и все, что с ним связано; ис-
пользованием тепловых насосов и тепловых аккумуляторов.

Под электротехнологией понимают область науки и техники,
охватывающей изучение и использование технологических про-
цессов, в которых электрическая энергия участвует непосред-
ственно, преобразуясь в рабочей зоне в различные виды энергии.
Во многих процессах электротехнологии электрический ток — не
только энергоноситель, но также инструмент воздействия на про-
дукт обработки (вещество или среду).

Примерами воздействия электрического тока на процессы
сельскохозяйственного производства могут служить:

электротермическая обработка защищенного грунта, где элек-
тронагрев почвы сопровождается уничтожением болезнетворной
микрофлоры и микрофауны при прямом воздействии на них
тока;

применение поля коронного разряда в установках электронно-
ионной технологии для сепарации зерна, сопровождающееся уве-
личением его биохимической активности, определяющей значи-
тельное (на 20...25 %) повышение урожая;

диэлектрический нагрев материалов и продуктов, сопровождаю-
щийся угнетением микроорганизмов и грибковых культур и т. п.

Электротехнология — быстроразвивающееся направление ис-
пользования электроэнергии в сельскохозяйственном производ-
стве, благодаря ей открываются новые возможности в создании
высокоэффективных энергосберегающих технологий.

2.1.2.	ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗДЕЛОВ КУРСА, СОВРЕМЕННОЕ
СОСТОЯНИЕ, ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

Общее знакомство с предметом изучения и определение его
места в разрешении хозяйственных проблем начинают с энергети-
ческого баланса сельского хозяйства и характеристики технологи-
ческих процессов основных и вспомогательных производств.

Поскольку из указанных процессов электротехнологии наибо-
лее широко в сельском хозяйстве используют электронагрев, то
значительный раздел в курсе занимают основы теории и расчета
электронагревательных установок, способы электронагрева и
возможности их использования.

Большой раздел курса отведен характеристике электронагрева-
тельных установок сельскохозяйственного назначения, так как их
широко применяют в различных технологических процессах для
нагрева воды, воздуха и местного обогрева. Заключительный мате-
риал посвяшен использованию специальных видов электротехно-
логии, среди которых: обработка электрическим током, электроим-
пульсная технология и ее особенности, применение сильных элект-
рических полей, магнитных полей, ультразвуковая технология.

В значительно меньшем объеме затронуты энергетические ос-
новы электротехнологии, вопросы проектирования электронагре-
вательных установок и разработки электротехнологических про-
цессов.

Приведенная характеристика разделов курса отражает совре-
менный интерес к использованию технологических процессов в
сельском хозяйстве. Следует отметить, что в общем балансе по-
требляемой на селе электрической энергии электропривод за-
нимает 60 %, электроосвещение и облучение — 13 %, электро-
нагрев и другие виды электротехнологии — 27 %. В перспективе
следует ждать увеличения доли потребления электроэнергии на
процессы электротехнологии. Подтверждение этому — разработка
и поступление на российский рынок нового электротехнологи-
ческого оборудования не только отечественного производства,
но и ведущих фирм зарубежных стран, например: различных
скоростных и аккумуляционных водонагревателей и отопитель-
ных котлов, мини-котельных, калориферных и вентиляционных
установок, комплектов для поддержания микроклимата в жилых
и животноводческих помещениях, птичниках, теплицах и т. д.

2.1.3.	ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОСНОВНЫХ

И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

В общем балансе энергопотребления сельскохозяйственного
производства тепловая энергия составляет более 60 %, а в живот-
новодстве — до 90 %. Объясняется это тем, что все основные тех-
нологические процессы в сельском хозяйстве, начиная от выра-
щивания растений и молодняка животных и птиц и кончая пере-
работкой и хранением сельскохозяйственной продукции, связаны
с использованием тепловой энергии.

Особенности сельскохозяйственных предприятий. Рациональное
теплоснабжение — важная экономическая задача, определяемая
особенностями сельскохозяйственных предприятий как объектов
те плопотребл ения.

Первая особенность — рассредоточенность потребителей и
низкая плотность тепловых нагрузок. Поэтому в сельском хозяй-
стве распространены небольшие топливные котельные, имеющие
следующие недостатки: существенные транспортные расходы на
доставку топлива, вывоз золы и шлака; потери топлива при транс-
портировке и хранении; значительные затраты ручного труда на
обслуживание маломощных топливных установок (зачастую не
поддающихся полной автоматизации); низкий коэффициент по-
лезного действия, менее 0,3 (в том числе из-за плохих теплорасп-
ределительных сетей).

Вторая особенность сельскохозяйственных потребителей
теплоты — большая неравномерность тепловой нагрузки (коэф-
фициент использования максимума 0,25.„О,65). Это приводит к
перерасходу топлива в периоды провалов тепловой нагрузки.

Третья особенность сельскохозяйственных потребителей
состоит в том, что для нормальной жизнедеятельности животных,
птиц и растений нужна оптимальная температура окружающего
воздуха, а часто и обеспечение всех требований микроклимата.
Отклонение температуры от оптимальной или не обеспечение та-
ких требований, как влажность воздуха, газовый состав и т. д., от-
рицательно сказываются на протекании большинства жизненных
процессов.

Указанные особенности сельскохозяйственных предприятий и
обусловленные ими трудности теплоснабжения привели к поис-
кам других источников тепловой энергии, в том числе с использо-
ванием электрической энергии.

Применение электрической энергии. При ее использовании
можно:

автоматизировать технологические процессы, за счет чего в
1,5...2,5 раза сократить количество персонала, обслуживающего
тепловые установки и сети; на 20...25 % снизить энергозатраты; за
счет более высокой точности поддержания температурно-влажно-
стного режима в помещениях увеличить продуктивность и сохран-
ность животных и птиц, снизить расходы кормов;

повысить технический уровень производства, производитель-
ность и культуру труда рабочих и персонала;

увеличить надежность системы теплоснабжения;

снизить загрязнение окружающей среды или хотя бы сохранить
экологию в конкретном рассматриваемом месте;

иметь постоянную готовность электронагревательной установ-
ки (ЭНУ) к работе.

При использовании электроэнергии для получения теплоты не
понадобится сооружение котельной, наружных тепловых сетей,
складских топливных помещений и газоочистных устройств.

Экономический эффект от использования ЭНУ. Раньше счита-
лось, что электронагрев обусловливает перерасход энергетических
ресурсов из-за потерь при двукратном преобразовании энергии
топлива (сначала в электрическую на электростанции, а затем в
тепловую в электротермической установке). Однако в результате
всесторонних научных исследований и практикой выявлена эко-
номия первичных энергетических ресурсов при электронагреве.

Из расчетов, выполненных во ВИЭСХ, следует, что примене-
ние ЭНУ для молочных ферм с поголовьем 200...400 коров, свино-
откормочников до 6 тыс. голов, весенних теплиц до 1 га и других
объектов по затратам экономичнее тепловых установок, работаю-
щих на каменном угле.

Электронагрев не только экономически оправдан, но и рацио-
нален при местном обогреве животных и птиц, при обогреве в
парниках и теплицах и т. д. ЭНУ легко поддаются атоматизации,
просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Их коэффи-
циент полезного действия достаточно высок.
Главные составляющие эффективности при использовании
электронагрева — снижение капитальных вложений, уменьшение
фонда зарплаты при сокращении обслуживающего персонала и
экономия энергоресурсов.

Применение электронагрева в сельскохозяйственном производ-
стве. Следует отметить, что широкое применение электроэнергии
для электрификации процессов сдерживается отсутствием резерв-
ной мощности на селе, малой пропускной способностью сельских
электрических сетей, а также ограниченной номенклатурой элект-
ротермического оборудования.

В то же время из практики передовых хозяйств известно, что
электрический нагрев может быть с успехом применен во многих
процессах сельскохозяйственного производства.

Примеры применения электронагрева: вовцеводстве —
для подогрева воды при поении овец, обсушки новорожденных
ягнят, получения горячей воды, расходуемой на технические
цели, создания искусственного микроклимата в кошарах, в бас-
сейнах для купания животных, а также в ряде других технологи-
ческих процессов;

в молочном животноводстве — для электрона-
грева воды в моечных помещениях, на доильных площадках, в
системах автопоения, душевых установках; запаривания сочных
кормов и картофеля; подготовка концентрированных и силосо-
вание грубых кормов; пастеризации молока; обработки молоч-
ной посуды, частей доильной установки и танков, обогрева пола
и воздуха помещений, обсушки животных подогретым возду-
хом; подогрева обрата и молока для выпойки телят;

в птицеводстве — для инкубации и отопления и венти-
ляции птичников, подогрева воды и т. д.;

в растениеводстве открытого грунта — для
яровизации картофеля, теплового протравливания семян на се-
лекционных станциях, сушки плодов, овощей, хлопка, активного
вентилирования сена с подогревом воздуха;

в р а с т е н и е в о д с т в е защищенного грунта —
для обогрева воздуха и грунта в парниках и теплицах при выращи-
вании овощей, табака, хлопка, сеянцев цветов, черенков плодовых
культур, для обеззараживания почвы и т. д.

Электронагрев используют в сельскохозяйственных мастерских,
а также в быту сельского населения (для отопления жилых помеще-
ний, получения горячей воды, приготовления пищи и т. д.).

Использование специальных видов электротехнологии. Помимо
перечисленных процессов в сельском хозяйстве используют раз-
личные электрофизические и электрохимические методы, осно-
ванные на электрических и магнитных явлениях. Это позволяет
использовать не только тепловое действие электрического тока,
но и другие его технологические свойства: механическое (без ис-
пользования электродвигателей); химическое (получение хими-
ческих реагентов и ускорение химических реакций при обработке
продуктов и кормов); биологическое (управление поведением жи-
вотных, подавление или стимулирование жизнедеятельности мик-
рофлоры и микрофауны). Можно говорить также об электролити-
ческих процессах, используемых в ремонтном производстве и дру-
гих областях.

Благодаря методам электротехнологии в сельскохозяйственном
производстве стали возможными многие современные технологи-
ческие процессы.

Так, в животноводстве, растениеводстве и птицеводстве ис-
пользуют ионизаторы и электрофильтры воздуха, установки для
электрообеззараживания навоза и почвы, электрические сепара-
торы и электростимуляторы семян и зерна. Применяют различ-
ные импульсные генераторы в установках электроэрозионной и
электрохимической обработки металлов, в электрических изго-
родях, в установках с использованием электрогидравлического
удара. Используют установки для ультразвуковой и магнитной об-
работки материалов, специальные парогенераторы и плазмотроны
и т. п.

Контрольные вопросы и задания

1.	Охарактеризуйте электротехнологию как науку и область техники. 2. Какие
вопросы изучают в «Электротехнологии»? 3. Как выглядит энергетический баланс
в сельском хозяйстве? 4. Приведите примеры использования электротехнологи-
ческих процессов в основных и вспомогательных областях сельскохозяйственного
производства.

2.2.	ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ*

2.2.1.	ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
КАК НОСИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ. ЕГО ЧАСТНЫЕ ФОРМЫ

Реализацию большинства процессов электротехнологии связы-
вают прежде всего с проявлением электромагнитного поля. Рас-
пространение электромагнитного поля сопровождается движени-
ем электромагнитной энергии, представляющей собой сумму
энергий электрического и магнитного полей. Любое изменение
электрического или магнитного полей влечет за собой превраще-
ние электрической энергии в магнитную или магнитной в элект-
рическую.

Электромагнитное поле проявляется в различных формах:
электрического или магнитного поля, электромагнитных волн,
134
электрического тока и др. Каждая из этих форм несет соответству-
ющую ей энергию: электростатическую, магнитную, электромаг-
нитную, электрическую. Наибольшее практическое применение
получила электрическая энергия из-за относительной простоты ее
производства, передачи и преобразования в другие электрические
и неэлектрические виды.

Энергия электромагнитного поля обладает способностью по-
глощаться в различных средах и превращаться в тепловую, меха-
ническую, химическую или биологическую энергии. Воздействие
их на предметы труда в сельскохозяйственных процессах и опре-
деляет эффективность электротехнологии.

Движение энергии в электромагнитном поле характеризуется
вектором Пойнтинга

П=[ЁН],	(2.1)

представляющим собой поток энергии, В • А/м2, проходящий в
единицу времени через единичную площадь поверхности перпен-
дикулярно направлению движения энергии. В выражении (2.1)
Е — напряженность электрического поля, В/м; Н — напряжен-
ность магнитного поля, А/м.	_	_

Направление вектора П перпендикулярно векторам Е и Н и
совпадает с направлением движения энергии.

Мощность поглощенной электромагнитной энергии, поступа-
ющей в единицу времени в некоторый объем нагреваемого тела,
ограниченный поверхностью F,

5 = ^ПГЕ=-^[ЕН]б/Е.	(2.2)

С некоторой погрешностью можно также записать, что полная
мощность, В • А, при нагреве тела

S = -jndF = P + jQ,

F

(2-3)

где Р— активная мощность, расходуемая на нагрев тела, Вт; Q— реактивная мощ-
ность, вар.

2.2.2.	ПОГЛОЩЕНИЕ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ

Превращение энергии электромагнитного поля в другие виды
происходит при ее поглощении различными средами. Интенсив-
ность поглощения зависит от электрофизических свойств сред и
частоты поля. Необходимое условие поглощения — это наличие в
веществе тела свободных или связанных элементарных электри-
ческих зарядов, имеющих собственную частоту колебаний, мало
отличающуюся от частоты колебаний поля. Поглощение энергии
поля будет тем больше, чем ближе собственная частота колебаний
частиц тела к частоте колебаний поля.

В проводниках при низких частотах поля приходят в движение
свободные электроны и ионы, в результате образуется ток элект-
ронной или ионной проводимости. Связанные заряды металлов
слабо реагируют на низкие частоты, а электромагнитные волны
частотой выше 1 МГц отражаются металлическими телами. В ди-
электриках приемниками электромагнитной энергии на высоких
частотах становятся связанные заряды, образуя токи электричес-
кого смещения и т. д.

Поток энергии, определяемый вектором Пойнтинга, представ-
ляет собой функцию расстояния Z от поверхности поглощающей
среды и убывает (ослабляется) по экспоненциальному закону:

Sz= 5еехр(—2AZ),	(2.4)

где Se — мощность потока энергии на поверхности среды, В • А/м2; К—коэффи-
циент затухания волны, м-1.

Таким образом, интенсивность затухания волны и, следова-
тельно, поглощение энергии, определяются коэффициентом зату-
хания К, зависящим от электрофизических свойств среды и часто-
ты поля.

Для поглощающих сред коэффициент

(2.5)

где со —угловая скорость поля, рад/с, со = 2к/; еа—абсолютная диэлектрическая
проницаемость вещества, Ф/м; щ — абсолютная магнитная проницаемость веще-
ства, Г/м; у—удельная электрическая проводимость, См/м.

Для металлов

Величина

К=^у.ау/2.

(2.6)

(2-7)

где р — относительная магнитная проницаемость материала; щ = црд, цд — маг-
нитная постоянная, Г/м, ц0 = 4л -10-7; р — удельное электрическое сопротивле-
ние материала, Ом - м, р = 1/у,
носит название глубины проникновения поля (или тока) в прово-
дящую среду. Она определяет расстояние от поверхности в глубь
тела, в конце которого амплитуда плотности тока (или векторы
Е и Н) убывает в е = 2,7 раза.

Превращение поглощенной электромагнитной энергии в дру-
гие виды происходит в результате взаимодействий электрических
и магнитных полей с элементарными частицами тел (сред), с на-
веденными (индуцируемыми) в средах токами, с электрически за-
ряженными телами и т. д.

Следует отметить проявление указанных электрофизических
факторов в природе (особенно при грозовых явлениях), а также
воздействие электромагнитного поля на биологические объекты и
системы, что способствует энергетическим взаимопревращениям
в живых организмах.

Таким образом, можно сказать, что результат всех указанных
взаимопревращений — это различные технологические проявле-
ния или действия поля и тока. Основные из них: тепловое, маг-
нитное, механическое (благодаря механическим силам поля), хи-
мическое, биологическое действия тока. Разделение на действия
тока и поля часто проводят условно, но во всех случаях первопри-
чиной служит электромагнитное поле.

Рассмотрим эти технологические действия тока несколько под-
робнее.

Тепловое, или термическое, действие тока. Оно проявляется в
электронагреве тел (сред). Электронагрев происходит в результате
поглощения веществом электромагнитной энергии. Под воздей-
ствием электромагнитного поля свободные или связанные заряды
вещества совершают различного рода перемещения. При этом за-
ряды сталкиваются с нейтральными атомами, молекулами или за-
рядами противоположного знака и отдают им часть своего приоб-
ретенного в магнитном поле запаса кинетической энергии. В ре-
зультате тепловое движение вещества усиливается, что проявляет-
ся в повышении температуры вещества.

Однако это самая общая картина электронагрева. Вспомним,
что электромагнитное поле включает в себя две составляющие. В
одних случаях основным может быть электрическое поле, а маг-
нитное выражено незначительно. В других случаях — наоборот. В
третьих — обе части электромагнитного поля представлены весьма
заметно.

По характеру проводимости нагреваемые вещества подразде-
ляют на проводники, полупроводники, диэлектрики. Носителя-
ми зарядов в веществе могут быть электроны, ионы. Способ под-
вода электромагнитной энергии к веществу может быть различ-
ным.

В зависимости от сочетаний всех указанных условий различают
способы электронагрева, отличающиеся конкретным механизмом
преобразования электрической энергии в тепловую (хотя в широ-
ком плане механизм этого преобразования один).

Электронагрев сопротивлением состоит в том, что при протека-
нии электрического тока по проводникам, включенным в элект-
рическую цепь, в них выделяется теплота. Способ этот наиболее
распространен. Вспомним водонагреватели на закрытых трубча-
тых нагревателях, электрокалориферы; в быту — электроплитки,
электросамовары, тефали, утюги и т. д.

Дуговой электронагрев заключается в том, что теплота выделяет-
ся в электрической дуге, горящей в газовой среде. В сельскохозяй-
ственном производстве этот вид нагрева применяют в электросва-
рочных установках; в промышленности, кроме этого в электроду-
говых печах. Отдельно можно отметить плазмотроны, о которых
говорилось выше.

Индукционный нагрев состоит в том, что металлические изделия,
главным образом проводники первого рода, нагреваются вихревы-
ми токами, которые наводятся (индуктируются) в проводниках
при помещении их в переменное магнитное поле. В сельском хо-
зяйстве этот способ нагрева применяют для нагрева и закалки де-
талей в ремонтном производстве, для нагрева воздуха, почвы, су-
хих строительных смесей при их хранении, обогрева пола, стен и
производственных помещений в целом, косвенного подогрева
воды и т. п.

Диэлектрический нагрев заключается в том, что диэлектрики и
полупроводники, помещенные в переменное электрическое поле,
нагреваются за счет перемещения электрических зарядов при на-
личии электрической поляризации. Наиболее яркий пример при-
менения этого способа — установки УВЧ, которые используют для
сушки древесины, сельскохозяйственных материалов и продуктов,
а также их дезинсекции.

Магнитное действие тока. Оно отражает неразрывную связь
электрических и магнитных явлений — протекание тока всегда со-
провождается возникновением магнитного поля. На использова-
нии взаимодействия магнитных полей и электрического тока и их
взаимопревращении основан электромеханический метод преоб-
разования электрической энергии в электродвигателях, тяговых
электромагнитах, линейных двигателях и т. д. Магнитные поля
используют и непосредственно в технологических процессах для
изменения структуры и свойств неживой и живой материи, воз-
действуя на нее на молекулярном уровне.

Механическое действие тока. В отличие от электродвижущих
сил, действующих на элементарные заряды внутри тел, механи-
ческое действие тока на заряженные материалы, проводники с
током, электро- и магнитострикционные тела проявляется в виде
работы по перемещению тел или изменению их объема и плот-
ности.
Химическое действие тока. Оно состоит в том, что его протекание
в проводниках второго рода с ионной проводимостью сопровожда-
ется электролизом — окислительно-восстановительными реакция-
ми на электродах, в результате которых могут быть получены ве-
щества с новыми химическими свойствами.

Биологическое действие тока. Это действие, как уже говорилось,
заключается в том, что ток (или поле) влияет на протекание жиз-
ненных процессов в биологических объектах, причем это влияние
может быть как стимулирующим, так и угнетающим.

Биологическое действие электрического поля зависит от его
параметров, в частности напряженности поля Е, частоты ю, плот-
ности тока J, формы образуемого магнитного потока Ф, времени
воздействия т. Для каждого объекта нужны свои параметры поля и
режимы воздействия.

2.2.3.	ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ БАЛАНСЫ СИСТЕМ
ПРИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯХ ЭНЕРГИИ

Учитывая закон сохранения и превращения энергии, можно
составить энергетический баланс системы, поглощающей энергию
электромагнитного поля, и рассмотреть те преобразования энер-
гии, которые происходят.

Электромагнитные явления можно анализировать на основе
теории электромагнитного поля (первый метод) или используя
положения теории электрических и магнитных цепей (второй
метод).

Первый метод. С учетом выражений (2.2) и (2.3) для первого
метода анализа можно записать баланс электромагнитной энер-
гии, поступающей в тело, при отсутствии сторонних ЭДС (теоре-
ма Умова—Пойнтинга) как

-jX\dF=\yE2dV+l- J
v or v

гаЕ2 \iaH‘

2 +~2~

dV.

(2-8)

Уравнение (2.8) выражает закон сохранения энергии электро-
магнитного поля в объеме V, то есть поток энергии, поступающей
в единицу времени Эт в виде вектора Пойнтинга в объем V, огра-
ниченный замкнутой поверхностью F, расходуется на выделение в
объеме К джоулевой теплоты

P = \yE2dV
v

и на изменение энергии электромагнитного поля

dWЭ /еа£2

Эт Эт А 2
Ч

(2-9)

(2.Ю)

2
Выражение (2.10) позволяет определить те преобразования
энергии, которые происходят при изменении поля во времени т.

Указанный метод наиболее применим для анализа энергообме-
на электротермических преобразователей.

Второй метод (метод цепей) применим для систем с достаточ-
но медленно изменяющимися процессами, когда длина электро-
магнитной волны значительно превышает размеры элементов сис-
темы, которые можно рассматривать как цепи с сосредоточенны-
ми параметрами. К ним относят большинство электротехнических
устройств. Поэтому метод цепей, хотя и основан на определенных
допущениях, широко применяют в инженерных расчетах.

В электротехнологии используют оба метода.

Применяя второй метод, рассмотрим энергетический баланс
преобразования энергии в цепи переменного тока для некоторого
общего случая за время dx

Pdi = i2Rch + dA+ z(<pi — <p2)^T + dW,	(2.11)

где P— мощность источников тока; / — сила тока в цепи; R — внешнее сопротив-
ление цепи; dA — механическая работа, совершаемая системой; (<pt — <pj) — раз-
ность потенциалов в местах контакта разнородных проводников; dW— прираще-
ние электромагнитной энергии.

Левую часть равенства можно представить как энергию, посту-
пающую в систему от сторонних ЭДС (электромагнитных генера-
торов, химических источников тока, термоэлектрических и других
генераторов).

Составляющая i2Rdx представляет собой теплоту, выделяемую
вследствие омического сопротивления элементов цепи в соответ-
ствии с законом Джоуля—Ленца. Превращение электрической
энергии в механическую dA возможно при перемещениях элемен-
тов цепи, например в результате взаимодействия проводников, в
которых протекает ток, с магнитным полем и т. п.

Составляющая /(<Р1 — <Рг) — это работа при наличии контактной
разности потенциалов. Последняя возникает в месте контакта раз-
нородных металлических проводников (полупроводников) или
проводников первого и второго рода. В первом случае работа
тока превращается в месте контакта в теплоту Пельтье, которая
пропорциональна току. Во втором случае на поверхности про-
водников первого рода (электродов) протекают химические ре-
акции, то есть электрическая энергия преобразовывается в хими-
ческую. Работа, совершаемая в контактах, в наибольшей степени
проявляется при постоянном токе и зависит от его направления
движения.

Составляющая dW — это та часть энергии, которая расходуется
на увеличение энергии магнитного и электрического полей, если
в цепи имеются электромагниты и конденсаторы.


Контрольные вопросы и задания

1.	Дайте характеристику электромагнитного поля как носителя энергии.
2. Расскажите о частных формах электромагнитного поля. 3. Как происходит пре-
вращение поглощенной электромагнитной энергии в другие виды энергии или
тока? 4. Напишите уравнения энергетических балансов систем при преобразова-
ниях энергии.

2.3.	ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТОВ
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

2.3.1.	ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В ТЕПЛОВУЮ

В энергопотреблении сельскохозяйственного производства
тепловая энергия занимает более половины общего баланса. Это
объясняется тем, что все основные технологические процессы в
сельском хозяйстве связаны с использованием тепловой энергии.

Электронагрев применяют в сельскохозяйственном производ-
стве для получения различных видов тепловой энергии, использу-
емой в технологических целях для нагрева всевозможных материа-
лов, средств и объектов, в том числе биологических.

С физической точки зрения электрический нагрев происходит
в результате поглощения нагреваемым веществом электромагнит-
ной энергии.

Под воздействием электромагнитного поля свободные или свя-
занные заряды вещества совершают различного вида перемеще-
ния. При этом заряды сталкиваются с нейтральными частицами
или зарядами противоположного знака и отдают им часть своего
приобретенного в электромагнитном поле запаса кинетической
энергии. В результате тепловое движение частиц вещества усили-
вается, что проявляется в повышении температуры вещества.

Любая электронагревательная установка (ЭНУ) имеет нагрева-
тель, непосредственно преобразующий электрическую энергию в
тепловую, корпус, теплоизолирующие и другие вспомогательные
элементы и устройства, объединенные в единой конструкции для
обеспечения определенного технологического процесса.

Классификация ЭНУ.

По особенностям нагрева различают ЭНУ прямо-
го и косвенного нагрева. ЭНУ прямого нагрева преобразуют элект-
рическую энергию в тепловую непосредственно в самом нагревае-
мом веществе, ЭНУ косвенного нагрева — вне его, а теплота на-
греваемому веществу передается теплопроводностью, конвекцией,
излучением или промежуточным циркулирующим веществом. За
счет меньших тепловых потерь ЭНУ прямого нагрева имеют боль-
шее значение теплового КПД, однако не для всех веществ они мо-
гут быть использованы с целью нагрева в отличие от более универ-
сальных ЭНУ косвенного нагрева.
По характеру нагрева ЭНУ бывают периодического
действия и непрерывного. В ЭНУ периодического действия после-
довательно чередуются операции загрузки нагреваемого материа-
ла, его нагрева и выгрузки. В ЭНУ непрерывного действия нагре-
ваемый материал непрерывно проходит через установку и за время
движения от входа до выхода нагревается от начальной до конеч-
ной температуры. Если нагреваемый материал — жидкость, то
установки периодического действия называют непроточными, а ус-
тановки непрерывного действия — проточными.

По режиму электропотребления различают ЭНУ,
работающие по свободному графику и по принудительному (режим-
ному). ЭНУ, работающие по режимному графику, оборудуют уст-
ройствами аккумулирования теплоты.

По температуре нагрева ЭНУ подразделяют на низко-
температурные (до 600 °C), среднетемпературные (от 600 до
1250 °C) и высокотемпературные (свыше 1250 °C). Среднетемпера-
турные и высокотемпературные ЭНУ называют часто электротер-
мическими установками (ЭТУ). В сельскохозяйственном производ-
стве преимущественно используют низкотемпературные ЭНУ.

По технологическому использованию выделя-
ют универсальные и специальные ЭНУ. Универсальные ЭНУ ис-
пользуют для различных технологических процессов , чаще всего
это установки косвенного нагрева (электроводонагреватели, элек-
трокалориферы).

Специальные ЭНУ предназначены для конкретных технологи-
ческих процессов (обогрев парников, пастеризация молока, сушка
зерна и т. п.) и имеют соответствующее исполнение.

Очень важна классификация ЭНУ по способу элект-
ронагрева.

Основные способы электронагрева', сопротивлением, дуговой,
индукционный, диэлектрический, термоэлектрический, элект-
ронный, лазерный и инфракрасное облучение.

Электронагрев сопротивлением заключается в том, что при
протекании тока по проводнику в нем выделяется теплота Q, Дж,
определяемая законом Джоуля—Ленца

(2 = Г Ri,	(2.12)

где У—действующее значение тока в проводнике, А; Л — активное сопротивление
проводника, Ом; т — продолжительность нагрева, с.

Мощность, которая при этом развивается, Вт,

P=Q/i=I2R.	(2.13)

Поскольку I = P/U, где ^—напряжение, В, то R = U2/P, что
удобнее при определении электрического сопротивления устано-
вок, так как для расчета чаще всего используют значения Ри U.
2.3.2.	ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА

При нагревании какого-либо тела (вещества) стремятся сокра-
тить время достижения необходимой температуры. Поэтому про-
водят расчеты, считая, что процессы нагрева с режимами теплопе-
редачи в конечном итоге стационарны.

Процессы нагрева, связанные с переносом теплоты и в особен-
ности с изменением теплосодержания и фазового состояния мате-
риалов, по своей природе динамичны и протекают во времени по
определенным законам. Это относится прежде всего к установкам
периодического действия, а также к переходным режимам устано-
вок непрерывного действия, имеющих значительную тепловую
инерцию.

Рассмотрим простейший случай нестационарного процесса —
нагрев материала однородного и изотропного тела объемом V с
удельной теплоемкостью С, плотностью р и массой т = Ур. Пред-
ставим, что внутри материала имеется источник теплоты постоян-
ной мощности Р, а вся наружная поверхность тела площадью F
имеет контакт с окружающей средой и отдает ей теплоту.

Обозначим превышение температуры материала Тм над темпе-
ратурой окружающей среды Гокр через 0 = Тм - Гокр = А Г. Примем,
что температура Ты в любой момент времени одинакова во всех
точках объема тела; удельная теплоемкость материала С и, следо-
вательно, его полная теплоемкость CI= VpC, а также коэффици-
ент теплоотдачи к^ не зависят от превышения температуры 0.

За время dx часть энергии Pdx, подводимой к материалу, расхо-
дуется на нагрев (С//0), а часть k^FQdx теряется в окружающей сре-
де, то есть

Pdi = CTd 0 + k^FQdt.	(2.14)

Преобразуем выражение (2.14), разделив его члены на Cftft и
перенеся левую часть в правую,

(215)
di Ст Ст

Получим уравнение процесса электронагрева, представляющее
собой дифференциальное уравнение первого порядка.

Время нагрева т — один из параметров, определяющих режим
нагрева материала. Поэтому решим уравнение (2.15) относительно
т, приняв, что температуры материала Тм и окружающей среды
Токр в начальный момент одинаковы и 0О(А7) — 0- Получим

= Cjd$(P — k^FQ).	(2.16)

Проинтегрировав выражение (2.16) и определив постоянную
интегрирования из принятых условий задачи, окончательно полу-
чим

т - —— In---.

ktF P—ktFQ

(2.17)

Полагая Ст = тС, определим по выражению (2.17), что время
нагрева определяется массой вещества т, его теплоемкостью С,
мощностью нагрева Р, а также теплоотдающей способностью /^F.

Величину, равную отношению Сг материала к его теплоотдаче
k^F, называют постоянной времени нагрева, то есть T=CJktF=
= mC/k^F.

С учетом последнего имеем

т = 71п

Р
P-k.FQ

(2-18)

Постоянная времени нагрева Т — важный параметр теплового
объекта и, как видно из его выражения, не зависит от мощности,
подводимой к телу, а только от условия его теплообмена с окружа-

Рис. 2.1. Временные характеристики
процессов нагрева и охлаждения:

а — превышение температуры; б— скорости
нагрева и охлаждения

ющеи средой.

Из выражения (2.18) может
быть определено превышение
температуры нагрева

e = U7(V)](i-e-T/7). (2.19)

На рисунке 2.1, а показано
графическое изображение вы-
ражения (2.19), из которого
видно, что при т = оо превыше-
ние температуры принимает
установившееся значение

%n = P/{k^F),
поэтому

0 = еуст(1-е^/7). (2.20)

Из приведенного выраже-
ния следует, что при т = Т от-
ношение 0/еуст = О,63. На ос-
новании этого постоянную
времени Т можно определить
как время, необходимое для
достижения значения, равного
0,63 Оуст- С точностью до 1 %
считают, что температура достигает установившегося значения че-
рез время, равное 5Т.

При отключении электротермической установки от сети нагре-
ваемый материал будет охлаждаться. Так как энергия, подводимая
к установке, в этом случае равна нулю, то левая часть уравнения
(2.14) также равна нулю, следовательно

QJO + k^FQdi — 0.

(2.21)

Если охлаждение при т = 0 начинается с установившегося зна-
чения превышения температуры 0уСТ, то аналогичным образом из
уравнения (2.21) получаем

6 =	P/k^Fer^7.

(2.22)

При т — Т имеем 0/0уст = 0,37, и охлаждение практически за-
кончится через время, равное 5Т.

Из экспоненциального характера изменения превышения тем-
пературы при нагреве и охлаждении следует, что их скорости из-
меняются во времени.

Чтобы определить скорость нагрева vHarp, дифференцируют
уравнение нагрева (2.20) по времени:

_de_ Руст о_т/г
vHaip	т

(2.23)

Скорость охлаждения уохл находят, дифференцируя уравнение
(2.22):

_dG _ Руст
dz Т

(2-24)

Из анализа последних выражений видно, что скорость нагрева
и охлаждения экспоненциально убывают до нуля через время
т = оо, а практически через время, равное 5Т. На рисунке 2.1, б по-
казаны зависимости скоростей нагрева и охлаждения от времени.
Максимальная скорость нагрева v11^^ имеет место в начальный
момент, когда отсутствует температурный перепад между нагрева-
емым материалом и окружающей средой. При охлаждении ско-
рость снижения температуры имеет максимальное значение vm^
также в начальный момент времени.

Динамика превышения температуры и скорости нагрева влияет
на энергетические показатели процесса, в первую очередь на теп-
ловой КПД. В случае нагрева он определяется отношением полез-
но израсходованной энергии к затраченной:

т]т = CTdQ/Pdx,

(2.25)
следовательно,

т]т = 1 - 0/еуст.	(2.26)

Выражение (2.26) представляет собой уравнение прямой, по-
этому т]т принимает значение 1 при 0 = 0, то есть в начале нагрева,
и 0 при 0 = 0уСТ.

Если в уравнение (2.26) подставить выражение (2.20), то полу-
чим зависимость т]т от времени

Т]т = е^г/Г.	(2.27)

Из формулы (2.27) следует, что тепловой КПД в функции вре-
мени убывает экспоненциально от единицы в начале нагрева до
нуля при достижении 0уСТ, когда вся подводимая мощность пере-
дается в окружающую среду.

Следует сказать, что данный анализ динамики нагрева основан
на допущениях, которые могут не всегда соответствовать реально-
му протеканию процессов нагрева и охлаждения.

2.3.3.	СПОСОБЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА И КЛАССИФИКАЦИЯ
ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Если в качестве проводника используют непосредственно
само нагреваемое вещество, то осуществляется прямой электро-
нагрев сопротивлением, который называют электроконтактным
(рис. 2.2, о) при нагреве токопроводящих твердых веществ (про-
водников первого рода) и электродным (рис. 2.2, 6) при нагреве
токопроводящих веществ, содержащих воду (проводников второго
рода). Существует способ электронагрева в электролите — комби-
нация электродного нагрева и нагрева газожидкостного слоя, ок-
ружающего разогреваемую деталь, в котором выделяется основная
доля теплоты.

Нагрев способом сопротивления. Он может быть реализован кос-
венным путем независимо от его агрегатного состояния и электро-
физических свойств.

Схема, иллюстрирующая такой способ нагрева, показана на
рис. 2.2, в. Вещество Я нагревается за счет теплоты Q, получаемой
в отдельном нагревательном элементе НЭ сопротивлением R при
протекании тока I. Способ получил название косвенного или эле-
ментного электронагрева сопротивлением.

ЭНУ прямого и косвенного электронагрева сопротивлением
широко распространены в сельскохозяйственном производстве
для целей электрообогрева и электроотопления различных произ-
водственных и бытовых помещений, нагрева технологической и
питьевой воды, термообработки кормов и сушки различной сель-
КУ

Рис. 2.2. Схемы основных способов преобразования электрической энергии
в тепловую:

а — сопротивлением электроконтактный; б—сопротивлением электродный; в —сопротивле-
нием косвенного нагрева; г, д — индуктивного прямого и косвенного нагрева; е, ж — электро-
дуговой косвенного и прямого нагрева; з —диэлектрический; и —термоэлектрический; В—
нагреваемое вещество; КУ— контактное устройство; Э — электрод; ЭД— электрическая дуга:
НЭ — нагревательный элемент; И— индуктор; ЕК— металлический сосуд

скохозяйственной продукции и др. ЭНУ применяют в виде раз-
личных электроводонагревателей, электрокалориферов, электри-
ческих обогреваемых панелей, ковриков, грелок, манежей, элект-
ропечей сопротивления и др.

Дуговой электронагрев. Его осуществляют при преобразовании
электрической энергии в тепловую посредством электрической
дуги, представляющей собой высокотемпературную электропро-
водящую плазму. Электрическая дуга горит между двумя электро-
дами, к которым подводят напряжение от источника питания
(рис. 2.2, е). При прямом электродуговом нагреве один из элект-
родов представляет собой нагреваемое вещество, например плавя-
щийся металл (рис. 2.2, ж).

Электродуговой нагрев используют в основном для плавки и
высокотемпературной резки металлов, их сварки. ЭНУ дугового
нагрева выполняют в виде различных электродуговых плавильных
печей, сварочных трансформаторов и преобразователей, блоков
силовых выпрямителей и тиристоров, установок плазменного на-
грева и др., которые широко используют на ремонтных предприя-
тиях и в мастерских при монтаже всевозможных металлоконструк-
ций и ремонте сельскохозяйственной техники.

Индукционный электронагрев. Его осуществляют переменным
магнитным полем путем помещения токопроводящего вещества,
например металлической заготовки (рис. 2.2, г), внутрь катушки
И, называемой индуктором, по которой протекает переменный
ток. Этот ток создает переменный магнитный поток Ф, который в
соответствии с законом электромагнитной индукции наводит (ин-
дуцирует) в токопроводящем веществе В (в металлической заго-
товке) ЭДС е = —d<b/dt. Под действием индуцируемой ЭДС в заго-
товке возникают вихревые токи (токи Фуко), нагревающие ее на
основании закона Джоуля—Ленца [см. формулу (2.12)]. Схема
(см. рис. 2.2, г) иллюстрирует прямой индукционный нагрев, при
котором индуктор образует как бы первичную обмотку трансфор-
матора с закороченной вторичной обмоткой в виде нагреваемой
заготовки.

Для индукционного нагрева неэлектропроводных или жидких
веществ используют косвенный индукционный нагрев (рис.
2.2, д). В этом случае вещество нагревают в металлическом цилин-
дрическом сосуде ЕК, который в свою очередь разогревается инду-
цируемыми в нем токами, вызываемыми переменным потоком от
размещенного на сосуде индуктора И.

В зависимости от целей нагрева, размера тел и свойств веще-
ства для индукционного нагрева применяют установки с токами
низкой (до 50 Гц), промышленной (50 Гц), средней (до 10 кГц) и
высокой (свыше 10 кГц) частоты.

Используют также индукционные устройства промышленной
частоты с многовитковым индуктором в ферромагнитной трубе и
водонагреватель-трансформатор, вторичная обмотка которого вы-
полнена из стальных труб, замкнутых накоротко для нагрева про-
точной воды.

Установки индукционного нагрева широко используют для
индукционной плавки и нагрева металлов, косвенного электро-
нагрева жидких, газообразных и сыпучих веществ, а также почвы,
пола и стен различных строений, в том числе сельскохозяйствен-
ного назначения.

Диэлектрический электронагрев. Его осуществляют переменным
электрическим полем и используют для нагрева веществ, обладаю-
щих свойствами диэлектриков и полупроводников.

Рабочая камера установки диэлектрического нагрева (рис.
2.2, з) представляет собой своеобразный конденсатор, подключае-
мый к высокочастотному источнику переменного напряжения G,
между обкладками которого помещают нагреваемое вещество В.
Под действием высокочастотного переменного электрического
поля Е, образующегося между обкладками конденсатора, проис-
ходит периодическая знакопеременная поляризация ионов и по-
лярных молекул вещества. В результате периодического преодоле-
ния ими межмолекулярного трения и сил инерции в веществе В
выделяется тепловая энергия.

Преимущество диэлектрического нагрева в том, что
преобразование подводимой электрической энергии в тепловую
происходит непосредственно внутри нагреваемого тела и одновре-
менно по всему его объему. Это определяет независимость скорос-
ти нагрева от размеров и теплопроводности нагреваемого тела.
Последнее особенно важно для материалов с низкой теплопровод-
ностью. Кроме того, при сушке градиенты температуры, влажнос-
ти и давления действуют из внутренних частей к поверхности
тела, что благоприятно сказывается на удалении влаги.

В пищевой технологии и в быту диэлектрический нагрев в фор-
ме СВЧ-нагрева используют для варки, сушки, размораживания,
разогрева и других видов тепловой обработки продуктов. В сель-
ском хозяйстве он может быть использован для сушки семян, зер-
на, чая, табака, фруктов, пастеризации и стерилизации молока и
молочных продуктов, фруктовых и ягодных соков, консервной
продукции, дезинсекции семян и шелковичных коконов, борьбы с
сорняками, вулканизации резины, лечения животных и др.

Термоэлектрический нагрев. Он основан на эффекте Пельтье и
является косвенным (рис. 2.2, и). Сущность его состоит в том, что
при протекании постоянного электрического тока через переход
(спай) полупроводниковых материалов дополнительно к теплоте
Джоуля—Ленца [см. формулу (2.12)] нар — п переходе происходит
выделение теплоты при прямом направлении протекания тока от
p-элемента к л-элементу, и наоборот, при обратном протекании
тока — поглощение теплоты (охлаждение). Таким образом, в термо-
электрической батарее чередуются горячие спаи, на которых выде-
ляется теплота, и холодные, на которых происходит охлаждение.

Термоэлектрический нагрев и охлаждение используют в термо-
электрических холодильниках, в которых холодные спаи батареи
расположены в холодильной камере, а горячие — снаружи.

Электронный нагрев. Он основан на выделении теплоты при
бомбардировке нагреваемого тела в вакууме потоком электронов,
выделяемых катодом и ускоряемых достаточно большим напряже-
нием. Основные технологические особенности электрон-
ного нагрева — высокая концентрация мощности, возможность ее
плавного регулирования. Недостатки — необходимость в вы-
соком вакууме, опасность из-за рентгеновского излучения.

Ионный нагрев. Он основан на выделении теплоты в нагревае-
мом теле потоком ионов, образованных электрическим зарядом в
вакууме. Ионный нагрев используют в процессах химико-терми-
ческой обработки металлов.

Лазерный нагрев. При лазерном нагреве используют энергию
мощного концентрированного светового луча. Технологические
особенности и свойства лазерного нагрева во многом совпадают
со свойствами электронного нагрева. Преимущества — ла-
зерный нагрев не сопровождается рентгеновским излучением,
стоимость установок меньше и они проще в обслуживании.

Три указанных выше способа преобразования электрической
энергии в теплоту не получили пока широкого применения в
сельском хозяйстве в отличие от описанного выше инфракрасного
облучения (см. раздел 1).

ЭНУ работают на постоянном и переменном токе низкой, про-
мышленной, средней и высокой частоты с напряжением от 1 до
10 000 В. Большая их часть работает при напряжении 380/220 В.

2.3.4.	ВИДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОК

В зависимости от цели расчета ЭНУ различают: конструктив-
ный, проверочный и расчет по выбору оборудования [13].

Конструктивный расчет выполняют при проектировании но-
вой ЭНУ, когда определяют тепловые, электрические и массогаба-
ритные показатели, по которым в дальнейшем может быть изго-
товлено оборудование.

Проверочный расчет выполняют при проверке готового изде-
лия, выпускаемого промышленностью. Целью расчета может быть
проверка возможности использования данного изделия в конкрет-
ных условиях эксплуатации; в условиях, отличающихся от паспор-
тных данных; при отсутствии этих данных у ЭНУ; при планируе-
мой модернизации установки и т. п.

Расчет по выбору оборудования проводит пользователь ЭНУ. По
результатам расчета покупатель выбирает ЭНУ по паспортным
данным, приводимым в каталогах. Выбор может осуществляться
между отечественными и импортными изделиями; между техно-
логически разными устройствами, имеющими различные возмож-
ности регулирования и т. д.

Конструктивный и проверочный расчеты выполняют по одной
и той же методике и по одним и тем же расчетным соотношениям.

Содержание указанных расчетов ЭНУ имеет тепловую и элект-
рическую части. Такое подразделение определяется тем, что ЭНУ
совмещает в себе функции потребителя (или приемника) электри-
ческой энергии и источника тепловой энергии.

Тепловая часть расчета ЭНУ нужна для определения ее тепло-
вой мощности, температуры отдельных элементов конструкции,
теплового КПД, расчета тепловой изоляции и др.

Электрическая часть предназначена для выбора питающего на-
пряжения и частоты тока, определения электрического КПД и ко-
эффициента мощности, разработки электрической схемы и спосо-
ба регулирования мощности, определения электрических пара-
метров и геометрических размеров ЭНУ.
Основные параметры любой ЭНУ — тепловая мощность уста-
новки, род тока и напряжение питания, КПД и электрическая
мощность установки, коэффициент мощности и массогабаритные
показатели.

2.3.5.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭНУ

В расчетах методически правильнее говорить не о полезной
тепловой мощности, идущей непосредственно на осуществление
технологического процесса нагрева, а о полезно расходуемом теп-
ловом потоке Фп.

В общей случае полезный тепловой поток Фп, Вт, необходимый
для разогрева, изменения фазового состояния вещества (плавле-
ние, испарение) и дальнейшего его нагрева с помощью ЭНУ, оп-
ределяют по выражению

Фп — mtl Ст( ^2т— ^1т)+<7т.ж "* 0к( ^2ж— ^1ж)] >	(2.28)

где т, — массовая производительность установки, кг/с, для ЭНУ периодического
действия т, = тД,™ (т — масса нагреваемого вещества, кг; /нагр — продолжитель-
ность нагрева, с); Q, С* — удельные теплоемкости нагреваемого вещества в твер-
дом и жидком состоянии, Дж/(кг • °C); Т1т, Т2т и Т1ж, ?2Ж — начальная и конечная
температуры нагрева вещества в твердом и жидком состоянии, °C; дТЖ —удельная
теплота изменения фазового состояния вещества (плавление, испарение), Дж/кг.

В случае нагрева вещества без изменения его фазового состоя-
ния выражение в квадратных скобках уравнения (2.28) упрощается
до одного первого слагаемого.

Полезно расходуемый тепловой поток ЭНУ, Вт, должен быть
равен

Фп = Ф- Фк-Фо,	(2.29)

где Ф — полный тепловой поток установки, Вт; Фк —тепловой поток на нагрев
конструкции, Вт; Фо — тепловой поток, теряемый на нагрев воздуха и в окружаю-
щую среду, Вт.

Тепловой (термический) КПД ЭНУ

Пт = Фп/Ф-	(2.30)

Значения т]т для основных ЭНУ сельскохозяйственного назна-
чения приведены далее:

Тип ЭНУ

Электродные водонагреватели и парогенераторы
Проточные элементные водонагреватели
Электрические нагреватели-термосы

Электрокалориферы

Электрические печи сопротивления

Электросварочные установки

Высокочастотные установки

Бытовые электроприборы

Пт
0,8—0,97
0,95-0,98
0,85-0,95
0,95-1
0,7...0,9
0,5-0,95
0,6-0,9
0,6-0,8
Потребляемая из сети электрическая мощность Р, Вт, больше
полного теплового потока Ф на значение, равное сумме электри-
ческих потерь мощности ДРЭ, возникающих в элементах электри-
ческих схем ЭНУ (трансформаторах, преобразователях, проводах
и др.). Они зависят от способа нагрева и учитываются электричес-
ким КПД установки т]э, то есть

Р= Ф + ДРЭ = Ф/т]э.

(2-31)

Значения КПД т]э установок:

Способ нагрева

Сопротивлением
Электродуговой
Индукционны й
Диэлектрический
Электронный и лазерный

Пэ
=1

0,4...0,5
0,3...0,45
До 0,005

С учетом сказанного баланс мощностей ЭНУ можно записать в
виде

Р = ДРЭ + ФК + ФО + ФП,

(2.32)

где Р часто определяют как расчетное значение мощности установки Рр, Вт;

Л> = фп/п,

(2.33)

Я — общий КПД установки, т] = Т1ТТ]Э.

Учитывая необходимость увеличения мощности ЭНУ из-за
снижения напряжения питания, выхода из строя отдельных нагре-
вателей, покрытия их накипью и др., установленную (присоеди-
ненную) мощность ЭНУ Ру принимают несколько больше расчет-
ной (потребляемой) электрической мощности Рр:

Ру=К3Рр=

КФ КФ

_ з^*п

ПтЛэ

(2.34)

где К, — коэффициент запаса, принимают К3 = 1,1...1,3.

Отметим, что при известном удельном расходе электрической
энергии на нагрев и известной производительности процесса ус-
тановленную мощность ЭНУ можно определить по формуле



(2.35)

где V, — объемная производительность установки (т„ т/ч, или К, м3/ч); а — удель-
ный расход электроэнергии, кВт • ч/т или кВт  ч/м3.

Значение электрического т]э может быть уточнено по паспорт-
ным данным используемых ЭНУ. Значение теплового т]т опреде-
ляется тепловыми потерями, которые в каждом конкретном слу-
чае могут значительно отличаться от типового значения из-за из-
менения технологического режима установки, нарушения тепло-
изоляции и др. Поэтому в различных случаях их целесообразно
уточнять и принимать меры к их снижению.

Тепловой процесс

Электропастеризация молока

Электрозапаривание картофеля

Электротермическая обработка соломы

Электронагрев воды в емкостных водонагревателях

а

83,5 кВт • ч/т
70 кВт • ч/г
180 кВт ч/т
1,3 кВт-ч/м3

Тепловые потери Фк + Фо [см. формулу (2.29)] в расчетах часто
принимают состоящими из потерь теплопередачей Фтт и потерь
излучением Фт и, Вт,

(2.37)

Фт.т = Ф^р,	(2.36)

где Ф' — поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2; Fp — расчетная пло-
щадь поверхности стенки, м2;

ф,_Д7’_ ДТ

где \Т— разность температуры на поверхностях стенки, °C; 7^ — тепловое сопро-
тивление стенки, °С/Вт; I—толщина стенки, через которую проходит тепловой
поток, м; X — теплопроводность материала стенки, Вт/(м • °C).

Потери излучением на основании закона Стефана—Больцмана

Фт.и ~ Тис ~ Пр),	(2.38)

где с = 5,67 • 10~8 — постоянная Больцмана, Вт/(м2 • К4); е' — степень черноты
теплопоглощающей поверхности (е'< 1); F— площадь теплопоглощения, м2; Тис,
Тпр — абсолютные температуры источника и приемника теплового излучения, К.

Потери теплоты существенны лишь при ДТ= Ткс — Тпр > 100 К.

В случае меньшей разности температур ДТ теплопотерями из-
лучением Фт и можно пренебречь.

2.3.6.	РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Тепловая изоляция в ЭНУ служит для снижения потерь тепло-
вого потока Фо в окружающую среду. Уменьшить потери теплоты,
следовательно, увеличить КПД ЭНУ можно, увеличив толщину
изоляции 5 или использовав изоляцию с меньшей теплопроводно-
стью X.

Выбор тепловой изоляции определяется температурными ре-
жимами, окружающей средой, санитарно-гигиеническими усло-
виями и др. Важнейший показатель — ее стоимость. Требования,
предъявляемые к изоляции, часто противоречивы: она должна вы-
держивать высокие температуры и механические нагрузки и в то
же время быть тоньше, легче и как можно дешевле. Поэтому часто
изоляцию делают многослойной из различных материалов. Наи-
более дешевыми материалами считают: стекловату, стеклоткань,
асбест, асбошифер, различного вида картон, пластикат, ряд сыпу-
чих материалов и др.

Существует три метода расчетов толщины тепловой изоляции.

Первый метод основан на допустимом снижении температуры
горячей воды в электронагревателе (ЭНУ) или тепловодоаккуму-
ляторе (ТВА) за первый час после его отключения от сети.

Следует отметить, что теплоизоляцию можно считать удовлет-
ворительной, если вода за час снижает свою температуру на
1,5...4 °C, и хорошей, если — на 0,5—1 °C. При этом предполагают,
что ЭНУ непроточного типа имеет корпус (емкость), а при про-
точной ЭНУ — аккумулирующий бак достаточной вместимости
(200... 1600 л). По указанному условию толщина изоляции должна
быть

5=Хиз|яг/’- — 1	(2.39)

I “и/

где — теплопроводность материала тепловой изоляции, Вт/(м • °C); F— пло-
щадь теплоотдающей поверхности водонагревателя, м2; <Хц — коэффициент тепло-
отдачи от наружной поверхности водонагревателя, Вт/(м” • °C), в зависимости от
изоляции покровного слоя ан = 6,5...12Вт/(м2-°С), Д. — требуемое термическое
сопротивление теплопередаче от воды к окружающей среде, °С/Вт,

(2-40)
ф0

72 — температура воды в баке, обычно 72 = 90°С; То — температура окружающей
среды (7О принимают равной 15 °C); Фо —средний тепловой поток, Дж/с, теряе-
мый горячей водой в окружающую среду при ее остывании за 1 ч,

ФО = Л/СД 7/3600,	(2.41)

М—масса воды в водонагревателе, кг; С — теплоемкость воды, равная 4190
Дж/(кг - °C); Д 7 задают в пределах от 0,5 до 4 °C.

В некоторых случаях, чтобы не увеличивать толщину изоляции,
приходится мириться с определенными потерями теплоты и с не-
которым ухудшением КПД ЭНУ. В этом случае используют метод
расчета 8 по нормируемой температуре наружной поверхности
ЭНУ (синоним определения — «по заданному КПД ЭНУ»):

g_ ^-ИЗ — Гп
ан Гп-Т0’

(2-42)

где 7П — температура поверхности ЭНУ, часто принимаемая равной 35 °C.
С учетом сказанного ранее определяем

§_Хиз 90-35°С_275Хиз
«н 35 -15 °C ’ «н

(2.42')

Выбор материала и толщины слоя изоляции может рассматри-
ваться как технико-экономическая задача по определению мини-
мума приведенных затрат. Решение этой задачи [13] дает возмож-
ность определить оптимальную толщину тепловой изоляции выб-
ранного вида:

^Лиз>

(2-43)

где Rj — экономически целесообразное термическое сопротивление, °С/Вт,

ДТСТ/ИС„

(Са + Ен )СИЗХИЗ

(2-44)

ДТ—разность температур внутренней и наружной поверхностей тепловой изоля-
ции, "С; Ст — стоимость тепловой энергии, руб/Дж; /исп — продолжительность ра-
боты установки в году, с; Са — коэффициент амортизации и ремонта, Са = 0,1;
Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, Еи =
= 0,15; Сиз —оптовая цена тепловой изоляции, руб/м3.

Из анализа уравнений видно, что при заданных режимах рабо-
ты ЭНУ (Л Г и /ИС11) толщина тепловой изоляции тем больше, чем
больше ее теплопроводность и выше стоимость тепловой энергии.
При меньшей оптовой цене возможно экономичное увеличение
тепловой изоляции.

2.3.7.	ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
ДЛЯ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ.
ВЫБОР. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ

Большое значение для установок электротехнологии имеют так
называемые вторичные источники питания. К ним относят специ-
альные трансформаторы, статические и машинные преобразовате-
ли напряжения, частоты и другие аппараты. Иногда в этой роли
могут выступать различные силовые аппараты, предназначенные
для электроснабжающих и распределительных сетей.

Правильный выбор указанных установок безусловно способ-
ствует рациональной эксплуатации электротехнологического обо-
рудования.

Силовые трансформаторы. При оборудовании электрообогрева
защищенного грунта в парниках и теплицах, обогреваемого пола в
животноводческих помещениях, а также для включения различно-
го электротехнологического оборудования, в том числе установок
электронагрева, применяют силовые трансформаторы с нормаль-
ным, пониженным и низким напряжением на вторичных обмот-
ках.

Напряжение вторичных обмоток трансформаторов, В,

U2=UX/K^,	=	(2.45)

где Ux — напряжение на первичной обмотке, В;	— коэффициент трансформа-

ции; И’1, W2~ число витков первичной и вторичной обмоток.

Однофазные силовые трансформаторы ОМС (однофазные, мас-
ляные, для сельского хозяйства) устанавливают на опорах и ис-
пользуют для электроснабжения отдельных животно-
водческих ферм и жилых домов. Их номинальная мощность 5 и
10 кВ • А, напряжение первичных обмоток 6 и 10 кВ, напряжение
на низкой стороне 2 х 220 В.

Выпускают также однофазные силовые трансформаторы серии
ОМП мощностью 4 и 10 кВ • А и серии ОМ мощностью от 0,63 до
50 кВ - А с высшим напряжением 6 и 10 кВ. Вторичное напряже-
ние 0,115/0,23 кВ: 0,23 и 0,38 кВ.

Специально для электронагрева выпускают транс-
форматоры серии ОСУ со шкалой мощности от 100 до 12 кВ • А с
высшим напряжением 380 или 220 В и низшим от 3,15 до 49 В.

Для этих же целей могут быть использованы однофазные
трансформаторы ТОС и ТОСБ мощностью 1,5 и 2,5 кВ • А с вто-
ричным напряжением 12,127 и 230 В.

Трехфазные силовые трансформаторы, которые могут быть при-
менены для электронагрева, приведены в таблице 2.1.

2.1. Основные технические данные трехфазных силовых трансформаторов

Тип	Мощность, кВ • А	Напряжение, В		Масса, кг
		высокое	низкое	
ТМОБ-63	63	380	49.121	530
ТМОА-50	50	380	28-42	510
ТПК-25	25	380	5...70	331
ТСУ-12	12	380	3,15-49	170
ТС-10	10	380	21; 36	150
ТЗС-2,5	2,5	380	36; 127	36

Трансформаторы ТМОА и ТМОБ могут комплектовать распре-
делительными устройствами и щитами.

Для электронагрева и питания электронагре-
вательных приборов небольшой и средней мощности используют
однофазные автотрансформаторы серий АОС и АОСХ мощностью
0,5 и 0,3 кВ • А, с первичным напряжением 380 и 220 В и плавным
изменением вторичного напряжения от 220 до 100 В, а также авто-
трансформаторы ЛАТР мощностью 2,5 и 5 кВ  А с теми же, что и у
предыдущих автотрансформаторов значениями первичных напря-
жений и регулируемым вторичным напряжением от 220 до 12 В.
Однофазные автотрансформаторы как вторичные источники пи-
тания могут быть соединены и в трехфазную систему. Однако в
любом случае надо следить за тем, чтобы высокий потенциал фаз-
ного напряжения не оказался на выходе у потребителя низкого
напряжения 12...36 В.

Специальные трансформаторы. Для прямого нагрева
металлических изделий — труб, небольших швеллеров, уголков,
стержней, арматуры, а также для разогрева различных деталей и
заготовок при производстве применяют специальные трансформа-
торы с низким вторичным напряжением 12...65 В и большим то-
ком 10000 и более ампер.

Условия качественной работы электроустановок — обеспече-
ние регулирования силы тока и надежность электрических кон-
тактов. Надежность может достигаться использованием зажимов
различной конфигурации, увеличением давления и искусствен-
ным охлаждением узлов.

Указанные трансформаторы используют в установках для
стыковой, точечной и роликовой сварки.

Расчет мощности трансформатора. Полная мощность, В • А,
трансформатора, работающего на прямой нагрев,

5 = /^Ф/Спобщсов <р),	(2.46)

где К3 = 1,1...1,2 —коэффициент запаса; Ф —полезный тепловой поток, Ф= Q/t,
т —время обработки, с; С —полезная теплота, Дж, Q — МСм(Тк — Тн), М— масса
обрабатываемого материала, кг; См — удельная теплоемкость материала, Дж/(кг  °C);
Тн и Тк — начальная и конечная температуры обрабатываемого материала, °C;
Лобш ~~ ПэПтПтр-

Сила тока, А, во вторичной цепи трансформатора при нагреве
заготовок до температуры выше точки магнитных изменений

j = F |рСм (Гк -7Н)’	(2 47)

V ^пРтПтТ

где F— площадь поперечного сечения заготовки, м2; р — плотность материала за-
готовки, кг/м3; К„ — коэффициент поверхностного эффекта.

Время нагрева, с, цилиндрических заготовок диаметром d—
= 0,02...0,1 м

т = 2,5- Ю4^2.

Для электромагнитного нагрева установлена эмпирическая за-
висимость тока /2 от диаметра заготовки d и относительной маг-
нитной проницаемости цг

/2 = 1,35- 104W’25-	(2-48)
При расчетах задают различные значения цг и определяют 12 по
обеим формулам (2.47), (2.48). Близкие значения токов, найден-
ные по указанным выражениям, подтверждают правильность ре-
зультата.

По значениям тока 12 и полного сопротивления вторичной
цепи Z2 определяют напряжение, В, на вторичной обмотке транс-
форматора

U2 = I2Z2.	(2.49)

Силовые трансформаторы электроконтактных установок рабо-
тают в повторно-кратковременном режиме, который характеризу-
ется относительной продолжительностью включения

Е ^нагр/(^нагр + ^з),	(2.50)

где тнаГр — время нагрева заготовок, с; —время загрузочно-разгрузочных и
транспортных операций, с.

Полная расчетная мощность, В • А, силового трансформатора

Sp=Syfe.	(2.51)

Источники питания для дуговой сварки. Широкое применение в
сельском хозяйстве находит дуговая сварка. Источники питания
для дуговой сварки должны обеспечивать зажигание и устойчивое
горение дуги, регулирование ее силы тока при безопасной эксплу-
атации и обслуживании. В качестве таких источников используют
сварочные трансформаторы, сварочные выпрямители, а также
специальные сварочные генераторы постоянного тока.

Сварочные трансформаторы — источники питания пониженно-
го напряжения переменного тока частотой 50 Гц. Их используют в
установках электродуговой сварки на переменном токе, а совмест-
но с выпрямителем — на постоянном токе. Они представляют .со-
бой специальные одно- и трехфазные понижающие трансформа-
торы с вторичным напряжением холостого хода 60... 100 В и рабо-
чим 25...40 В, обладающие по отношению к нагрузке падающей
вольт-амперной характеристикой. Такая характеристика необхо-
дима для обеспечения зажигания и устойчивого горения свароч-
ной дуги. Она создается за счет включения в магнитную цепь
трансформатора индуктивного сопротивления рассеяния в виде
дросселя с ферромагнитным сердечником. Часто дроссель выпол-
няют переменной индуктивности, обычно за счет перемещения
его сердечника, либо плавно изменяют индуктивное сопротивле-
ние самого трансформатора, например перемещением его первич-
ной обмотки относительно вторичной.

В небольших трансформаторах для увеличения сопротивления
рассеяния используют небольшой воздушный зазор в магнитопро-
воде и другие способы. С целью регулирования силы сварочного
тока может быть использовано регулирование числа витков пер-
вичной и вторичной обмоток.

Для облегчения зажигания и повышения устойчивости горе-
ния сварочной дуги переменного тока в ряде случаев дополни-
тельно применяют осциллятор, который представляет собой ма-
ломощный (100...250 Вт) импульсный генератор, вырабатываю-
щий высокочастотные импульсы (100...3000 кГц) повышенного
напряжения, подводимые к дуговому промежутку сварочного ап-
парата.

Наибольшее распространение в сельском хозяйстве получили
однофазные сварочные трансформаторы серий ТД, ТДМ, ТДФ,
ТДФЖ. Их номинальные сварочные токи — от 160 до 2000 А.

Сварочные выпрямители — источники питания для сварки по-
стоянным током, который обеспечивает более устойчивое горение
электрической дуги по сравнению с переменным током. Однако
при сварке постоянным током возникает режим электролиза об-
разующейся ванны расплавленного металла, что в ряде случаев
нежелательно, например при сварке под слоем флюса, так как
происходит электролизное разложение вводимых в сварной шов
присадок.

Сварочные выпрямители принципиально мало отличаются
один от другого. Их основные части: трехфазный сварочный
трансформатор, трехфазный мостовой выпрямитель неуправляе-
мый (диодный) или управляемый (тиристорный или диодно-ти-
ристорный) и в ряде случаев дроссель с ферромагнитным сердеч-
ником. Для охлаждения трансформатора и вентилей выпрямителя
предусматривают электровентилятор (рис. 2.3).

VD1...VD6

Рис. 2.3. Электрическая схема сварочного выпрямителя:

Т — сварочный трансформатор; VD1... VD6 — вентили мостового выпрямителя; Э — электрод;
Д—деталь; ЭД — электрическая дуга; QF— автоматический выключатель; М — электровенти-
лятор охлаждения; КМ— магнитный пускатель
Сварочный выпрямитель включается в работу автоматическим
выключателем QF цепи электровентилятора М посредством пос-
ледующего срабатывания магнитного пускателя КМ за счет замы-
кания блок-контакта выключателя QF. Такое построение схемы
исключает включение сварочного выпрямителя с неработающим
электровентилятором охлаждения М.

Способы ступенчатого и плавного регулирования силы сва-
рочного тока сварочных выпрямителей такие же, как и у свароч-
ных трансформаторов, так как они — их составная часть. При ис-
пользовании управляемых выпрямителей дополнительно появля-
ется возможность плавного регулирования сварочного тока изме-
нением угла включения тиристоров выпрямительного моста.

В сельском хозяйстве применяют сварочные однопостовые
выпрямители серий ВС, ВД, ВДГ, ВДУ на номинальные токи от
200 до 1200 А и значительно реже — многопостовые серии ВДМ на
номинальные токи от 1000 до 1600 А.

Сварочный генератор постоянного тока обладает падающей
внешней характеристикой и имеет привод с помощью электро-
двигателя или двигателя внутреннего сгорания. Регулирование
силы сварочного тока достигается изменением тока возбуждения
сварочного генератора. Номинальные токи сварочных генерато-
ров — от 250 до 500 А. Основные недостатки машинных ис-
точников питания сварочной дуги — повышенный уровень шума
и низкий КПД, который в 1,5...2 раза меньше, чем у сварочных
трансформаторов и выпрямителей на аналогичный сварочный
ток. Преимущество — возможность работы в автономном
режиме при отсутствии электроснабжающей сети.

Нагреватели трансформаторного типа. В сельском хозяйстве с
успехом применяют трехфазные проточные индукционные водонаг-
реватели ПВ-1 трансформаторного типа мощностью 30 кВт. Их
используют при теплоснабжении и горячем водоснабжении жи-
вотноводческих, производственных и бытовых помещений.

Водонагреватель-трансформатор изготовлен на базе магнитной
системы трехфазного силового трансформатора. Его первичная
обмотка выполнена медным проводом и рассчитана на сетевое на-
пряжение. Вторичная обмотка выполнена из стальных труб в виде
электрически замкнутых накоротко змеевиков, по которым про-
пускается нагреваемая вода. При протекании электрического тока
по первичной обмотке создается переменное магнитное поле, си-
ловые линии которого замыкаются по сердечнику-магнитопрово-
ду, пересекают вторичную обмотку и наводят в ней ЭДС. Под дей-
ствием ЭДС во вторичной обмотке, замкнутой накоротко, проте-
кает ток. Обмотка нагревается и передает теплоту воде, охлаждаю-
щей обмотку и используемой потребителем.

Ведутся разработка и исследование новых типов трехфазных и
однофазных трансформаторов с короткозамкнутой вторичной об-
моткой, имеющих улучшенные технико-экономические и эксп-
луатационные показатели. Устройства названы нагревательными
элементами трансформаторного типа (НЭТ) и могут работать со-
вместно с аккумуляционными и проточными ЭВН (ЭВАН-50,
ЭВАН-100, ЭВП-6 и др.), а также с электрорадиаторами и конвек-
торами (ЭРГНТ-0,75, ЭРГУ-05 и др.).

Преимущества указанных аппаратов — их быстродей-
ствие и меньшая электроопасность по сравнению с электродными
установками.

Источники питания установок индукционного и диэлектрического
нагрева. При индукционном нагреве используют источники питания
низкой частоты 50 Гц, средней (повышенной) — (0,15...10) -103 Гц
и высокой (0,15...100) • 105 Гц частот. При диэлектрическом нагре-
ве используют источники высокой (3...100) • 106Гц и сверхвысо-
кой (0,3—220) • 108 Гц частот.

Для питания индукционных установок низкой частоты приме-
няют трансформаторы, приведенные выше, а также возможно бес-
трансформаторное включение под напряжение 380/220 В.

Для питания установок индукционного нагре-
ва с частотой до 10кГц используют машинные и статичес-
кие преобразователи.

Машинный преобразователь частоты имеет генератор повышен-
ной частоты и приводной трехфазный двигатель.

Генератор относят к типу индукторных машин. Для его возбуж-
дения используют постоянный ток. В отличие от синхронного ге-
нератора рабочая обмотка и обмотка возбуждения расположены
на одном статоре. Взаимосвязь между обмотками происходит за
счет вращения ротора. Форма ротора зубчатая, аналогичная кон-
фигурации ротора явнополюсных машин. Сам ротор не несет ни-
каких обмоток. При вращении ротора его зубцы и впадины пооче-
редно располагаются против пазов статора с обмоткой возбужде-
ния, в результате чего пульсирующий магнитный поток пересека-
ет витки рабочей обмотки, индуцируя в них ЭДС с частотой, Гц,

f=Zn/f$,	(2.52)

где Z—число зубиов ротора; п — частота вращения ротора, мин-1.

Недостатки машинных генераторовсравнительно не-
высокий КПД, шум при работе, значительные габаритные разме-
ры и наличие вращающихся частей.

В статических преобразователях повышенную частоту получа-
ют за счет коммутации постоянного тока управляемыми вентиля-
ми — тиристорами либо транзисторами (при мощностях до
10 кВт).

Тиристорный преобразователь частоты состоит из двух основ-
ных узлов: выпрямителя переменного тока 50 Гц и автономного
инвертора, преобразующего полученный постоянный ток в пере-
менный высокой частоты. Оба узла соединяют сглаживающим
фильтром индукционного характера.

Автономные инверторы выполняют по обычной и мостовой
схемам. В мостовой схеме нагрузка потребителя включена в диаго-
наль моста, образованного в общем случае четырьмя тиристорами.

Благодаря тиристорным преобразователям можно плавно изме-
нять рабочую частоту. У тиристорных преобразователей более вы-
сокий КПД и более высокая надежность по сравнению с машин-
ными преобразователями частоты.

Для питания электротермических уста-
новок индукционного нагрева на высоких
частотах от 20 до 30 кГц иустановок диэлектри-
ческого нагрева используют ламповые генераторы с само-
возбуждением.

Основные элементы ламповых генераторов — силовой транс-
форматор, повышающий напряжение до 6... 10 кВ; выпрямитель-
ный блок на мощных вентилях для преобразования переменного
тока в постоянный напряжением 9... 15 кВ; генераторный блок с
одной или несколькими генераторными лампами, преобразую-
щий энергию постоянного тока в энергию колебаний высокой ча-
стоты; колебательный контур LC, включающий индуктивность и
емкость.

В схемах ламповых генераторов электронная лампа, управляе-
мая при помощи напряжения обратной связи, выполняет функ-
цию ключа, подключающего контур LC в определенные моменты
времени к источнику питания для компенсации потерь в контуре
и превращения затухающих колебаний в незатухающие.

Рабочая частота, Гц, генератора

/ = 1/(2tcVZC),	(2.53)

где L — индуктивность контура, Г; С—емкость конденсатора контура, Ф.

С целью получения от лампового генератора максимальной
мощности и высокого КПД необходимо иметь согласованное с
анодным напряжением сопротивление нагрузки, то есть контура.

Для поддержания или регулирования мощности или темпера-
туры в процессе нагрева вещества или тела режим работы лампо-
вого генератора регулируют, изменяя напряжение источника пи-
тания или параметры анодного или рабочего контуров генератора.

При генерировании токов сверхвысоких частот (СВЧ) обычные
вакуумные лампы становятся непригодными из-за проявления ме-
ханической инерции электронов, которая заметно проявляется
уже при частотах более 100 МГц, когда время пробега электронов
между электродами лампы становится соизмеримым с периодом
колебаний. Это существенно затрудняет управление электронным
потоком с помощью управляющей сетки лампы. К тому же в этой
ситуации обычные колебательные контуры, имеющие на сверхвы-
соких частотах значительные потери на излучение, становятся ма-
лопригодными.

Поэтому для генерации электромагнитного
поля СВЧ используют специальный генератор — магнетрон, в
котором электрическая энергия постоянного тока преобразуется в
энергию электромагнитного поля СВЧ. В магнетроне (двухэлект-
родной лампе) колебания СВЧ генерируются модуляцией элект-
ронного потока по скорости с помощью специальных электричес-
кого и магнитного полей.

Токами СВЧ нагрев идет в волноводах круглого или прямо-
угольного сечения или в объемных резонаторах, а также путем из-
лучения электромагнитной волны на нагреваемый объект.

В общем виде генерируемая магнетроном частота, Гц, зависит от
числа резонаторов N и напряженности магнитного поля Н, А/м,

f=aNH при Н=Ьу[й;,	(2.54)

где а и Ь — коэффициенты, зависящие от конструкции магнетрона; ил — анодное
напряжение, В.

Выходная колебательная мощность магнетронов для электро-
термических СВЧ-установок достигает нескольких десятков кило-
ватт, их КПД может превышать 70 %.

Источники питания СВЧ-генераторов с магнетронами могут
быть однофазными и трехфазными. Сами магнетроны питаются
выпрямленным током с упрошенной схемой выпрямления. При
небольшой мощности для питания может быть использован пере-
менный ток.

Источники питания установок электронно-ионной технологии.
Для установок электронно-ионной технологии с целью создания
сильных электрических полей используют однофазные источники
питания различных видов с одно- и двухполупериодными схемами
выпрямления на электронно-вакуумных или полупроводниковых
вентилях, включенных во вторичную обмотку трансформатора.
Такие источники небезопасны в эксплуатации, так как рассчита-
ны на большую мощность. Кроме того, у них значительные габа-
риты и масса. Поэтому однофазные источники питания нерацио-
нально применять в установках электронно-ионной технологии
сельскохозяйственного назначения.

Наиболее целесообразно использовать высоковольтные вып-
рямители малой мощности, применяя импульсные схемы. Одна-
ко эти схемы позволяют получать напряжение до 25 • 103 В, хотя
для производственных установок электронно-ионной техноло-
гии часто требуется напряжение (40...60) -103 В при токе нагруз-
ки 510-3 А.

Источники питания должны удовлетворять следующим требо-
ваниям: иметь минимальные габариты и массу, быть простыми по
конструкции, удобными в эксплуатации, надежными в работе,
обеспечивать плавное регулирование выходного напряжения,
иметь защиту от перегрузок.

Таким условиям отвечает источник питания, схема которого
показана на рисунке 2.4. Источник включают в сеть переменного
тока 220 В через автотрансформатор.

Схема работает следующим образом. В положительный полу-
период сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается до значе-
ния U\ автотрансформатора через диод VD1 и первичную обмотку
трансформатора TV2. В этот полупериод тиристор VS закрыт, а че-
рез ограничивающий резистор R1 и диод VD2 проходит мини-
мальный ток.

Во второй полупериод сетевого напряжения на аноде тиристо-
ра VS будет положительный потенциал от заряженного конденса-
тора С1, а на катоде появляется отрицательный потенциал через
резистор R1. Этот же потенциал запирает и диод VD2. В то же вре-
мя на управляющий электрод тиристора К5 через диод VD3 пода-
ется положительный потенциал, и тиристор открывается. При от-
крывании тиристора происходит разряд накопительного конден-
сатора С1 на первичную обмотку повышающего трансформатора
TV2, вторичная обмотка которого подключена к схеме умножения
напряжения (каскадной схеме) и работает следующим образом.

Если в первый полупериод в нижней части на вторичной об-
мотке трансформатора TV2 полярность положительная, то в верх-
ней — отрицательная. Тогда зарядный ток, протекающий через
диод VD4, заряжает конденсатор С2 до амплитудного значения на-
пряжения U2 тах вторичной обмотки трансформатора. Во второй
полупериод, когда полярность напряжения U2 изменяется, напря-
жение на обмотке трансформатора суммируется с напряжением на
конденсаторе С2 и через диод VD5 заряжается конденсатор СЗ до
напряжения UC3= U2mzx+ UC2= 2(/2max. Затем при запирании диода
VD5 конденсатор СЗ разряжается на нагрузку, если выключатель
SA1 замкнут, а выключатели SA2 и SA3 разомкнуты.

Рис. 2.4. Схема высоковольтного источника питания
Дальнейшее повышение напряжения может быть достигнуто за
счет увеличения числа каскадов умножения. Напряжение на вы-
ходе однополупериодной схеме умножения

и^2^иг(2.55)

где ик — число каскадов умножения (обычно задается 3...5); U2 — напряжение вто-
ричной обмотки трансформатора. В; /н —ток нагрузки, 10—3 А; С—емкость кон-
денсаторов С2...С7, пФ;/—частота сети, Гц.

Технические данные элементов рассмотренного источника пи-
тания следующие: TV1 — лабораторный автотрансформатор
(ЛАТР); TV2 — трансформатор для газосветной рекламы типа
ТГ-1020К-У2 или автомобильная катушка зажигания типа Б-115;
резистор R1 = 40 МОм на 1 Вт; конденсатор С1 = 0,25...2 мкФ типа
МБГ1-1 на 400 В; конденсаторы С2...С7= 470пФ типа К15-4 на
30 кВ; диод VD1 типа Д226Б (два включенных последовательно);
тиристор VS типа КУ202Н; диоды VD2, VD3 типа Д226Б; диоды
VD4... ИОРтипа Д1008 (по три включенных последовательно). При
последовательном соединении диодов каждый из них необходимо
шунтировать высокоомным резистором КЭВ-5 (7? = 470 МОм) для
выравнивания напряжения; RH = 1... 10 МОм — нагрузочный рези-
стор; PV1 — вольтметр; PV2— киловольтметр С96; РА — микроам-
перметр на 100... 150 мкА.

Источник питания установок электронно-ионной технологии
высоковольтный, поэтому при работе с ним нужно соблюдать осо-
бые правила техники безопасности. Аппарат согласно схеме дол-
жен быть надежно заземлен через клемму «Земля». При отключе-
нии аппарата выходные высоковольтные цепи нужно надежно за-
землять, так как используемые в схеме высоковольтные конденса-
торы представляют собой накопители энергии. Поэтому их
следует разрядить во избежание поражения током. Переключать
пределы измерений приборов и менять элементы схемы можно
только при отключенном питании после заземления высоковольт-
ного выхода.

Контрольные вопросы и задания

1. Как происходит преобразование электрической энергии в тепловую? 2. Дай-
те оценку динамики электронагрева. 3- Перечислите основные способы электро-
нагрева. 4. Дайте классификацию электронагревательных установок. 5. Каково
назначение основных видов расчета электронагревательных установок? 6. Каково
содержание тепловой и электрической частей конструктивного расчета? 7. Как
определяют полезный тепловой поток, расчетную и установленную мощности при
нагреве? 8. Что определяет тепловой (термический) КПД установки? 9. Что харак-
теризует электрический КПД установки? 10. Покажите баланс мощностей в ЭНУ.
11. Перечислите основные методы расчета толщины тепловой изоляции нагрева-
тельных теплоаккумуляционных установок. 12. Назовите вторичные источники
питания для электротехнологических установок.
2.4.	ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

2.4.1.	ЭЛЕКТРОДНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ И КОТЛЫ

Электродным способом нагревают проводники второго рода,
имеющие ионную проводимость. К ним относят воду, молоко,
фруктовые и ягодные соки, сочные корма, почву, бетон и др. По-
этому в сельскохозяйственном производстве электродный способ
используют для нагрева воды, получения пара, стерилизации и
пастеризации молока, обеззараживания почвы в парниках и теп-
лицах, обогрева и обеззараживания навоза, электрохимической
обработки соломы с целью скармливания скоту и пр.

В электродных нагревателях нагреваемое вещество размещают
между электродами (см. рис. 2.2, б). В результате протекания элек-
трического тока непосредственно в нагреваемой жидкости или ве-
ществе согласно закону Джоуля—Ленца выделяется теплота. Тем-
пературу нагрева регулируют силой тока или продолжительностью
нагрева. Электродные ЭНУ прямого нагрева выполняют в виде
различных водонагревателей, паровых и водяных котлов, стерили-
заторов, пастеризаторов, кормозапарников и т. п.

В сельском хозяйстве наиболее распространены электроводо-
нагреватели. Принципиально они мало отличаются друг от друга.
Их основные части: корпус (резервуар), размешенные в нем элек-
троды, устройство для регулирования мощности и патрубки для
подвода холодной и отвода горячей жидкости.

Основные преимущества электродных водонагревате-
лей — высокая надежность в работе; простота конструкции и схе-
мы управления; удобство обслуживания; использование неперего-
раемых элементов-электродов со сроком службы 7...9 лет; более
высокий КПД по сравнению с элементными нагревателями, рабо-
тающими на ТЭНах; большее значение мощности на единицу
массы и объема по сравнению с другими нагревателями; меньший
занимаемый объем по сравнению с установками на твердом цли
жидком топливе. Установки не боятся упуска воды, экологически
чисты, имеют широкое и плавное регулирование мощности, обла-
дают бактерицидными свойствами, могут быть отремонтированы
в условиях хозяйства.

Основные недостатки — значительная зависимость на-
дежности и долговечности установок от параметров воды; значи-
тельная зависимость их мощности от температуры нагреваемой
воды, удельное электрическое сопротивление которой рт падает
из-за резкого увеличения в ней количества ионов; электрохими-
ческая коррозия электродов и электролиз воды и растворимых в
ней солей (несмотря на использование переменного тока), нали-
чие в воде продуктов «растворения» железа и продуктов электро-
лиза; образование гремучего газа при большой плотности тока на
электродах и возможность взрыва установки.
Основная область применения электродных водонагревате-
лей — горячее водоснабжение технической водой; обогрев поме-
щений любого типа, в том числе сельскохозяйственного назначе-
ния; получение подогретой питьевой воды через теплообменник
или бойлер-теплоаккумулятор.

Электродная система. В электродных нагревателях электроды,
подводящие ток к нагреваемой среде, имеют различную форму:
плоскую пластинчатую (рис. 2.5, в); пластинчатую, изогнутую под
утлом 120° (рис. 2.5, о); пластинчатую дуговую и рамочную; стерж-
невую; стержневую многоэлементную; цилиндрическую (рис.
2.5, б) и др.

Плоскую электродную систему из двух плоских электродов
можно использовать в однофазных нагревателях небольшой мощ-
ности (до 10 кВт).

В мощных электродных нагревателях, которые имеют преиму-
щественное распространение, используют симметричные трех-
фазные электродные системы (см. рис. 2.5, а и в), образующие
трехфазную нагрузку по схеме «треугольник». Система, показан-
ная на рис. 2.5, б, соединена по схеме «звезда».

Z.M °L3

в

Рис. 2.5. Трехфазные схемы электродов:

а —из плоских изогнутых электродов; б—из коаксиальных цилиндрических; в —из плоских
электродов с расщепленной фазой; г — устройство электродного водонагревателя КЭВ; I —
корпус, 2—днище; 3— токоввод с изоляторами, 4— электрод; 5—защитный диэлектричес-
кий экран; 6—подвижный диэлектрический экран для регулирования мощности ЭНУ;

7— опора
Плоские электроды (см. рис. 2.5, а, в) применяют при удель-
ном электрическом сопротивлении холодной воды р20, как пра-
вило, превышающем значение 10 Ом • м. При более низком
удельном сопротивлении, а также при высоковольтном питании
6 или 10 кВ используют коаксиальные цилиндрические электроды
(см. рис. 2.5, б).

Для большинства ЭНУ р20 лежит в пределах от 6 до 120 Ом • м
при 20 °C. С целью снижения процесса электролиза при повышен-
ной плотности тока, ведущей к ускоренному разрушению элект-
родов, допустимая плотность тока jaon при нагреве воды плоскими
электродами не должна превышать 1,0 • 104 А/м2, при нагреве ци-
линдрическими — 2 • 104А/м2. Лучшие материалы для электро-
дов—титан, нержавеющая сталь и электротехнический графит.
Вследствие большей доступности, технологичности и прочности
часто применяют нержавеющую сталь.

Расчет электродной системы. Поскольку электродные ЭНУ
чаще всего работают в непрерывном (проточном) режиме, то в со-
ответствии с формулами (2.28) и (2.33) их расчетная мощность, Вт,

Рр = Фп/П = mt С(Т2 - Г0/Г1,	(2.56)

где т,— массовая производительность установки, кг/с; С—удельная теплоем-
кость, Дж/(кг- °C); 7) и Т2— температура на входе и выходе ЭНУ, °C.

Если нагреваемая жидкость (вещество) дана в литрах (л) или
кубических метрах (м3), используют плотность вещества р, кг/л
или 1000 кг/м3.

В этом случае

"»,= Кр,

где Vt — объемная производительность установки, л/с; м3/с.

Таким образом,

Рр=У,рС(7’2-Т,)/т1.	(2.56')

В конструктивном расчете площадь одного электрода ЭНУ, м2,

F^Pp/(Uj),	(2.57)

где для однофазных нагревателей часто принимают Рр = Ру, для трехфазных
Рр = Ру/3, Вт; U— напряжение на электродах, В;у<удоп — принимаемая плотность
тока, А/м2.

Если

hb,

где h — высота, м; Ь — ширина электрода, м,

то, задаваясь h или Ь, можно определить конструктивно необходи-
мые b или h.
Расстояние между электродами ЭНУ, м,

/=^Г/ртРр,

(2.58)

где рт — удельное электрическое сопротивление жидкости при температуре Т, Ом - м;
для воды принимают рт = 40 р2о/(Т’ + 20), Ом • м; Г—температура нагретой
воды, °C.

Напряженность электрического поля Е в межэлектродном про-
странстве не должна превышать значения пробивной напряжен-
ности £Пр нагреваемой жидкости, то есть E=(U/I) < Епр.

В более детальном конструктивном расчете принимают сопро-
тивление фазы нагревателя

или

1_

F

(2.59)

п I кт

(2.60)

где /—расстояние между электродами; F— площадь электродов; Кт = l/Ь — коэф-
фициент геометриче’ской формы электродов плоскопараллельной системы.

Для коаксиально расположенных электродов

^Г=Г1П7’

где D—диаметр наружного электрода; d— диаметр внутреннего.

Мощность одной фазы нагревателя

P*-U*/R*.	(2.61)

Используя вышеприведенные выражения, получим фазную
мощность электродного водонагревателя для любой температуры

воды Т	Ulh(20 + T) Р -_*_2	.	(2.62)  4Ор2о^г

Из последнего выражения найдем высоту электрода

	(2.63)  ^ф.н
где	_ 40р2о	гг, _ Т„ +ТК  Рср го+т^р’ ср 2 ’

где Гм И — начальная и конечная температуры нагрева воды
Подставим значение Kv и получим

» _ ^ф.нРср^

и1нь ’

(2.64)

задаваясь значением ширины электродов Ь, найдем их высоту й, и
наоборот.

При мощности трехфазного нагревателя Р= 5...25 кВт для уп-
рощенного расчета часто расстояние между электродами прини-
мают равным /=2,5—3 см; при Р>25кВт 1= 3,5—4см (при р2о =
= 30 Ом • м и UH = 380 В).

Начальная мощность трехфазного нагревателя

э _ 3<Т£НЙ
Рго^т

конечная мощность нагревателя

Л=Ро

20 + Гк

20 +Тн

(2.65)

(2.66)

Обращаясь к выражениям для определения фазной мощности,
можно сказать, что функция P=f(T) представляет собой прямую,
и при работе нагревателя в непроточном режиме конечная мощ-
ность его увеличивается в 3...4 раза по сравнению с начальной.
Это неудобно для выбора сечения питающих проводов, защитных
аппаратов и предохранителей. Кроме того, в непроточном режиме
значительно увеличивается накипь на электродах и плохо работает
автоматика. Поэтому электродные системы работают, как прави-
ло, в проточном режиме и в замкнутых контурах горячего водо-
снабжения. Предпочтительными считают режимы, когда темпе-
ратура на выходе нагревателя близка к Т2 = 90...95 °C, а на входе
7\ = 68-72 °C.

Таким образом, если по условию расчета заданы требуемая раз-
виваемая мощность нагревателя Рн и напряжение сети UH, то для
конструирования установки можно найти ширину b и высоту h
электродов.

Если заданы UH, Кг и й, можем найти мощность установки Р.
В обоих случаях при расчетах необходимо принять значение
удельного электрического сопротивления воды р2о, которую чаще
всего берут в интервале р2о = 25...40 Ом  м.

Проведенный расчет электродной системы необходимо прове-
рить по допустимой напряженности поля Еаоп и допустимой плот-
ности тока удоп.
Для первой задачи находят удельное электрическое сопротив-
ление воды рт при максимальной рабочей температуре воды на-
гревателя Ттах= Т2: рт = 40р2о/(20 + Ттах). Затем по величине рт
находят значение Едоп по кривой Едоп =/(рт) или по нижеприве-
денным данным.

^доп, кВ/м	40	50	70	80	90	НО
рт, Ом • м	10	15	20	25	30	40

Минимальное расстояние между электродами

/min = иф/Еаоп.	(2.67)

Фактическое расстояние между электродами должно быть

/>и.	(2.68)

При U= 380 В принимают /= 3/m;n, при U= 10 кВ /= /min.

Проверка по допустимой плотности предполагает выполнение
условия

/факт —/доп,	(2-69)

где Уфакт — фактическая плотность тока на электродах, y$aKT = Ip^JF, А/м2; удоп — до-
пустимая плотность тока, jaon = ЕДОп/Рг-

Фактическая плотность тока может быть также определена по
выражению

./факт —

^//(20 + 7^)
40р20А’г/>

(2.70)

где Ки — коэффициент неравномерности плотности тока по высоте электродов,
Кн = 1,1...1,4; Ь — ширина плоского электрода, для коаксиальных электродов
Ь = ти1/3, d—лмамегр электрода.

Как указывалось раньше, jaon — нормируемая величина. Для
нагревателей с плоскими электродами при U= 380 В jaon =
= 0,5 • 104 А/м2, при U= 10 кВ /дОП = 1 •104 А/м2.

В установках с цилиндрическими электродами допустимая плот-
ность тока принята равной соответственно 1 • 104 и 2 • 104 А/м2.

Электродные водонагреватели КЭВ. В России наибольшее рас-
пространение получили проточные электродные водонагреватели
КЭВ (котел электродный водогрейный).

Водонагреватели выпускают на номинальное напряжение 0,4; 6
и 10 кВ и максимальное рабочее давление 0,6 МПа для низковоль-
тных и 1...1,2 МПа для высоковольтных аппаратов.

Водонагреватели работают, как правило, в замкнутых системах
отопления или горячего водоснабжения. Для получения подогре-
той питьевой воды в замкнутый контур теплоснабжения ЭНУ
включают первичный замкнутый контур теплообменника
(рис. 2.6) или бойлера-теплоаккумулятора (см. рис. 2.24), а из вто-
ричного «открытого» контура отбирают горячую воду.

Обычно температура воды на выходе электродного нагревателя
?2 = 95 °C. Расчетную температуру воды на входе в электродный
водонагреватель принимают 7i = 70 °C.

Типы и основные технические данные наиболее распростра-
ненных водонагревателей приведены в таблице 2.2.

На рисунке 2.5, г показано устройство электродного водонагре-
вателя КЭВ с пластинчатыми электродами, соединенными по схе-
ме на рисунке 2.5, в.

Водонагреватель имеет цилиндрический корпус 1 с опорами 7.
В днище 2 на шпильках токовводов 3 установлена электродная си-
стема в виде пакета пластин 4. Для обеспечения токовой симмет-
рии при работе электродов используют защитные диэлектричес-
кие экраны 5. Регулирование мощности нагревателя осуществля-
ют изменением активной высоты электродов, для чего используют
подвижные диэлектрические экраны 6, вдвигаемые в межэлект-
родное пространство с помощью ручного привода.

Число рабочих электродов зависит от мощности нагревателя и
равно Зл + 1, где п — целое число. Объем воды, заключенный меж-
ду двумя соседними пластинами, создает рабочее сопротивление,
находящееся под линейным напряжением. При четырех пласти-
нах (л - 1) таких сопротивлений три и они образуют схему вклю-

Рис. 2.6. Схема монтажа водонагревателей в системах горячего водоснабжения
и отопления:

7 —щит управления; 2—водонагреватель; 3— расширительный бачок; 4—скоростной водо-
нагреватель для горячего водоснабжения; 5—трубопроводы системы отопления помещения;
I— электрический ввод; II— кабель подключения ЭВН; III— соединение с датчиком перегре-
ва ТР-200
чения «треугольник», при п = 2 — схему «двойной треугольник».
При отсутствии электрической изоляции на внутренней поверх-
ности корпуса нагревателя за счет сопротивления утечки токов на
корпус создается дополнительная схема включения «звезда», кото-
рая может развить мощность, равную 0,15...0,2 номинальной мощ-
ности нагревателя.

2.2. Основные технические данные низковольтных электродных водонагревателей

Тип	Мощность, кВт	Производитель- ность при на- греве на 25 °C, м’/ч	Диапазон регулирования мощности, %	рипри20  Ом  м
КЭВ-9/0,4	9	0,3	Нет регулиро-	20...40
			вания	
КЭВ-40/0,4	40	1,3	100...25	10...80
КЭВ-63/0,4	63	2,1	1OO...25	10...80
КЭВ-100/0,4	100	3,4	100...25	10...80
КЭВ-160/0,4	160	5,4	100...25	10...80
КЭВ-250/0,4	250	8,5	100...25	10...80
КЭВ-400/0,4	400	13,6	100...25	10...80
КЭВ-1000/0,4	1000	34,0	100...25	10...80
ЭПЗ-25И2	25 .	0,8	1OO...25	10...80
ЭПЗ-100	100	3,4	100...10	10...50
ЭПЗ-100И2; ИЗ	100	3,4	100...25	10...30
ЭПЗ-250ИЗ	250	8,5	100...25	10...30
ЭПЗ-400ИЗ	400	13,6	1OO...25	10...30
ЭВН-6/9-0,4	.9	0,3	100...10	10...40
ЭВН-10/20-04	25	0,8	100 и 50	20...40
ЭВН-16/0,4	16	0,6	100...40	20...40
ЭВН-25/0,4	25	0,85	100...14	6 .40
ЭВН-63/0,4	63	2,1	100...15	10...50
ЭВН-60/0,4	60	2,0	100... 10	10...60

Пример. Рассчитать электродный проточный водонагреватель КЭВ.

Условие. Электродный трехфазный водонагреватель КЭВ должен быть уста-
новлен в системе обогрева помещений и развивать мощность Р=25кВт. Напря-
жение сети U = 380 В. Система электродов — плоская пластинчатая (см. рис. 2.5, в).
Ширина пластин Ь = 20 см, удельное электрическое сопротивление воды
Р2о = 30 Ом  м. Температура на входе и выходе нагревателя 7} = 70 °C и = 95 °C.

Определить межэлектродное расстояние / и высоту пластин h, фактическую
напряженность поля между электродами -£факт и фактическую плотность тока на
электродах Уфакт-

Решение. Так как мощность водонагревателя Р>10кВт, то водонагреватель
должен быть трехфазным. Мощность одной фазы

Рф =-^-=25/3=8,33кВт.

Для указанной системы плоских пластинчатых электродов напряжение между
электродами в одной фазе С/ф = (/= 380 В.

Необходимое электрическое сопротивление воды в одной фазе водонагревателя

R = С2ф/Рф = 3802/8330 = 17,3 Ом.
Среднее (по высоте электродов) удельное электрическое сопротивление воды
в водонагревателе

_ 4Ор;о _ 40'30 ,, rrv
ftp 20+Тср 20+ 82,5-11,5Ом М’

где Tip = (Г, + Тг)/2 = (70 + 95)/2 = 82,5 "С.

Удельное электрическое сопротивление воды на выходе водонагревателя

_ 40р20 _ 40-30

Р?2 20+95 “20+95

=10,4 Ом м.

Находим допустимую напряженность электрического поля в воде по графику
Едоп =ЛРг)- При ру2 = 10,4 Ом  м имеем Едоп = 51 -103 В/м.

Минимально допустимое расстояние между электродами

Дпш = (/ф/ЕдОп = 380/51 000 = 0,00745 м.

Фактическое расстояние между электродами

I = 3/min = 3'0,00745 = 0,0224 м = 2,24 см.

Коэффициент геометрической формы электродов

Kr = 1/Ь = 0,0224/0,2 = 0,112.

Определяем высоту электродов

, РцЛг 11,7-0,112 лл„_
h=—-------2—2 =0,0757 м=7,5 см.

R	17,3

Фактическая напряженность электрического поля в межэлектродных проме-
жутках

= Щ/1 = 380/0,0224 = 16 964 В/м,

то есть Ефж < Едоп (51 000 В/м).

Наибольшая фактическая плотность тока у поверхности электродов .

Зфакт = ^факт/РТз = 16 964/10,4 = 1631 А/м2 = 0,163 • 104 А/м2,
то есть выполняется второе условие

/факт < 0,5  104 А/м2.

Поэтому расчет электродной системы можно считать законченным.

Высоковольтные электродные нагреватели КЭВ на напряжение
6 и 10 кВ, мощностью 2500, 6000 и 10 000 кВт, с максимальной тем-
пературой воды 130 и 150 °C и давлением до 1,2 МПа обычно име-
ют цилиндрические электродные системы, состоящие из трех или
шести однофазных групп. Группы образованы коаксиально распо-
ложенными фазными и нулевыми электродами, между которыми
находятся подвижные цилиндры из диэлектрика для регулирова-
ния мощности.

Электродный водонагреватель ЭПЗ-100. На рисунке 2.7 показан
электродный водонагреватель ЭПЗ-100. Он представляет собой
цилиндрический стальной корпус 3, покрытый снаружи тепловой
изоляцией 2 и металлическим кожухом 1. Для подвода и отвода
воды в корпус вварены два патрубка 9 и 7. В днище имеется слив-
ной патрубок 10, в верхней части — винт 5 устройства для выпус-
ка воздуха при заполнении водонагревателя водой. Верхний пат-
рубок имеет два гнезда для установки регулирующего 8 и аварий-
ного 6 датчиков температуры горячей воды, соединенных капил-
лярной трубкой с манометрическими термометрами типа
тпг-ск.

В корпусе водонагревателя установлена электродная система,
состоящая из трех электродных групп. Каждая имеет по три коак-
сиально расположенных цилиндрических электрода: два из них —
нулевые электроды, один — фазный. В зазоры между электродами
вводятся два изоляционных цилиндрических экрана из стеклотек-
столита, закрепленных на общей траверсе. При опускании экра-
нов ходовым винтом с помощью маховика 4 активная площадь
электродов уменьшается, а при поднятии увеличивается, что
приводит к уменьшению или увеличению мощности водонагре-
вателя.

Номинальная мощность нагревателя — 100 кВт; номинальное
линейное напряжение — 380 В; схема рабочих сопротивлений
воды — «звезда»; номинальная сила тока—152А; максимально
допустимая температура воды в котле —130 °C; номинальное

а

Рис. 2.7. Электродный водонагреватель ЭПЗ-100:

о —общий вид; б—схема одной фазы; /—кожух; 2 —теплоизоляция; 3 — корпус; 4— махо-
вик регулятора мощности; 5—винт для выпуска воздуха; 6, 8—аварийный и регулирующий
датчики температуры горячей воды; 7,9— отводящий и подводящий патрубки; 10— патрубок
для слива воды; // —фазный электрод; 12— изолирующие экраны; 13— нулевые электроды
-3801220В

LI L2 L3 N

Рис. 2.8. Принципиальная электрическая схема водонагревателя ЭПЗ-100

удельное электрическое сопротивление воды при 20 °C — 30 Ом • м;
вместимость водонагревателя — 28 л; КПД — 0,99.

Остальные технические данные водонагревателя указаны в таб-
лице 2.2. Электрическая схема водонагревателя ЭПЗ-100 (рис. 2.8)
предусматривает как автоматический, так и ручной режим управ-
ления.

С помощью схемы водонагревателя обеспечивают контроль ве-
личины линейного тока; аварийное отключение питания при ко-
ротких замыканиях, при повышении заданной температуры воды
на выходе и при появлении в нулевом проводе тока, равного 25 %
номинального линейного тока.

Чтобы предотвратить работу водонагревателя без циркуляции
нагреваемой воды, в схеме управления предусмотрен блок-кон-
такт КМ2, который замыкается только после включения насоса.
Таким образом, при включении водонагревателя в сеть сначала
включают привод циркуляционного насоса, а затем рубильник
QS. Переключатель SA устанавливают в положение, соответствую-
щее выбранному режиму раЛоты.

При ручном режиме работы SA ставят в положение «Руч». По-
лучает питание обмотка реле KL2, которое своим контактом KL2:1
замыкает цепь контактора КМ. Контактор срабатывает и включает
водонагреватель в сеть. Для отключения водонагревателя SA пере-
водят в положение «О».

Для работы в автоматическом режиме минимальную уставку
(контакт SK1: 2) и максимальную уставку (контакт SK1 :Г) регули-
рующего датчика температуры воды SK1 устанавливают на темпе-
ратуру, отличающуюся на 1...2 °C от номинальной, соответственно
в нижнюю и верхнюю стороны (например, 94 и 96 °C). Переклю-
чатель SA ставят в положение «Авт».

Электрическая схема обеспечивает защиту водонагревателя от
аварийных режимов. Так, если при максимальной уставке термо-
датчика SK1 по какой-либо причине реле KL1 не срабатывает, то
вступает в действие аварийный термодатчик SK2, уставка которого
на 1...2 °C превышает максимальную уставку SK1. Контакт SK2 за-
мыкается, и в результате последовательного включения и отклю-
чения ряда контактов обмотка контактора КМ теряет питание и
водонагреватель отключается от сети.

В схеме предусмотрена также защита на случай появления не-
допустимой асимметрии питающих напряжений или обрыва фаз,
когда на корпусе нагревателя может появиться потенциал опасно-
го значения. Вследствие этого в нулевом проводе появляется ток,
и если величина его будет больше 25 % номинального тока нагре-
вателя, то срабатывает токовое реле КА и отключает питание. Для
повторного включения водонагревателя в сеть необходимо также
установить переключатель SA сначала в положение «О», а затем на
один из рабочих режимов.

Модернизированный электродный водонагреватель ЭПЗ. Этот
водонагреватель имеет два исполнения, различающихся приво-
дом механизма регулирования мощности (ЭПЗ-100И2 — с руч-
ным приводом и ЭПЗ-100ИЗ — с приводом от исполнительного ме-
ханизма).

Вода заполняет пространство, образованное шестью фазны-
ми электродами 2 и тремя регулирующими электродами 7
(рис. 2.9), выгнутыми по дугам концентрических окружностей и
изолированными друг от друга. Регулирующие электроды изоли-
рованы также от нулевого провода сети. Схема замещения водо-
нагревателя — «треугольник», в каждой стороне которого после-
довательно-параллельно включены рабочие сопротивления учас-
тков воды.

Рабочий ток (см. рис. 2.9) протекает от электродов одной фазы
через воду, затем по регулирующему металлическому электроду
еще раз через воду и далее к электродам другой фазы. Регулирую-
щие электроды /установлены на изоляционной траверсе 6, укреп-
ленной на поворотном валу 16. Мощность водонагревателя регу-
лируют изменением площади поверхности регулирующих элект-
родов 7 путем их вращения вручную или электроприводным меха-
низмом с помощью вала 16. При изменении угла поворота от 0 до
60° мощность водонагревателя возрастает от 25 до 100 % номи-
Рис. 2.9. Устройство электродного водонагревателя ЭПЗ-100И2 (а) и схема
электродной системы (б):

I, 3, 4, 22, 23 — изолирующие экраны; 2—фазный электрод; 5, 70—кожухи; 6— траверса;
7—регулирующий электрод; 8— крышка; 9— шпилька; 11 — изолятор; 12— шина токоввода;
13 — табличка; 14 — ручка регулятора; /5—уплотнение; 16— поворотный вал; /7—сливная
трубка; 18, /9—датчики температуры; 20—предохранительное устройство; 21— съемный
узел верхнего патрубка; 24— нижний патрубок; 25—сливной патрубок; /' — силовой наруж-
ный электрод; 2" — регулирующий электрод; 3' — силовой внутренний электрод; 4', 5', 6’ —
изолирующие пластины

нальной. Номинальное удельное электрическое сопротивление
воды при 20 °C должно быть не менее р2о — 20 Ом  м.

В верхней части корпуса нагревателя предусмотрен кран со
сливной трубкой 17, в днище имеется сливной патрубок 25.

Электрическая схема водонагревателя ЭПЗ-100И2 аналогична
схеме водонагревателя ЭПЗ-100.

Конструкция ЭПЗ-ЮОИЗ аналогична водонагревателю
ЭПЗ-100И2, однако схема управления существенно отличается. В
схеме управления водонагревателем ЭПЗ-ЮОИЗ предусмотрены
ручной и автоматический режимы работы, устанавливаемые пере-
ключателем. В ручном режиме включение и отключение осуще-
ствляют кнопками «Пуск» и «Стоп».

Автоматический режим обеспечивает три варианта управления
мощностью электроводонагревателя: а) в зависимости от темпера-
туры воды на его выходе; б) в зависимости от температуры воздуха
в отапливаемом помещении; в) в соответствии с заданным графи-
ком отпуска теплоты.

Кроме того, имеется возможность управления водонагревате-
лем от внешнего устройства (например, по заданному энергосис-
темой графику потребления электроэнергии).

Автоматическое регулирование осуществляют с помощью регу-
лятора температуры типа ЭРТ-4. Действие регулятора основано на
преобразовании температуры, воздействующей на чувствительные
элементы датчиков, в электрические сигналы управления элект-
рическим приводом исполнительного механизма, меняющего по-
ложение регулирующих электродов водонагревателя.

Электродный водонагреватель ЭВН-10/20-0,4 [1]. Электронаг-
реватель наиболее прост и технологичен в изготовлении. Его ис-
пользуют в различных отраслях производства, сельского хозяйства
и коммунально-бытовом секторе, как самостоятельно, так и в
комплекте КОГВ.

Электронагреватель ЭВН-10/20-0,4 представляет собой сталь-
ной цилиндр, герметически закрытый крышкой, на которой
смонтированы электроды с токоподводящими шпильками, изоля-
торы, предохранительный клапан, выходной патрубок и патрубок
для терморегулятора. Его выпускают с двумя типами терморегуля-
торов: манометрическим термосигнализатором ТКП-160Сг или
электроконтактным термометром ТЗК. К корпусу водонагревате-
ля приварены входной патрубок, три втулки для установки в за-
щитный кожух и втулка для сливной пробки. Электродная систе-
ма выполнена по схеме рисунка 2.5, а и состоит из трех изогнутых
под углом 120° пластин из нержавеющей стали марки 1XI8T тол-
щиной 4 мм, трех шпилек диаметром 12 мм и соединительных
пластин из фторопласта. Проходные изоляторы изготовлены из
ситалла.

Электронагреватель изготовляют в двух исполнениях: с крепле-
нием при помощи кронштейна к стене здания; с установкой его в
защитный кожух на опорные фарфоровые изоляторы. Шкаф уп-
равления и автоматики электроводонагревателя устанавливают от-
дельно на стене здания с учетом длины кабеля и капилляра датчи-
ка терморегулятора.

Принципиальная электрическая схема шкафа управления
ШУА приведена в разделе о КОГВ.

Водонагреватели ЭВН-10/20-0,4 (в последние годы выпускают
под маркой ЭВН-16/25-0,4) имеют определенные недостат-
к и. Так, электроды имеют одностороннюю активную поверх-
ность, что обусловливает существенный расход металла на их из-
готовление. Кроме того, ухудшается теплообмен между частями
воды, находящейся между сплошными пластинами электродов, и
частями воды в объеме корпуса, что приводит к ее перегреву в меж-
электродном пространстве при получении заданной температуры
воды на выходе из водонагревателя и способствует интенсивному
образованию накипи. Качество воды ухудшается из-за электрохи-
мической коррозии значительного количества железа. Указанные
факторы ухудшают условия работы электродной группы, что ска-
зывается на ее надежности в работе. Мощность нагревателя изме-
няют ступенчато (16 и 25 кВт) сменой комплектов электродов,
имеющих разную активную поверхность. Проводят также работы
по тиристорному регулированию мощности.

Электродный водонагреватель ЭВН-16/0,4. В результате совер-
шенствования описанной конструкции разработан электродный
водонагреватель ЭВН-16/0,4 номинальной мощностью 16 кВт,
предназначенный для сельскохозяйственных и коммунально-бы-
товых объектов, в частности для обогрева жилья. В данном водо-
нагревателе сплошные углообразные электроды заменены углооб-
разными рамками (рис. 2.10).

Для регулирования мощности нагревателя между электродами

4 установлен комбинированный

5

Рис. 2.10. Конструкция электродного
водонагревателя ЭВН-1б/0,4:

/ — корпус; 2—крышка; 3— колпак; 4— ра-
мочн11 электроды; 5—комбинированный
экран; 6, 7—механизмы перемещения экра-
на; 8— предохранительный клапан; 9—дат-
чик регулятора температуры

экран 5 в виде трехлучевой звез-
ды, верхняя часть которого вы-
полнена из металла, а ниж-
няя — из диэлектрического ма-
териала. Высота каждой части
равна высоте электродов. Мак-
симальную мощность нагрева-
теля обеспечивают введением в
межэлектродное пространство
металлической части экрана, а
минимальную — диэлектричес-
кой.

При отсутствии комбиниро-
ванного экрана электродную
группу электрически соединя-
ют через нагреваемую проводя-
щую среду по схеме «треуголь-
ник», а мощность нагревателя,
Вт, определяется по формуле

Л = ЗС/2л/^ф.о, (2-71)

где Un—линейное напряжение, В;
Кф.о — фазное сопротивление при от-
сутствии экрана, Ом.

Фазные электроды взаимо-
действуют между собой прак-
тически половиной своих по-
верхностей. При введении в
межэлектродное пространство
металлической части экрана
эквивалентной схемой соединения электродов будет «звезда»,
причем во взаимодействии фазных электродов между собой уча-
ствует вся их активная поверхность. Это обусловливает четырех-
кратное уменьшение фазного сопротивления. Из эквивалентной
схемы следует, что в этом случае фазное сопротивление 7^м =
= тогда мощность определится как

Py = 4t/V^.o,	(2-72)

то есть мощность увеличивается в сравнении со схемой «треуголь-
ник» на 33 %, чем достигается расширение диапазона регулирова-
ния. При диэлектрической части экрана значение минимальной
мощности нагревателя определяется взаимодействием электро-
дов между собой через слои воды, находящиеся ниже и выше
электродов.

Эксплуатация указанных нагревателей показала, что примене-
ние рамочных электродов для ЭНУ мощностью до 25 кВт позволя-
ет снизить металлоемкость электродной группы с 0,065 кг/кВт у
сплошных электродов до 0,05 кг/кВт для электродов в виде рамок.
Следует отметить, что при использовании электродной группы с
рамочными электродами в ЭВН обеспечивается хорошая циркуля-
ция воды. Скорость растворения железа в воде снижается за счет
уменьшения в 1,5...2 раза площади электродов, подвергающейся
коррозии, что приводит к повышению качества нагретой воды.
Использование комбинированного экрана в водонагревателе
ЭВН-16/0,4 позволяет регулировать его мощность в пределах от 40
до 100 %.

Электродный водонагреватель ЭВН-25/0,4. Он имеет принци-
пиально новую конструкцию [1]. Благодаря использованию мно-
гоэлементных электродов и поперечной схеме их расположения в
корпусе достигают повышения эксплуатационной надежности и
снижения металлоемкости. Предложенный комбинированный
способ регулирования мощности (раздвиганием электродов по
вертикали и схемным переключением с «треугольника» на «звез-
ду») обеспечивает работоспособность водонагревателя при изме-
нении удельного электрического сопротивления воды в широком
диапазоне. Техническая новизна конструкции ЭВН-25/0,4 отме-
чена авторским свидетельством.

Многоэлементный электрод водонагревателя представляет со-
бой набор элементов (стержней), имеющих дугообразную форму,
расположенных на определенном расстоянии друг от друга и
электрически соединенных между собой. Такая конструкция
электродов обеспечивает более развитую поверхность и снижает
их металлоемкость в сравнении с пластинчатой це менее чем в
1,3 раза.

При поперечной схеме расположения электродов в корпусе
ЭНУ неравномерное температурное поле не вызывает неравно-
мерного распределения плотности тока по элементам. Благодаря
этому электродная группа работает при благоприятных условиях,
способствующих повышению надежности водонагревателя.

Режим работы водонагревателя показывает, что комбинирован-
ный способ регулирования мощности обеспечивает поддержание
номинальной мощности при изменении рв в диапазоне от 6 до
40 Ом  м, а также глубокое регулирование мощности в пределах от
14 до 100 % от номинального значения при р20 = 40 Ом  м. Благо-
даря указанному способу регулирования затраты труда, связанные
с обеспечением необходимого удельного электрического сопро-
тивления воды, снижаются в 3,3 раза.

Электродный водонагреватель ЭВН-6/9-0,4. Он представляет
собой упрощенный вариант конструкции нагревателя ЭВН-25/0,4
и имеет меньшую мощность. Регулирование мощности от 6 до
9 кВт осуществляют поворотом рукоятки регулятора на 60 °C. Для
совместной работы с водонагревателем ЭВН-6/9-0,4 использован
скоростной проточный водонагреватель, позволяющий получать
горячую воду для бытовых нужд с температурой 45...60 °C. Схема
включения водонагревателя и радиаторов отопления показана на
рисунке 2.6.

Электродный водонагреватель ЭВН-63/0,4. Поперечный разрез
электродного водонагревателя ЭВН-63/0,4 [9] показан на рисунке
2.11. В корпус 1 вварены патрубки 2 для входа и выхода воды.
Корпус имеет электро- и теплоизолированный защитный кожух 3.

На верхней крышке нагревателя
смонтирована электродная груп-
па, состоящая из трех фазных
дуговых однопластинчатых элек-
тродов 4, размещенных со сдви-
гом в 120 °C на общей условной
окружности, и шести дуговых
нулевых электродов 5, находя-
щихся на условно коаксиально
расположенных по отношению к
фазным электродам окружнос-
тях. Фазные электроды установ-
лены на проходных изоляторах 6
с помощью токоподводящих
шпилек. Нулевые электроды
приварены к верхней крышке
нагревателя с помощью шпи-
лек 7.

1 — корпус; 2—патрубок; 3 — изолирован-
ный защитный кожух; 4— фазный элект-
род; 5—нулевые электроды; б— изолятор;
7—шпильки нулевых электродов; <У—тра-
верса; 9— диэлектрические пластины; 10—
вертикальная диэлектрическая пластина;

11—теплоизоляция

Мощность водонагревателя ре-
гулируют экранированием фаз-
ных электродов с помощью ди-
электрических пластин 9 и 10
(или изолирующих коробов), ус-
тановленных на общей траверсе 8. Последнюю поворачивают ру-
кояткой, расположенной над защитным колпаком, на угол 60°.

Верхняя крышка нагревателя в пределах колпака утеплена ас-
бестовым листом. Нагреватель оснащен рабочим терморегулято-
ром ТКП-160Сг, защитным термореле ТР-200 и предохранитель-
ным клапаном.

Электродный водонагреватель ЭВН-63/0,4 развивает номи-
нальную мощность 63 кВт в пределах рго = 10...50 Ом • м при тем-
пературе выходящей воды Т2 = 95 JC и производительности
2000...2145 л/ч. Диапазон плавного изменения мощности состав-
ляет 15...100 % номинального значения. Водонагреватель может
работать как самостоятельно, так и в комплекте КОГВ-2500/63
(см. далее).

Водонагреватель ЭВН-60/0,4. Он имеет регулирование мощно-
сти в широком диапазоне. Электроды каждой фазы нагревателя
набраны из стержней, соединенных единым вертикальным токо-
вводом, и изогнуты в плане под углом 120°. Имеются две схемы
регулирования мощности: от 50 до 100 % номинальной мощности
регулирование осуществляют механически — раздвиганием элект-
родов; от 10 до 50 % регулирование может осуществляться с помо-
щью тиристорного регулятора.

Пример. Рассчитать электродный проточный водонагреватель ЭВН-63/0,4.

Условие. Электродный трехфазный нагреватель ЭВН-63/0,4 должен быть уста-
новлен в системе обогрева помещений и развивать мощность Р=63кВт. Напря-
жение сети £=380 В. Система электродов—дуговая пластинчатая (см.рис.2.11).
Радиус фазного электрода гэ = 0,18 м; радиус внутреннего нулевого электрода
И = 0,145 м; радиус внешнего нулевого электрода г2 = 0,21 м; длина дуги фазного
электрода Ьэ — 0,18 м. Коэффициент а, учитывающий влияние материала корпуса
нагревателя, равен 1,12—1,20. Коэффициент £н, учитывающий неравномерное
распределение тока по поверхности электрода, равен 1,15—1,40. Удельное элект-
рическое сопротивление воды р2о = 20 Ом • м. Температура на входе и выходе на-
гревателя 1\ = 70 °C и Г2 = 95 °C.

Определить межэлектродное расстояние / и высоту пластин h, фактическую
плотность тока на электродах /факт, а также производительность водонагревателя

Решение. Удельное электрическое сопротивление воды при максимальной
температуре 95 °C:

_40р2о _ 40-20 _ 800

Р95 20 + 7’ 20 + 95 115

=6,95 Ом-м.

Определяем допустимое значение напряженности электрического поля между
электродами £доп =_£рт) (см. с. 171). При р95 = 6,95 Ом • м £доп = 40 000 В/м.

Минимальное расстояние между фазным и нулевым электродами 4™ = Цц/^юп =
= 220/40 000 = 0,0055 м = 0,55 см.

Фактическое расстояние между электродами принимают исходя из конструк-
тивных особенностей нагревателя / = 3 см, то есть /> 4™-

Высота электродов

^..In^.ln^

Р20 "з гэ Г1

1п^- + 1п^-
гэ п

где	Uq/P:6 = 48400/10500 = 4,6Ом. Приняв а=1,15, получим Л=0,55м = 55см.
Фактическая плотность тока

.	_1/фАГн(20+Г2)

Принимаем Ки = 1,2 и получаем

/факт - 22°4о :220( 0°0+39 ~ = 30360/24 = 1265 А/м2 = 0-126 ’ 104 А>2’

Уфахт <Удоп» так как _/дОП 0,5  10 А/м .

Из выражения (2.56), приняв т, = Vh находим объемную производительность
нагревателя

' pC(T2-7J)’

63 000 0,99	,

V. =---------:---=0,6 л/с=2143 л/ч,

' 1 4190 (95 - 70)	'

что соответствует паспортным данным электроводонагревателя.

2.4.2. ЭЛЕМЕНТНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ

Наиболее широко в сельском хозяйстве используют ЭНУ кос-
венного нагрева, в которых реализован способ нагрева сопротив-
лением с помощью нагревательных элементов (см. рис. 2.2, в).

Элементные ЭНУ подразделяют по характеру работы:
на непрерывного и периодического действия (проточные и непро-
точные); по конструктивным особенностям — на
переносные, напольные, настенные; по числу фаз — на од-
нофазные и трехфазные; по используемому напряже-
нию—с напряжением до 1000 В (как правило, 220 и 380 В) и
свыше 1000В; по используемым нагревательным
элементам — с трубчатыми электрическими нагревательными
элементами (ТЭНами) и с герметичными угольно-графитовыми
проводниками и покрытиями (применение других элементов, на-
пример открытых спиралей сопротивления, в водонагревателях
запрещено).

Элементные электрические водонагреватели используют для
нагрева воды на технологические и санитарно-гигиенические
нужды ферм и комплексов, для подогрева воды в автотракторных
мастерских, в теплично-парниковом хозяйстве, в консервном
производстве и при выпечке хлеба, для изготовления различной
питьевой воды и пива, а также на других сельскохозяйственных
предприятиях.

Основные преимущества элементных ЭНУ — мощность,
потребляемая из сети нагревателем, не зависит от удельного элек-
184
трического сопротивления воды р2о и практически не зависит от
температуры воды; ЭНУ может быть сразу же использована для
нагрева питьевой воды (без использования промежуточных тепло-
обменников); у нагревателей имеется возможность быстрой заме-
ны вышедших из строя ТЭНов; при пропаже одной из фаз со сто-
роны питания асимметрия напряжений менее опасна.

Однако работа элементных ЭНУ при неполнофазном режиме
запрещена, а в сеть водоснабжения их должны включать через
изолирующие вставки.

Недостатки элементных ЭНУ — выход из строя ТЭНов
(перегорание) из-за прекращения подачи или упуска воды из сис-
темы; меньшее значение мощности на единицу массы и объема по
сравнению с электродными ЭНУ, а также более сложная конст-
рукция с более низким КПД; меньшие возможности регулирова-
ния мощности (ступенчатое регулирование при ограниченном ко-
личестве ступеней).

Выбор ТЭНов. Их выбирают по расчетной мощности ЭНУ. В
соответствии с (2.28) для непроточных элементных нагревателей
мощность Рр определяют по выражению, Вт,

7р = ФцЛДнагр = тС{ Т2 — 71)/тНнагр>	(2.73)

где т — масса нагреваемой воды, кг; /нагр — продолжительность нагрева, с.

Если дан объем нагреваемой воды V, л, то

т = Ир,

где р — плотность воды, равная 1 кг/л.

Для проточных ЭНУ аналогично (2.56')

Рр = Фп/П = mtC( Т2 - 7i)/n,	(2.73')

где т, — массовая, кг/с, или объемная, л/с, производительность установки,
т, = И,Р. при р = 1 кг/л т, численно равно V,.

При конструировании элементных ЭНУ ТЭНы выбирают по
расчетной мощности [см. формулы (2.56), (2.73)], необходимой
для нагрева среды или вещества. Далее по каталогам выбирают
ТЭНы, соответствующие условиям эксплуатации, напряжению,
мощности, температуре оболочки и нагреваемой среде, а также
форме, возможности размещения нагревателя в рабочем про-
странстве. Число ТЭНов определяют в зависимости от Рр и Р\, то
есть п = Рр/Р\. Число ТЭНов п должно быть кратно трем для воз-
можности питания от трехфазной сети.

ТЭНы могут быть выбраны также по расчетной площади, м2,
общей поверхности нагрева в расчете на одну фазу:

Рп = Рф/Pf,	(2-74)

где PF—допустимая удельная поверхностная мощность ТЭНа, Вт/м2.
Значение PF зависит от материала трубки, цели и условий на-
грева. Так, для ТЭНов со стальной оболочкой при нагреве и кипя-
чении воды PF= (7... 10) • 104Вт/м2; при нагреве молока и темпе-
ратуре на оболочке ТЭНа, равной 150 °C, PF= 3 • 104Вт/м2. Спе-
циальные одноконцевые ТЭНП патронного типа отличаются
высокой удельной поверхностной мощностью до 38 • 104 Вт/м2.
Необходимое число ТЭНов

n=Fn/Fm,	(2-75)

где Fnl — площадь поверхности одного ТЭНа, м2.

Условия эксплуатации. Если условия эксплуатации выбранных
ТЭНов отличаются от установленных заводом-изготовителем, то
делают проверочный расчет, определяя фактическую температу-
ру поверхности трубки 7факт и удельную поверхностную мощ-
ность PF.

С уменьшением температуры на поверхности трубки повыша-
ется надежность и долговечность ТЭНа. Если ТЭНы в данных
условиях эксплуатации при номинальном напряжении перегру-
жены, их можно использовать, включив на пониженное напря-
жение. Однако это приводит к недоиспользованию ТЭНов по
мощности и должно быть обосновано (снижение напряжения в
два раза уменьшает мощность, развиваемую ТЭНом, в четыре
раза).

ТЭНы по исполнению считают герметичными в отличие от
применяемых открытых нагревателей в виде изогнутых лент и
проволочных спиралей из различных сплавов, а также закрытых,
где нагреватели размешают в кожухах или радиационных трубах.
Заводы-изготовители часто не гарантируют герметичность ТЭНов,
работающих в воздушной среде. Поэтому применение их в других
средах (в том числе в воде) не рекомендуется.

Теплота от открытых нагревателей передается конвекцией и
излучением, от закрытых — главным образом конвекцией. ТЭНы
работают в установках кондукгивного, конвективного и лучистого
нагрева.

По данным «Миассэлектро», средняя наработка ТЭНов до от-
каза при работе в жидкостных средах составляет не менее 5000 ч,
при работе в воздушной среде — до 12 000 ч. Обозначения наибо-
лее распространенных сред, нагреваемых с помощью ТЭНов:
Р — вода или водные растворы; I — жиры, пищевые масла; Z —
технические масла; L — нагрев литейных и пресс-форм; S — спо-
койный воздух; Т — воздух, двигающийся со скоростью до 1,5 м/с
при температуре на оболочке ТЭНа от 450 до 650 ’С; О — воздух,
движущийся со скоростью не менее 6 м/с при температуре до
450 °C.
2.3. Материалы для нагревательных элементов сопротивления

Материалы	р 10’, кг/м’	рм 10-* при  20 ’С, Ом • м	а • ЮЛ 1/‘С	Тш, ‘С	Т ,‘С (при проводе d= 1 мм)
Сплавы:  Х20Н80-Н	8,4	1,06...1,17	16 ...35	1400	1100
Х15Н60-Н	8,2	1,12...1,17	16	1390	1000
Х15Н60ЮЗА	8,2	1,25	16	1600	1200
Х13Ю4	7,3	1,18. 1,34	20	1550	1200
Х23Ю5Т	7,27	1,35	17	1700	1100
Х27Ю5Т	7,19	1,39	15	1600	1200
ХН70Ю	7,9	1,3	16	1500	1100
Сталь	7,8	0,14...0,16	2250	1400	500
Спецстали	7,6...7,9	0,4...0,5	Переменный 1600			700
Неметаллические материалы: карборунд	2,3	800..1900				2630
графит	1,6	8...15	8»	—	2300
уголь	1,6	40...60		—	2300...2800

Примечание. Буквы в марках сплавов означают: X — хром; Н — никель;
Ю — алюминий; Т — титан. Цифры после букв — процентное содержание элемен-
та. А — высококачественный сплав, Н—для нагревательных элементов.

Устройство. На рисунке 2.12 показано устройство ТЭНа. Он со-
стоит из тонкостенной (0,8... 1,2 мм) металлической трубки (обо-
лочки) 1, в которой размещена нагревательная спираль 2 из про-
волоки высокого удельного электрического сопротивления. В ка-
честве материалов для проволоки используют нихромы и фехрали.
В ЭНУ с рабочей температурой выше 1250 °C применяют туго-
плавкие металлы — вольфрам, тантал, ниобий, или используют
неметаллические материалы — карборунд, молибден или графит
(табл. 2.3). Трубку нагревателя часто выполняют из углеродистой
стали (10 или 20) или из нержавеющей стали. Для подогрева воды
трубка может быть выполнена из меди или латуни, покрытых оло-
вом, никелем или хромом. Спираль изолируют от трубки напол-
нителем 4, имеющим высокие электроизолирующие свойства и
хорошо проводящим теплоту. В качестве наполнителя чаще всего
используют периклаз (кристаллическая окись магния). После за-
полнения периклазом ТЭН опрессовывают и спираль жестко фик-
сируют по оси трубки.

Контактные шпильки (или стрежни) 3, соединенные с конца-
ми спирали 2, имеют снаружи контактные гайки 7для подключе-
ния электрических проводов или разъемов. Шпильки 3 изолируют
от трубки изоляторами 6, торцы герметизируют влагозащищен-
ным кремнийорганическим лаком (герметиком) 5.

Преимущества ТЭНов — универсальность, надежность
и безопасность обслуживания. Их можно использовать в устрой-
Рис. 2.12. Трубчатый электрический нагреватель (ТЭН):

а — конструктивная схема; б—расчетные параметры спирали ТЭНа; 7 —оболочка; 2—на-
гревательная спираль; 3 — контактная шпилька; 4— наполнитель (периклаз); 5— герметик;

6— изолятор; 7—контактная гайка

ствах с давлением до 9,8  105 Па. Рабочая поверхность ТЭНов мо-
жет достигать температуры 800 °C, что приемлемо для большин-
ства сельскохозяйственных тепловых процессов.

Применение. ТЭНы широко используют в водонагревателях,
электрокипятильниках, чайниках и кофеварках, теплоаккумули-
рующих установках, электроплитах и электропечах, в электрока-
лориферах и т. д. Промышленность выпускает ТЭНы на напряже-
ние от 6 до 380 В мощностью от 15 до 25 • 103 Вт с развернутой
длиной от 10 до 630 см и диаметром используемой гладкой трубки
от 6 до 20 мм. При нагреве газообразных сред для увеличения теп-
лоотвода от ТЭНа применяют его оребрение. Для рационального
размещения ТЭНов в нагревателе им придают различную форму.
Устанавливают их при помощи крепежных штуцеров, хомутов,
планок, хвостовиков, уплотняющих втулок, разъемов и т. п.

Маркировка. В сельскохозяйственном производстве использу-
ют трубчатые электронагреватели серий ТЭН, ТЭНП, ЭТ, НВ,
НВЖ, НВС, НВСЖ, НММ, НММЖ и др. Расшифровка буквен-
ных обозначений: ЭТ — электронагреватель трубчатый; П — пат-
ронного типа; Н — нагреватель; В — воды; ВС — воздуха; ММ —
масла; Ж — с жаропрочной оболочкой.

Пример расшифровки обозначения нагревателя ТЭН-100А13/
4,0Р220: ТЭН — трубчатый электрический нагреватель; 100 — пол-
ная (развернутая) длина оболочки ТЭНа L, см; А — длина контак-
тной шпильки (стержня) в заделке /к = 40 мм; 13 — наружный диа-
метр ТЭНа, dyp, мм; 4,0 — потребляемая мощность, кВт; Р — на-
греваемая среда (в данном случае вода); 220 — напряжение пита-
ния, В.

Величина /к может быть различной в зависимости от условий ра-
боты ТЭНа (А = 40 мм; В = 65 мм; С= 100 мм и т. д.). Полной дли-
ной L ТЭНа считают длину от края до края трубки (см. рис. 2.12):
L = Та + 2/к, где Za — длина активной части трубки ТЭНа. Отдель-
ные фирмы в конце принятого обозначения указывают иногда вид
климатического исполнения (УХЛЗ, УХЛ4) или радиус закругле-
ния, см, и наличие штуцера.

Расчет ТЭНа. Для определения одного из главных параметров
провода ТЭНа — диаметра d, м (мм), — используют два метода
расчета: по допустимой удельной поверхностной мощности Pfia с
помощью таблицы токовых нагрузок (табл. 2.4).

Допустимая удельная поверхностная мощность PF= Р/F, где
Р— мощность проволочного нагревателя, Вт; F= ndl— площадь
поверхности нагревателя, м2; I — длина провода, м. Согласно пер-
вому методу

4рдР2
t?U2Pf '

(2.76)

где рд — удельное электрическое сопротивление материала провода при действи-
тельной температуре, Ом • м; V— напряжение проволочного нагревателя, В; PF —
допустимые значения удельной поверхностной мощности для различных нагрева-
телей:

Нагреватель

Открытый:

в спокойном воздухе

в воде

В гладком ТЭНе:

в спокойном воздухе

в потоке воздуха

в воде

В оребренном ТЭНе, в потоке воздуха

Pf  104, Вт/м2

2...6

8...10

12...14

20... 22

36...38

26...3O

Во втором методе используют таблицу токовых нагрузок (см.
табл. 2.4), составленную по экспериментальным данным. Для того
чтобы воспользоваться указанной таблицей, необходимо опреде-
лить расчетную температуру нагрева 7р, связанную с действитель-
ной (или допустимой) температурой провода Тл соотношением:

Гр = адт;,	(2.77)

где Км — коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение условий охлаждения
нагревателя из-за его конструктивного исполнения; /^ — коэффициент среды,
учитывающий улучшение условий охлаждения нагревателя по сравнению с не-
подвижной воздушной средой.

Для нагревательного элемента из провода, свитого в спираль,
Км = 0,8...0,9; то же, с керамическим основанием Км = 0,6...0,7;
для провода нагревательных плиток и некоторых ТЭНов
Км = 0,5...0,6; для провода электронагревателей пола, почвы и
ТЭНов Км — 0,3...0,4. Меньшее значение Км соответствует нагре-
вателю меньшего диаметра, большее — большего диаметра.

При работе в условиях, отличающихся от свободной конвек-
ции, для нагревательных элементов в воздушном потоке принима-
ют IQ = 1,3...2,0; для элементов в неподвижной воде /Q = 2,5; в по-
токе воды — Кс = 3,0...3,5.

Если заданы напряжение иф и мощность Рф будущего (проек-
тируемого) нагревателя, то его ток (на одну фазу)

1ф = Рф/иф.	(2.78)

По расчетному значению тока нагревателя (2.78) для требуемой
расчетной температуры его нагрева (2.77) по таблице 2.4 находят
необходимый диаметр нихромового провода d и рассчитывают не-
обходимую длину провода, м, для изготовления нагревателя:

/п = (^ф//’ф)М2/4)/Рд,	(2.79)

где d — выбранный диаметр провода, м; рд — удельное электрическое сопротивле-
ние провода при действительной температуре нагрева, Ом • м,

Рд = Р2о[1+Ор(Гд-20)],	(2.₽0)

где ар — температурный коэффициент сопротивления, 1/”С.

Для того чтобы определить параметры спирали из нихрома (см.
рис. 2.12), принимают средний диаметр витков D= (6...10)J, шаг
спирали h — (2..A)d, число витков n = ln/y](nD)2 +Л2, длину спира-
ли /сп = hn.

При расчете ТЭНов следует помнить, что сопротивление про-
вода спирали после опрессовки ТЭНа

Ясп^Ау.сЛ

где ЛуС —коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления спирали; по
опытным данным ку,с = 1,25. Следует также учитывать, что удельная поверхност-
ная мощность провода спирали больше в 3,5...5 раз удельной поверхностной мощ-
ности на трубке ТЭНа.

В практических расчетах ТЭНа сначала определяют температу-
ру на его поверхности

Tn=T0 + P/?Tb	(2.81)

где То — температура окружающей среды, °C; Р— мощность ТЭНа, Вт; R^ — тер-
мическое сопротивление на границе трубка — среда, °С/Вт.

Затем определяют температуру спирали:

Т^п — То +	+ Ra + Rfi),

(2.82)

где Я,, — термическое сопротивление стенки трубки, °С/Вт; R^ — термическое со-
противление наполнителя, °С/Вт; = 1/ctF, где а — коэффициент теплоотдачи,
Вт/(м2-°С); F— площадь поверхности нагревателя, м2; R,2 = bfKF, б —толщина
стенки, м; X — теплопроводность стенки, Вт/(м • °C).

2.4. Таблица токовых нагрузок

Диаметр провода, мм	Площадь сечения, мм2	Допустимые токовые нагрузки. А, при расчетной температуре, °C						
		200	400	|	600	700	800	900	|	1000
0,1	0,008	0,1	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
0,2	0,031	0,6	1,0	1,4	1,6	1,8	2,0	2,3
0,3	0,085	1,0	1,6	2,3	2,7	3,0	3,4	3,8
0,4	0,126	1,5	2,3	3,3	3,8	4,4	5,0	5,7
0,5	0,195	2,0	3,1	4,5	5,2	5,9	6,75	7,7
0,6	0,342	2,5	4,0	5,7	6,5	7,5	8,5	9,7
0,7	0,385	3,1	4,8	6,9	7,8	9,1	10,3	11,8
0,8	0,503	3,7	5,7	8,1	9,1	10,8	12,3	14,0
0,9	0,636	4,2	6,7	9,3	10,4	12,3	14,5	16,5
1,0	0,785	4,8	7,7	10,8	12,1	14,3	16,8	19,2
1,1	0,950	5,4	8,7	12,4	13,9	16,5	19,1	21,5
1,2	1,130	6,0	9,8	14,0	15,8	18,7	21,6	24,3
1,3	1,330	6,6	10,9	15,6	17,8	21,0	24,4	27,0
1,4	1,540	7,2	12,0	17,4	20,0	23,0	27,0	30,0

Пример 1. Рассчитать электрический нагреватель в виде проволочной спирали
по допустимой удельной поверхностной мощности PF.

Условие. Мощность нагревателя Р= 3,5 кВт; напряжение питания 17=220 В;
материал провода — нихром Х20Н80 (сплав из 20 % хрома и 80 % никеля), поэто-
му удельное электрическое сопротивление провода рм= 1,1' 10-6 Ом • м; темпера-
турный коэффициент сопротивления ар = 16  10“б 1/°С; спираль открытая, нахо-
дится в металлической пресс-форме, рабочая температура спирали 7’сп = 400°С,
/>=12 104 Вт/м2.

Определить d, ln, D, h, п, /сп (обозначения аналогичны рис. 2.12, б).

Решение. Сопротивление проволочной спирали: R = U1/P= 22О2/35ОО =
= 13,8 Ом.

Удельное электрическое сопротивление при Гсп = 400°С p400 = l,l-10—6[l-b
+ 16 • 10-6(400 —20)] = 1,11 • Ю-6Ом • м. По выражению (2.76) находим диаметр
провода:

d=J 4рдр2 = Л-1»11 io~fe 35°°2

]U2n2PF \2202 3,142 12 104

=0,00098 м = 1мм.

Из выражения R = pl/S получаем l/d2 = itRJlp, откуда длина провода
/п= [3,14-13,8/(4- 1,1 • 10-6)]«/2 = 9,8 • 106 • 0,0012 = 9,8 м.

Средний диаметр витка спирали

D = 10</ = 10  0,001 = 0,01 м = 10 мм.

Шаг спирали h = 3d = 3  1 = 3 мм.

Число витков спирали

п=

4.

9,8

^D)2+h2 7(3>14 0,01)2+0,0032

=311.

Длина спирали /сп = hn =0,003 - 311 =0,933 м = 93,3 см.

Пример 2. Конструктивно рассчитать проволочный нагреватель сопротивле-
ния при определении диаметра провода d с помощью таблицы токовых нагрузок
(см. табл. 2.4).

Условие. Мощность проволочного нагревателя Р= 3146 Вт; напряжение пита-
ния 1/=220В; материал провода — нихром Х20Н80 р20= 1,1 - 10~6Ом-м;
се, = 16  10~6 1/°С; спираль открытая, расположенная в потоке воздуха (Ки = 0,85,
Кс — 2,0); допустимая рабочая температура провода Та = 470 'С.

Определить диаметр d и длину провода /п

Решение. По формуле (2.77) 7L = Х’м/^7’д = 0,85 • 2 • 470 °C = 800 °C. Ток проек-
тируемого нагревателя I = P/U= 3146/220= 14,3 А.

По таблице токовых нагрузок (см. табл. 2.4) при Тр = 800 °C и /= 14,3 А нахо-
дим диаметр и сечение провода d= 1,0 мм и 5= 0,785 мм2.

Длина провода

4 = RS/psoo,

где R = U2/P= 2202/3146 = 15,3 Ом,

Рвот = 1,1 ‘ Ю-6[1 + 16  10-б(800 — 20)] = 1,11 -10-6 Ом • м,
/п = 15,3  0,785  10-6/1,11  Ю-6 = 10,9 м.

Далее при необходимости аналогично первому примеру могут быть определе-
ны D, h, п, /сп.

Пример 3. Определить допустимое напряжение на трубчатом электрическом
нагревателе (ТЭНе).

Условие. Спираль ТЭНа выполнена из нихромовой проволоки диаметром
г/= 0,28 мм и длиной / = 4,7м. ТЭН находится в спокойном воздухе, имеющем
температуру 20°C. Характеристика нихрома: р20 = 1,1  10-6 Ом-м; Кр = 16-10-6 1/°С.
Длина активной части оболочки ТЭНа La = 40 см. ТЭН гладкий, наружный диаметр
г/о6=16мм. Коэффициент теплоотдачи а = 40 Вт/(м2 • °C). Термические сопротив-
ления: наполнителя Дз = 0,3 °С/Вт, стенки оболочки = 0,002 °С/Вт.

Определить, какое максимальное напряжение можно приложить к ТЭНу, что-
бы температура его спирали 7^п не превышала 1000 °C.

Решение. Температура спирали ТЭНа 7in = То + F\Rti + Ят2 + R&), где То —
температура окружающего воздуха; Р — мощность ТЭНа, Вт; Дг1 — контактное
термическое сопротивление на границе трубка — среда.
Мощность ТЭНа Р= U2/R, где R — сопротивление спирали нагревателя Сле-
довательно, можем записать

U2

?сп — To=-—(Rrl + Лг2 +Лгз),

1\

откуда напряжение на ТЭНе

и=

I *(rcn-ro)
«г! +/Jr2+/?r3

Найдем Я=р—=-, где р100о = Р20П + ар( Т-20)] = 1, Г 10~6 х
nd	н

х [1 + 16  ЮЛ 1000 - 20)] = 1,12  10-6 Ом • м.

Тогда Л=1,12 1(Г6--------------у=85,50м.

3,14(0,28 1(Г3)

Контактное термическое сопротивление Rj\ = 1/аГ, где F — площадь активной
части оболочки ТЭНа; F = nd^F,, = 3,14 • 0,016 • 0,4 = 0,02 м2.

Находим Aji = 1/40  0,02 = 1,25 °С/Вт.

Определяем напряжение на ТЭНе

185,5(1000 —20)

1,25+0,002+0,3

= 232,4 В.

Если номинальное напряжение, указанное на ТЭНе, равно 220 В, то перенап-
ряжение при Тсп = 1000 ‘С составит 5,6 % ии.

Стальные электронагреватели. В процессах сельскохозяйствен-
ного производства широко используют также электрические на-
греватели из стали благодаря их доступности и низкой стоимости.
Им часто можно отдать предпочтение в тех процессах нагрева, где
значительно большая (в 7... 10 раз) длина стальных нагревателей
по сравнению с высокоомными не представляет собой препят-
ствия к применению, например, для обогрева полос пола и пане-
лей в животноводческих помещениях, обогрева почвы и воздуха в
парниках и теплицах и т.п.

Недостаток стальных нагревателей — нестабильность их
основных электрических параметров: электрического сопротивле-
ния, температурного коэффициента сопротивления и магнитной
проницаемости.

Отметим, что полное сопротивление стального нагревателя пе-
ременному току с учетом поверхностного эффекта и внутренней
индуктивности может быть определено по выражению

Z = RX'n/coscp,

(2.83)

где Кп — коэффициент поверхностного эффекта, представляющий собой отноше-
ние активного сопротивления в цепи переменного тока к омическому сопротив-
лению для постоянного тока, то есть Кп = cos<p — коэффициент мощности.
Степень влияния поверхностного эффекта зависит от геомет-
рических размеров, удельного электрического сопротивления
проводника рд, магнитной проницаемости стали цс и частоты
тока f

Для диаметров стальных проводов d = 1...6 мм и удельной ли-
нейной мощности Р\ = 20... 100 Вт/м, коэффициент Кп = 1 + 0,0176d2.

В соответствии со сказанным ток через нагреватель /= U/Z.

Диаметр, м, стального провода

4рдР2*п
n2U2 cos2 фР/

Длина, м, стального провода

IPU2 cos2 <р
^4лряЛпГ/’

(2-84)

(2.85)

В приведенных выражениях удельную поверхностную мощ-
ность Р/ принимают меньшей в 2...2,8 раза табличных значений
для нагревателей из сплавов хрома и никеля.

Основные типы элементных водонагревателей. В сельскохозяй-
ственном производстве широко распространены водонагреватели
серий: УАП (универсальный автоматический подогреватель),
САОС (нагрев сопротивлением аккумуляционного типа, открытая
система горячего водоснабжения), САЗС (нагрев сопротивлением
аккумуляционного типа, закрытая система горячего водоснабже-
ния), ЭВ и ЭВП (электрические водоподогреватели) и др.

Основные технические характеристики элементных водонагре-
вателей приведены в таблицах 2.5 и 2.6.

2.5. Технические характеристики элементных емкостных водонагревателей*

Параметр	УАП-400	УАП-800	УАП-1600	САОС-400, САЗС-400	САОС-800, CA3C-800	САОС-1600, САЗС-1600	ЭВ-150
Мощность, кВт	12	18	30	12	18	30	6
Вместимость резервуара, л	400	800	1600	400	800	1600	150
Максималь- ная темпера- тура воды, °C	95	95	95	90	90	90	90
Время нагрева 3,3 воды на 80 °C до максималь- ной темпера- туры, ч		4,5	6	3,5	5	5,3	3
2.6. Технические характеристики элементных водонагревателей ЭВП

Параметр | ЭВПм |		ЭВП-3	| ЭВП-6	| ЭВП-9	| ЭВП-181	ЭВП-28 | ЭВП-37		ЭВП-48
Мощность, кВт	1,75	3	6	9	18,9	28,4	37,6	48
Номиналь- ное напря- жение, В	220	380/220	380/220	380/220	380	380	380	380
Рабочий объем,л	40	70	90	120	140	140	140	140
Максималь- ная темпе- ратура волы, °C	90	90	90	90	90	90	90	90
Масса, кг	9	10	13	15	—	—	—	—
Объем обо- греваемых помеще- ний, м3	60	145	290	450	780	1200	1700	2200

Большинство элементных водонагревателей имеют резервуар
для воды; защитный кожух; слой теплоизоляции, расположенный
между резервуаром и кожухом; один или два блока ТЭНов (в зави-
симости от типа и мощности нагревателя); одно или два темпера-
турных реле; патрубки или трубопроводы горячей и холодной
воды. У многих аппаратов температуру воды контролируют визу-
ально при помощи термометров.

Электроводонагреватели типа 34477 используют для нагрева воды
в различных процессах сельского хозяйства, в мастерских, гаражах,
коммунально-бытовых предприятиях. Электронагреватели УАП-400
имеют один блок нагревателей, УАП-800 и УАП-1600 —по два
блока. В результате последние могут работать с тремя уровнями
мощности, определяемыми соотношением 1:2/3:1/3, что соответ-
ствует трем режимам работы — форсированный нагрев, аккумуля-
ционный режим и разогрев одной четверти объема. Нагреватель-
ные блоки электроводонагревателей УАП, ЭВ-150, ЭВП состоят
из трех ТЭНов. Принцип работы указанных водонагревателей
одинаков. Их используют в открытых системах горячего водоснаб-
жения, когда горячую воду разбирают, открыв кран холодной
воды на входе в водонагреватель.

Электроводонагреватели САОС и САЗС также используют для
горячего водоснабжения. Они имеют три режима работы по мощ-
ности и работают при избыточном давлении воды до 0,4 МПа.

Благодаря прилагаемому циркуляционному насосу водонагре-
ватель САЗС можно использовать в замкнутых системах отопле-
ния, поения с подогревом воды и др.

На рисунке 2.13 показано устройство водонагревателей САОС
и САЗС. Холодная вода поступает в водонагреватель через ниж-
ний трубопровод 7, на котором кроме вентиля может быть уста-
Рис. 2.13. Элементные водонагреватели САОС и САЗС вместимостью 400 л:

/ — циркуляционный насос; 2—трубопровод горячей воды; 3 — показывающий термометр;
4 — шкаф управления; 5— кожух; б — блок ТЭНов; 7— трубопровод холодной воды; S— изо-
лирующие вставки

новлен обратный клапан для предотвращения обратного хода
воды. Вода блоком ТЭНов 6 нагревается до необходимой темпе-
ратуры, которая автоматически поддерживается в нагретом со-
стоянии на заданном уровне терморегулятором Т-419, датчик
которого ТСМ находится в воде и расположен в одном блоке с
ТЭНами.

В качестве аварийного регулятора используют биметалличес-
кий терморегулятор ТР-200 или терморегулирующий блок ТРК.
Шкаф управления 4 устанавливают на самом водонагревателе
(САОС-400) или на стене. Водонагреватели, как правило, имеют
предохранительный пружинный клапан, срабатывающий при уве-
личении давления воды более 0,4 МПа.

При сравнительно большой вместимости водонагреватели УАП
и САОС могут работать в аккумуляционном режиме, запасая горя-
чую воду в «провалах» графиков электрических нагрузок.

Водонагреватели САОС могут работать по четырем схемам раз-
бора воды: при разборе горячей воды в одной и в нескольких точ-
ках (при наличии напорного бака), с разбором воды при высоком
давлении (закрытых кранах на выходе), при питании душевой ус-
тановки с расходным баком.
На рисунке 2.14 показана принципиальная электрическая схе-
ма управления работой водонагревателя САОС-800 с двумя двух-
позиционными регуляторами температуры UK1 и UK2. Регулятор
UK2 (Т-419) контролирует рабочую температуру воды, a UK1
(ТРК) — аварийную. Датчики регуляторов типа ТСМ находятся в
воде в одном блоке с ТЭНами. Автоматическими выключателями
QF1 и QF2 задаются необходимые режимы работы. Водонагрева-
тель включают нажатием кнопки SB2. При этом получает питание
промежуточное реле KL1, которое в зависимости от режима рабо-
ты (определяемого QF1 и QF2) включает магнитные пускатели
КМ1 и КМ2 или один из них. Вода нагревается до температуры,
соответствующей верхней уставке регулятора UK2. При ее дости-
жении водонагреватель отключается от сети и нагрев воды прекра-
щается. Включение происходит при снижении температуры воды
до нижней уставки температуры регулятора.

Элементные водонагреватели ЭВП (см. табл. 2.6) используют в
системах отопления с естественной и принудительной циркуля-
цией воды, а также для получения горячей воды на технические
нужды.

Проточные элементные электроводонагреватели ЭПВ-2А, ЭВ-Ф-15
(рис. 2.15) представляют собой стальной цилиндр, внутри которо-
го смонтированы ТЭНы и температурное реле, отключающее на-
греватель от питающей сети при нагреве воды до установленной

-380/220В

L1 L2L3N

Рис. 2.14. Электрическая схема управления работой водонагревателя САОС-800:

UK1 — терморегулятор аварийный типа ТРК (TP-200); UK2— терморегулятор рабочей
температуры воды Т-419
Рис. 2.15. Проточный электроводонагреватель
ЭВ-Ф-15:

/ — защитный кожух; 2—резервуар; 3—ТЭН; 4—
предохранительный клапан или струйное реле; 5—
терморегулятор ТР-200; 6—термометр; 7—обратный
клапан

температуры. Основные их характе-
ристики приведены в таблице 2.7. В
комплекте с нагревателями поставля-
ются шкафы управления, которые
контролируют и поддерживают необ-
ходимую температуру воды в резерву-
арах, а также наличие или отсутствие
тока воды.

2.7. Технические характеристики проточных
элементных водонагревателей

Параметр	'	ЭВП-2А	ЭВ-Ф-15	I ВЭП-600
Мощность, кВт	10,5	15	10,5
Номинальное напряжение, В	380/220	380/220	380/220
Максимальная температура	95	80	80 (10; 16; 22)
воды, 'С Вместимость, л	12	15	100
Производительность, л/ч	115	160	600 (100)

На рисунке 2.16 показана принципиальная электрическая схе-
ма электроводонагревателя ЭВ-Ф-15. Ручной или автоматичес-
кий режим его работы задают переключателем SA1. Ручной ре-
жим работы используют в случае отказа автоматики и для опро-
бования схемы при ее первоначальном включении. При замыка-
нии выключателя QF1, когда переключатель SA1 находится в
положении «А», реле времени КТ1 через 15...45 с подает потен-
циал на катушку КМ1, и водонагреватель включается в pa6qTy.
При этом загорается сигнальная лампа HL2. При нагреве воды до
установленной температуры срабатывает термореле SK1 и подает
сигнал на отключение водонагревателя, нагрев прекращается.
При снижении температуры воды контакты термореле вновь за-
мыкаются, выдавая сигнал на включение электроводонагревате-
ля. Однако включение произойдет с выдержкой времени
15...45 с, которую обеспечивает реле КТ1. Этим исключается вли-
яние возможного неустойчивого замыкания контактов SK1 тер-
мореле на работу схемы.

Электроводонагревателъ ВЭП-600 (рис. 2.17) предназначен для
подачи и подогрева в холодное время года питьевой воды в поил-
ках телятников и коровников на 200 голов с привязным содержа-
нием животных. Он представляет собой установку проточно-цир-
куляционного типа, которая состоит из бака с теплоизоляцией,
198
Рис. 2.16. Электрическая схема управления работой водонагревателя ЭВ-Ф-15:

КТ1 — реле времени; SK1 — термореле; VD1 — стабилитрон; VD2... VD5—диоды; VT1 —
транзистор; VS1 — тиристор

блока ТЭНов, предохранительного и обратных клапанов, насоса с
электродвигателем, терморегулятора и термометра.

При расходе до 600 л/ч водонагреватель может поддерживать
температуру в автопоилках от 10 до 22 °C, но при небольшом рас-
ходе — до 100 л/ч вода может быть нагрета до 80 °C.

Водонагреватель элементный ВО-4,8/10,5-0,4 предназначен для
Рис. 2.17. Электроводонагреватель ВЭП-600:

/ — изолирующие вставки; 2—блок трубчатых нагревателей; 3 —теплоизолированный бак;
4— предохранительный клапан; 5—терморегулятор; 6—термометр; 7—электродвигатель на-
соса; 8— обратные клапаны

работы в открытых термосифонных системах отопления жилых
домов и объектов культурно-бытового назначения, удаленных от
центральных котельных, а также для получения горячей воды.
Может использоваться на доильных площадках.

Состоит из корпуса, съемной крышки с расположенными на
ней ТЭНами, терморегулятора, скобы заземления, входного и вы-
ходного патрубков. Конструкция водонагревателя предусматрива-
ет возможность замены фазных ТЭНов из типоразмерного ряда
1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 3,5 кВт, что обеспечивает изменение потреб-
ляемой мощности в диапазоне от 3 до 10,5 кВт. Комплект ТЭНов,
установленный заводом-изготовителем в водонагревателе, обеспе-
чивает номинальную мощность 10,5 кВт. Имеется вариант одно-
фазного исполнения.

Водонагреватель работает в автоматическом режиме по коман-
дам терморегулятора, поддерживающего заданную температуру
воздуха в помещении, что дает значительную экономию электри-
ческой энергии.

Техническая характеристика элементного водонагревателя
ВО-4,8/10,5-0,4: номинальная мощность — 10,5 кВт; номинальное
напряжение — 380/220 В; число фаз —3 (1); максимальное избы-
точное давление— 0,07 МПа; КПД —0,95; максимальная темпе-
ратура воды на выходе — 95 °C; производительность при степени
нагрева 25 °C —0,34 м3/ч; удельный расход электроэнергии —
30,6 кВт • ч/м3; объем обогреваемого помещения — до 350 м3; габа-
ритные размеры — 605 х 320x215 мм; масса без щита управле-
ния —16 кт.

Для отключения водонагревателя в часы максимумов нагрузок
энергосистемы предусмотрена возможность включения реле вре-
мени. Преимущества указанной конструкции водонагре-
вателя — автоматическое регулирование температуры воздуха в
помещении; возможность изменения развиваемой мощности;
повышенная пожаробезопасность; наличие устройства для сбора
накипи. Нагреватель надежен, безопасен в работе, прост в обслу-
живании.	\

Для поения животных в зимнее время широкое распростране-
ние получили групповые автопоилки с электроподогревом воды.
Автопоилка АГК-4Б предназначена для одновременного поения
четырех коров. Суммарная мощность ее ТЭНов составляет
0,8 кВт, напряжение питания — 220 В. При помощи терморегуля-
тора температура воды поддерживается от 5 до 14 °C. При обслу-
живании поилкой 100 коров суточный расход электроэнергии
составляет 6...9 кВт • ч. Автопоилка АГС-Д4А предназначена для
одновременного поения 24 голов свиней. Мощность установлен-
ных в ней ТЭНов равна 2,4 кВт, расход электроэнергии —
15...25 кВт • ч в сутки.

Пример 1. Определить сколько времени потребуется для того чтобы в непро-
точном режиме нагреть воду в электроводонагревателе САОС-400 от 10 до 90 °C.

Условие. По паспортным данным мощность водонагревателя Р= 12 кВт, вмес-
тимость И=400л, КПД = 0,97.

Коэффициент запаса принимаем АГ3=1,1. Теплоемкость воды С=
= 4190Дж/(кг-°С), плотность воды r= 1 кг/л. Масса воды т=Ур = 400-1 =
= 400 кг.

Решение. С учетом того что [Вт] = [Дж]/[с], из выражения (2.73) определяем

К3 (Fp)C(T2-7j) 147480-Ю3

Л1 11,64 103

= 12671с=3,5ч.

Время нагрева /нагр = 3,5 часа.

Пример 2. В процессе работы проточного элементного водонагревателя ЭВ-Ф-15
прекратилась подача воды. Определить сколько пройдет времени, когда вода
внутри водонагревателя закипит.

Условие. По паспортным данным мощность водонагревателя Р= 15 кВт, вмес-
тимость И= 15 л, КПД = 0,96, температура воды на выходе нагревателя 7= 80 °C.

Коэффициент запаса принимаем К3 = 1,1. Теплоемкость воды С= 4190 Дж/
(кг • °C). Температура кипения воды 72 = 100 °C. Масса воды т = Ур = 15-1 =15 кг.

Решение. Так как [Вт] = [Дж]/[с], из выражения (2.73)

К3(Гр)С(Т2-7[) 1,1-15-1 4190(100—80)
'иагр - —	-	15 000 • 0,96

13827-Ю2	,,

=------ч—=96 с = 1,6 мин.

144-Ю2

Вода закипит в водонагревателе через 96 с.

Пример 3. Конструктивно рассчитать элементный проточный водонагреватель
(основные этапы).

Условие. В элементном проточном водонагревателе вода нагревается до темпе-
ратуры от 5 до 90° на выходе при объемном расходе 300 л/ч.

Сколько трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов) и какой мощности
следует разместить в конструкции водонагревателя? Рассчитать также по допусти-
мой удельной поверхностной мощности диаметр провода d и другие параметры
спирали принятых ТЭНов.

Допустимая температура провода ТЭНа Тп = 700 “С. Температурный коэффи-
циент ар= 16  10~6 1/°С. Удельную поверхностную мощность нагревателя при-
нять Pf=38 104 Вт/м2. Удельную поверхностную мощность на трубке оболочки
ТЭНа принять Р'г= 11 • 104 Вт/м2 (по данным завода «Миассэлекгроаппарат»),
Коэффициент запаса К3= 1,1. КПД установки ц = 0,96.

Решение. Определяем необходимую мощность проточного водонагревателя

Р = К3(У,р)С(Тг- ТО/п = 1,1 • (300/3600) 1  4190  (90-5)/0,96 =
= 34 000 Дж/с = 34 кВт.

Выбираем трехфазный вариант нагревателя с шестью ТЭНами, поскольку в
другом варианте при сгорании одного из трех ТЭНов возникает большая асиммет-
рия нагрузки (выключится более 10 кВт). ТЭНы в каждой фазе будут включены
попарно-параллельно и соединены по схеме «звезда» с искусственным нулем. Это
обеспечит напряжение каждого ТЭНа (7= 220 В.

Мощность каждого ТЭНа

Ртэн = 34 000/6 = 5666 Вт.

С учетом PF находим диаметр провода ТЭНа

\n2U2PF

где ртоо = 1,1 • 10-6  [1 + 16 • 10“6(700 - 20)] = 1,11 • 10~6 Ом • м.

_	4 1,11 10-6 (5666)2	„„„

Определяем d=fl------=-----------7_=0,92-10-3м=0,92мм.

V 3,142-2202 38 104

Округляем d до ближайшего стандартного значения 0,9 мм.

В дальнейшем расчет проведем несколько точнее (по сравнению с предыду-
щими примерами).

Находим электрическое сопротивление спирали ТЭНа при рабочей температуре
R = £/2/РТэн = 48 400/5666 = 8,54 Ом.

Электрическое сопротивление спирали ТЭНа при температуре 20 °C

где К, — поправочный коэффициент, учитывающий изменение электрического
сопротивления материала в зависимости от температуры; при температуре спира-
ли Та = 700 °C для различных сплавов К, = 1,016 ..1,083.

Приняв К1 = 1,05, находим

*20 = 8,54/1,05 = 8,13 Ом.

Электрическое сопротивление спирали до опрессовки ТЭНа

Ло =	= 8,13 • 1,25 = 10,2 Ом.

Длина проволоки в рабочей части ТЭНа

3,14.(0,9 10-3)-10,2

4Р2о 4-1,1-Ю-6

= 5,896 м=5,9 м.
Навивку проволочной спирали предусматривают на стержень диаметром

rfi = 9d = 9 0,9 мм = 8,1 мм.

Средний диаметр витка спирали D = di + </= 8,1 + 0,9 = 9,0мм.

Длина одного витка спирали до опрессовки /в = 1,07л/)— на 7 % увеличение D
из-за пружинности; /в = 1,07  3,14 • 9,0 = 30 мм.

Активное число витков

п = l/lR — 5,9/0,03 = 196 витков.

Длина активной части трубки ТЭНа после опрессовки

г Р[ЭН

4 *d*FF'

где г/об — диаметр оболочки ТЭНа, при D = 9,0 мм принимаем d^ = 13 • 10“3 м.

Находим

5666	5666 .

Л =----------=------т=------=1,26 м.

3,14 13 10"3 И Ю4 4490,2

Длина активной части трубки оболочки ТЭНа до опрессовки

Т-а.о Т-^/у,

где у = 1,15 — коэффициент изменения длины трубки в результате опрессовки ме-
тодом обсадки

Д,.о= 1,26/1,15 = 1,09 м.

Расстояние между витками спирали

А = Lao/n = 1,09/196 = 0,0055 м = 5,5 мм.

Потребная длина проволоки для изготовления спирали с учетом необходимой
навивки на концы контактных стержней из расчета 10 витков спирали на конец
стержня

/потр = / + 2- 10/в = 5,9 + 2-10 0,03 = 6,5м.

Полная длина трубки ТЭНа

L=La + 2/к,

где /к —длина пассивного конца трубки (длина контактного стержня в заделке).

Приняв /к = 40 мм, получим £ = 1,26 + 2 • 0,04 = 1,34 м.

На этом конструктивный расчет ТЭНа закончен.

Далее выполняется проверочный тепловой расчет ТЭНа.

Температура спирали ТЭНа может быть проверена по выражению

Ten = Тп.о + Ттэн(Т^г2 +	< Та,

где Тп о — температура наружной поверхности оболочки ТЭНа, *С, в данном слу-
чае принимаем равной 105 ’С;	— термическое сопротивление стенки оболочки

ТЭНа принимаем Д.2 = 0,002 'C/Вт; — термическое сопротивление периклаза
Атз = 0,1...0,3 ’C/Вт, принимаем Ят3 = 0,1 "С/Вт.
Тогда температура спирали

Тсп = 105 + 5666  0,102 = 105 + 577,9 = 682,9 °C,
то есть Тсп < 7Д.

Имея конструкцию ТЭНа, проектируем элементный водонагреватель по типу
проточного водонагревателя ЭВ-Ф-15: цилиндрический бак должен иметь защит-
ный кожух; в верхней крышке должны быть установлены шесть U-образных
ТЭНов, терморегулятор и предохранительный клапан; на отводящем патрубке в
защитной арматуре может быть установлен термометр визуального контроля тем-
пературы; на подводящем патрубке — струйное или иное реле для контроля по-
ступления воды.

На рисунке 2.18 показана схема отопления помещения с ис-
пользованием емкостного водонагревателя САОС. Электрически-
ми водонагревателями, в том числе электродными и другого типа,
по указанной схеме можно отапливать производственные, служеб-
ные, а в ряде случаев и жилые помещения, объем которых не пре-
вышает 1500 м3. Схема циркуляции воды естественная (термоси-
фонная). Однако для надежной ее работы необходимо выполнить
ряд условий. Так, водонагреватель (см. рис. 2.18) должен быть рас-
положен в нижней точке системы обогрева (обычно на 1,5—2 м
ниже уровня пола); подающая 7 и обратная 9 магистрали должны
иметь уклоны не менее 0,005; трубы должны быть с плавными по-
воротами, без застойных участков, где может задерживаться воз-
дух; в верхней точке системы должен находиться расширительный
бак 6 вместимостью не менее 15л (желательная вместимость бака
0,1 объема системы); внутренний диаметр магистральных трубо-
проводов выбирают в зависимости от производительности нагре-
вателя, но не менее 36 мм; максимальная мощность нагревателя в
схеме не должна превышать 40 кВт.

При невыполнении перечисленных условий следует использо-

Рис. 2.18. Система отопления помещения с использованием электрического водонаг-
ревателя САОС:

1, 4— вентили подачи и спуска воды из системы; 2— обратный клапан: 3 — изолирующие
вставки; 5— главный стояк; 6— расширительный бак; 7,9— подающая и обратная магистра-
ли; 8— радиаторы отопления; 10— электроводонагреватель
вать циркуляционный насос или включать нагреватели параллель-
но, увеличивая диаметр магистральных труб.

Для выбора мощности нагревателя необходимо провести рас-
чет теплового баланса помещения. Однако для средней полосы
России при использовании электронагрева в жилых домах, не
имеющих специального утепления, можно принять 10 кВт уста-
новленной мощности нагревателя на 250 м3 помещения (100 м2
пола).

Для жилых помещений необходим также резервный источник
теплоты (нагреватель на жидком топливе, газе или огневая печь).
В этом случае с целью экономии достаточно иметь 6 кВт мощнос-
ти нагревателя на 100 м2 площади.

В целях предотвращения выноса электрического потенциала на
системы отопления или горячего водоснабжения нагреватели
включают через изолирующие вставки 3 (см. рис. 2.18) — резино-
вые или другие токонепроводящие шланги соответствующего диа-
метра, каждый длиною не менее 1 м.

Расчетная длина столба воды в изолирующей вставке, м,

/вст = 14 ()()()г/2/р,	(2-86)

где d— внутренний диаметр изолирующей вставки, м; р —удельное электричес-
кое сопротивление воды при ее фактической температуре в месте установки изо-
лирующей вставки, Ом • м.

2.4.3.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРОГЕНЕРАТОРЫ
И ПАРОВОДОНАГРЕВАТЕЛИ

Для обогрева и дезинфекции сельскохозяйственных помеще-
ний, стерилизации молочной посуды, доильных установок и тан-
ков, тепловой обработки кормов, обработки почвы защищенного
грунта, разогрева двигателей тракторов и автомобилей зимой и
других целей используют электрические парогенераторы и парово-
донагреватели. По традиции парогенераторы часто Называют па-
ровыми котлами.

Наиболее эффективно применение парогенераторов в центра-
лизованных системах горячего водо- и пароснабжения животно-
водческих ферм, птицефабрик, механизированных дворов и дру-
гих крупных объектов. На базе парогенераторов и электроводонаг-
ревателей часто организуют центральные электрокотельные с ак-
кумуляцией теплоты.

Электродный паровой котел с регулированием мощности КЭПР
(рис. 2.19, табл. 2.8) осуществляет изменение мощности в зависи-
мости от разбора пара. Помимо электродной системы 5 в корпусе
котла имеются парогенерирующая 1 и вытеснительная 2 камеры.
На корпусе установлены поплавковый 9 и температурный 10 регу-
ляторы.
2.8. Основные технические данные электродных парогенераторов

Параметр	КЭПР-160/0,4| КЭПР-250/0,4 ЭЭП-160И1 | ЭЭП-250И1 ЭЭП-400И1				
Мощность, кВт	160	250	160	250	400
Паропроизводи-	210	320	200	315	500
тельность, кг/ч Диапазон регу-	100...5	100.5	25, 50	75, 100	100...0
лирования мощ- ности, % Удельное элект-	10...120	10...120	15...60	15...60	15...60
рическое сопро- тивление воды при 20 ’С, Ом • м Максимальная	164	164	164	164	164
температура пара, °C Масса, кг	395	400	290	310	400

При нормальном давлении пара клапан терморегулятора 10 т-
крыт и вода в парогенерирующей и вытеснительной камерах нахо-
дится на одинаковом уровне, полностью закрывая электроды. При
уменьшении разбора пара давление и температура его возрастают
и, когда они превысят заданные значения, терморегулятор 10 пе-
рекрывает сообщение между парогенерирующей 1 и вытеснитель-
ной 2 камерами. Пар вытесняет воду из парогенерирующей каме-
ры в вытеснительную. С понижением уровня воды между электро-
дами мощность парогенератора уменьшается. Терморегулятор 10
открывает сообщение между камерами, что восстанавливает уро-

вень воды в котле и увеличивает
мощность.

Подпитку котла водой осу-
ществляют с помощью поплав-
кового регулятора уровня 9, от-
куда она поступает в вытесни-
тельную камеру 2.

Электродный парогенератор
ЭЭП (рис. 2.20, табл. 2.8)) со-

Рис. 2.19. Электродный паровой котел
КЭПР-250/0,4:

1, 2—парогенерирующая и вытеснительная
камеры; 3— сепаратор пара; 4— водомерное
стекло; 5—электроды; 6— сливной патру-
бок; 7—изоляторы и шпильки токоввода;
8— патрубки автоматической и ручной пода-
чи воды; // — патрубок выхода пара; 9, 10—
регуляторы уровня воды (поплавковый) и
температуры; /2—датчик температуры; 13 —
предохранительные клапаны пара и воды;

14— манометр
6,

7

8

Рис. 2.20. Теплотехническая схема парогенератора типа ЭЭП:

1 — поплавковый клапан уровня воды; 2— бак подпитки; 3 — регулятор давления; 4— обрат-
ный клапан; 5 — электродный паровой котел; 6 — предохранительный клапан; 7—электро-
дный датчик уровня воды; 8— вентиль отбора пара; 9— сливной вентиль; 10, 11 — электромаг-
нитные клапаны; 12— термический деаэратор; 13— насос; 14 — теплообменник

стоит из котла 5, питательного бака 2, термического деаэратора 12
и насоса 13, смонтированных на общем основании, а также щита
управления. Вода из водопровода через фильтр и противонакип-
ное устройство поступает в питательный бак 2, откуда насосом-
дозатором 13 подается в электродный котел 5. В термическом де-
аэраторе происходит ее дегазация и выпадение шлама. При про-
дувке котла горячая вода проходит через теплообменник в пита-
тельном баке и отдает часть теплоты питающей воде. Мощность
парогенератора регулируется уровнем воды в межэлектродном
пространстве и продувкой, то есть удалением части воды с высо-
ким содержанием солей.

Паровые котлы КЭП-160 и КЭП-300 мощностью 160 и 300 кВт
имеют по три фазных электрода, закрепленных при помощи то-
копроводящих шпилек и проходных изоляторов в крышке. Элект-
роды находятся внутри полого стального цилиндра, представляю-
щего собой общий внешний электрод. Мощность регулируют из-
менением уровня воды в рабочем пространстве котла.

В сельскохозяйственном производстве используют пар с низ-
кими параметрами: давлением 70...600 кПа и температурой
1О5...11О°С.

В расчетах общую суточную потребность в паре, кг/сут, опреде-
ляют по удельным нормам расхода пара, массе и количеству про-
дуктов, подлежащих обработке:

M=%qn-M„,	(2.87)

1

где т — количество различных видов продуктов, подлежащих запариванию, или
число процессов; q„ — удельный расход пара на л-й процесс, кг( пара)/кг (продук-
та); М„ — масса л-го продукта, подлежащего тепловой обработке, кг/сут.
Производительность парообразователя, кг/ч,

(7=---------,	(2.88)

t

где I— число одновременно выполняемых тепловых процессов; Г— длительность
их выполнения, ч, в сутки.

Мощность электродного парового котла, кВт,

(2.89)
3600 ’	4

где G—потребность в паре, кг/ч; g„ — теплосодержание пара (при давлении
200 кПа g= 2690 кДж/кг); Хк — теплосодержание конденсата (при температуре
+ 90'С А,к = 380 кДж/кг).

Для разнородных тепловых процессов, совпадающих во време-
ни, необходимая мощность котла

где EGraax — совмещенный максимум тепловых нагрузок с учетом потерь в тех-
нологических агрегатах и паропроводах, кДж; т — продолжительность совме-
щенного максимума, ч; д — тепловой КПД электродных паровых котлов (tj =
= 0,9-0,95).

Пример. Необходимо выбрать электрический паровой котел для тепловых
нужд коровника на 200 дойных коров, имеющего молочный и кормоприготови-
тельный цехи.

При выборе электрического парового котла для указанного коровника счита-
ем, что одновременно происходят следующие тепловые процессы: запаривание
смешанных кормов в кормозапарниках общей производительностью 500 кг/ч;
подогрев технологической воды — 200л/ч; пропаривание молочных фляг—20шг/ч;
отопление молочного и кормоприготовительного цехов объемом 300 м3.

Решение. С помощью норм расхода пара, приводимых ниже, определяем по-
требную часовую паропроизводительность в различных технологических про-
цессах.

Процессы	Удельный расход

пара, кг/кг
Запаривание 1 кг:

корнеклубнеплодов	0,16—0,20

измельченной соломы	0,40—0,50

смешанных кормов	0,30—0,40

Варка зерновых, на 1 кг	0,12—0,15

Пастеризация молока, на 1 кг	•	0,12—0,15

Отопление 1 м3 помещения кормоцеха и молочной в сутки	0,50—0,75

Пропаривание одной молочной фляги	0,20—0,25

Нагрев 1 л воды от 10 до 90 "С	0,18—0,20
Суммарная потребность в паре

G = 0,4 • 500 + 0,2 • 200 + 0,25 • 20 + (0,75 - 300)/24 = 254,4 кг/ч.

Мощность парового электрокотла определяем по выражению (2.89):

G(gn-M 254,4(2690-380) _
р~ 3600	3600

Для удовлетворения нужд коровника выбираем электродный парогенера-
тор ЭЭП-250И1 мощностью 250 кВт, паропроизводительностью до 315 кг/ч
(см. табл. 2.8). При небольшой экономии может быть принят парогенератор
ЭЭП-160И1 мощностью 160 кВт, паропроизводительностью 200 кг/ч.

В сельскохозяйственном производстве во многих случаях чаще
необходим пар низкого давления с расходом всего 30...50 кг/ч, при
продолжительности работы установки 2...6 ч в сутки. Получение
такого количества пара с помощью мощных огневых или электри-
ческих установок весьма неэкономично, особенно в летнее время.
Поэтому для таких целей разработаны небольшие по мощности
пароводонагреватели, в том числе передвижные. В качестве при-
мера следует указать пароводонагреватели ЭПВ-25 (стационарный
мощностью 25 кВт) и ЭПВ-25П (передвижной мощностью до
33 кВт [1]).

Пароводонагреватель ЭПВ-25П (рис. 2.21) состоит из рамы на
колесах 1, электродного котла 2, струйного водонагревателя 3,

Рис. 2.21. Передвижной пароводонагреватель ЭПВ-25П:

/ — рама; 2 — электродный котел; 3— струйный водонагреватель; 4—аккумулирующая
емкость; 5— шкаф для укладки кабеля
аккумулирующей емкости 4, бачка с постоянным уровнем воды,
пульта управления, шкафа для укладки кабеля и шланга разбора
пара или горячей воды 5. Аккумулирующая емкость дает возмож-
ность агрегату работать в автономном режиме в течение одного-
двух часов. Мощность и паропроизводительность могут плавно
меняться от 10 до 33 кВт и от 12 до 42 кг/ч. Максимальная произ-
водительность по горячей воде с температурой 65...85 °C — 480 л/ч.
Давление пара — до 70 кПа, температура — 107 °C. Удельное элек-
трическое сопротивление воды — 10...60 Ом • м.

В пароводонагревателе используют систему электродов в виде
концентрических колец. Она обладает большой объемной мощно-
стью при высокой равномерности электрического поля и является
одной из наиболее эффективных с точки зрения скорости выхода
котла на рабочий режим (одна минута вместо двадцати у ЭПВ-25).
Специальные датчики, управляющие подпиткой воды и продув-
кой котла, обеспечивают заданный диапазон рабочего сопротив-
ления воды.

Для обеспечения технологических процессов пароводонагрева-
тель перемещают к месту работы и подключают к водопроводу и
электрической сети. В таком случае пароводонагреватель может
работать в автоматическом режиме в течение всей рабочей смены.
При необходимости получения горячей воды холодная вода из во-
допровода нагревается в струйном водонагревателе, смешиваясь с
паром.

Электропаровые установки и пароводонагреватели использу-
ют для обогрева помещений и полов в животноводческих комп-
лексах.

2.4.4.	ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
С АККУМУЛИРОВАНИЕМ ТЕПЛОТЫ.
ЭЛЕКТРОКОТЕЛЬНЫЕ

Рассмотренные ранее ЭНУ, кроме аккумуляционных установок
УАЛ и САОС, практически работают в режиме свободного элект-
ропотребления. Это требует дополнительной мощности энерго-
снабжения при их включении и учете этого при расчете сети. В
этих условиях более рационально использование ЭНУ с аккуму-
лированием теплоты.

Основная идея аккумулирования заключается в том, что, не
увеличивая генерируемые мощности, мощности трансформатор-
ных подстанций и сечений распределительных сетей системы,
можно обеспечить работу электротепловых установок в необходи-
мое по технологическим процессам время, запасая теплоту впрок
с помощью теплоаккумуляторов. При этом установки могут рабо-
тать в ночные часы «провалов» или недогрузки энергосистемы, за-
пасая теплоту на требуемое время работы в дальнейшем и не уча-
ствуя в максимумах графиков электрических нагрузок.

Аккумулирование теплоты в установках может осуществляться
с помощью твердых материалов: бетона, мщ'незита, шамота, кир-
пича, чугуна и т. д., формируемых в блоки, а также жидких тепло-
носителей: воды, солевых растворов, соляровых масел, антифри-
зов, запасаемых в баках-аккумуляторах.

Аккумулирование теплоты твердыми материалами. На рисунке
2.22 показано устройство теплоаккумулирующей установки
ЭОКС-150/0,5И1, предназначенной для подогрева воздуха в жи-
вотноводческих помещениях [19]. Основные сборочные единицы
установки: сердечник 3, состоящий из 30 теплоаккумулирую-
щих блоков, выполненных из бетона с магнезитовым заполни-
телем; нагреватели 2 в виде спиралей из нихромовой проволо-
ки, установленные в каждом блоке; электрический калорифер
СФО-40/1Т4; центробежный вентилятор 6 и система воздухово-
дов — смесительное устройство 5 и байпасный канал 8. Теплоак-
кумулирующие блоки помещены в металлический кожух, футе-
рованный керамическими плитами и теплоизолированный ми-
неральной ватой.

Воздух подается через каналы аккумулирующего сердечника
вентилятором.

Работа установки имеет циклы зарядки и разрядки. В период
зарядки включается нагревательное устройство, и температура
теплоаккумулирующего сердечника повышается до 500...730 °C.
При этом часть мощности устройства может расходоваться на на-
гревание воздуха. В период разрядки нагревательное устройство

Рис. 2.22. Вентиляционно-отопительная установка ЭОКС-150/0,5И1:

1 — теплоизолирующий кожух; 2— электронагреватель; 3— теплоаккумулирующий сердечник;

4— электрокалорифер; 5 — смесительное устройство; 6 — вентилятор; 7—электродвигатель;

8— байпасный канал
выключается и запасенная теплота отдается воздуху при продува-
нии его через каналы теплоаккумулирующего сердечника.

Установленная мощность равна 155 кВт, в том числе: аккуму-
лирующего нагревательного устройства — 105 кВт, отопительного
электрокалорифера в период разрядки — 45 кВт. Длительность за-
рядки составляет 3...6 ч, разрядки — 16 ч; разность температур вхо-
дящего и выходящего воздуха — 35 °C.

Система автоматического управления установкой поддержива-
ет температуру воздуха в помещении в соответствии с технологи-
ческими требованиями, обеспечивает заданные циклы включения
и выключения нагревательного устройства, защищает оборудова-
ние от перегрузок в случае отклонений в режимах работы.

Мощность нагревательного устройства установки ЭОКС-150/0,5И1

Р = •^з^р'граз/'сзар>	(2-91)

где К3 — коэффициент, учитывающий теплопотери установки и запас мощности;
Рр — расчетная мощность отопления, Вт; тмр и траз — длительность процессов за-
рядки и разрядки, с.

Объем теплоаккумулирующего сердечника, м3,

pC^max-4m )П’

где Q — количество теплоты, которую необходимо аккумулировать, Дж, для уста-
новок периодического действия (в кормоцехах, доильных блоках и т. п.) количе-
ство теплоты Q = РрТраз, для установок непрерывного действия (в животноводчес-
ких помещениях) Q= Рр(24 • 3600 — тзар); р — плотность материала, кг/м3; С—
теплоемкость, Дж/(кг • °C); Т^, 7min — средние (по объему сердечника) темпера-
туры в конце процессов зарядки и разрядки, °C; ц — КПД установки.

С технико-экономической точки зрения время зарядки целесо-
образно увеличивать. Недостатки таких теплоаккумулирую-
щих установок — большие материалоемкость и габаритные разме-
ры, а также значительная установленная мощность нагревателей,
в 2,5...4 раза превышающая мощность неаккумулирующих элект-
ротепловых установок.

Другой вариант аккумулирования теплоты твердыми материа-
лами рассмотрим на примере конструкции небольшого конвекто-
ра-теплоаккумулятора КТА-1500, предназначенного для обогрева
помещений небольших домов, в том числе жилых. Конвектор-
теплоаккумулятор работает по принудительному графику в часы
минимальных нагрузок электрических сетей или по свободному
графику в автоматическом режиме [1].

Конструкция конвектора-теплоаккумулятора проста и техно-
логична. Под общим кожухом с теплоизоляцией размещены три
стержня, несущих спирали из нихромовой проволоки, и теплоак-
кумулирующий материал — алюминий и магнезит.
Установлены заслонки для регулирования воздушных потоков
и регулятор температуры. О включении и выключении конвектора
сигнализирует лампа или светодиод. Для перемещения КТА-1500
оснащен колесами и ручками. Подключение к сети осуществляет-
ся шнуром с вилкой, имеющей зануляющее устройство и рассчи-
танной на ток 10 А.

В процессе работы устройства воздух с помощью естественной
конвекции попадает снизу конвектора внутрь и проходит по кана-
лам вверх вдоль стержней, нагреваясь от нихромовых обмоток.
При отключении спиралей воздух получает теплоту от нагретых
стержней и блоков из магнезита, «обнимающих» стержни. Для
улучшения КПД устройства и снижения его веса используют фа-
зовый переход алюминия.

Технические данные КТА-1500: потребляемая мощность —
1500 Вт; напряжение питания — 220 В; тепловая мощность ото-
пления в течение суток — 2300 Вт; габаритные размеры —
850 х 450 х 150 мм; масса — 35 кг. Во ВИЭСХ разрабатывается ти-
поразмерный ряд КТА мощностью 3000, 4500 и 6000 Вт.

Мощность КТА, Вт, требуемая для аккумулирования необходи-
мого количества теплоты, определяется по выражению

^кта -

(Л/.С) + М2С2 + М3С3)(Т2 - Тх )+дМ2
ЗбООтт]

(2.93)

где Mi, М2, Л/з —масса стали, алюминия, магнезита соответственно, кг; С\, С2,
С3 — теплоемкость указанных материалов, Дж/(кг-°С); Ть Т2 — начальные и ко-
нечные температуры материалов, °C; q— удельная теплота плавления алюминия,
Дж/кг; т — время работы; т] — КПД установки.

Аккумулирование теплоты с помощью воды. Его широко приме-
няют, например в электрокотельных (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Принципиальная теплотехническая схема электрокотельной:

7 —электроводонагреватели; 2, 10— аккумулирующие баки; 3, 7, 9, 75—циркуляционные и
сетевые насосы; 4— противонакипное магнитное устройство; 5—смесительный вентиль; 6—
грязевик-отстойник; 8— электромагнитные вентили; 11, 73—датчик и регулятор температуры;
72— водоводяной теплообменник; 14— линия подпитки водой; 16— деаэратор; 17— изолиру-
ющая вставка
В технологических схемах этих котельных вся вода, нагретая
электрокотлами или пароводонагревателями, подается сначала в
аккумулирующий бак и затем далее по схеме — на отопление и го-
рячее водоснабжение. Включение таких котельных осуществляет-
ся, как правило, в провалах графиков электрических нагрузок в
ночное и дневное время, и тем самым происходит их выравнива-
ние. Это позволяет равномерно загружать сельские электрические
сети и не требует значительных затрат на их реконструкцию при
использовании электрокотельных.

Мощность нагревателей, кВт, электрокотельной для зарядки
аккумулирующей емкости

( п	\

ЕФ/Т/

Рка1р=—--------k	(2-94)

ЛнагрЛак^зар

где К3 — коэффициент запаса (А"3= 1,1. ..1,15); т]нагр —КПД нагревателя,
Лнагр = 0,96—0,98; т)ак — КПД аккумулятора, т]ак = 0,94; тмр — время разрешенной
работы нагревателя (время зарядки), ч; т,-— длительность того или иного процесса
по графику в пределах суток, ч; Ф,- — требуемые тепловые потоки процессов, соот-

П

ветствующие их длительности t,- в пределах графика суток, кВт; ^Ф,т,- — полная
аккумулированная тепловая энергия, кВт • ч	,=1

л

ХФ/Т,- =Ф1Т1 + Ф2т2 +... +Ф„-г„.
i=l

(2-95)

При наличии всей расчетной тепловой энергии Qc кВт • ч, не-
обходимой объекту теплоснабжения, мощность котельной можно
определить по выражению

Ркт= Кз0с 	(2.96)

ЛнагрЛак^зар

Вместимость теплоаккумулятора в котельной, м3, в данном слу-
чае бака горячей воды

А'з	3600

г =________1=1 _____________

т1нагрт1акРвС(22 — Т\)

(2.97)

где рв —плотность воды, равная 1000 кг/м3; С—удельная теплоемкость теплоно-
сителя, равная 4,19кДж/(кг-°С); 7j — температура воды на выходе из котельной,
равная 90...95 °C; Т\ — начальная температура воды, равная 10...14 °C при откры-
том водоразборе, и 70 °C при замкнутой системе работы водонагревателя на акку-
мулирующую емкость.

Аккумулирующий бак должен быть хорошо теплоизолирован
стекловатой, войлоком, асбестом или другими материалами. Сна-
ружи он обшит луженой жестью или другими антикорозийными
материалами. Хорошей считают изоляцию, при которой снижение
температуры воды в баке составляет от 0,5 до 1 °C в час, удовлетво-
рительной — от 1,5 до 3 °C.

Расчеты показывают, что в зависимости от графиков теплопот-
ребления объем бака теплоаккумулятора может быть равен
15...60 м3 при мощности котельной Р= 250...500 кВт и до 120 м3
при Р> 500 кВт. Для горячего водоснабжения вместимость бака
аккумулятора в котельной выбирают в пределах 2,5...4 м3.

Комплекты КОГВ-1000/25 и КОГВ-2500/63. Для создания де-
централизованных систем электротеплоснабжения с аккумулиро-
ванием теплоты на животноводческих комплексах, фермах и дру-
гих сельскохозяйственных предприятиях разработаны и выпуска-
ются промышленностью два типоразмера комплектов оборудова-
ния для горячего водоснабжения и одновременного обогрева
помещений — КОГВ-1000/25 и КОГВ-2500/63. Эти комплекты
предназначены для нагрева воды с разовым расходом 1000 и 2500 л
в коровниках на 200 и 400 голов (табл. 2.9) и одновременного обо-
грева в зимний период подсобных помещений молочного блока.
Их используют в технологических процессах, связанных с потреб-
лением горячей воды и обогревом помещений в зимний период
года [1].

Комплекты состоят (рис. 2.24) из электродного водонагрева-
теля 2, бойлера-теплоаккумулятора 1, шкафа управления и ав-
томатики 3, расширительного бака 4, подставки под бойлер-
теплоаккумулятор 5, набора трубопроводов 6, 7, 9. В комплекте
КОГВ-2500/63 имеется циркуляционный насос.

Рис. 2.24. Схема комплекта оборудования горячего водоснабжения КОГВ-ЮОО/25:

1 — бойлер-теплоаккумулятор; 2 — электродный водонагреватель мощностью 25 кВт; 3 —
шкаф управления и автоматики; 4 — расширительный бак; 5 — подставка под бойлер; 6—тру-
бопровод; 7—тройник; 8— теплообменник бойлера; 9— изолирующие вставки
Радиаторы отопления устанавливает в помещениях заказчик.
Изолирующие вставки 9 включены как в контур бойлера-теплоак-
кумулятора, так и в контур обогрева помещений.

При утечке воды из системы ее пополняют из водопровода в
расширительный бак 4 через клапан уровня.

Греющим теплоносителем служит вода с температурой 95 °C,
которая поступает из электродного водонагревателя и циркулиру-
ет в первичном контуре: водонагреватель — теплообменник — ра-
диаторы. Летом контур водонагреватель — радиаторы отключен.
В качестве источника теплоты в КОГВ-1000/25 используют
электродные водонагреватели ЭВН-10/20-0,4, ЭВН-25 и
ЭПЗ-25; в КОГВ-2500/63(Ю0) используют ЭВН-63/0,4, ЭВН-60
и ЭПЗ-100И2. К водопроводной сети бойлер-теплоаккумулятор
(ВТ) подключают через трубопровод холодной воды с помощью
запорного вентиля и обратного клапана. При разборе горячей
воды холодная подается под напором по трубопроводу в бойлер. С
целью уменьшения потерь БТ покрыт теплоизоляцией.

Для регулирования температуры воды в бойлере и автоматичес-
кого управления комплектом (отключение установки при дости-
жении номинальной температуры воды в БТ или в помещении и
включение ее при снижении температуры) в крышках БТ и ЭВН
имеются датчики терморегуляторов ТКП-160Сг, размещенных в
шкафу управления ШУА (рис. 2.25). Он обеспечивает следующие
режимы работы комплектов: принудительный, свободный, летний
и зимний. Комплекты могут работать только на отопление, на го-
рячее водоснабжение и на отопление и горячее водоснабжение од-
новременно. Предусмотрено ручное управление. В автоматичес-
ком режиме КОГВ работают согласно программе, задаваемой реле
времени (КТ 2РВМ). Имеется защита от неполнофазного режима
работы (реле KL1...KL3).

При определении потребной мощности водонагревателя, вхо-
дящего в КОГВ, необходимо провести расчет общего потребного
количества теплоты.

Общий тепловой поток, Вт, необходимый для технологичес-
ких нужд и обогрева помещений молочного блока с учетом тепло-
потерь

Фобш = Фг.в + Фот + Фо,	(2.98)

где Фг в — тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение, Вт; Фот — по-
ток теплоты, расходуемый на обогрев помещений, Вт, Фо — поток теплоты, расхо-
дуемый на потери БТ и трубопроводов, Вт;

0,^VC(T,-T.}	(М9)

т

здесь вместимость бойлера-теплоаккумулятора, м3; п — число циклов
расхода воды; р —плотность воды, 1000кг/м3; С—удельная теплоемкость
воды, С= 4,19 • 103 Дж/(кг  'С); Тт и Тх — температура горячей и холодной воды, ’С,
2.9. Основные характеристики комплектов оборудования горячего водоснабжения

Параметр

| КОГВ-1000/25 | КОГВ-2500/63(100)

Мощность, кВт

Напряжение, кВ

Удельное электрическое сопротивление
воды, Ом • м

Рабочая вместимость бойлера-аккумулятора, л

Расчетное давление воды, кПа

Температура, °C:

греющего теплоносителя

воды в бойлере:

начальной

конечной

Время разогрева воды в бойлере, ч

Суточная производительность, л/сут:
свободный режим
принудительный режим

Количество обслуживаемых животных

Объем обогреваемого помещения, м3
Температура воздуха в помещении, °C

25
0,4
30

1000

250

93 ± 3

12 ± 2

70 ±2

6

4000
2000
200

250

18 ±2

63
0,4
10...50

2500
250

95 ±3

12 ± 2

70 ±2
6

10000
5000
400
550

18 ±2

-380/220 В

N LI L2L3

L1

FU

KL1

4 4 4

0F

L2

L3

I KL3

r~\KT

Своё.

SA2

Прин. ।

.ntKM

SB1 r—I

KL, KL2	£

SB2

SKI SKI
/	/ 96 °C

92 °C \к&3

SK2 SK3
МЗ Лето /	/ 70 °C

KL4

KL5

KM

___	65°C]/<k>

Зима
HL



R

N

Рис. 2.25. Принципиальная электрическая схема управления шкафа ШУА комплек-
та КОГВ
фот = °>278[КпРвСв- ^н) + Гп?ог(Тв -Тн)]	(2 100)

т

здесь объем помещений, м3; рв —плотность воздуха при 7’в= 18 °C, кг/м3;
Сд — удельная изобарная теплоемкость воздуха, С = 1000Дж/(кг°С); ^ — удель-
ная тепловая характеристика помещений, Вт/(м3-°С); Гв — температура внутри
помещения, °C; Тн — наружная расчетная температура, °C;

Фо = (UTSUWTi - Гв) + K2F2(T2 - Т„) + К2Ъ(Т\ -

- Гв) + ВД(Л - TE)+K2F5(TB - T2)]/t,

(2.101)

здесь К\, К2 — коэффициенты теплопередачи от горячей воды к поверхности слоя
изоляции в бойлере и трубопроводах соответственно, Вт/(м2  °C); /3 — площадь
поверхности слоя изоляции БТ, м2; F2...F5 — площади входящих и выходящих тру-
бопроводов, м2; 7\ — температура горячего теплоносителя, °C; Т2 — температура
воды в БТ, °C.

Мощность, кВт, электродного водонагревателя

Фрбщ^з
1000т]эвн

(2.102)

где К. — коэффициент запаса, К3= 1,1...1,3; Пэвн — КПД водонагревателя, Пэвн =
= 0,96...0,98.

Установка КОГВ-ЭС. Она разработана на базе комплекта
КОГВ-1000/25 для использования солнечной энергии с электри-
ческим дублером и предназначена для горячего водоснабжения
коровника на 200 голов с апреля по ноябрь [1]. Гелионагреватель
установки (ГН) имеет общую площадь 25 м2 и состоит из 30 тер-
моизолированных радиаторов типа РСГ2-1-8. Теплоноситель
(вода), проходя через ГН, в зависимости от количества поступаю-
щей солнечной радиации, нагревается до 10...35 °C. Для аккуму-
лирования нагретой жидкости служит бак-накопитель (БН), по-
зволяющий два раза в сутки заполнять бойлер-теплоаккумулятор
теплой водой, которая догревается затем до 70 °C и расходуется
на технологические нужды. Средняя температура воды, поступа-
ющей в БТ, составляет 30...55 °C. Максимальная мощность ге-
лиоустановки — 12,5 кВт, КПД — 0,32...0,33. Сокращение расхо-
да электрической энергии составляет 40 %, что при нагреве воды
на технологические нужды коровника на 200 голов позволяет сэ-
кономить около 14 тыс. кВт • ч в 1 год.

Пример 1. Рассчитать параметры и выбрать элементный аккумуляционный во-
донагреватель для технологических нужд фермы.

Условие. Число животных на ферме Nx = 100 коров. Норма потребляемой воды
на одну голову (на технологические нужды) дт = 30 л/гол. Плотность воды
р=1кг/л. Начальная температура воды 7’н=10°С, смешанная температура воды
218
Тсм= 50 "С, конечная температура воды Гк = 90 ’С. Удельная теплоемкость тепло-
носителя С=4190Дж/(кг • °C). Продолжительность нагрева воды электроводо-
нагревателем /нагр = /паузы, /паузы —время между операциями (обычно /нагр=3...5 ч).
КПД установки т] = 0,95, коэффициент запаса К, = 1,1.

Найти вместимость аккумулирующей емкости рассчитать мощность на-
гревающей установки Р и выбрать подходящий тип стандартного электронагре-
вателя.

Решение. Определяем суточный массовый расход воды для технологических
нужд коровника на 100 голов

Мут = 9т рАж = 30 • 1 • 100 = 3000 кг.

При частично аккумуляционном режиме определяем расход воды на одну опе-
рацию с заданной технологической температурой

4/оп “ /Цзут/ЛОП»
где лоп — число операций, например доек (две), согласно графику работы фермы.

Моп = Л/суг/2 = 3000/2 = 1500 кг.

Водонагреватели серийного производства нагревают воду до 90...95 °C, а воду с
необходимой температурой получают смешиванием горячей воды с холодной.
Поэтому масса воды, запасаемая баком-аккумулятором,

М)0 = МмСГсм - Т„)/(ТК- Тн),

где Afcu и Гем — масса и температура смешанной воды, кг и °C.

Полагая Мсм =МОП = 1500 кг, найдем

Л/90 = 1500(50 - 10)/(90 - 10) = 750 кг.

Вместимость необходимой аккумулирующей емкости

Кк = Л/эд/р = 750 л.

Мощность нагревающей установки должна быть

P = K3M)qC(Tk — TH)/tHarpTi.

Принимая /нагр = 4,5 ч = (3600 - 4,5) с, найдем

„ 1,1-750-4190(90 10)..276 540 103

3600 4,5 0,95	15 390

=17 968Вт=18кВт.

Располагая данными: Л/9о = 75Окг, 1^ = 750 л, /нагр= 4,5 ч, Р=18кВт,
7к = 90°С, выбираем электроводонагреватель САОС-800 (Р= 18 кВт, вместимость
резервуара 800 л, время нагрева до 80 °C = 4,4 ч, Тк = 90 °C).

При наличии на ферме многих основных операций (подмыв вымени перед
дойкой, Тв = 40 °C; мойка доильных аппаратов и посуды, Тв = 60*С; промывка
молокопровода, Тв = 70°С; мытье посуды и приспособлений для поения телят,
Тв = 60 °C; использование душевой установки, Тв = 45 °C и др.) для каждой опера-
ции находят свою массу воды с температурой 90 °C (М?0), а затем требуемое сум-

Л
марное значение
ы
По указанной величине определяют вместимость аккумулятора

Кк=^—
р

или нескольких аккумуляторов ИаК|, Как2 и т. п. в зависимости от циклов и условий
работы потребителей горячей воды.

Расчеты могут быть сделаны как на сутки, так и на одну дойку.

Пример 2. Выбрать электрический водонагреватель и теплоаккумулируюшую
емкость мини-котельной сельскохозяйственного объекта, теплопотребление ко-
торого может быть задано графиком или таблицей:

i	1	2

Kj	0,25	0,4

т„ ч	3,4	3,6

3	4	5	6	7	8

0,7	1	0,5	0,35	0,8	0,2

2	3,2	3	4,4	3,2	1,2

где Ki — относительное теплопотребление в /-й интервал времени,

*, = Фоглах.

где Фтах — максимальный тепловой поток (Фтах = 100 кВт); т,- — интервал времени,
в котором должно обеспечиваться соответствующее теплопотребление объекта, ч,
0 = 8).

Коэффициент запаса Ks = 1,1. КПД нагревателя Онагр = 0,96. КПД аккумулято-
ра Лак = 0,94. Время разрешенной работы водонагревателя тзар — 6 ч. Начальная и
конечная температура воды: Т\ = 10 °C, 7) = 95 °C.

Определить мощность и тип электрического водонагревателя, вместимость
теплоаккумулирующего бака, пределы необходимого регулирования мощности
нагревателя.

Решение. В соответствии с формулой (2.95)

( 8

Аз Ефл

нагр~

ПнагрЛак^зар

Находим произведения: Ф^ = ФтахА'1т1 = 100 • 0,25 • 3,4 = 85 кВт • ч; аналогич-
но Ф2т7 = 144 кВтч; ФзТз=140кВт -ч; Ф4Т4 = 320 кВт • ч; Ф5Т5= 150 кВт-ч;
Ф6тб =154 кВт • ч; Ф7т7 = 256 кВт ч; Ф8Т8 = 24 кВт  ч, а затем

8

£ф,т; = 1273 кВт • ч.

1=1

Мощность нагревателя для зарядки аккумулирующей емкости

Рна,р = 1.1 • 1273/(0,96 - 0,94  6) = 259,3 кВт.

Принимаем мощность водонагревателя Рном =250 кВт и тип водонагревате-
ля — электродный ЭПЗ-250.

По выражению (2.97) определяем вместимость бака-теплоаккумулятора:

, _	1,1 1273-3600	5 041 080

“ ~ 0,96- 0,94 1000 4,19(95 -10) “ 321 389,7

=15,6 м3.
Выбор конкретного водонагревателя проводят не только по мощности, но и
по производительности;

П = Иак/тир =15,6 м3/6 ч = 15 600 л/21 600 с = 0,72 л/с.

Необходимая производительность составляет 0,72 л/с, а водонагреватель по
паспортным данным может обеспечить 2,4 л/с, что удовлетворяет поставленным
условиям.

Находим коэффициенты регулирования мощности:

К = Рнагр тах/Т’иом = 259,3/250 = 1,04.

Мощность нагревателя при этом /’Harp=104 %  Рнон;

^"=/>Ha,pmin//,HOM=/'8/250,

D /ГЭФ8 1,1-100-0,2 ,,о D
где Р8 =-Ц=	-=22,9 кВт;

Я 0,96

Х" = 22,9/250 = 0,09.

Мощность нагревателя в этом случае Гнагр = 9 % • Риок.

Таким образом, мощность нагревателя может изменяться от 9 до 104 %  Рном,
что должно обеспечиваться соответствующим регулятором.

2.4.5.	ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРНЫЕ УСТАНОВКИ

Для нагрева воздуха в системах воздушного отопления и венти-
ляции, создания искусственного микроклимата в животноводчес-
ких, птицеводческих, различных производственных и обществен-
ных зданиях, в установках для сушки различных материалов, про-
дуктов и т. п. широко используют электрокалориферные установки
(ЭКУ). Чаще всего они выполняют две функции: отопление и вен-
тиляцию.

Приточная вентиляция помещений, как правило, состоит из
системы нескольких каналов (воздуховодов), на каждом из кото-
рых установлена ЭКУ. Такая система отличается повышенной эк-
сплуатационной надежностью, так как заданный температурный
режим в помещении может поддерживаться даже в случае выхода
из строя одного или нескольких калориферных агрегатов. Система
легко автоматизируется по температуре воздуха внутри помеще-
ния Тв и влажности <рв. Это дает возможность изменять теплопро-
изводительность и расход воздуха, подаваемого в помещение, и
поддерживать требуемый микроклимат.

Типы электрокалориферных установок. В вентиляционно-ото-
пительных системах сельскохозяйственных объектов используют
ЭКУ серий СФОЦ и СФОО (С — установка косвенного нагрева
сопротивлением, Ф — вид изделия — калорифер, О — работа в
окислительной среде (повышенная влажность при высокой тем-
пературе, корродирующие газы и т. п.), Ц или О — установка
укомплектована центробежным или осевым вентилятором).
Устройство электрокалориферной установки СФОЦ показано на
• рисунке 2.26.

Она состоит из унифицированного электрокалорифера СФО,
центробежного вентилятора Ц-4-70 и шкафа управления. Элект-
рокалорифер 1 и вентилятор 5 смонтированы на обшей сварной
металлической раме 8, которую крепят к полу анкерными болта-
ми. Для снижения вибраций вентилятор 5 устанавливают на пру-
жинных виброгасителях 9, закрепленных на раме 8. Мягкая встав-
ка 3 снижает передачу вибраций от вентилятора 5 к электрокало-
риферу 1. Подачу вентилятора можно регулировать шиберной зас-
лонкой 4, смонтированной на корпусе вентилятора.

Электрокалорифер СФО, входящий в состав ЭКУ серии
СФОЦ, состоит из каркаса, кожуха и группы ТЭНов с алюминие-
вым оребрением. Кожух выполнен из листовой стали и не имеет
тепловой изоляции. Нагревательные элементы размещены рядами
внутри кожуха, образуя самостоятельные секции. Питание ЭКУ осу-
ществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением
380/220 В. Максимально допустимая температура поверхности на-
гревателей составляет 180 °C. При этом пыль не подгорает, что от-
вечает санитарно-гигиеническим и зооветеринарным требовани-
ям. Температура воздуха на выходе из установок этого типа не
должна превышать 50 °C.

Установки СФОЦ выпускают номинальной мощностью от 5 до
250 кВт при номинальной подаче воздуха от 700 до 13 000 м3/ч. В
таблице 2.10 даны технические данные электрокалориферных ус-
тановок СФОЦ-(Р)/0,5Т мощностью от 5 до 100 кВт.

Рис. 2.26. Устройство электрокалориферной установки СФОЦ:

1 — электрокалорифер; 2—диффузор; 3— мягкий воздуховод-вставка; 4 — заслонка-шибер;

5 — центробежный вентилятор; 6 — оребренные ТЭНы; 7—электродвигатель вентилятора;

8— рама; 9— пружинные виброгасители
2.10. Технические данные электрокалориферных установок СФОЦ-(Р)/0,5Т

Параметры	СФОЦ-5/0.5Т	СФОЦ-10/0,5Т	СФОЦ-16/0,5Т	н еч  О е о	СФОЦ-40/0.5Т	О 8" з о е о	СФОЦ-100/0,5Т
Установленная мощность	4,92	10	16,1	23,6	47,2	69,7	97,5
агрегата, кВт  Мощность электрокало-	4,8	9,6	15	22,5	45	67,5	90
рифера, кВт  Число нагревательных	1	2	2	3	3	3	3
секций  Число нагревательных	3	6	6	9	18	27	36
элементов  Подача воздуха, м3/ч	700	800	1900	2500	3500	4000	5000
Перепад температуры нагре-	27	35	27	37	40	50	54
ваемого воздуха, °C  Аэродинамическое сопро-	70	80	250	250	250	250	250
тивление, Па  Масса установки, кг	95	ПО	190	195	290	530	540

Дополнительно к расшифровке обозначения ЭКУ типа СФОЦ-
(Р)/0,5Т следует сказать, что первая цифра показывает приблизи-
тельное значение мощности Рустановки в киловаттах (кВт); 0,5 —
температуру выходящего воздуха в сотнях °C (50 °C); Т — тип элек-
тронагревателя — трубчатый (ТЭН).

На рисунке 2.27 показана принципиальная электрическая схе-
ма ЭКУ типов СФОЦ-Ю/0,5Т и СФОЦ-16/0,5Т, имеющих по две
нагревательные секции.

Схема управления предусматривает автоматический и ручной
режимы работы, что обеспечивается переключателями SA1 и SA2.
Автоматический режим работы осуществляется с помощью биме-
таллических датчиков температуры ДТКБ-53Т (SK2 и SK3), уста-
навливаемых в помещении вдали от мест с резкими колебаниями
температуры воздуха, на высоте 1...2м от уровня пола. Защита
электрокалорифера от повышения температуры свыше 180 °C на
поверхности оребрения ТЭНов осуществляется с помощью биме-
таллического датчика TP-200 (SK1), установленного сверху на ка-
лорифере. В схеме предусмотрена блокировка (контакты QF1), не
допускающая включения секций электрокалорифера ЕК1 и ЕК2
под напряжение при неработающем электродвигателе вентилято-
ра М.

Включением рубильника QS1 напряжение подается на цепи
управления, при этом загорается сигнальная лампа HL1. В слу-
чае, если электрокалорифер не имеет аварийного перегрева, а
-3801220В

KL1.1 HL4 R4

SAI

Включе- ние кон- тактов	Положение рукоятки		
	-45 ручн.	0	45 авт.
1-2			
3-4			
5-6			

QF1

KL1:2

HL5 R5

SA2

Включе- ние кон- тактов	Положение рукоятки		
	-45 50%Р	0	45 100%Р
1-2			
3-4			

SAI

1

3

5

SK3T°

4 г

2SK2T’

1

3

50%	542

6

2

КМ1

КМ2

100%

4

Рис. 2.27. Принципиальная электрическая схема ЭКУ типов СФОЦ-Ю/0,5Т
и СФОЦ-16/0.5Т:

QS1 — рубильник; QF1 — автоматический выключатель; КМ1, КМ2— магнитные пускатели;
KL1 — промежуточное реле; FU1...FU6—блок силовых предохранителей; FU7— предохрани-
тель цепи управления; SAI, SA2 — переключатели; HL1...HL5— сигнальные лампы;
SK1...SK3 — датчики температуры; М— электродвигатель вентилятора; EKI, ЕК2— секции
ТЭНов электрокалорифера
контакты датчика SKI замкнуты, срабатывает промежуточное
реле KL1. Оно контактами KL1.1 отключает цепь лампы HL4,
сигнализирующей о перегреве электрокалорифера, а контактами
KL1: 2 подготавливает к работе цепь включения магнитных пуска-
телей КМ1 и КМ2.

После включения автоматического выключателя QF1 начинает
работать электродвигатель вентилятора М, о чем с помощью блок-
контакта QF1 сигнализирует лампа HL5. При этом по подготов-
ленной цепи QF1, KL1: 2 напряжение подается на переключатель
SAL При положении рукоятки переключателя SA1 «Автоматика»
через контакты датчиков SK2 и SK3 происходит включение маг-
нитных пускателей КМ1 и КМ2 и секций калорифера ЕК1 и ЕК2.
Если рукоятка переключателя SA1 находится в положении «Руч-
ное», то напряжение через контакты 5...6 SA1 поступает на пере-
ключатель SA2, которым можно включить один или сразу оба пус-
кателя КМ1 и КМ2 (50 и 100 % мощности Р калорифера). При сра-
батывании пускателей КМ1 и КМ2 одновременно загораются лам-
пы HL2 и HL3, сигнализирующие о том, что напряжение на
секции калориферов ЕК1 и ЕК2 подано.

По мере повышения в отапливаемом помещении температуры
воздуха до значения, установленного на датчике SK2; контакты
последнего разомкнутся и магнитный пускатель КМ1 отключит-
ся, обесточив секцию электронагревателей ЕК1. ЭКУ останется
включенной на 50 % номинальной мощности. При дальнейшем
повышении температуры размыкаются контакты SK3, обесточи-
вается магнитный пускатель КМ2 и отключается вторая секция
электронагревателей ЕК2. При снижении температуры воздуха в
отапливаемом помещении ниже заданной величины автомати-
чески включаются секции нагревателей в обратной последова-
тельности.

Термодатчики ДТКБ-53Т имеют уставку регулирования в пре-
делах 0...30 °C. Положение уставок терморегуляторов определяется
опытным путем при настройке теплового режима ЭКУ. Так, в ко-
ровниках с температурой Тъ = 15 °C один из датчиков следует на-
строить на значение 14 °C, а другой — на 15 °C.

При многолетней эксплуатации ЭКУ серии СФОЦ и их предше-
ственников СФОА выяснилось, что в ряде случаев оказывается
мала принятая объемная подача воздуха вентилятором установки и
требуется ее изменение в процессе работы. На практике это приво-
дило к установке дополнительного вентилятора в соответствии с
требуемым расходом воздуха в помещении, который определялся
кратностью воздухообмена. Поэтому ВНИИЭТО провел дальней-
шую модификацию ЭКУ — СФОЦ-(Р)И1, СФОЦ-(Р)ИЗ и
СФОЦ-(Р)И4. Технические данные ЭКУ типов СФОЦ-(Р)И1 и
СФОЦ-(Р)ИЗ приведены в таблице 2.11.


2.11. Технические данные электрокалориферных установок СФОЦ моделей И1
и ИЗ при температуре воздуха на выходе 50 °C

Тип ЭКУ	Установленная мощность, кВт	Подача воздуха, м’/ч	Подогрев воздуха. °C
СФОЦ-16И1	16	1800	35
СФОЦ-25И1	24	2500	35
СФОЦ-40И1	47	3500	50
СФОЦ-60И1	69	4000	65
СФОЦ-Ю0И1	97	5000	70
СФОЦ-16ИЗ	16	3600	35
СФОЦ-25ИЗ	24	5000	35
СФОЦ-40ИЗ	47	7000	50
СФОЦ-60ИЗ	69	8000	65
СФОЦ-ЮОИЗ	97	10000	70

В модернизированной установке СФОЦ-(Р)И1 для ступенчатого
регулирования теплопроизводительности используют электрон-
ные регуляторы температуры типа ТЭЗП и ТЭ4П или Т419. Регу-
лирование осуществляют групповым переключателем ТЭНов.

Электрокалориферные установки СФОЦ-(Р)ИЗ укомплектованы
двухскоростным электродвигателем привода вентилятора для ре-
гулирования подачи воздуха и имеют смесительный патрубок с
байпасным каналом. При минимальной подаче воздуха клапан
байпасного канала закрыт, в режиме максимальной подачи от-
крыт. Мощность электрокалорифера регулируют при помощи ти-
ристорного регулятора напряжения, входящего в комплектное уп-
равляющее устройство «Электротерм».

Установки СФОЦ-(Р)И4 имеют нерегулируемый электропри-
вод центробежного вентилятора; комплектное устройство уп-
равления плавно изменяет только мощность электрокалорифе-
ра в зависимости от температуры воздуха в отапливаемом поме-
щении.

ЭКУ серии СФОО выпускают также на базе оребренных ТЭНов
осевым вентилятором. Шесть ТЭНов расположены в один верти-
кальный ряд и смонтированы на нагнетающем патрубке вентиля-
тора.

Установки СФОО применяют в том случае, когда возникает
необходимость повышенной вентиляции при сравнительно низ-
кой температуре воздуха в помещении (4... 16 °C). Поскольку осе-
вые вентиляторы развивают небольшой напор (около 300 Па),
ЭКУ, оборудованные такими вентиляторами, применяют в систе-
мах вентиляции для непосредственной подачи воздуха в помеще-
ние без распределительных воздуховодов.

Основные технические данные ЭКУ типов СФОО-10/0,4Т и
СФОО-16/0,4Т следующие: мощность установок соответственно
9,85 и 15,75 кВт; мощность электрокалорифера 9,6 и 15 кВт; номи-
нальная подача воздуха соответственно 3600 и 5400 м3/ч; перепад
температуры нагреваемого воздуха 8... 10 °C; максимальная темпе-
ратура воздуха на выходе 40 °C.

Выбранные ЭКУ в количестве, кратном двум, могут быть раз-
мещены в пристройках, помещениях молочных блоков, тамбурах
и непосредственно в помещениях, где находятся животные, при
обеспечении соответствующей техники безопасности.

Выбор ЭКУ. Выбор типоразмера ЭКУ и числа установок осу-
ществляют по трем основным параметрам: теплопотреблению в
помещении Фп, Вт, необходимой объемной подаче воздуха Vt, м3/ч,
аэродинамическому сопротивлению воздухораспределительной
сети, Др, Па.

Если система приточной вентиляции проектируется заново, то
указанные параметры определяют из расчета тепло-, влаго- и газо-
вого баланса помещения и аэродинамических характеристик сис-
темы. Если выбор ЭКУ проводит сам потребитель при замене ста-
рого отопительно-вентиляционного оборудования, то можно ис-
пользовать упрошенное расчетное выражение и табличный мате-
риал, приведенный ниже.

В первом случае полезный тепловой поток, Вт, отопительно-
вентиляционной установки определяют по формуле

Фп = Фог + Фв + Фисп - Фж - Фм, ’	(2. 103)

где Фог — тепловой поток, теряемый через наружные ограждения помещения, Вт;
Фв —тепловой поток, теряемый с вентилируемым воздухом, Вт; Фнсп — тепловой
поток, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей, например в жи-
вотноводческих помещениях, Вт; Фж — тепловыделения животных, Фж = qxNK,
(qx — поток теплоты, выделяемый одним животным, Вт/гол; N— количество жи-
вотных, Кт — коэффициент, учитывающий влияние температуры помещения, для
КРС Кт= 1,4...0,6 при Гв = —5...+20 °C, Вт); Фм —суммарная мощность устройств
местного обогрева, если они предусмотрены системой обеспечения микроклимата
данного помещения, Вт.

Расчет тепло-, влаго- и газового баланса помещения, определя-
емый уравнением (2.103), в значительной мере точен, но может
вызвать определенные трудности в использовании из-за наличия
целого ряда справочных данных. Поэтому для расчетов можно ре-
комендовать упрошенную формулу

Фп = А1(?ОТГ+ СвРвК,)(Тв - Тн) - Фж - Фм],	(2.104)

где К — переводной коэффициент, равный 0,278; qm — отопительная характерис-
тика здания, qm = 2,1 кДж/(м3  °C); И—объем обслуживаемого помещения, м3;
Св — теплоемкость воздуха, Св = 1 кДж/(кг • °C); рв — плотность воздуха при темпе-
ратуре, равной 15°С, рв = 1,2...1,3кг/м3; V,— объемная подача воздуха, м3/ч,
Vt = KtV, Kt — кратность требуемого воздухообмена, 1,5...3,5; Тв — температу-
ра воздуха в помещении, °C; Ти — температура на входе электрокалорифера, °C;
Фж и фм даны в [кДж/ч].

Установленную суммарную мощность ЭКУ исходя из формулы
15*	227
(2.103) и (2.104), Вт, определяют по выражению

Р = АзФп/т1эку,	(2-105)

где К3 — коэффициент запаса, К3 = 1,05...1,1; Пэку = 0,95—1 (последнее значение
используется в случае установки ЭКУ в помещении с животными).

Мощность одного калорифера Рэку = Р/п, где п — принятое
число калориферов. Подача И/ЭКу каждой ЭКУ должна быть боль-
ше или равна требуемой подаче воздуха по углекислому газу или
влаговыделениям (на одну ЭКУ), то есть

К/ЭКу> Vn/n.	(2.106)

С учетом инфильтрации в помещениях, доходящей до 15%
требуемой подачи Vtr, подача вентилятора Игэку, м3/с, может быть
уменьшена до Кгэку = 0,85 Vn/n.

Ранее отмечалось, что подача вентиляторов у электрокалори-
феров серии СФОЦ-Р/0,5Т часто оказывается недостаточной. В
этом случае как вариант рекомендуется использовать дополни-
тельные вентиляторы, например Ц4-70 с подачей

И,„=^-^ЭКУ,	(2.107)

включая их выходной патрубок в воздуховод с подогреваемым воз-
духом.

При этом с некоторыми допущениями можно считать, что тре-
буемая подача воздуха в помещениях

Кп. = лГгэку + ИГ,д.в.	(2.108)

Если расчет потребной тепловой мощности ЭКУ по выраже-
нию (2.104) в условиях хозяйства выполнить также трудно, то
можно воспользоваться таблицей 2.12, в которой приведены ори-
ентировочные значения суммарных тепловых мощностей для раз-
личных животноводческих помещений с учетом средних расчет-
ных температур наружного воздуха. Если в помещении нет других
источников обогрева кроме калориферов, то значение их мощнос-
ти берут из таблицы. Если имеются устройства местного обогрева,
то мощность ЭКУ равна разности значений суммарной тепловой
мощности, указанной в таблице, и суммарной мощности уст-
ройств местного обогрева.

При подборе ЭКУ следует помнить, что в таблице 2.12 значе-
ния мощности указаны с минимально допустимой подачей возду-
ха P/min, то есть рабочая подача должна быть выше или, в крайнем
случае, равна K,min.
2.12. Мощность ЭКУ в зависимости от типа животноводческого помещения

Тип помещения	Мощность электрокалориферов, кВт, при температуре наружного воздуха, "С
	-35'	|	-30'	-20" f	—15‘

Коровник для молочных
коров, гол.:

100	80	60	50	25
150	120	100	70	40
200	160	120	80	50
300	250	200	140	80
400	300	260	180	100
Свинарник для откормочных свиней, гол.:				
250	120	80	50	20
500	210	140	80	25
1000	250	180	100	40
1500	360	260	160	60
2000	400	360	200	70
Репродукторная ферма для свино- маток с поросятами, гол.:				
50	40	30	га	15
100 племенных и 140 промыш-	70	60	40	25
ленных				
200 племенных и 140 промыш-	160	140	140	80
ленных				
150 при кормлении в столовой	100	80	60	40
200 при кормлении в станках	140	120	80	50
600 легкосупоросных маток при кормлении в станках	280	210	160	100
600 поросят-отьемышей Овчарня, гол.:	120	100	80	60
600	80	75	60	50
800	90	80	75	60
1000	100	90	80	75
Птицеферма, тыс. бройлеров:				
20	420	360	320	260
10	100	180	160	130
Помещения для:				
ремонтного молодняка  на 8 тыс. кур (от 70 до 150 дней)	180	160	140	120
маточного поголовья мясного	ПО	100	80	60
направления на 5 тыс. гол.				
маточного поголовья яичного	НО	100	80	60
направления на 5 тыс. гол.				
промышленного поголовья на 8 тыс. несушек	180	160	140	120
промышленного поголовья на 6 тыс. мясных кур	140	120	100	80
племенных кур в гнездах на 4 тыс.	100	80	60	50
Селекционный птичник на 1 тыс. кур	25	20	20	16

Если оценивают возможность использования одной электрока-
лориферной установки, например СФОО, то сначала определяют
тепловой поток Фп, Вт, идуший на нагрев воздуха в любом поме-
щении или объекте:

Фп = 0,278Г,рвСв(Тк- Тн),	(2109)

где Тк — температура воздуха на выходе из калорифера, "С; Гн — температура воз-
духа, поступающего в калорифер, °C.

Затем определяют действительный поток теплоты, Вт, переда-
ваемый ЭКУ нагреваемому воздуху:

Фк = КДТк-Тн),	(2.110)

где К— коэффициент теплоотдачи, К= 11,5...27,5 Вт/(м2 • °C); F— площадь по-
верхности нагрева калорифера (площадь поверхности оребрения ТЭНов), м2.

Выбор калорифера считают правильным, если Фк = (1,15... 1,2) Фп.
В противном случае расчет повторяют, выбрав калорифер другого
номера или другой модели.

В заключение следует отметить, что электрокалориферы
СФОЦ нельзя использовать в помещениях без воздуховодов, так
как распределение теплоты по помещению будет неравномерным
и регулирования Тв и <рв может не быть совсем.

Воздух на выходе из калорифера не должен быть горячим, а
расчетным в пределах Твых = 5...50 °C. Нельзя почти полностью
закрывать заслонки ЭКУ, загораживать ее щитами, увеличивая
температуру воздуха на выходе. Это может привести к перегреву
ЭКУ. Кроме того, очень горячий воздух будет активнее стремить-
ся под потолок или крышу и будет быстрее удаляться из помеще-
ния вытяжными устройствами.

Правильным можно считать регулирование микроклимата в
помещении не только по температуре Тв, но и по влажности <рв. В
качестве примера можно сказать, что часто бывает нецелесообраз-
но увеличивать мощность калорифера при понижении температу-
ры Тв в помещении, не выяснив ситуацию с влажностью <рв. Если
влажность будет снижаться с подачей сухого воздуха, то темпера-
тура может подниматься и при прежней мощности. При этом мо-
жет понадобиться увеличение подачи воздуха Vt.

Пример. Рассчитать электрокалориферную установку.

Условие. В электрокалорифере имеется две секции трубчатых нагревателей. В
каждой секции шесть одинаковых ТЭНов, соединенных в «звезду» с искусствен-
ным нулем. Причем каждый луч «звезды» состоит из двух последовательно вклю-
ченных ТЭНов.

Трехфазное напряжение сети — 380 В.

Диаметр провода каждого ТЭНа б/г,р = 0,5 мм, длина провода / = 5,66 м. Мате-
риал провода — нихром с р20 = 1,1 • 10-® Ом • м. В расчетах принимаем, что рт - р20.
КПД калорифера т]Эку = 0>95- Теплоемкость воздуха Св= 1000 Дж/(кг  °C), его
плотность рв = 1,2 кг/м3.

Чему равна объемная подача воздуха через электрокалорифер, если температу-
ра воздуха на входе в калорифер Твх = —15 °C, а на выходе из него Твых = 50 °C?
Решение. Электрическое сопротивление спирали ТЭНа

„	4/ 1,1 10-6 4 5,66

Л=р—у=—-----------

3,14(0,5 10-3)

=31,72 0м.

Сопротивление на фазу каждой секции

Лф = 2Л = 2 • 31,72 = 63,44 Ом.

Мощность на фазу каждой секции

р ^.= 220^=7бзвт
ф 2^, 63,44

Суммарная мощность секции

Рс = ЗРФ= 3  763 = 2289 Вт.

Общая мощность электрокалорифера

Ржу = 2РС = 2 • 2289 = 4578 Вт.

Полезный тепловой поток калорифера Фп = /экуЯэку = 4578  0,95 = 4349 Вт из
выражения Фп= PipBCB(TBUX— Твх), найдем объемную подачу воздуха

к=

Фп	4349

Р»СВ(7’ВЫХ-7’ВХ) 1,2 1000(50+15)

=0,0558 м3/с=200,8 м3/ч. 

2.4.6.	ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНЫЕ УСТАНОВКИ ПВУ

Приточно-вытяжные установки серии ПВУ разработаны в
целях повышения экономичности систем воздушного электро-
обогрева животноводческих и птицеводческих помещений пу-
тем утилизации теплоты удаляемого воздуха. Они предназначе-
ны для отопления и вентиляции различных животноводческих
помещений. Их устанавливают на крышах или потолочных пе-
рекрытиях.

В установках ПВУ совмещены системы удаления загрязненно-
го внутреннего воздуха помещения и подачи с подогревом при-
точного чистого воздуха снаружи.

В каждой из шести приточно-вытяжных установок, входящих
в комплект ПВУ-М (рис. 2.28), имеется электровентилятор с дву-
мя рядами лопаток 2 и система воздуховодов «труба в трубе», к ко-
торой относятся внутренний 3 и наружный 5 воздуховоды. С по-
мощью внутренних лопаток вентилятора воздух забирается из по-
мещения и удаляется по воздуховоду 3, а с помощью наружных —
подается свежий воздух по кольцевому каналу 7, образованному
между внутренним 3 и наружным 5 воздуховодами. Благодаря это-
Рис. 2.28. Приточно-вытяжная
установка ПВУ:

7 —кольцевой канал; 2—колесо вен-
тилятора; 3 — внутренний воздуховод;
4— ТЭНы; 5—наружный воздуховод;

6 — смесительные заслонки

му происходит частичный теплооб-
мен между потоками воздуха, движу-
щимися в противоположных на-
правлениях. Смесительные заслонки
6 служат для рециркуляции воздуха.
В холодный период они открывают-
ся, и часть теплого воздуха (до 50 %)
возвращается в помещение. Подава-
емый воздух дополнительно подо-
гревается ТЭНами 4, встроенными в
приточный воздуховод.

В состав комплекта ПВУ-М вхо-
дит устройство управления «Климат
ПВУ-ХМ». Технические данные ком-
плектов приведены в таблице 2.13.

Система управления комплектом
обеспечивает централизованное уп-
равление всеми шестью установками
по усредненному сигналу несколь-
ких первичных преобразователей.

При снижении температуры в по-
мещении уменьшается подача возду-
ха до минимума, при дальнейшем
снижении температуры включаются
электронагреватели (ТЭНы) и от-
крываются рециркуляционные кла-
паны. При повышении температуры
в помещении сначала закрываются

рециркуляционные клапаны, далее отключаются ТЭНы и затем
увеличивается подача воздуха.

2.13. Основные технические данные комплектов ПВУ-М

Параметр	|	ПВУ-4М	ПВУ-6М |	ПВУ-9М
Максимальная подача воздуха в летний период, тыс. м3/ч:			
приток	33	45	63
вытяжка	27	39	56
Минимальная подача воздуха в зимний период, тыс. м3/ч (приток)	8	12	16,7
Подача рециркуляционного воздуха, тыс. м3/ч	О...16,8	0...9	0...13.2
Установленная мощность, кВт	97	105	132
Число приточно-вытяжных установок	6	6	6
в комплекте			
Мощность ТЭНов одной установки и комплекта, кВт	15(90)	15(90)	19(114)
Масса одной установки, кг	225	330	500
Комплект оборудования ПВУ-4М обеспечивает режим регули-
рования подачи свежего воздуха за счет изменения количества ре-
циркуляционного, модернизированные комплекты ПВУ-6М и
ПВУ-9М — как за счет дросселирования выходных отверстий, так
и за счет изменения подачи рециркуляционного воздуха.

Зона активного вентилирования каждой установки составляет
по высоте не менее 2,5 м, по поперечной оси здания — 8... 10 м,
по продольной оси—до 15м, что обеспечивает необходимое
распределение свежего воздуха. Скорость движения воздуха в
указанной зоне при минимальной и средней воздухоподаче в хо-
лодный период года составляет 0,3...0,5 м/с, при максималь-
ной — до 1 м/с.

Из недостатков установок ПВУ следует отметить воз-
можность обмерзания вытяжного воздуховода при отрицательных
наружных температурах, что вызывает необходимость его перио-
дического размораживания.

2.4.7.	МОБИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЙ
ОБЕЗЗАРАЖИВАТЕЛЬ ПОЧВЫ

Из различных способов обеззараживания почвы наиболее эф-
фективен электродный, при котором на вредителей и патоген-
ные микроорганизмы растений, находящихся в почве, одновре-
менно действуют два уничтожающих фактора: теплота и элект-
рический ток.

Для растениеводства защищенного грунта разработан мобиль-
ный электротермический обеззараживатель почвы МЭОП-1, в ко-
тором в качестве рабочего органа использованы электроды в виде
вращающихся дисков [1]. Электрический ток, проходящий между
заглубленными частями дисков, нагревает почву до температуры
80...90 °C. При этом в межэлектродной зоне в течение нескольких
минут сохраняется теплота, пагубная для вредителей, микроорга-
низмов и грибковых культур. Наряду с термическим действием на
фитопатогенные организмы гибельное действие оказывает и сам
электрический ток, проходящий через почву.

При соответствующей влажности почвы и плотности тока ги-
бель основных вредителей и возбудителей болезней растений на-
ступает при температуре, меньшей на 20...30 °C, чем при паровом
обеззараживании, а время процесса сокращается в 10...20 раз. Од-
новременно с этим увеличивается содержание подвижных элемен-
тов в почве, что способствует повышению ее плодородия.

Рабочие электроды машины, установленные в силовой части,
размещены в специальной камере на изолированном валу, имею-
щем привод от электродвигателя через редуктор. От них враща-
ется ходовое колесо. Управление машиной осуществляется тумб-
лерами, размещенными на рукоятках управления. Для обеспече-
ния заданной глубины обработки имеется опорная плита. Для по-
верхностной обработки установлен дополнительный инфракрас-
ный нагреватель. С целью надежного прохождения электрическо-
го тока через переходный контакт между электродом и землей над
каждым диском установлена капельница, куда подается вода из
водораспределительного коллектора.

Перед обработкой почву рыхлят и доводят до влажности
40...50 %. Скорость движения машины, м/с,

q(TK+T0)yjR2-h2
СР(ТК-ТО)

(2.1Н)

где q — удельная мощность внутреннего объемного источника теплоты, Вт/м3; Тк,
То — конечная и начальная температуры почвы, °C; R — радиус дискового
электрода, м; h — глубина хода машины, м; С„ — объемная теплоемкость по-
чвы, Дж/(м3  °C).

Время экспозиции зависит от приложенного напряжения, рас-
стояния между электродами, площади заглубленной части элект-
родов, тока, коэффициента теплопроводности почвы и разности
температур в начале и конце обработки.

Технические данные обеззаразкивателя МЭОП-1

Потребляемая мощность, кВт

Напряжение питания, В

Производительность, м2/ч

Глубина обработки, мм

Ширина захвата, мм

Расход электроэнергии, кВт • ч/м2

Температура нагрева почвы, °C

Влажность подготовленной почвы, %

Напряженность поля, В/м

Экспозиция нагрева, с

Неравномерность нагрева межэлектродного объема

почвы,°C

Суммарный КПД установки

Масса, кг

Число обслуживающего персонала

30...50
380/220
12...14
150...250
500...700
4,2...5,6

80...90

40
2600
Не более 120
5...7

0,86

150
I

2.4.8.	ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВАТЕЛИ ВОЗДУХА ДЛЯ УСТАНОВОК
АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ СЕНА

И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Расчет мощности электроподогревателя воздуха. В основе расче-
та лежат материальный и тепловой балансы сушильных установок.
Из материального баланса сушки определяют массу испаряемой
влаги, кг,

Мв = M(WX- И^)/( 100 - W2),	(2.112)

где Л/—масса сырого материала, кг; Wx, —его начальная и конечная влаж-
ность, %.
Необходимая подача вентилятора, м3/с,

К=Л/в-103[р№-<А)т],	(2.113)

где р — плотность воздуха, кг/м3, при средней относительной влажности воздуха
Ф = 0,5(ф1 +ф2) % (р= 1,12...1,2 кг/м3); dt, — влагосодержание воздуха, входяще-
го в материал и выходящего из него при сушке, г/кг; т — время сушки, с.

Влагосодержание определяют при температуре Т\ и относи-
тельной влажности cpi воздуха, d2 — при температуре Т2, относи-
тельной влажности ф2- Из опыта принимают Т2 = 7\ — (3...4) °C,
ф2 = 80 %.

Мощность электрокалорифера

Р=И,р(А1-А2)/(т1т1к),	(2-114)

где h\, h2— энтальпия воздуха соответственно до и после прохождения через кало-
рифер, Дж/кг; т] — коэффициент, учитывающий потери воздуха в сушилке,
т] = 0,8. 0,9; Пк-КПД калорифера, пк = 0,9.. 0,95.

Значения d\, d2, hx, h2 находят no h — d диаграмме.

В более упрощенном варианте поток для нагрева воздуха в ка-
лорифере, Вт, определяют по выражению (2.109)

Фп = 0,278К,рвСв(Тк—Тн),

где V, — необходимая подача вентилятора, м/с, ее определяют из выражения
(2.113) или принимают расход реальных вентиляторов, имеющихся в установ-
ках сушки сена и др.

Мощность калориферной установки в этом случае

Р=Х'3Фп/т1т1к,	(2.115)

где К3 — коэффициент запаса, К3— 1,10...1,05.

В качестве примера приводим параметры электрокалориферов
НВЭ (табл. 2.14) к установкам вентилирования сена УВС-10 и
ОВС-16 с длиной подстежных каналов соответственно 10 и 16 м.
Электрокалориферы типа НВЭ-63 и НВЭ-100 (нагреватель возду-
ха электрический мощностью 63 и 100 кВт) устанавливают между
вентиляторами и подстежными каналами. Они имеют специально
разработанные ТЭНы с латунными трубками и такими же пласти-
нами оребрения. Длина ТЭНов равна 1 м. Глубина калориферов
составляет соответственно 0,85 и 1,1 м. Остальные параметры при-
ведены в технической характеристике.
2.14. Технические характеристики электрокалориферов НВЭ

Показатель	НВЭ-63	НВЭ-100
Тип используемой установки для сушки сена	УВС-10	ОВС-16
Мощность калорифера, кВт	63	100
Мощность одного ТЭНа, кВт	1,5	2,1
Число нагревателей	42	48
Число секций	2	2
Разница температур на выходе и входе калорифера, °C	6,5	7
Продолжительность разогрева, мин	7	8
Тип вентилятора	Ц4-70 № 10	ВО-6-290-11
Объемная подача воздуха, тыс. м3/ч	30	50...55
Мощность электродвигателя вентиля- тора, кВт	17	10

Сушка сена. По принятой технологии скошенную в поле траву
провяливают на воздухе до 40...45 % влажности. Затем на подстож-
ном канале, выполненном в виде несущей фермы, из травы фор-
мируют скирду или стог. С помощью вентилятора установки воз-
дух подается внутрь фермы и проходит через весь стог наружу,
удаляя влагу. Таким образом трава досушивается до 12...17 %
влажности, допустимой при хранении сена. Длительность сушки
сена в скирде составляет 45...80 ч, удельный расход электроэнер-
гии — 30...45 кВт • ч/т. Один человек обслуживает 4...5 подстож-
ных каналов. После окончания сушки установку вытягивают из-
под скирды трактором при помощи троса.

Применение указанной технологии сушки сена по сравнению
с обычной дает возможность увеличить выход сена с 1 га на
30...55 % и повысить содержание в нем каротина в 3...4 раза, со-
кратить время сушки на 30...32 %.

Для сушки рассыпного или прессованного сена применяют
также установку УДС-300 с осевым вентилятором, электрическим
калорифером и системой распределительных воздуховодов. Уста-
новленная мощность составляет 19,5 кВт, в том числе мощность
калорифера — 15 кВт. Подача воздуха равна 20 тыс. м3/ч. В каче-
стве нагревательных элементов использованы ТЭНы, подогреваю-
щие воздух на 2,5 °C. С помощью установки УДС-300 за сезон по-
лучают 50...60 т высококачественного сена.

Активное вентилирование зерна. Его осуществляют в закромах и
специальных бункерах.

В закромах зерно насыпают слоем в 1... 1,5 м над воздухораспре-
делительными каналами и продувают его холодным или подогре-
тым воздухом с помощью вентиляторов, установленных снаружи
здания. Воздух подогревают водяными или электрическими кало-
риферами.
В сельском хозяйстве используют воздухоподогреватель ВПЭ-6А
установленной мощностью 26 кВт, в том числе мощность электро-
калорифера составляет 16 кВт. Подача воздуха равна 6 тыс. мУч.
Агрегат располагают снаружи здания и соединяют воздуховодами
с воздухораспределительной системой закромов. Одновременно
можно вентилировать зерно, насыпанное слоем до 1,5 м на пло-
щади до 18 м2. Электрокалорифер имеет 32 ТЭНа, включенных в
три секции, что позволяет изменять мощность, следовательно, и
температуру выходящего воздуха.

При активном вентилировании зерна исключены его переме-
щение, перегрев семян при сушке, их травмирование. Предотвра-
щено самосогревание зерна, и оно может долго храниться.

Бункера активного вентилирования БВ-25 и БВ-40 имеют два
коаксиальных перфорированных цилиндра, в кольцевой зазор
между которыми засыпают зерно. Во внутренний цилиндр с помо-
щью центробежного вентилятора подается холодный или подогре-
тый воздух, который пронизывает слой зерна в радиальном на-
правлении и уносит излишнюю влагу. При влажности более 65 %
воздух может подогреваться на 5...6 °C двухсекционным электро-
калорифером.

Бункера БВ-25 и БВ-40 имеют вместимость соответственно 25
и 40 т. Установленная мощность 29,5 и 47,5 кВт, в том числе мощ-
ность электрокалориферов 24 и 40 кВт.

Бункера размещают в зданиях закрытого типа с легкими ограж-
дающими конструкциями.

2.4.9.	СРЕДСТВА ЛОКАЛЬНОГО ОБОГРЕВА
В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Установки общего отопления не обеспечивают одинаково
комфортные условия для животных во всех зонах помещения, тем
более если там находится молодняк животных или птиц.

Например, для новорожденного ягненка в первый час необхо-
дима температура 39 °C, а для взрослой овцы 5... 15 °C. В зоне на-
хождения телят, поросят, ягнят или цыплят необходимо иметь
повышенную температуру воздуха и пониженную его влажность,
сниженную концентрацию вредных газов, должны быть исключе-
ны сквозняки.

В результате использования установок локального (местного)
обогрева при одном и том же уровне кормления в 3...4 раза можно
повысить сохранность молодняка, на 10... 15 % увеличить продук-
тивность животных. Повышаются привесы, до 25 % уменьшается
себестоимость продукции. В случае крайней необходимости мож-
но снизить расход кормов и существенно уменьшить расход элек-
трической энергии. Чтобы добиться указанного эффекта, необхо-
димо правильно рассчитать и разместить средства общего и ло-
кального обогрева.
К средствам локального обогрева относят: электрообогревае-
мые полы, панели, электроковрики, электрогрелки, обогреваемые
манежи, инфракрасные облучатели и брудеры, установки совме-
щенного инфракрасного и ультрафиолетового облучения, комби-
нированные установки и др.

По способу передачи теплоты средства локального обогрева
разделяют на средства лучистого (инфракрасного), контактного
(кондуктивного), конвективного и комбинированного обогрева.

Средства лучистого обогрева. В них используют светлые и тем-
ные инфракрасные излучатели — электрические лампы и нагрева-
тельные элементы. Особенности применения средств локального
обогрева со светлыми источниками инфракрасного излучения
рассмотрены в разделе «Светотехника».

Температура темных инфракрасных излучателей более низкая
по сравнению со светлыми — 400...500 °C. При этом большая часть
теплоты отводится от них конвективно с потоком нагретого возду-
ха. Для таких излучателей характерны повышенная надежность и
механическая прочность. Они менее чувствительны к колебаниям
напряжения. В качестве темных источников наиболее распростра-
нены ТЭНы и керамические излучатели.

Брудеры — устройства лучистого обогрева молодняка животных
и птиц, имеющие конструкцию корпуса в виде зонта, внутри ко-
торого размешены источники инфракрасного излучения. Для обо-
грева цыплят применяют брудеры БП-1А, БПН-1, БН-500. В бру-
дере БП-1А источниками теплоты служат четыре ТЭНа мощнос-
тью 250 Вт каждый. Имеется также электрическая лампа мощнос-
тью 25 Вт. Для поддержания требуемого температурного режима
22...35 °C в брудере использован двухпозиционный тиристорный
регулятор температуры.

Оборудование ООП-50 состоит из 50 брудеров БТ-0,3, оно пред-
назначено для обогрева поросят. Брудер БТ-0,3 также выполнен в
виде зонта, содержит ТЭН мощностью 900 Вт и обогревает пло-
щадь 0,7 м2.

Обогреватель ОКБ-1376, используемый для обогрева молодняка
животных и птиц, имеет три ТЭНа обшей мощностью 1,2 кВт.
Мощность его изменяется ступенчато при помощи выключателей.

Инфракрасный электрообогреватель ЭИС-0,25И1 предназначен
для локального обогрева животных. Он состоит из металлическо-
го корпуса, снабженного теплоизоляцией и винтовым цоколем,
позволяющим использовать его с облучателями ССП 01-250, «Аст-
ра» и др. Внутри корпуса смонтирован нагреватель в виде кера-
мической плитки, в которой находится нагревательный эле-
мент — проволочная спираль. Мощность электрического нагре-
вателя 250 Вт при напряжении 220 В. Среднее превышение тем-
пературы над температурой окружающей среды на уровне пола в
зоне площадью 0,7 м2 составляет не менее 8 °C (при высоте под-
веса 0,6 м).
Чтобы выбрать средства инфракрасного обогрева, определяют
температуру, ощущаемую животными как комфортную в зоне их
расположения в помещении, °C:

Г„м = /иТр + (1-/и)7;,	(2.116)

где т — опытный коэффициент (для коровников т = 0,3; свинарников — 0,42);
Тр — радиационная температура поверхности ограждения, °C; Тв — температура
воздуха в помещении, °C.

Затем определяют необходимую инфракрасную облученность,
Вт/м2:

^к = (7'опг-Т„м)/АГь	(2.117)

где Гопт — оптимальная температура в зоне расположения животных, определяе-
мая зоотехническими нормами, °C;	— коэффициент, связывающий значение

£ик с температурой, К\ = 0,04 (м2 • °С)/Вт.

Зная облученность и размеры площадки S для обогрева,
выбирают мощность Р, высоту подвеса h и число облучателей N.

Единичная мощность облучателя, Вт,

P=wS/N,	(2.118)

где w — удельная мощность общего равномерного облучения, Вт/м2, w- Еик.

Средства контактного обогрева. К ним относят электрообогрева-
емые полы, панели, ковры и грелки.

Электрообогреваемые полы. При устройстве электрообогревае-
мого пола на глубине 230...260 мм уплотняют грунт, для выравни-
вания на него насыпают слой песка толщиной 15...20 мм, а затем
укладывают гидроизоляцию в виде листов толя или полиэтилено-
вой пленки в один-два слоя. Поверх гидроизоляции насыпают
слой песка, на котором размещают тепловую изоляцию из котель-
ного шлака или керамзита толщиной 80...150 мм. Изоляцию уп-
лотняют и присыпают песком, после чего укладывают бетон. В
слое бетона на глубине 40...60 мм прокладывают нагревательные
элементы из специальных нагревательных проводов или кабелей.
При питании сетевым напряжением над проводами на глубине
около 20 мм от поверхности закладывают стальную сетку, соеди-
ненную с нулевым проводом питающей сети. Сетка защищает на-
гревательный провод от повреждений в случае разрушения бетон-
ного покрытия, а также служит для выравнивания потенциалов,
защищая животных от шагового напряжения.

При использовании нагревательных элементов из стальной не-
изолированной проволоки диаметром 4...6 мм применяют пони-
женное (до 60 В) напряжение питания, что обеспечивает безопас-
ность животных и людей без защитной сетки. Применение напря-
жения до 60 В связано с дополнительными затратами на понижа-
ющие трансформаторы (типов ТМОА-50, ТМОБ-63, ТПК-25 и др.).
Выполнение нагревательных элементов в полах определяется
назначением помещения. В свинарниках-маточниках обогревае-
мый пол выполняют в виде сплошной полосы шириной
1,2... 1,7 м, проходящей под станками одного ряда со стороны,
противоположной кормушкам. Все станки делят на секции с са-
мостоятельным управлением температурного режима в зависи-
мости от возраста поросят, и пол в этих секциях подогревают
отдельными нагревательными элементами. Нагревательный
провод укладывают зигзагообразно по длине полос. Необходи-
мая температура поверхности пола для поросят составляет
25...30 °C, а для свиноматок — 18...20 °C, поэтому в местах рас-
положения поросят шаг укладки проводов меньше, чем в зоне
нахождения свиноматки.

В коровниках электрообогреваемые полы занимают всю пло-
щадь стойл или полосу шириной до 0,6 м в каждом ряду.

При выращивании бройлеров электрообогреваемые полы мон-
тируют по всей площади помещения или сооружают обогревае-
мую полосу вдоль помещения по его центру.

Для автоматического управления температурными режимами
электрообогреваемого пола и его участков применяют двухпози-
ционные регуляторы, датчики которых встраивают в массив пола
между нагревательными проводами.

Электрообогреваемые полы характеризуются хорошей теплоак-
кумулирующей способностью, что делает возможным их работу в
часы минимальной загрузки систем электроснабжения. Это обес-
печивает также бесподстилочное содержание животных.

Нагревательные провода и кабели, которые
применяют для устройства обогреваемого пола, можно использо-
вать для разогрева почвы и воздуха в парниках и теплицах, а также
в других местах при обеспечении процессов сельскохозяйственно-
го производства.

В сельском хозяйстве наиболее распространены нагреватель-
ные провода ПОСХП, ПОСХВ, ПНВСВ, ПОСХВТ и кабели
КНРПВ, КНРПЭВ, КНМСС, КМЖ, КМ НС и др.

Токопроводящую жилу нагревательных проводов изготовляют
из оцинкованной малоуглеродистой стали диаметром 1,1 мм
(ПОСХП, ПОСХВ), 1,2 мм (ПНВСВ) и 1,4 мм (ПОСХВТ). В ка-
честве изоляции используют поливинилхлорид (ПОСХВ,
ПОСХВТ) и полиэтилен (ПОСХП). Допустимая температура на-
грева проводов ПОСХП — 70 °C, ПНВСВ — 80 °C, ПОСХВ —
90 °C, ПОСХВТ — 105 °C. Электрическое сопротивление проводов
ПОСХП и ПОСХВ составляет 0,174 Ом/м, ПОСХВТ и ПНВСВ -
0,12 Ом/м. Допустимая удельная погонная мощность проводов,
на основании которой определяют общую длину провода для
требуемой установленной мощности ЭНУ, составляет при обо-
греве полов и почвы около 11 Вт/м для проводов ПОСХП и
ПОСХВ и 16 Вт/м —для ПОСХВТ и ПНВСВ. Провод ПНВСВ
имеет основную изоляцию из фторопластовой ленты, экран из
стальных плетеных проволочек и наружную поливинилхлорид-
ную оболочку. Срок службы провода увеличен в 4...5 раз по срав-
нению с другими проводами. Кроме того, в эксплуатации он ме-
нее опасен.

В отличие от проводов кабели имеют две-три изолированные
одна от другой нагревательные жилы из нихрома, которые распо-
лагаются в плетеных оболочках (экранах) из стальной нержавею-
щей проволоки.

Кроме электрообогреваемых полов, которые используются
при строительстве новых и реконструкции существующих жи-
вотноводческих помещений, широко применяют съемные элект-
рообогреваемые плиты, панели, коврики, грелки, манежи и дру-
гие устройства локального обогрева. В них используют указан-
ные выше нагревательные провода, кабели и угольнографитовые
шнуры и ленты с различным удельным электрическим сопротив-
лением на 1 м.

Электрообогреваемые плиты. В Кустанайской и Кокчетавской
областях находят применение небольшие (1500 x1000 мм,
1000 x630 мм и др.) цементные плиты (полики). Нагревательный
провод в них — голая стальная оцинкованная проволока диамет-
ром 1,3...2,0 мм, длиной 17,5...41 м —монтируют с помощью кре-
пежных скоб или гвоздей по дну деревянного ящика высотой
120... 140 мм, заливают раствором цемента, закрывают заземлен-
ным металлическим листом, поверх которого располагают лино-
леум, резину или пластик. Ящик пропитывают специальным со-
ставом для огнестойкости и влагонепроницаемое™. Мощность
нагревательных элементов равна 150...250 Вт. К одному трансфор-
матору типа ТС-2,5/0,5 с напряжением 36 В подключают 10... 12
поликов.

Электрообогреваемые панели. Для отопления производственных
и бытовых помещений разработаны бетонные электрообогревае-
мые панели, устанавливаемые на стенах. Панель имеет раму из
стальной полосы, в которой между двумя сетками заложена в бе-
тон спираль нагревательного провода ПОСХВ. Напряжение пита-
ния панели —220 В, установленная мощность — 1,65 кВт, габа-
ритные размеры 1640 x820 x50 мм, длина провода ПОСХВ —
150м, средний диаметр витка спирали — 15 мм, температура на
поверхности панели — 75 °C при температуре воздуха в помеще-
нии 20 °C, металлоемкость — 13 кг, масса — 155 кг.

Несколько похожие по конструкции электрообогреваемые бе-
тонные панели ПБЭ-1,5/220 и ПБЭ-0,75/110 предназначены для
обогрева родильных отделений или помещений ягнятников.
Мощность бетонных панелей 1,5 и 0,75 кВт при напряжении 220 и
ИОВ, температура на поверхности в зависимости от назначения
панели может изменяться в пределах 32...70 °C. Габаритные разме-
ры — 1200 х 700 х 50 мм и 600 х 700 х 50 мм. Масса панелей — 100 и
53 кг. Поддержание температуры на панели осуществляется тер-
морегулятором ТР-200.

Панели, выполненные на основе плоской углегра-
фитовой ленты, предназначены для локального обогрева
молодняка животных. Они отличаются сравнительно малой мас-
сой и безопасной эксплуатацией при напряжении 220 В, представ-
ляют собой прямоугольную раму из уголковой стали размером
1000 x650 x50 мм, в которую уложена теплоизоляция. В слой бе-
тона толщиной 25 мм заделана трехмиллиметровая стеклотексто-
литовая пластина с нагревателем из углеграфитовой ленты. Име-
ется экранирующая защитная сетка из провода диаметром 3 мм.
Потребляемая мощность панели — 250...300 Вт, температура рабо-
чей поверхности — до 40 °C, масса — не более 40 кг.

Электрообогреваемые ковры. Коврики типа ЭП-935 выполнены
из двух слоев химостойкой резины, между которыми равномерно
распределен электронагревательный элемент из нагревательного
провода ПОСХВ длиной 32 м. Выпускают две модификации ков-
риков этого типа: в виде панели размером 1200x500x25 мм, ар-
мированной по периметру уголковой сталью, и в виде мягкого
коврика размером 1000 х 600 х 20 мм. Технические характеристики
коврика ЭП-935: напряжение питания — 36 В; потребляемая мощ-
ность — 200 Вт; температура на поверхности — 30 °C; полезная
площадь — 0,6 м2; масса — не более 12 кг.

Электрообогреваемый ковер типа ЭК-5 предназначен для обо-
грева ягнят. Он состоит из резинового основания толщиной
З...4мм и верхнего греющего слоя резины толщиной 2...3 мм. По-
перек основания на расстоянии 8 мм друг от друга расположены
резиновые полоски-бруски высотой 7...8 мм и шириной 33 мм,
между которыми укладывается спираль из стальной оцинкован-
ной проволоки диаметром 1 мм, обернутой лентой из стеклоткани
типа ПЭС-0,1х16. При изготовлении ковра верхний и нижний
листы резины вместе с полосками-брусками и нагреваемой спира-
лью подвергаются вулканизации. В результате образуется нераз-
борная герметическая конструкция электрообогреваемого ковра.
Для его переноса предусмотрены специальные «уши» из кордовой
ткани, закрепленные между листами резины. Ковры подключают-
ся посредством разъемов к магистральной кабельной линии, пита-
ющейся от понижающих трансформаторов типа ТС-2,5/0,5 или
ОСУ со вторичным напряжением 38,4 или 36...50 В.

Технические характеристики электроковра ЭК-5: номиналь-
ное напряжение — 36 В; максимальная удельная мощность —
300 Вт/м , максимальная тепловая мощность — 1260 кДж • ч; тем-
пература на поверхности ковра — 29 ± 2,5 °C; расход электричес-
кой энергии на одного ягненка — 0,35 кВт • ч/сут; гарантийная на-
работка — 8000 ч; габаритные размеры —1500x750 х 15 мм; мас-
са — 11 кг.
Электрообогреваемые грелки. Грелки типа ЭГЯ-ЗМ, ЭОЯ-0,15-220
предназначены для обсушивания новорожденных ягнят и других
животных в первые минуты их жизни. Грелки представляют собой
прямоугольный ящик, состоящий из разборного корпуса и нагре-
вательного элемента, выполненного из нихромовой проволоки
или углеграфитовой ленты. В центре нагревательного элемента ус-
тановлен термоограничитель (ТР-200 или ТО 20-11-121). Габарит-
ные размеры грелок — 490 х 476 х 400 мм. Напряжение питания —
36 и 220 В. Потребляемая мощность — 72 и 150 Вт. Температура на
поверхности греющего «дна» — 37...41 °C. Время сушки ягненка —
40...50 мин. Нагреватель грелки с использованием углеграфитовой
ленты имеет высокие изоляционные свойства и может использо-
ваться во влажной среде при напряжении питания 220 В.

Электрообогреваемые манежи. После обсушивания в грелках
ягнят размещают на манежах типа ЭМ-0,36-220 и держат на них
в течение 20...30 дней. Манеж оснащен двумя нагревательными
элементами ЭОЯ-0,18-220, выполненными также на основе уг-
леграфитовой ленты, суммарной мощностью 360 Вт. Площадь
манежа — 1600 x760 мм, на которой размещаются не менее 15
ягнят.

Температура на поверхности манежа (30... 15 °C) может менять-
ся в зависимости от продолжительности пребывания ягнят на ма-
нежах после высушивания в грелках. Регуляторы температуры —
ТЭЗП или РТЭ-3.

Пленочные обогреватели. Получают распространение пленоч-
ные обогреватели, в которых поверхностно-распределенные элек-
тронагревательные элементы выполнены из токопроводящей ре-
зины, пластмассы, стеклоцемента или краски, стеклоэмали, фоль-
ги и других токопроводящих пленок.

Для обогрева молодняка животных и птиц разработан наполь-
ный пленочный электрообогреватель, имеющий металлическую
конструкцию, покрытую стеклоэмалью, на поверхность которой
нанесен полупроводниковый резистивный нагревательный эле-
мент.

Средства конвективного обогрева. К конвективным средствам
локального электрообогрева относят электроконвекторы, элект-
рокалориферы малой мощности и электрообогреваемые панели,
не имеющие прямого контакта с животными. Панели устанавли-
вают вертикально вблизи зоны нахождения молодняка и на рас-
стоянии 5...10 см от стен помещения.

Электроконвекторы. Для сельскохозяйственного производства
предназначены электроконвекторы ЭОКС мощностью 2 и 6 кВт.
Они снабжены устройствами для автоматического и ручного уп-
равления температурным режимом в помещениях. Нагреватель-
ными элементами служат ТЭНы, помещенные в общий оребрен-
ный корпус с большой теплоотдающей поверхностью.
Электрорадиаторы. Вспомогательные и бытовые помещения
можно обогревать электрорадиаторами. В них теплота от ТЭНа
передается корпусу промежуточным теплоносителем — минераль-
ным маслом. Мощность электрорадиаторов составляет 0,5...
1,25 кВт, напряжение питания — 220 В. Имеется терморегулятор,
изменяющий температуру нагрева теплоотдающей поверхности,
максимальное значение которой равно 90 °C.

Электрокалориферы. При использовании электрических кало-
риферов небольшой мощности для локального обогрева их уста-
навливают в производственном помещении таким образом, чтобы
поток теплого воздуха направлялся в зону нахождения животных.
Электрокалориферный локальный обогрев применяют также для
создания тепловых завес, препятствующих проникновению холод-
ного наружного воздуха в помещение, где содержатся животные и
птицы в моменты открывания ворот.

Для ранее указанных целей используют передвижные электро-
калориферы ЭКВ-28 и ЭКВ-30. Мощность калориферов составля-
ет 28 и 30 кВт, имеется возможность 50%-ного включения нагре-
вателей; напряжение — 380/220 В; соединение фаз — «звезда»; по-
дача воздуха соответственно 2 и 3,5 тыс. м3/ч; типы вентилято-
ров— 06-320 №4 и 06-320 №5, частота вращения — 1440мин-1;
максимальная температура воздуха на выходе калорифера при
температуре на входе 5 °C составляет 75 и 85 °C.

Расчет нагревателей. При расчете и выборе нагревателей для
обогреваемых полов и панелей определяют вначале полезный теп-
ловой поток, Вт, необходимый для создания заданной температу-
ры рабочей поверхности Тп:

Фп=аЛТп-Тв),	(2.119)

где а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 - °C) (табл. 2.15); F— площадь обогре-
ваемой поверхности, м2; Гп, Гв — температуры поверхности обогрева и окружаю-
щего воздуха, °C.

2.15. Значения коэффициента теплоотдачи а, Вт/(м2 • °C), при Tt — 20 °C									
Вид поверхности нагрева	Значения а при температуре поверхности нагрева, °C								
	25	30 1	33	40 |	45	50	60 1	70	| 80
Горизонтальная, обращенная вверх	10,0	10,7	Н,6	12,0	12,3	13,1	14,5	14,8	15,2
Вертикальная	8,9	9,5	10,2	10,6	10,8	11,5	12,2	12,9	13,4

Зная значение теплового потока Фп из выражения (2.119), опре-
деляют установленную мощность: Ру = ^Ф„/т|, где т| может быть
принято исходя из условий работы нагревателей (т| = 0,7...0,95),
Лпола = 0,7...0,85.

Общую длину провода, м, определяют исходя из допустимой
удельной мощности провода на 1 м его длины — Ру.

1 = Ру/Р\-

Напряжение на 1 м длины провода, В,

их=4в&,

(2.120)

(2.121)

где R\ — сопротивление провода или кабеля длиной 1м, Ом; {Д—должно быть
8...15В.

Длина нагревательной секции, м, подключенной к питающему
напряжению U= 220 В,

Число секций

/с = 220/^.

л = ///с.

(2.122)

(2.123)

Число секций п должно быть целым и кратным трем. Если это-
го нет, то изменяют величину Р\ и повторяют расчет.

Расчет проводят с учетом данных таблицы 2.16.

2.16. Рекомендуемые параметры для расчета электрообогреваемых полов

Вид животных	Рекомендуемая температура пола, "С	Поверхностный тепловой поток, Вт/м2	Удельная обогреваемая площадь, м2/гол.	Шаг укладки нагревательно- го провода, м
Цыплята	35...40	150...300	0,015—0,08	0,05-0,1
Поросята	25...30	100...200	1-1,5	0,1-0,15
Свиньи на откорме	18...20	80... 150	2,25	0,15-0,2
Телята	20...24	100...150	1,5	0,1-0,15
Коровы, больные мае-	26...29	150...200	—	0,15-0,2

титом или артритом

Средства комбинированного обогрева. При комбинированном
электрообогреве передача теплоты животным и птице происходит
одновременно излучением, контактно и конвективно.

В качестве примера приводим пленочный нагреватель УралАГРО.
На базе нескольких нагревателей может быть образована система
лучистого и конвективного теплораспределения. Элементы систе-
мы закрепляют на потолке, стенках, столах, креслах и т. п. про-
изводственных и административных зданий и не занимают по-
лезной площади пола. Они могут быть широко использованы и в
сельскохозяйственных помещениях для различных целей и уст-
ройств общего и локального обогрева. Преимущество
обогреваемой системы — возможность иметь пониженный темпе-
ратурный фон в помещении (15...17 °C) и комфортную температу-
ру в необходимых локальных местах (19...22 °C). Поддержание бо-
лее низкой температуры в помещении, особенно при отсут-
ствии людей, значительно уменьшает расходы на отопление.
Кроме того, лучистое отопление воспринимается человеком как
более приятное.

Пленочный нагревательный элемент состоит из двух слоев тер-
мостойкой полимерной пленки, между которыми находятся резис-
тивные полосы аморфной фольги из металла различного состава.
Технические данные нагревательного элемента УралАГРО: рабочее
напряжение — 220 В; потребляемая мощность — 125... 150 Вт; рабо-
чая температура — 38...45 °C; основные размеры — 2500 х 600 мм;
толщина — 1,3...2,5 мм; ширина модуля — 300 мм; масса нагрева-
теля — 0,5 кг. Нагревательный элемент имеет высокую механичес-
кую прочность, водонепроницаем и пожаробезопасен.

При монтаже на потолке предварительно закрепляют слой теп-
лоизоляционного материала (искусственный ватин, минеральная
вата и др.). Затем с помощью гвоздей, шурупов или специальных
скоб устанавливают греющие элементы, которые можно прикрыть
различными облицовочно-декоративными материалами. Темпе-
ратуру в помещении регулируют терморегуляторами. Программ-
ным реле времени можно управлять температурой помещения в
ночное время или в отсутствие людей.

Для поддержания необходимой температуры в помещениях с
помощью пленочных нагревателей УралАГРО или температуры
поверхности обогреваемых полов в животноводческих и других
помещениях с помощью нагревателей различных типов использу-
ют программируемый термостат ТЕПЛОЛЮКС PRO.

Регулятор имеет восемь различных недельных программ под-
держания температуры. Максимальный ток нагрузки — 16 и 20 А
(варианты 1 и 2), напряжение — 220 В, масса — 280 г.

Прибор может обеспечивать поддержание различных темпера-
тур днем, ночью и в выходные дни, а также в рабочее и нерабочее
время. Имеется индикация текущей температуры, времени и дня
недели.	,

Другой пример средства локального комбинированного обо-
грева животных снизу и сверху — установка ЭИС-1Ш1 «Комби» и
аналогичная ей ЭИС-0,37И1 «Руно». В них теплота животным пе-
редается от обогреваемых панелей и от темных инфракрасных из-
лучателей. Таким образом здесь реализуются контактный (снизу),
лучистый и конвективный электронагрев (сверху).

Установка ЭИС-1Ш1 обеспечивает оптимальный температур-
ный режим в зоне размещения поросят в свинарниках-маточни-
ках при системе общего обогрева, если температура воздуха не
ниже 14 °C. Установка состоит из 30 электрообогреваемых уст-
ройств и общего для них пульта управления. Каждое устройство
(рис. 2.29, а) включает в себя обогреваемую панель 7 размером
120 х 62 см и мощностью 120 Вт и инфракрасный нагреватель типа
ЭИС-0,25И1 мощностью 250 Вт, конструктивно объединенные
Рис. 2.29. Установка комбинированного электрообогрева ЭИС-11И1 «Комби»:

а — устройство; б — принципиальная электрическая схема управления; 1 — обогреваемая
панель; 2— инфракрасный облучатель; 3— коробка выводов; 4— кронштейн

при помощи кронштейна 4 с коробкой выводов 3. Общая мощ-
ность установки ЭИС-11И1 «Комби»—11,15кВт, напряжение
питания — 380/220 В. Установка обеспечивает в зоне нахождения
поросят благоприятные температурные условия.

Принципиальная электрическая схема устройства комбиниро-
ванного обогрева приведена на рисунке 2.29, б. Ручной или авто-
матический режим работы схемы устанавливают переключателями
SA1 и SA2. В ручном режиме электронагреватели включают кноп-
ками SB3 и SB5, выключают кнопками SB2 и SB4.

В автоматическом режиме обогреватели начинают работать от
сигналов двухпозиционных регуляторов температуры UK1 и UK2
типа Т-419, датчики которых воспринимают тепловой поток
инфракрасного обогревателя (RKI) и температуру обогреваемой
панели (RK2). Обогреватели можно включать независимо один от
другого в любом режиме. Дифференциальное реле AF1 (РУД-0,5)
отключает установку при появлении потенциала на ее элементах
Расчет устройств комбинированного электрообогрева начина-
ют с расчета электрообогреваемой площадки по ранее изложенной
методике. Затем определяют температуру воздуха в зоне, где нахо-
дятся животные:

Т3 = 0,5(7’п-Тв),	(2.124)

обусловленную температурой пола Т„ и воздуха Тв в помещении, а
также температуру, ощущаемую животными в зоне их расположе-
ния:

Гпм = 0,42 Тр + 0,58 Т3.	(2.125)

Инфракрасную облученность £ик рассчитывают по выражению
(2.117) и находят параметры инфракрасного облучателя.

В заключение следует отметить, что благодаря использованию
устройств локального обогрева, работающих в автоматическом ре-
жиме, значительно снижаются энергетические затраты на обогрев
помещений.

Пример. Рассчитать пленочный нагревательный элемент УралАГРО.

Условие. Температура, поддерживаемая внутри помещения, Тв = 20 °C. Темпе-
ратура на поверхности пленочного нагревательного элемента Т„ = 50 °C. Площадь
секции нагревателя 0,1 м2 (ЮОх 10см). В нагревателе три секции включены пос-
ледовательно. Напряжение питания — 220 В. Принимают коэффициент запаса
1,2; КПД-0,9.

Найти мощность секции Р\ и мощность нагревательного элемента Р.

Решение. Определяем тепловой поток одной секции нагревательного элемента.
По выражению (2.119)

Фп = аДГп- Тв).

Считая, что нагреватель расположен вертикально, по табл. 2.15 при Гп = 50 °C
принимаем коэффициент теплоотдачи а = 11,5 Вт/(м2  °C). Отсюда

ФП1 = 11,5 • 0,1 • (50 - 20) = 34,5 Вт.

Мощность одной секции	,

Р\ = Л>Фп1/П = 1,2 • 34,5/0,9 = 46 Вт.

Напряжение одной секции

(4= (7/3 = 220/3 = 73,3 В.

Сопротивление секции

Ri = Ux2/Px = 73,32/46 = 5372,9/46 = 116,8 Ом.

Общее сопротивление нагревателя

А= ЗА, = 116,8  3 = 350,4 Ом.

Расчетная мощность элемента

/>р = ЗР| = 3-46 = 138 Вт.
Проверка значения электрической мощности

Р= и2/1< = 2202/350,4 = 48 400/350,4 = 138,1 Вт,
то есть расчетная и развиваемая мощности практически совпадают.

Далее необходимо выбрать тип материала фольги и форму нагревателя так,
чтобы его размеры и длина обеспечивали требуемое сопротивление секции 7?,,
равное 116,8 Ом, и нагревателя — Я= 350,4 Ом. Последнее лучше делать с помо-
щью измерительных мостов.

2.4.10.	БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Бытовые электронагревательные приборы условно можно раз-
делить на приборы для приготовления пищи, водонагреватели и
электроотопительные приборы, приборы для санитарно-гигиени-
ческих целей и нагревательный электроинструмент.

А. Электроприборы для приготовления пищи

Использование электроприборов для приготовления пищи со-
храняет комфортные условия в жилых помещениях. Электричес-
кие устройства менее взрыво- и пожароопасны, чем плиты на
твердом, газообразном и жидком топливе. С их помощью легче
поддерживать необходимую для приготовления пищи температуру.
Менее вероятно пригорание пищи, образование дымов и нежела-
тельных запахов. Ускоряется сам процесс приготовления пищи,
при этом у целого ряда блюд улучшается вкус. Потери теплоты по
сравнению с газовыми плитами могут быть снижены на 50 %.

В последние годы установленная мощность электроприборов в
квартирах значительно увеличивается, так что расчетная мощ-
ность электрического ввода составляет 5...8 кВт. Потребление
электроэнергии на приготовление пищи может доходить до
2000 кВт • ч в 1 год на среднюю семью.

К электронагревательным устройствам для приготовления
пищи можно отнести: электроплитки, электроплиты, жарочные
шкафы, электродуховки, электросковороды, печи «Чудо», элект-
рокастрюли, скороварки, тиховарки, пароварки, электрофритюр-
ницы, электрогрили, электрошашлычницы, электротостеры,
электроростеры и др. приборы. Наконец, самая совершенная тех-
ника — сверхвысокочастотные электропечи (СВЧ-печи), которые
часто называют микроволновыми.

Электроплитки. Они состоят из корпуса, конфорок в количе-
стве (1—3), регуляторов нагрева, электрического шнура (кабеля) и
светового индикатора. При напряжении 220 В электроплитки вы-
пускают на номинальную мощность, кВт: одноконфорочные —
0,8; 1; 1,2; 1,5; двухконфорочные — 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5 и 3,0.

Функции нагрева выполняют конфорки, которые в зависимос-
ти от исполнения могут быть штампованными (Ш), чугунными
(Ч), трубчатыми на базе ТЭНов (Т) и пирокерамическими (П).
Наиболее распространены штампованные конфорки с КПД
0,55...0,60 и сроком службы 3000 ч, представляющие собой корпус
из листовой стали, заполненный электроизоляционным материа-
лом, в который впрессованы две нагревательные спирали мощно-
стью 400 Вт каждая.

Чугунные конфорки с КПД 0,65...0,70 и сроком службы 4000 ч —
это отливки, имеющие пазы с электроизоляционной массой, в ко-
торую впрессованы две или три спирали из нихрома Х20Н80. Об-
щая их мощность 1000 или 1200 Вт.

Трубчатые конфорки с КПД 0,72...0,74 и сроком службы 5000 ч
выполняют из согнутых в виде одного или нескольких витков спи-
рали трубчатых нагревателей диаметром 7,4 и 10 мм. Для улучше-
ния контакта ТЭНа с посудой трубка сплющивается, а для повы-
шения КПД конфорки под ТЭНом устанавливают отражатель из
нержавеющей стали. При нержавеющей оболочке ТЭНов темпе-
ратура на поверхности нагревателей составляет 650...750 °C. Боль-
шинство конфорок содержит два двухконцевых ТЭНа мощностью
480 и 550 Вт, используются также одноконцевые ТЭНы мощнос-
тью 1000 и 1200 Вт с тремя выводами.

Пирокерамические конфорки выполняют в виде панелей или
кругов из ситалла — стекловидной массы особого состава с термо-
стойкостью до 1000 °C. По КПД и времени разогрева такие кон-
форки одинаковы с ТЭНами, однако они наиболее гигиеничны,
электробезопасны и имеют красивый внешний вид, поэтому их
считают наиболее совершенными.

Время разогрева штампованных и чугунных конфорок до рабо-
чей температуры равно 10...15 мин, ТЭН-конфорок — 4...5 мин.
Ускоренный разогрев, который составляет 2...3мин, возможен с
помощью экспресс-конфорок (мощностью до 2000 Вт).

Принятые стандартные диаметры конфорок могут быть 145,
180 и 220 мм.

В условных обозначениях самих плиток используют буквы и
цифры в следующем порядке: ЭП — электроплитка; далее — бук-
ва, характеризующая тип конфорки; затем—цифры, указывак)-
щие количество конфорок, потребляемую мощность и через ко-
сую черту — номинальное напряжение, например: ЭПЧ-1-1,5/220 —
электроплитка с одной чугунной конфоркой мощностью 1,5 кВт,
напряжением 220 В; ЭПТ-2-2/220 — плитка с двумя конфорками
на ТЭНах, мощностью 2 кВт, напряжением 220 Вт.

Электроплиты. По оформлению внешне они похожи на газовую
плиту. В верхней части стального эмалированного корпуса распо-
ложена панель с 2...4 конфорками. Под конфорочной панелью
размещен жарочный шкаф, а под ним — вспомогательный шкаф
для хранения кухонных принадлежностей. Между конфорочной
панелью и жарочным шкафом расположены переключатели мощ-
ности конфорок и жарочного шкафа, ручки которых выведены на
переднюю панель.
В электроплитах используют четырех-, пяти- или семипозици-
онные переключатели ступенчатого регулирования, а также тири-
сторные бесконтактные регуляторы плавного регулирования мощ-
ности. В плитках применяют трех-, четырех- и пятиступенчатые
контактные регуляторы.

Промышленность выпускает электроплиты напольные стацио-
нарные, напольные переносные и настольные. Напольные стаци-
онарные плиты имеют глубину 600 мм и высоту 850 мм. По шири-
не они могут быть от 400 до 600 мм. Это позволяет встраивать их в
общий кухонный фронт вместе с мойкой, столом, стиральной ма-
шиной, холодильником и т. п. Номинальная мощность плит от 2
до 6 кВт. Возможно трехфазное включение.

Жарочный шкаф. Он состоит из металлического шкафа с двер-
цей, имеющей смотровое стекло, и двух ТЭНов, расположенных
сверху и снизу снаружи шкафа. Для уменьшения потерь теплоты
шкаф вместе с ТЭНами обернут слоем изоляции и алюминиевой
фольгой. Имеется возможность раздельного включения верхнего
и нижнего нагревателей шкафа, а также возможность автомати-
ческого регулирования температуры в диапазоне 50...300 °C с по-
мощью терморегулятора. По сравнению с духовками газовых
плит в жарочных шкафах создается более равномерный нагрев по
объему.

Назначение жарочного шкафа — выпечка мучных изделий, ту-
шение мяса, рыбы и овощей, жарение мяса, птицы и рыбы.

Жарочные шкафы бывают не только встроенными в электропли-
ты, их выпускают и отдельно. Пример такого шкафа: ЭШП-1,3/220
имеет нагреватели из спирали в кварцевой трубке мощностью
1300 Вт, размеры внутреннего рабочего пространства 400 х 280 х
х 220 мм, оснащен четырехпозиционным регулятором мощности и
терморегулятором.

Электродуховки. Они несколько меньших размеров по сравне-
нию с жарочными шкафами. Получили большое распростране-
ние. Их недостатки — отсутствие регулирования мощности
и температуры. Характеристика одной из моделей электродухов-
ки, например ЭД-0,8/220: мощность 800 Вт, размеры внутреннего
рабочего пространства 308 х 250 х 317 мм, масса 8,0 кг.

Электропечи «Чудо». Они предназначены для выпечки мучных
изделий, а также приготовления тушеных блюд из мяса, рыбы и
овощей. Большое распространение получили печи типа ЭЧ-2/500
(Э — электропечь; Ч — «Чудо»; 2 — объем, л; 500 — мощность, Вт).

Электропечь состоит из корпуса, крышки со встроенным в нее
электронагревательным элементом и подставки. Принцип дей-
ствия электропечи «Чудо» основан на передаче теплоты, выделяе-
мой нагревателем, приготовляемому продукту равномерно со всех
сторон.
Выпускают новые модели электропечей, например «Чудесни-
ца» и др., объемом 2; 3,5 и 5 л. В указанных моделях один из на-
гревателей установлен в корпусе, а другой — в крышке печи, в ко-
торой имеется также смотровое окно, а на боковой поверхности —
отверстия для выхода пара. Печь оснащена выносным пультом уп-
равления, на котором установлен кнопочный выключатель, по-
зволяющий включать ее в сеть, а также одновременно и раздельно
включать верхний и нижний ТЭНы. Для контроля за работой
ТЭНов установлены светодиоды.

Электросковороды. В сковороде жарят мясо и рыбу, тушат и
припускают овощи, поджаривают лук и муку для заправки супов и
соусов. В обычной сковороде, находящейся на конфорке, трудно
поддерживать необходимую температуру. Эта задача легче решает-
ся с помощью электросковороды, оснащенной мощным нагрева-
телем и чувствительным терморегулятором, что позволяет жарить
различные блюда при температуре от 100 до 230 °C.

Электросковороды выполняют литьем из алюминия. ТЭН за-
лит в нижнюю часть сковороды. Терморегулятор встроен в съем-
ную приборную розетку, через которую подводится электропита-
ние к ТЭНу. Сковорода имеет крышку и пластмассовые ручки для
переноски. Электросковороды изготовляют на следующие номи-
нальные мощности, кВт: 0,8; 1,0; 1,15; 1,25; 1,4; 1,6. Пример ус-
ловного обозначения электросковороды мощностью 1,0 кВт на
номинальное напряжение 220 В: ЭС-1,0/220. Техническая харак-
теристика: минимальная температура рабочей поверхности — не
более 100 °C; максимальная температура — 230 ± 4,5 °C; время ра-
зогрева рабочей поверхности до температуры 185 °C —не более
6 мин; длина электрического шнура питания — 1,8 м; наработка до
первого отказа — 1000 ч.

Электрокастрюли. Их используют для приготовления блюд раз-
личными способами. Кроме электрокастрюль общего назначения
выпускают также электрокастрюли: скороварки, тиховарки, рисо-
варки, пароварки, фритюрницы. Это объясняется большим разли-
чием в технологии приготовления блюд и необходимостью йс-
пользования различной мощности.

В дно кастрюли установлен нагревательный элемент и термо-
выключатель для защиты от перегрева в случае выкипания жидко-
сти или включения в сеть без воды.

Электрокастрюли различают по внутреннему диаметру (120,
140, 160, 180, 200 и 220 мм), номинальной вместимости (0,6, 1,25,
1,6, 2, 3 и 4 л) и номинальной мощности (0,5, 0,6, 0,8, 1, 1,25 и
1,6 кВт). В условное обозначение входит буквенное обозначение
изделия, значения номинальной вместимости и номинального на-
пряжения. Пример — электрокастрюля ЭК-2,0/220.

Кроме термовыключателя в электрокастрюлях должен быть ус-
тановлен терморегулятор, поддерживающий любую из температур
в диапазоне 65...95 °C. Время нагрева воды до 95 °C в кастрюлях
вместимостью 3 л — не более 20 мин, вместимостью 4 л — не более
30 мин. КПД — не менее 75 %.

В некоторых изделиях наряду с основным нагревательным эле-
ментом в дне устанавливают ТЭН меньшей мощности, поддержи-
вающий пищу в нагретом состоянии при отключении основного
ТЭНа.

Электроскороварка представляет собой разновидность электро-
кастрюли, в которой готовить пищу можно значительно быстрее.
Это объясняется созданием в скороварке повышенного давления
за счет герметичности закрытия крышки с помощью специальных
затворов и резиновой прокладки.

Корпус скороварки чаще всего отлит из алюминия и имеет
утолщенные стенки. Для безопасности в крышке имеется предох-
ранительный клапан, рассчитанный на определенное давление.
Обозначение скороварки ЭСВ-1,25/220.

Электрокастрюли-тиховарки предназначены для медленного
приготовления пищи при пониженной температуре, особенно
каш, бобовых блюд и т. п. В готовой пище лучше сохраняются ви-
тамины, а при кипении они разрушаются. Конструкции электро-
кастрюль различны, но все они состоят из двух сосудов, помещен-
ных один в другой. Во внутренний сосуд встроен нагреватель.
Крышка изготовлена из жаропрочного стекла, позволяющего на-
блюдать за степенью готовности блюда. Время приготовления —
6...8 ч. Поэтому тиховарки можно включать на ночь для приготов-
ления завтрака.

Электрокастрюли-пароварки также имеют два сосуда. Воду на-
ливают в наружный сосуд, в него же встроен ТЭН мощностью
800... 1000 Вт. Во внутреннем сосуде размещается сетка с продук-
том. Приготовление блюда происходит на пару, образующемся
при кипении воды в наружном сосуде.

Температуру варки устанавливают ручкой терморегулятора,
расположенного на наружном сосуде.

Вариант пароварки — электрокастрюля «Мантница» (рис. 2.30),
предназначенная для приготовления восточного национального
блюда — мантов. По содержимому и форме манты могут быть по-
хожи на пельмени, но имеют большие размеры. В «Мантнице»
можно также приготовить на пару котлеты, овощи и другие блюда.
Устройство этой пароварки следующее. На специальной круглой
плите установлены одна на другую две кастрюли. В нижней каст-
рюле находится 1,5...2,0 л воды, в верхней по ее высоте устанавли-
вают четыре алюминиевые сетки или круги с отверстиями, на ко-
торые укладывают сырые продукты.

При мощности плитки 1000 Вт вода в нижней кастрюле закипа-
ет через 9 мин, верхняя кастрюля заполняется горячим паром, ко-
торый обволакивает продукты и доводит их до готовности. Имеет-
ся терморегулятор, он же отключает нагреватель, если в кастрюле
выкипит вся вода.
—

аал

AAA





Рис. 2.30. Электрокастрюля-
пароварка «Мантница»

Электрофритюрница — особый вид
кастрюли, в которой продукты готовят-
ся в кипящем масле — фритюре. Пред-
ставляет собой сосуд с крышкой, в кото-
ром установлена подвижная цилиндри-
ческая сетка с ручкой. На дно сосуда за-
ливается масло (0,35...0,50 л) или вода
(0,2...0,3 л). Сосуд снабжен электронаг-
ревателем с терморегулятором и реле
времени. Для приготовления продуктов
во фритюре сетку с продуктами опуска-
ют на дно кастрюли, для приготовления
диетических блюд на пару — сетку с
продуктами устанавливают над водой.

В крышках некоторых фритюрниц
имеются вырезы, в которые вставляют
вилки с насаженными кусочками про-
дукта.

Обозначение фритюрницы мощнос-
тью 800 Вт на 0,5 л фритюра: ЭФ-0,8/0,5.
Время приготовления рыбных и мясных блюд в разогретом фри-
тюре — 1...4 и 2...6 мин, паровых котлет и мяса соответственно
10...12 и 12...15.

Специальные приборы для приготовления пищи с инфракрасными
нагревателями. К ним относят электрогрили, электрошашлычни-
цы, ростеры и тостеры. В качестве ИК-излучателей в них приме-
няют высокотемпературные ТЭНы или кварцевые излучатели,
представляющие собой трубку из кварцевого стекла диаметром
12...16 мм с толщиной стенки 0,8...1,0 мм.

В трубке может быть размещен керамический стержень, в пазах
которого расположена нагреваемая спираль из высокоомных
(нихром, вольфрам) материалов. Температура на поверхности та-
ких нагревателей — 800.„950 °C.	,

Электрогрили представляют собой жарочные шкафы, на боко-
вых стенках которых установлены вращающиеся приспособле-
ния для крепления приготовляемых продуктов: вертела для пти-
цы, шампуры для шашлыков, сетки для котлет и т. п. Привод для
вращения может быть пружинный или электрический. Обозна-
чение открытого и закрытого грилей мощностью 1,25 и 1,0 кВт:
ЭГО-1,25/220 и ЭГЗ-1,0/220. Принятый ряд мощностей для гри-
лей: 1,0; 1,25; 1,4; 1,6. Имеются регуляторы нагрева и часы.

Электрошашлычницы ЭШГ и ЭШ В с горизонтальным и верти-
кальным расположением шампуров. Они имеют мощности, кВт:
1,2...1,6 и 1,2...1,4. Помимо шашлыков в них приготовляют люля-
кебаб, порционные куски мяса, запекают грибы, фрукты и овощи.
Время жарки шашлыка — 15...25 мин. Шампуры приводятся во
вращение электродвигателем. Обозначения: ЭШГ-1,2/220 — гори-
зонтальная, 1,2 кВт; ЭШВ-1,4/220 — вертикальная, 1,4 кВт.

Электротостеры необходимы для поджаривания ломтиков хле-
ба, в результате чего поверхность хлеба покрывается золотистой
корочкой, а внутри хлеб размягчается.

Электротостеры имеют прямоугольный корпус, внутри которо-
го установлены радиационные нагреватели с температурой 700...
800 °C. Между нагревателями вручную закладывают кусочек хлеба,
который по готовности автоматически выдвигается из камеры так,
что его можно взять рукой.

Электроростеры используют для поджаривания бутербродов с
колбасой, сыром и другими продуктами. Электротостеры (ЭТ) и
электроростеры (ЭР) выпускают с ручным отключением прибора
от сети (ЭТР, ЭРР) и с автоматическим отключением (ЭТЦ и
ЭРЦ). Тостеры и ростеры выпускают на мощности, кВт: 0,8; 1;
1,25; 1,4; 1,6.

Сверхвысокочастотные электропечи (СВЧ-печи). Они имеют
ряд преимуществ перед традиционными тепловыми приборами
для приготовления пищи (рис. 2.31). Основное из этих преиму-
ществ — быстрота. Различные блюда могут быть приготовлены в
СВЧ-печи в 3...5 раз быстрее, чем на других приборах. Кроме того,
повышается их качество и сохранность, снижается угар жиров и
обезвоживание.

СВЧ-печи могут быть напольного и настольного исполнения и
состоят из корпуса, рабочей камеры, генератора высокочастотных
излучений (магнетрона), волновода, системы коммутации и бло-
кировок, таймера, переключателя мощности.

Назначение СВЧ-печей — приготовление, разогревание и раз-
мораживание продуктов.

Магнетрон генерирует электромагнитное излучение с частотой
2300...2500 МГц, которое передается по волноводу в рабочую ка-
меру печи, и там поглощается нагреваемым продуктом, в котором
микроволны приводят молекулы
воды в колебание. Возникающая
теплота от трения молекул и дру-
гих частиц вещества нагревает
пищу.

Главное преимущество
СВЧ-печи — теплота возникает в
самом продукте питания равно-
мерно по всему его объему, а не
вне его и далеко не равномерно,
как это имеет место в других сис-
темах приготовления пищи. Одна-
ко поскольку микроволны прони-
кают в пищу лишь на 2,5 см, реко-
мендуется в камере применять посуду из стекла, фарфора, карто-
на, синтетических материалов. Использование алюминиевых пле-
нок и фольги не рекомендуется, чтобы избежать экранирующего
действия металла.

Потребляемая мощность СВЧ-печей «Электроника» —
1,3...1,5 кВт, мощность СВЧ-колебаний — 550 Вт. На нашем рынке
фирмой «LG» предлагаются микроволновые печи, выполняющие
различные дополнительные функции, например, печь MD-66521
имеет дополнительно встроенный тостер мощностью 850 Вт. Вы-
ходная мощность печи — 900 Вт.

Б. Бытовые электроотопительные приборы и водонагреватели

Электрообогрев жилья имеет ряд преимуществ перед
другими видами отопления — удобство эксплуатации, постоянная
готовность электронагревателей к работе, надежность оборудова-
ния, возможность индивидуального регулирования температуры в
помещениях. Однако электрообогрев — самый энергоемкий и до-
рогой вид электрификации быта. Для обогрева 1 м2 площади необ-
ходима установленная мощность 80...200 Вт при годовом расходе
электроэнергии 5... 15 тыс. кВт • ч. Для горячего водоснабжения на
семью из трех-четырех человек годовой расход электроэнергии
может дополнительно составить около 2 тыс. кВт • ч.

Для систем отопления жилья с естественной и принудительной
циркуляцией могут быть использованы элементные водонагрева-
тели (см. подразд. 2.4.2): ЭПВ-2А (10,5 кВт, 3 фазы); ЭВ-Ф-15
(15 кВт, 3 фазы); ВО-4,8/10,5 (макс. 10,5 кВт, 3 фазы и 1ф. вкл.);
ЭВП-6 (6 кВт, 3 фазы и 1 ф. вкл.); ЭВП-9 (9 кВт, 3 фазы и 1 ф.
вкл.); САЗС-400 (12 кВт, 3 фазы), а также электродные водонагре-
ватели (см. подразд. 2.4.1): КЭВ-9/0,4 (9 кВт, 3 фазы); ЭВН-6/
9-0,4 (макс. 9 кВт, 3 фазы и 1 ф. вкл.); ЭВН-16/0,4 (16 кВт,
3 фазы вкл.). Описание систем отопления дано в подразделах 2.4.2
и 2.4.4.

Возможно использование в индивидуальных сельских домах с
трехфазным вводом до 25 кВт комплектов оборудования горячего
водоснабжения КОГВ-ЮОО/25 (подразд. 2.4.4).

Комбинированная электротепловая установка КЭТУ-1800/12,5.
Она предназначена для отопления и горячего водоснабжения
сельских жилых домов, объектов культурно-бытового назначения
и производственных сельскохозяйственных помещений с объемом
до 400 м3. Установка создана для улучшения социально-бытовых
условий жизни на селе, выравнивания графика нагрузки энерго-
системы и распределительных сетей, обеспечения экономного ис-
пользования энергоресурсов при аккумулировании теплоты. Ра-
ботает на внепиковой электроэнергии и твердом топливе. Воз-
можна установка горелок для работы на жидком топливе и газе [ 1 ].

КЭТУ-1800/12,5 (рис. 2.32) состоит из корпуса 1, заполненного
водой, топки 7, верхней 2, 3 и нижней 4, 5 групп трубчатых элек-
256
Рис. 2.32. Общий вид комбинированной
электротепловой установки

КЭТУ-1800/12,5:

1 — корпус; 2, 3— верхняя группа ТЭНов; 4,
5—нижняя группа ТЭНов; 6—группа ТЭНов
для получения горячей питьевой воды; 7—
топка; S—поддувало; 9— термосифонный эк-
ран; 10— газоход; 11— предохранительные
клапаны; 72—датчик температуры горячей
воды; 13, 14—пхгчккм температуры аккумули-
руемой воды

трических нагревателей (ТЭНов),
емкости для горячего водоснаб-
жения с группой ТЭНов 6, газо-
хода 10. Топка размещена в
нижней передней части корпуса
КЭТУ таким образом, чтобы
дымообороты отдавали теплоту
воде в верхней зоне. Емкость
горячего водоснабжения отде-
лена от общего объема воды и
помимо ТЭНов вода в ней мо-
жет нагреваться за счет теплопе-
редачи через общую стенку при
сжигании топлива. В верхней и
нижней частях корпуса распо-

11 12 10 11 14

лагаются выходной и входной патрубки для подключения водяной
термосифонной системы отопления. Емкость горячего водоснаб-
жения также имеет патрубки холодной и горячей воды. В верхней
части корпуса установлены датчики температуры 12, 14 и предох-
ранительные клапаны 11. Корпус стоит на опорах и имеет болт за-

земления.

Электрический щит управления монтируют отдельно на стене.
Электрическая схема управления имеет два режима работы: руч-
ной и автоматический. Схема обеспечивает регулирование темпе-
ратуры, включение КЭТУ в ночные часы минимума нагрузок
энергосистемы, защиту от коротких замыканий, обрыва фаз и пе-
регрузки, контроль за работой и сигнализацию.

Установку изготовляют в двух исполнениях: для трехфазного
(И1) и однофазного (И2) включения в электрическую сеть.

Техническая характеристика устройства: номинальная мощ-
ность — 12,5 кВт (И1) и 5 кВт (И2); напряжение — 380/220 В; чис-
ло фаз —3 (И1) и 1 (И2); максимальное избыточное давление —
не более 0,07 МПа; максимальная температура воды —
95 ± 2 °C; вместимость — 1800 л; время нагрева воды — не более
8 ч; номинальная электрическая мощность в исполнении И1
группы ТЭНов горячего водоснабжения — 1,25 кВт; верхней
группы ТЭНов — 3,75 кВт, нижней — 7,5 кВт; масса установ-
ки — не более 320 кг; габаритные размеры, мм: глубина —910,
ширина — 1900 ± 5, высота — 2480 ± 5. Масса щита управле-
ния — не более 15 кг.

Из эксплуатации установки известно, что удельный расход
электроэнергии на нагрев воды составляет 29 ± 3 кВт • ч 1/ м3. Ус-
тановка удобна в эксплуатации, при этом может быть использован
любой вид топлива.

Для обогрева помещений используют также переносные элект-
роотопительные приборы мощностью 0,5...2,0 кВт. По способу
теплопередачи их классифицируют на приборы, передающие теп-
лоту помещению свободной конвекцией (электроконвекторы),
вынужденной конвекцией (электротепловентиляторы), излучени-
ем (электрокамины и ИК-обогреватели), конвекцией и излучени-
ем (электрорадиаторы).

Электроконвекторы. Они предназначены для общего обогрева
помещения. В качестве нагревателей используют спирали из ни-
хрома, закрепленные в несколько рядов на изоляторах; тканые на-
гревостойкие элементы с использованием нихромовой проволоки
или углеграфитовой ленты, трубчатые плоские и оребренные на-
греватели. Каждую ступень нагревателей можно включить отдель-
но выключателями ВК11-19. Имеются конструкции конвекторов,
оснащенные термоограничителями («Комфорт» ЭВУ-1,25/220)
или термовыключателями («Салют» ЭВПС-1,25/220).

В подразделе 2.4.4 приведен конвектор-теплоаккумулятор
КТА-1500, предназначенный для обогрева помещений с сохране-
нием на определенное время теплоотдачи после его отключения
по графику. Основной режим КТА — обогрев помещений и одно-
временное запасание теплоты в аккумулирующих элементах.

Электрокамины. Они служат для местного обогрева помещения.
Электрокамины делят на собственно функциональные и имею-
щие декоративное оформление. В декоративные камины входят
устройства, имитирующие горение дров и нагревательный блок.
Имитация пламени создается при вращении вертушек различной
формы с прорезями, установленных в потоке света, падающего на
специальный экран. Нагревателями служат ТЭНы или ИК-излу-
чатели, размещенные в трубках из кварцевого стекла. Иногда для
вращения вертушек используют микродвигатели.

Мощность декоративных каминов — 1,25...4 кВт. Обозначения:
КОБ-1,25/2-2, КЗБ-2/2-2 — электрокамины бытовые (Б) с откры-
тыми (О) и закрытыми (3) нагревательными элементами по две
штуки в каждом, с двумя ступенями мощности; суммарная мощ-
ность — 1,25 и 2 кВт.

Большое распространение получили камины относительно не-
большой мощности (0,5...2 кВт) и небольших размеров серии
КОФ со сферическим отражателем и открытыми нагревателями,
например КОФ-0,8/2-2 и т. п.
Электрорадиаторы. Их применяют для дополнительного ото-
пления помещения. Наиболее надежны маслонаполненные ра-
диаторы. В обозначениях различных моделей буквы означают:
Р —электрорадиатор, М — маслонаполненный; А — с автомати-
ческим поддержанием температуры воздуха в помещении; Б — с
регулятором мощности; С — с переключателем мощности; Т — с
термоограничителем. Пример обозначения: РМТ-1,25/220. В
масляных радиаторах теплота от ТЭНа передается к корпусу (па-
нели) промежуточным теплоносителем — минеральным маслом.
Температуру изменяют с помощью встроенного терморегулято-
ра. Предусмотрено защитное отключение нагревателя при темпе-
ратуре корпуса 130 °C. Мощность электрорадиаторов — 0,5...
2,0 кВт.

Аккумуляционные водонагреватели низкого давления ЭВАН
(рис. 2.33) с трубчатым нагревательным элементом мощностью
1,25 кВт. Его устанавливают в ванных комнатах. При вместимости
бака устройства 40 и 100 л вода нагревается до максимальной тем-
пературы в течение 3,2 и 7,8 ч. Диапазон регулирования темпера-
туры воды — 35...85 °C. Водонагреватель присоединяют к водопро-
водной сети с помощью стандартного смесителя, что позволяет
подавать водопроводную воду через кран или душ.

Водонагреватель ЭВБО-10/1,0 для подогрева воды на кухне. Он
имеет вместимость бака 10 л и мощность нагревателя 1 кВт. Время
нагрева воды до температуры 85 °C — не более 60 мин. Температу-
ра воды регулируется терморегулятором. В аналогичной роли мо-
жет выступать и водонагреватель ЭВАН-10/1,25 с баком вмести-
мостью 10 л. Нагрев воды до 85 °C — чуть меньше 1 ч.

Скоростные проточные водонагреватели ВЭБ-2/0,22 и ВЭБ-4/0,22
(табл. 2.17) имеют небольшой расход воды. Однако этого доста-
точно для мытья рук, посуды и других бытовых нужд жителей
села, персонала животноводческих ферм и медицинских учрежде-
ний [1].

Рис. 2.33. Водонагреватель
ЭВАН-100/1,25:

а — устройство; б — электрическая схе-
ма; 1 — бак; 2 — кожух с теплоизоляци-
ей; 3— трубка смесителя; 4—терморе-
гулятор; 5—смеситель; 6— патрубок
для ввода холодной воды; 7— сигналь-
ная лампа; 8— кабель питания; 9—ре-
гулятор температуры; 10— нагреватель;
ЕК— нагревательный элемент; SK —
терморегулятор
2.17. Технические характеристики водонагревателей ВЭБ

Показатель	ВЭБ-2/0,22	ВЭБ-4/0,22
Мощность при удельном сопротивлении	1,8	4
воды 40 Ом  м, кВт		
Номинальное напряжение, В	220	220
Число фаз	1	1
Температура воды, °C:		
на входе	12 + 2	12 ± 2
на выходе	45 ±5	45 + 5
Производительность, л/ч	60	130
Удельный расход электрической энергии,	0,016	0,033

кВт  ч/л

Водонагреватели ВЭБ содержат электроды, расположенные в
корпусе с проточной водой. Рабочий режим устанавливается в те-
чение 8...12 с. Входной патрубок присоединяют к водопроводной
сети, а если ее нет, то над нагревателем размещают питающую ем-
кость для воды вместимостью 100...150 л.

Температуру воды регулируют изменением ее расхода с помо-
щью вентиля, установленного на входе.

Водонагреватель крепят к стене и подключают к электрической
сети через автоматический выключатель, расположенный в кожу-
хе. Работу контролируют сигнальной лампой или светодиодом.
Для безопасной работы водонагревателя необходимо, чтобы его
выходной патрубок был заземлен или использована изолирующая
вставка на патрубке длиной до 40 см.

Применение указанных водонагревателей особенно эффектив-
но в условиях отдаленных животноводческих объектов.

Разработан вариант водонагревателя, в котором осуществляет-
ся стабилизация потребляемой мощности. Для этого электроды
выполнены в виде биметаллических пластин, расположенных по-
парно в зигзагообразном канале, по которому протекает нагревае-
мая вода. При прохождении тока через воду ее температура’уве-
личивается и электроды изгибаются, расходясь друг от друга, что
компенсирует уменьшение электрического сопротивления слоя
воды между ними, которое поддерживается практически посто-
янным, и потребляемая водонагревателем мощность стабилизи-
руется.

Водонагреватель «Быт». Он предназначен для приготовления
воды для технических целей в домах, не имеющих водопровода, в
гаражах, на дачах. Поскольку нагрев осуществляется электродами,
воду для приготовления пищи считают непригодной. Характерис-
тика нагревателя: непроточный, вместимость — 20 л, мощность —
1 кВт, напряжение — 220 В, время нагрева воды до 100 °C —
45 мин. Габаритные размеры — 510 х 120 х 500 мм. Изготовитель —
завод «Миассэлектро».
В. Санитарно-гигиенические электронагревательные приборы

Электрические утюги. Их выпускают следующих типов: УТ — с
терморегулятором, УТП — с терморегулятором и пароувлажните-
лем, УТПР — с терморегулятором, пароувлажнителем и разбрыз-
гивателем; УТУ — с терморегулятором утяжеленный; УТМ — с
терморегулятором малогабаритный. Электроутюги различают по
массе (0,68...2,5 кг) и мощности (0,25... 1,00 кВт).

Средняя температура в центре подошвы электроутюга при пре-
дельном положении терморегулятора равна 185...225 °C. Необхо-
димую температуру нагрева утюга устанавливают с помощью лим-
ба биметаллического терморегулятора. Для глажения должны
обеспечиваться диапазоны температуры: 60...90 °C; 100...120;
160...200 °C.

Подошвы утюгов изготовляют из чугуна, стали и алюминия.

В качестве нагревателей используют ТЭНы, а также плоские
нагревательные элементы на миканитовой основе с нихромовой
или фехралевой проволокой, изолированной с помощью слюды и
других изоляционных материалов.

Гладильные прессы и машины. Их применяют для глажения
брюк, юбок и другой одежды. Пресс состоит из платформы, в
которой размещен электронагревательный элемент, и прижим-
ной доски, прижимающей обрабатываемое изделие на опреде-
ленное время к платформе. Под воздействием температуры и
усилия прижима предварительно увлажненное изделие разгла-
живается.

Гладильная машина состоит из основания, на котором разме-
щена стойка с установленным в ней электродвигателем. На валу
электродвигателя закреплен цилиндрический валок, обтянутый
эластичным материалом. На второй стойке, расположенной также
на основании, укреплен прижимной башмак с электронагрева-
тельным элементом. Белье пропускают между валком и башма-
ком. Скорость вращения валка и силу прижима башмака регули-
руют. Нужную температуру задают терморегулятором. Гладильные
машины могут быть настольными (МГ), напольными (МГН) и тум-
бовыми (МГТ) с длиной валка 650 и 850 мм. Обозначение наполь-
ной мащины — МГН-850, тумбовой — МГТ-850 и т. д.

Потребляемая мощность машин, Вт: с валком 650 мм — 1300, с
валком 850 мм — 2200; частота вращения валка — 2—6 об/мин;
время нагрева подошвы башмака до 200 °C — 15 мин; средняя тем-
пература подошвы — 240 °C.

Приборы для обогрева тела человека. Их называют приборами
«мягкой теплоты». К таким приборам относят электрогрелки,
электрические одеяла, коврики, матрацы, грелки для ног, бинты,
пледы и т. п. Технические характеристики некоторых из них при-
ведены в таблице 2.18.
2.18. Технические характеристики приборов «мягкой теплоты»

Показатель	Грелка ЭГ	Одеяло  ЭОФ-20	Коврик ЭК-Ф-20	Матрац ЭМФ-20	Бинт БЭ-1
Напряжение, В	220	220	220	220	220
Потребляемая мощность, Вт	15, 30, 60	30, 60, 120	20, 40, 80	30, 60, 120	60, 120, 250
Рабочая темпера- тура, °C  Размеры, мм:	50	45	45	45	45
длина	370	2000	430	2000	2100
ширина	300	1400	360	1000	160
Масса, кг	0,6	1,5	0,54	2,5	0,5

Практически они одинаковы по конструкции и отличаются
лишь внешним оформлением. На тканевой основе располагают
зигзагообразный гибкий нагревательный элемент, в цепи которо-
го имеется аварийный термовыключатель. Все устройство разме-
щают сначала в изолирующий, а затем в декоративный чехлы.
Большая часть изделий оснащена двух- или трехпозиционным пе-
реключателями для изменения температуры нагрева. При дости-
жении заданной температуры прибор отключается.

В качестве нагревательных элементов применяют нихромовую
или константановую проволоку, свитую в спираль, вплетенную
затем в асбестовую ткань; углеграфитовую ткань, покрытую фто-
ропластовой оболочкой; углеграфитовый шнур, настроченный на
сатиновую ткань и другие нагреватели. Рабочая температура на-
гревательного элемента не превышает 70 °C. Приборы имеют вы-
сокую надежность, не боятся многократных изгибов. Их можно
использовать в домашних и полевых условиях, питать как от пере-
менного, так и от постоянного источников тока.

Фены. Они предназначены для сушки волос. Состоят из пласт-
массового корпуса, в котором находятся нагревательная спираль,
натянутая на каркас из фарфора или слюдопласта, вентилятор с
электродвигателем, переключатель мощности и аварийный термо-
выключатель. В ручных фенах теплый воздух направляют непос-
редственно на волосы, в настольных подают по соединительному
шлангу в пластиковый колпак.

В обозначении фенов буквы означают: Ф — фен, Р — ручной,
П — переносной, С — стационарный, Б — с бесступенчатым регу-
лированием, Н — с насадками, Д — с дополнительной гребенкой
(табл. 2.19). Пример условного обозначения ручного фена с насад-
ками с подачей вентилятора 0,16 м3/мин, одним режимом нагрева
воздуха, номинальным напряжением 220 В: ФРН-0,16/1-220.

Некоторые фены снабжены термоограничителем, позволяю-
щим автоматически поддерживать заданную температуру воздуха.
Потребляемая мощность приборов — 100...400 Вт.
2.19. Технические характеристики бытовых фенов

Показатель	ФР, ФРН	| ФП, ФПН	ФС, ФСН, ФСБ
Номинальная подача вентилятора, м3/мин	0,16	0,4... 1	Не менее 1
Число режимов нагрева	1	1. 2, 3	2, 3 или бесступен- чатое регулиро- вание
Температура воздуха на выходе, °C	45...50	50...60	60...65
Масса, кг	0,5	1 и 2	1,5...3,5

Прибор для ухода за волосами «Микма» — вариант фена,
предназначен для сушки, расчесывания и укладки волос. Он со-
стоит из цилиндрического корпуса, внутри которого установлен
электрический нагреватель, тепловой экран и рассекатель воз-
духа.

При работе электродвигатель и нагреватель включают кноп-
кой одновременно. Вентилятор засасывает воздух через прорези
в задней крышке и подает его внутри корпуса к нагревателю.
Здесь воздух нагревается и через рассекатель поступает в насад-
ку. Насадки надевают на корпус и снимают с него поворотом
вокруг оси.

Потребляемая мощность прибора — не более 300 Вт при на-
пряжении 220 В. Продолжительность непрерывной работы —
30 мин. При перегреве (например, при перекрытии воздушных
каналов) прибор с помощью термоконтакта автоматически от-
ключается и включается снова после кратковременного охлаж-
дения.

Электротепловентиляторы. Они сочетают в своей конструкции
вентилятор и электрический нагревательный элемент. Их исполь-
зуют для обогрева небольших помещений, пола, стен, тела челове-
ка, а также для форсированного местного обогрева различных
предметов.

Температура воздуха на выходе из тепловентилятора зависит от
мощности нагревательного элемента и подачи вентилятора. В неко-
торых тепловентиляторах необходимый тепловой режим обеспечи-
вается подключением соответствующего количества нагреватель-
ных секций. Приборы выпускают: настольные (ЛН), напольные
(ЛП) и настенные (ЛС). Применяют также обозначение ТВУ —
тепловентилятор универсальный.

Примеры обозначений: электротепловентилятор «Климат» (ЛН-
2,0/220-4), электротепловентилятор «Ветерок-2» (ТВУ-0,65/1,25-220).

Ряд мощностей, на которые выпускают электротепловентиля-
торы, кВт: 0,65; 1; 1,25 и 2; номинальная подача вентиляторов,
м3/мин: 1,6; 2,5; 3,2; 4 (табл. 2.20).

Помимо электродвигателя с крыльчаткой и нагревательного
элемента имеется четырех- и пятипозиционный переключатель
рода работ на режимы «Вентилятор» и «Обогрев» и термовыклю-
чатель, отключающий аппарат при остановке двигателя или пре-
вышении температуры воздуха выше 90 °C.

2.20. Технические характеристики электротепловентиляторов

Показатель	«Ветерок-2» ТВУ-0,65/1,25-220	«Климат» ЛН-2,0/220-4
Номинальное напряжение, В Потребляемая мощность нагреватель- ных элементов, кВт:	220	220
I ступень нагрева	0,65	1
II ступень нагрева  Подача вентилятора, м3/мин:	1,25	2
первая скорость	1,6	3,2
вторая скорость	2,5	4
Масса, кг	2,8	3,2

Подача электротепловентилятора, м3/мин,

Qt = Sv,

(2.126)

где 5—площадь выходного отверстия, м2; v —выбранная скорость потока возду-
ха, м/мин.

Вибрационные массажные приборы ВМП «Тонус», «Коралл-
2000» и другие. Они предназначены для спортивного, лечебного и
косметического массажа мышц, кожи тела и головы. Состоят из
разъемного пластмассового корпуса, внутри которого установлен
электромагнитный вибратор. Съемные насадки для массажа уста-
навливают на вибрирующую стенку головки массажера. В комп-
лекте имеются насадки с игольчатыми стимуляторами для работы
с лечебными мазями и кремами, для стимулирования кожи голо-
вы. С помощью других насадок лечат артрит, радикулит и другие
болезни, проводят профилактику отложения солей.

С противоположной стороны вибрирующей головки имеется
инфракрасный нагреватель. В рукоятке смонтирован четырехпо-
зиционный переключатель режимов: «откл.», «массаж», «нагрев»,
«массаж и нагрев».

Мощность вибромассажного прибора с инфракрасным нагре-
вателем 45...60 Вт, при этом мощность самого электромагнитного
вибратора 6... 15 Вт при напряжении 220 В.

Г. Нагревательные электроинструменты

Электропаяльники. Их выпускают на напряжения 12, 24, 36, 42,
ПО, 127 и 220 В с несъемным соединительным шнуром, с прямой
или пистолетообразной ручкой из дерева или пластмассы. Паяль-
ные стержни могут быть прямыми и Г-образной формы, сменны-
ми и несменными.
По характеру работы паяльники подразделяют на
непрерывного и периодического нагрева.

Электропаяльники непрерывного нагрева имеют массивный па-
яльный стержень, аккумулирующий теплоту и отдающий ее в про-
цессе пайки детали. Стержень плотно вставлен в металлическую
трубку, изолированную сверху слоем слюдопласта, на котором
размещена нагревательная спираль. Весь нагреваемый узел, кроме
рабочей части стержня, закрыт снаружи стальной оболочкой, со-
стоящей из двух половинок.

Электропаяльники периодического нагрева благодаря малой мас-
се паяльного стержня нагреваются до рабочей температуры за не-
сколько секунд. Паяльный стержень у них выполнен в виде петли
из толстой проволоки, которую включают в разрыв короткозамк-
нутой обмотки трансформатора, размещенного в корпусе паяль-
ника. В результате стержень начинает нагреваться- после нажатия
на курок-выключатель; одновременно включается лампочка, осве-
щающая место пайки.

По конструкции корпуса различают: пистолетные,
торцевые и молотковые электропаяльники. Последние предназна-
чены для пайки массивных деталей, масса их стержней может дос-
тигать 1 кг.

По назначению и развиваемой мощности
паяльники подразделяют на радиомонтажные маломощные
(10...25 Вт), электротехнические средней мощности (40...65 Вт) и
медницкие мощные (100 Вт и выше).

Буквы в обозначении электропаяльников означают: ЭП — элек-
тропаяльник, С и Ц — сменный и несменный стержень; Н — не-
прерывный нагрев, И — импульсный нагрев, Ф — форсированный
нагрев. Идущие далее цифры означают мощность, Вт (числитель),
и номинальное напряжение, В (знаменатель).

Примеры обозначения паяльника непрерывного действия со
сменным стержнем — ЭПСН-40/220, импульсного нагрева с не-
сменным стержнем — ЭПЦИ-65/220.

Рабочая температура жала паяльника, °C: 300...400 — для типов
ЭПСН и ЭПЦН; для остальных типов — не более 500 °C. Время
разогрева паяльников обычного исполнения — 6...8 мин, форси-
рованного нагрева — 2 мин, импульсного нагрева — не более 12 с.

В заключение необходимо отметить, что последние требования
техники безопасности (ГОСТ 27570—97) обязывают заземлять или
надежно занулять корпуса паяльников отдельным изолированным
многожильным заземлителем при наличии специального заземля-
ющего контакта у паяльников напряжением НО...220 В.

Электроприборы для сваривания полиэтиленовой пленки. Они
предназначены для изготовления пакетов или герметичной упа-
ковки и могут быть периодического и непрерывного действия.

Прибор «Молния 7» периодического действия состоит из
понижающего трансформатора, к вторичной цепи которого под-
ключена нагревающая нихромовая лента, и ручки-рычага с по-
душкой из губчатой резины. Оба элемента защищены фтороплас-
товой пленкой. Между элементами зажимают свариваемую плен-
ку и выдерживают несколько секунд при включенном нагревателе.

После выдержки рычаг отпускают, но не поднимают, а выдер-
живают еще 15...20 с до остывания нагревателя. Затем рычаг под-
нимают и вынимают пленку.

Прибор «Молния-2» непрерывного действия представляет
собой ручку с размещенной в ней нагревательной спиралью. На
конце ручки шарнирно закреплен полозок, нагревающийся от
спирали и сваривающий пленку. При сварке полозок медленно
перемещают вдоль свариваемого шва.

Перед началом работы прибора «Молния-2» его нагревают в
течение 5...7 мин. На место шва накладывают прокладку — плот-
ную бумагу или фторопластовую пленку. По пленке плавным дви-
жением с нажимом проводят полозком. Скорость движения под-
бирают экспериментально. Прокладку не следует снимать со шва
до полного его остывания.

Прибор «Молния-3» так же, как и «Молния-1», имеет понижаю-
щий трансформатор, к вторичной обмотке которого подключены
проволочный и ленточный нагреватели. С его помощью можно
выполнять два вида шва — с одновременным обрезанием (прово-
лочным нагревателем) и упрочненный (ленточным).

Для получения длинномерных швов приборами «Молния-1» и
«Молния-3» необходимо перемещать место шва вдоль нагревателя
так, чтобы последующий шов перекрывал предыдущий на
10...15 мм.

В таблице 2.21 приведены технические данные приборов «Мол-
ния».

2.21. Технические данные приборов «Молния»

Показатель	1 «Молния-1»	| «Молния-2» |	«Молния-3»
Номинальная мощность, Вт	60	35	80 ’
Номинальное напряжение, В	220	220	220
Длина свариваемого шва, мм	210	Не ограничена	310
Габаритные размеры, мм:			
длина	210	320	350
ширина	140	35	90
высота	НО	—	90
Масса, кг	1,3	0,25	1,5

Электроприборы для выжигания по дереву. Они предназначены
для нанесения рисунков или других графических изображений на
поверхность дерева. Основной элемент конструкции такого при-
бора — понижающий трансформатор с выходным напряжением на
вторичной обмотке 1,1...1,5 В. В цепь вторичной обмотки при по-
мощи соединительных проводов включен рабочий орган прибо-
pa — игла в виде дужки из нихромовой проволоки диаметром око-
ло 1 мм, закрепленная в ручке «карандаша».

В корпус устройства помимо трансформатора встроен регуля-
тор температуры иглы в виде резистора переменного сопротивле-
ния, включенного в первичную или вторичную обмотку транс-
форматора.

Некоторые модели приборов для выжигания по дереву снабже-
ны различными насадками для выполнения других операций, на-
пример пайки радиодеталей, сваривания полиэтиленовой пленки,
электроискровой гравировки по металлу.

При работе прибора следует учитывать, что ширина и глубина
штриха рисунка зависят от температуры иглы, а не от усилия, при-
ложенного к «карандашу». Мощность приборов —20...25 Вт, мас-
са — 1—1,7 кг.

2.4.11.	ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ

Установки для обеззараживания технологического оборудования и
воды. Важный момент на предприятиях общественного питания —
обеззараживание технологического оборудования для приготовле-
ния пищи (мясорубок, куттеров, сковород, кастрюль и т. п.) и по-
суды посетителей, а также очистки и обеззараживания питьевой
воды.

Обеззараживание оборудования проводят, как правило, в де-
зинфицирующих растворах. Чтобы избежать трудностей и затрат,
связанных с доставкой и хранением токсичных реагентов (жидко-
го хлора, хлорной извести, гипохлорита кальция), рекомендуется
готовить дезинфицирующий раствор в установке ЭДР-1. Установ-
ка имеет электролизер, емкость для приготовления раствора соли,
пульт управления и панель с измерительными приборами. Для
получения 1 кг активного хлора используют 8... 10 кг поваренной
соли (NaCl). Расход электроэнергии составляет 5,5...7 кВт • ч.
Время работы установки — 1,5—2 ч. Имеются также электролиз-
ные установки ЭН-1,2; ЭН-5; ЭН-25 для получения активного
хлора, состоящие из растворного узла, электролизера, бака-нако-
пителя, выпрямительного агрегата, шкафа управления и венти-
лятора. Производительность их по активному хлору составляет
1,2; 5; 25 кг/сут при почти тех же показателях, что и в установке
ЭДР-1.

Комплексная очистка и обеззараживание питьевой воды при
суточном потреблении до 10 м3 могут быть выполнены в электро-
химической установке УВ-0,5. В установку входят фильтр-элект-
ролизер для разделения коллоидного раствора и устранения бакте-
риальных загрязнений, гипохлоритный электролизер для обезза-
раживания и серебряный для консервирования воды. После обра-
ботки ионами серебра вода сохраняет свои свойства более 30 дней.
Потребляемая мощность установки — 2,5 кВт.

Для опреснения воды используют электродиализные установки
СЭХО-2, ЭОУ-НИИПМ, ЭОСХ-2М производительностью 0,15;
0,5 и З,5м3/ч воды с содержанием солей 0,85... 1,0 г/л. Удельный
расход электроэнергии — 1,5...2,5 кВт • ч/м3.

Подогреватели воды для приготовления пищи и мойки посуды.
Для подогрева воды с целью приготовления пищи и мойки посуды
могут быть использованы различные водонагреватели, выбирае-
мые в зависимости от требуемого расхода воды и ее температуры,
необходимости ее сохранения на определенный срок, а также воз-
можности работы установок в аккумуляционном режиме.

Из числа описанных уже нагревателей сюда можно отнести: не-
проточные электроводонагреватели ЭВАН-10/1,25 и ЭВБО-Ю/1,0
вместимостью 10 л мощностью 1,0 и 1,25 кВт; водонагреватели
ЭВП мощностью 1,75; 3,0 и 6,0 кВт вместимостью 40, 70 и 90 л;
водонагреватель ЭВ-150 (6 кВт, 150 л), а также проточные элект-
роводонагреватели ЭПВ-2А и ЭВ-Ф-15 мощностью 10,5 и 15 кВт.

Целесообразно также использование универсального автомати-
ческого подогревателя УАП-100/0,4 вместимостью 100 л мощнос-
тью 2 кВт при напряжении 220 В с температурой воды через 1 ч
45 °C.

Следует отметить, что на предприятиях общественного пита-
ния используют открытые и закрытые водонагреватели-термосы
на ТЭНах («Титаны») вместимостью от 5 до 20 л, мощностью
0,5...2,5 кВт, температурой нагрева до 100 ’С. Аппараты оснащены
температурными реле и простыми по конструкции предохрани-
тельными клапанами.

Посудомоечные машины. Они предназначены для механическо-
го мытья посуды. В таблице 2.22 приведены технические характе-
ристики наиболее распространенных посудомоечных машин кон-
ца 90-х гг.

2.22. Технические характеристики посудомоечных машин

Показатель	1	«Радуга*	।	«Страуме*	'	МПБ
Номинальное напря- жение, В Потребляемая мощ- ность, кВт:	220	220	220
при подогреве	1	1,8	2
без подогрева	0,18	0,23	0,25
Расход воды на один цикл мойки, л	10	12	40
Продолжительность	15	10	30
мойки, мин  Габариты, мм	900 x 540 x 600	510x500x585	530x600x460
Масса, кг	45	25	48
«Радуга» — автоматическая посудомоечная машина с программ-
ным управлением, нагревателем воды. Одновременно вмещает
18 тарелок, 14 стаканов и чашек, 6 комплектов ножей и вилок.

«Страуме» — настольная посудомоечная машина, одновремен-
но моет 12 тарелок, 4 стакана, 8 ложек, 4 вилки и 4 ножа. Состоит
из следующих основных частей: основания, в котором смонтиро-
ван привод; корпуса с разбрызгивателем и переключающим клапа-
ном; корзины для укладки посуды. В машине применен электро-
двигатель типа УВ-0,52 ц. Машину включают кнопкой выключате-
ля. Она осуществляет предварительную и основную мойку, а также
ополаскивание посуды. Имеется вариант машины с нагревателем.

МПБ — машина посудомоечная баковая имеет датчики уровня
воды и ее температуры. Датчик температуры позволяет устанавли-
вать необходимую температуру воды и поддерживать ее значение.

Установки для обжарки мяса. Мясо обжаривают в устройствах
различного типа. Помимо мощных электроплит (мармитов), ис-
пользуемых на предприятиях, где мясо обжаривают с помощью
больших закрытых сковород и казанов, применяют также элект-
рические сковороды. Наиболее распространены электросковороды
типа «Волга-2», мощностью 1150 Вт, напряжением 220 В. В каче-
стве нагревателя используют трубчатый электронагреватель
(ТЭН), залитый в нижнюю часть алюминиевой сковороды. Сково-
рода снабжена чувствительным терморегулятором, что позволяет
жарить различные продукты при температуре сковороды от 100 до
230 °C. Время разогрева до максимальной температуры не превы-
шает 6 мин.

Второй по частоте применения для обжарки — это жарочный
шкаф. В зависимости от выхода продукции он может быть авто-
номным или встраиваемым в напольные электроплиты.

При жарении крупные куски мяса помещают на решетку, под
которую ставят сковороду для стекания в нее жира и сока. Сред-
ние куски мяса кладут непосредственно в сковороду. Температура
жарения зависит от размера кусков мяса и времени жарения и со-
ставляет 200...250 °C.

Потребляемая мощность жарочных шкафов с использованием
ТЭНов зависит от производительности и составляет от 800 до
3500 Вт. Шкафы снабжены термометрами для визуального конт-
роля температуры и терморегуляторами (при большой мощности
установки). В качестве последних могут быть использованы элект-
ронные терморегуляторы или терморегулятор ТКП-160Сг.

Для обжарки используют также жарочные сверхвысокочастот-
ные шкафы (СВЧ). Действие СВЧ-шкафов основано на превраще-
нии электромагнитной энергии в тепловую внутри самого продук-
та. Это сокращает время его приготовления на 75 % по сравнению
с традиционными способами нагрева. Однако КПД установок со-
ставляет всего 30...40 %. Поэтому при паспортной мощности
1,2...1,6 кВт полезная рабочая мощность в камере составляет око-
Рис. 2.34. Принципиаль-
ная электрическая схема
жарочного шкафа

ло 500 Вт. Кроме того, возможно неблаго-
приятное воздействие установки на орга-
низм человека при большой утечке СВЧ-
энергии.

Для обжаривания мяса используют также
жарочные шкафы и электрогрили. В них по-
мимо жарения на решетке и вертеле можно
выпекать мучные и кондитерские изделия.
С этой целью в рабочей камере установлен
дополнительный ТЭН, прикрытый экра-
ном. Максимальная мощность выпускае-
мых грилей, например типов ЭГЗ и ЭГО,
составляет 3 кВт.

Электрические схемы устройств для об-
жарки мяса принципиально похожи друг на
друга. В них используются трубчатые элект-
ронагреватели (ТЭНы), включаемые в элек-
трическую сеть в различных сочетаниях:
последовательно, параллельно друг другу и

по одному, каждый из которых имеет разную мощность
(рис. 2.34). Это дает возможность получить с помощью переклю-
чателя SB1 четыре ступени изменения мощности устройства. На
рисунке Е1 и Е2— нагревательные элементы, ВК— терморегуля-
тор типа ТО.

Для жарки мяса и дичи на решетке или вертеле используют
электрогриль. Электрогриль — универсальное устройство, обеспе-
чивающее высокое качество продукта. Электрогриль-шкаф
(рис. 2.35) состоит из камеры прямоугольной формы 1, разделен-
ной на приборный 2 и рабочий 3 отсеки. В рабочем отсеке, закры-
ваемом дверцей, вверху расположены ИК-излучатели (ТЭНы) 4 и
отражатель, ниже установлен вертел, приводимый во вращение
электродвигателем. В приборном отсеке находятся электродцрга-
тель, регуляторы мощности 5 и температуры 6, таймер, выключа-
тели 7, сигнальная лампа 8.

Рис. 2.35. Электрогриль-шкаф

В электрической схеме элек-
трогриля-шкафа (рис. 2.36):
КТ— таймер; SB1 — клавиш-
ный выключатель; РМ— бес-
ступенчатый регулятор мощ-
ности; SA 1 — тумблер; М —
электродвигатель вращения
вертела; Е1... £3 —ТЭНы.

Устройства для варки мяс-
ных продуктов. Для варки не-
большого количества мяса ис-
-220В

Рис. 2.36. Электрическая схема элект-
рогриля-шкафа

-220В

Рис. 2.37. Электрическая
схема электрокастрюли

пользуют электрокастрюлю типа ЭК-5 (рис. 2.37). Вместимость
кастрюли — 5 л, номинальная мощность нагревателя — 2 кВт. Кас-
трюля имеет встроенный термовыключатель SA1 для защиты труб-
чатого электронагревателя от перегрева при выкипании воды или
включении ее в сеть без воды. Электрокастрюля снабжена также
терморегулятором ВК, позволяющим регулировать температуру
воды в диапазоне 95... 105 °C. Время нагрева воды в кастрюле до
95 °C — не более 35 мин.

Выпускают также электрокастрюли-пароварки для приготовле-
ния пищи на пару и электрокастрюли-скороварки для приготов-
ления пищи при повышенном давлении.

Электрические схемы указанных кастрюль аналогичны рас-
смотренной.

Котел варочный с опрокидыванием Г2-ФВА предназначен для
варки мяса, мясопродуктов, костных и мясных бульонов, а также
для прочих продуктов, требующих тепловой обработки. Применя-
ют на мясокомбинатах и других пищевых предприятиях. Пред-
ставляет собой сосуд цилиндрической формы с эллиптическими
днищами и паровой рубашкой. Смонтирован на полых цапфах,
через одну из которых подводится пар в паровую рубашку, а через
другую отводится конденсат. Внутренняя поверхность его из не-
ржавеющей стали. Для продувки парового пространства, пуска
воды и удаления воздуха имеются пробкоспускные краны. Для
контроля давления в паровой рубашке на паропроводе установле-
ны манометр и предохранительный клапан. Для опрокидывания
установлен электропривод с двигателем 0,5 кВт.
Технические характеристики котла Г2-ФВА

Вместимость, м3:

общая

рабочая

Поверхность обогрева, м2

Вместимость паровой рубашки, м3

Максимальное давление пара в рубашке, МПа

Потребление пара, не более, кг/ч

Габаритные размеры, мм

Масса, кг

0,6

0,45

2,5

0,3

0,05

71

1870x1600x 1380

490

Электрическая схема варочного котла Г2-ФВА практически
аналогична схеме, представленной на рисунке 2.39.

Для варки большого количества колбасных изделий и других
мясных продуктов используется котел варочный типа КВ.

Технические характеристики котла КВ

Вместимость, л

Время нагрева до 95 °C, ч

Потребляемая мощность:

при нагреве, кВт

при варке продуктов, кВт

Напряжение сети, В

Количество трубчатых электронагревателей, шт.

Габаритные размеры, мм:

длина

ширина

высота

Масса, кг

1000

2

45

15

380/220

8

1780

1134

1030

370

Общий вид котла КВ показан на рисунке 2.38. Он состоит из
корпуса 1, крышки 2, плотика 3, сетки 4, пульта управления 5.

Корпус 1 состоит из стальной обшивки и емкости, изготовляе-
мой из нержавеющей стали. Между емкостью и листами обшивки
находится теплоизоляционный материал.

Рис. 2.38. Котел варочный типа КВ
-380/220В

L1L2L3N

Рис. 2.39. Электрическая схема котла КВ

В нижней части емкости установлены девять ТЭНов 7 мощнос-
тью 5 кВт каждый, концы которых закрыты двумя монтажными
панелями 8. Внутри емкости приварены также две опоры 6 для
установки деревянных скалок, на которые навешивают колбас-
ные изделия. Сетка 4 служит для защиты ТЭНов от механических
повреждений. На правой стороне корпуса имеются два сливных
патрубка 9 и 10, пульт управления с пакетными выключателями
5, болт заземления 11. Кожух 72 защищает жгут подводящих про-
водов.

При работе колбасные изделия навешивают на деревянные
скалки и укладывают на опоры 6. В варочный котел через нижний
патрубок 10 заливают воду. Верхний патрубок 9 остается откры-
тым. В него вставляют термометр для контроля температуры. Де-
ревянным плотиком 3 скалки прижимают сверху и закрывают
крышкой 2.

Температуру варки (95...105 °C) поддерживают включением и
выключением пакетного выключателя QS1 типа ПВЗ-40 (см.
рис. 2.39). Выключатель QS2 типа ПВЗ-60 включен при работе
котла постоянно. В схеме управления на рисунке показаны:
El...Е9— трубчатые электрические нагреватели; HLl...HL3-im-
дикаторы сигнальные ТЛО-1-2 с цоколем B9S/14; R1...R3— резис-
торы МЛТ-0,5-100 кОм.

При замене пакетных выключателей QS1 и QS2 на магнитные
пускатели режим варки может быть под контролем автоматики.

Электровафельницы. Их выпускают мощностью 0,8; 1 и
1,25 кВт. Они состоят из верхней и нижней рабочих плит, изготов-
ленных из пищевого алюминия и имеющих насечку; верхнего и
нижнего кожухов и пластмассовых ручек, служащих для прижима
плит и переноски вафельницы. Рабочие поверхности нагреваются
ТЭНами, установленными в специальных углублениях. Темпера-
туру рабочих поверхностей в диапазоне 170...220 °C регулируют
биметаллическим терморегулятором, размещенным под нижней
нагревательной плитой. По достижении температуры 210 °C тер-
морегулятор отключает прибор. Время нагрева рабочих поверхно-
стей электровафельницы до температуры 170 °C — 8 мин.

В случае выхода из строя терморегулятора и превышения тем-
пературы жарочных поверхностей выше допустимой (215 °C) сра-
батывает защитное устройство (встроенная плавкая вставка) и от-
ключает прибор.

При выпечке вафельницу прогревают до рабочей температуры.
Затем на разогретую нижнюю полуформу выливают мерной лож-
кой подготовленное тесто, накрывают верхней полуформой и
придерживают до выхода пара. Затем через 1,5...3,0 мин раскрыва-
ют прибор. Готовая вафля может быть золотистого или коричне-
вого оттенка.

Вафельницы используют в столовых, ресторанах, кафе.

Электрокофеварки. Их изготовляют следующих типов: ЭКВ —
вакуумные; ЭКК — компрессионные; ЭК.Ф — фильтрационные;
ЭКП — перколяционные.

В трех первых кофеварках приготовление кофе происходит пу-
тем однократного прохождения горячей воды или пара через слой
молотого кофе. В перколяционной электрокофеварке приготовле-
ние кофе происходит при многократном прохождении горячей
воды или пара через слой молотого кофе, находящегося в цилинд-
рическом фильтре или сетке дозатора, размещенных на трубке па-
роводяного сборника.

Электрокофеварка ЭКП-1,2/0,8-220 имеет корпус из нержаве-
ющей полированной стали, а также крышку, ручку и основание из
термостойкой пластмассы. Вода нагревается ТЭНом, установлен-
ным на дне корпуса.

Термовыключатель предохраняет ТЭН от выхода из строя при
выкипании воды или случайном включении кофеварки без воды в
электросеть, а также поддерживает приготовленный кофе в горя-
чем состоянии.

Потребляемая мощность прибора — 0,8 кВт при номинальном
напряжении 220 В; максимальное количество заливаемой воды —
1,2 л; время приготовления кофе — 10...12 мин; расход электро-
энергии за один цикл приготовления кофе —0,13...0,15кВт-ч;
масса кофеварки — 1,2 кг.

Для приготовления кофе наливают воду в кофеварку, а в доза-
тор насыпают молотый кофе из расчета 5 г и 100 мл воды. Для пус-
ка в работу термовыключатель переводят в положение «кипение».
В течение 10... 12 мин пароводяная смесь, вырываясь из трубки
сборника, проходит через кофе. При готовности кофе он стано-
вится темно-коричневым и фонтанирует из трубки сборника. Для
поддержания кофе в горячем состоянии термовыключатель пере-
водят в положение «подогрев». В этом случае температура кофе
будет не выше 65 °C.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем принципиальное различие между электродными и элементными на-
гревателями? 2. Каковы преимущества и недостатки электродных водонагревате-
лей? 3. Каковы преимущества и недостатки элементных водонагревателей? 4. На-
зовите основные трехфазные схемы соединений электродов в водонагревателях.
5. В чем разница конструкций водонагревателей ЭПЗ-100 и ЭПЗ-100И2 (ИЗ)?
6. Расскажите о конструкциях водонагревателей КЭВ-100 и ЭВН-16. 7. Дайте
принципиальную электрическую схему управления электродным водонагревате-
лем. 8. Расскажите об устройстве трубчатого электрического нагревателя (ТЭНа).
9. Определите температуру на поверхности ТЭНа. 10. Определите температуру
спирали ТЭНа. 11. Приведите методику расчета электрического нагревателя в
виде проволочной спирали с помощью таблицы токовых нагрузок. 12. Приведите
методику расчета электрического нагревателя в виде проволочной спирали по до-
пустимой удельной поверхностной мощности. 13. Опишите устройство элемент-
ных емкостных водонагревателей САОС и САЗС. 14. Где используют элементные
водонагреватели ЭВП? 15. Каково устройство проточных элементных водонагре-
вателей ЭПВ-2А, ЭВ-Ф-15 и ВЭП-600? 16. Назовите элементный водонагрева-
тель, предназначенный для отопления помещений с термосифонной циркуляци-
ей. 17. С какой целью нагреватели включают через изолирующую вставку? Приве-
дите формулу для определения ее необходимой длины. 18. Расскажите об устрой-
стве и принципе действия электродных паровых котлов КЭПР. 19. Нарисуйте
теплотехническую схему парогенераторов ЭЭП-(Р)И1. 20. Расскажите о системе
электродов передвижного пароводонагревателя ЭПВ-25П. 21. С помощью твердого
или жидкого материала происходит аккумулирование теплоты ЭОКС-150/0,5И1
в вентиляционно-отопительной установке? 22. Дайте схему устройства конвекто-
ров-теплоаккумуляторов типа КТА-1500. 23. Приведите схему устройства и рас-
скажите о принципе действия комплекта оборудования горячего водоснабжения
КОГВ. 24. Начертите теплотехническую схему электрокотельной. 25. Приведите
формулы для определения мощности электрокотельной в зависимости от режи-
мов ее работы. 26. Определите объем бака-аккумулятора в электрокотельной.'
27. Расскажите об устройстве электрокалориферных установок СФОЦ и СФОО.
28. Дайте принципиальную электрическую схему управления электрокалорифер-
ными установками СФОЦ. 29. Приведите методику выбора электрокалориферных
установок. 30. Расскажите об устройстве приточно-вытяжных установок ПВУ-М.
31. Дайте описание мобильного электрообеззараживателя почвы МЭОП-1.
32. Опишите подогрев воздуха в установках активного вентилирования сена и сы-
пучих материалов. 33. Перечислите средства локального обогрева в сельскохозяй-
ственных помещениях. 34. Назовите основные марки обогреваемых проводов и
кабелей. 35. Опишите устройство пленочных нагревателей и возможности их ис-
пользования. 36. Расскажите о назначении и устройстве комбинированных уста-
новок «Комби» и «Руно». 37. Что представляют собой электрообогреваемые грел-
ки для ягнят ЭОЯ и обогреваемые манежи ЭМ? 38. Перечислите бытовые элект-
ронагревательные приборы. 39. Расскажите об устройстве бытовых электронагре-
вательных приборов (по заданию преподавателя). 40. Приведите перечень
электротермического оборудования, используемого на предприятиях обще-
ственного питания. 41. Расскажите о принципе действия и особенностях работы
СВЧ-печи.
2.5.	ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ
ЭЛЕКТРОТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННОЕ И ДРУГОЕ
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

2.5.1.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА
В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Под микроклиматом принято понимать совокупность физичес-
ких свойств среды и химического состава воздуха, окружающих
животных в помещении, а также условий содержания, оказываю-
щих на них влияние [7].

Показатели микроклимата. Наиболее важные показатели мик-
роклимата: температура Тв, влажность <рв, содержание вредных га-
зов— аммиака NH3, углекислого газа СО2, сероводорода H2S, а
также движение воздуха в помещении (скорость, направление),
наличие микроорганизмов и частиц пыли.

Оптимальные температуры Тв в помещениях для различных ви-
дов животных: для коров — 0...22 °C, телят — 10...20, свиней —
10...24, поросят—18...24, взрослых овцематок — 5...8°C. Для тех
же животных в местах локального обогрева Тм = 20...35 °C. В ро-
дильном отделении (тепляке) овцефермы Тро= 1О...15°С. Для яг-
нят в местах с локальным обогревом Тм = 39...20 °C.

Влажность при указанных температурах для крупного рогатого
скота (КРС) и свиней <рв = 40...75 %, для овчарен — 60...80 % (в ро-
дильном отделении — до 70 %).

При более детальном рассмотрении вопроса в состав показате-
лей микроклимата могут быть включены: освещенность в помеще-
нии; ультрафиолетовое и инфракрасное облучения; влияние ат-
мосферного давления; уровень шума; механические и физические
характеристики пола и ограждений; возможная ионизация и элек-
тризация среды и др.

Имея оптимальный микроклимат, можно при одинаковом
уровне кормления увеличить прирост живой массы КРС на
20...25 %, надои молока — на 15...20 %, сократить отход молодняка
на 10... 15 %; снизить потери продукции в хранилищах на 10...20 %,
получать в течение года свежие овощи, а также продлить срок обо-
рудования и помещений.

Классификация оборудования. По функциональному назначе-
нию различают оборудование общего отопления, местного обо-
грева и смешанное; по способу использования электрической
энергии — прямое (с аккумуляцией теплоты и без нее) и косвен-
ное (с тепловыми насосами и теплообменниками) отопления.

Многие из рассмотренных электронагревательных устройств и
установок могут быть использованы в системах общего и локаль-
ного микроклимата. Это водонагреватели и парогенераторы, рабо-
тающие в системах отопления различных помещений самостоя-
тельно и в электрокотельных; электрокалориферные установки;
приточно-вытяжные установки ПВУ, а также различные средства
локального обогрева.

Схемы микроклиматических комплексов. Существует большое
количество типовых проектов ферм, в которых обеспечение мик-
роклимата заложено с использованием существующего типового
отопительно-вентиляционного оборудования. В них в каждом
конкретном случае спроектирована схема отопления и вентиля-
ции помещения применительно к видам животных и их возрасту.
Тем не менее на местах часто приходится заново создавать свои
схемы микроклиматических комплексов, особенно на новых фер-
мах. В этих случаях следует помнить, что схемы должны быть на-
дежные и предпочтительно недорогие.

В помещениях для КРС и в свинарниках подача чистого воздуха
должна быть с предварительным подогревом. Распределение при-
точного воздуха должно осуществляться с помощью воздуховодов.

Основные схемы микроклимата в коровниках. Подача свежего
воздуха с его предварительным подогревом осуществляется уста-
новками в верхнюю часть помещения; распределение воздуха
теми же воздуховодами с выпускными отверстиями со скоростью
на выходе 7... 15 м/с —в горизонтальном направлении. В летний
период на входе схемы может быть включена кассета испаритель-
ного охлаждения для снижения температуры и увлажнения возду-
ха. Воздух из помещения выходит через вытяжные шахты с венти-
ляторами или без, через окна или с помощью осевых вентилято-
ров ВО в стенах, а также через вытяжной воздуховод с вентилято-
ром, установленный рядом с навозными каналами. Вентиляторы,
установленные в стенах (комплект «Климат-47»), в теплую погоду
увеличивают вытяжку, в очень жаркую погоду их реверсируют, и
они нагнетают наружный воздух в помещение, чем достигается
повышенная скорость движения воздуха и хорошее охлаждение.

Основные схемы микроклимата в свинарниках. Подача свежего
воздуха с предварительным его подогревом может осуществляться
в верхнюю часть помещения, в подпольные каналы вдоль стен и
затем в распределительные тумбы. Распределение воздуха осуще-
ствляется через распределительные отверстия воздуховодов и рас-
пределительные тумбы; выброс —через осевые вентиляторы ВО
на уровне пола, через навозные каналы, с помощью вытяжных
шахт с вентиляторами или без. Дополнительная подача воздуха —
через окна и вытяжные шахты.

Комплекты оборудования «Комплект». Они предназначены для
поддержания микроклимата в животноводческих помещениях.
«Комплект-1» включает в себя электрокалориферный агрегат
ОКБ-3084 мощностью 40 кВт, вентилятор Ц4-70 № 6 и станцию
управления ШАП-5701. Этот комплект используют в коровниках
на 100 голов, в телятниках с родильным отделением, свинарниках-
маточниках. «Комплект-!!» включает два электрокалорифера
СФО-60; два центробежных вентилятора Ц4-70 № 7; три элект-
ровентилятора КЦ-3-90 № 5, устанавливаемых на крыше; шест-
надцать осевых вентиляторов ВО для вытяжки воздуха из нижней
части помещения; один увлажнитель-охладитель воздуха про-
стейшей конструкции; станцию управления ШАП-5701. «Комп-
лект-11» может использоваться во всех зонах страны, в том числе
в зонах с жарким климатом: в коровниках на 200 голов, телятни-
ках на 200...300 голов с родильным отделением на 40...60 мест, в
свинарниках-откормочниках на 1500...2000 свиней. В зонах с
Та < —26 °C можно использовать по два-три комплекта в одном
помещении. «Комплект-Ш» имеет в качестве отопительного
оборудования теплогенераторы типа ТГ, работающие на жидком
топливе. Этот комплект используют там, где экономически неце-
лесообразно использовать электроэнергию для отопления поме-
щений.

Системы вентиляционно-отопительного оборудования «Климат».
Имеются системы «Климат-4» и ее модификации: «Климат-44М»,
«Климат-45М», «Климат-47М». Их различают по количеству вен-
тиляторов ВО-4; ВО-5,6; ВО-7; наличию водяных или электричес-
ких калориферов; автотрансформаторов АТ-10 для регулирования
изменением напряжения скорости вращения вентиляторов. Ком-
плект электрооборудования «Климат-8» предназначен для поддер-
жания микроклимата в животноводческих и птицеводческих по-
мещениях и рассчитан на совместную работу с теплогенераторами *
ТГ и калориферами СФО. В комплекте использованы вентилято-
ры серии ВО. Станция управления ШАП-8803 с датчиками ПД-1.
Имеются варианты оборудования: «Климат-84», «Климат-85»,
«Климат-87».

Отопительно-вентиляционные установки «Приток». Установки
«Приток» предназначены для регулирования микроклимата на
свиноводческих фермах и комплексах, фермах КРС, в птицевод-
ческих и других сельскохозяйственных помещениях в зависимос-
ти от температуры и влажности. Оснащены тепловентиляторами
серии ТВ с подачей воздуха 600...36 000 м3/ч, установленной
мощностью 4,4...26 кВт. Станция управления состоит из пп&фа
ЯОА-9203, блока датчиков БД-1 и термопреобразователей типа
тем.

2.5.2.	ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ЭЛЕКТРОТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ ЭКО, УТФ-12 И «АГРОВЕНТ»

Использование теплоты воздуха, удаляемого из животновод-
ческих помещений, — наиболее эффективный способ сокращения
расхода электрической и тепловой энергии на обеспечение необ-
ходимого микроклимата. В этих целях применяют рассмотренные
выше установки ПВУ.

Энергосберегающий комплект оборудования ЭКО. Он создан на
базе теплоутилизаторов из полимерных материалов и предназна-
чен для децентрализованных систем вентиляции животноводчес-
Рис. 2.40. Функциональная схема полимерного электротеплоутилизатора ЭКО:

1 — воздуховоды; 2 — приточный вентилятор; 3 — отверстия для забора удаляемого воздуха;

4 — вытяжной вентилятор; 5 — корпус

ких и птицеводческих помещений с утилизацией теплоты удаляе-
мого воздуха и подогрева свежего приточного. Функциональная
схема теплоутилизатора на полимерной основе показана на ри-
сунке 2.40.

Отработанный воздух с температурой 12...15 °C и влажностью
65...80 % забирается через всасывающие отверстия 3 вытяжным
осевым вентилятором 4, затем охлажденный и осушенный в про-
цессе теплообмена выбрасывается наружу. Наружный воздух с по-
мощью приточного вентилятора 2 движется по воздуховоду 7 и,
подогретый в пленочном теплообменнике, подается в помещение.
В процессе теплообмена влага активно конденсируется на поверх-
ности пленки со стороны внутреннего воздуха. Образовавшийся
конденсат через штуцер в корпусе 5 утилизатора удаляется в кана-
лизацию.

При снижении температуры воздуха в животноводческом по-
мещении ниже заданного значения по сигналу от датчика регуля-
тора температуры тиристорное устройство управления включает
электрокалорифер-доводчик (или калориферного установку мощ-
ностью 10... 16 кВт) и обеспечивает плавное регулирование пода-
чи воздуха от 50 до 100 % при изменении наружной температуры
от —30 до —10 °C и теплопроизводительности доводчика или элек-
трокалориферной установки от 0 до 100 % (при оптимальной по-
даче вентиляторов в зависимости от температуры воздуха внутри
помещения).

Технические данные электротеплоутилизатора ЭКО

Подача воздуха на притоке, м3/ч:
максимальная
минимальная
на выбросе

Тепловая мощность (при ДТ= 40 °C), кВт
Коэффициент эффективности утилизатора
Габаритные размеры, мм
Масса установки, кг

3000

1500

3200

18...21

0,6

3000 x 600 x 600
Не более 100
Теплоутилизатор УТ-Ф-12. Он предназначен для централизо-
ванной вентиляции животноводческих и птицеводческих помеще-
ний с утилизацией теплоты удаляемого воздуха и нагрева свежего
приточного.

Функциональная схема теплоутилизатора УТ-Ф-12 представле-
на на рисунке 2.41. Все узлы установки, за исключением шкафа
управления, смонтированы на металлическом каркасе из уголко-
вой стали. Для уменьшения теплопотерь дверцы и крышки карка-
са обнесены теплоизоляцией. Приточный и вытяжной каналы
разделены между собой сплошной перегородкой.

Теплоутилизатор имеет 200 герметичных тепловых труб с алю-
миниевым оребрением, наполненных рабочим теплоносителем
(фреоном-12). Под воздействием теплоты удаляемого воздуха фре-
он испаряется и поднимается в верхнюю часть тепловых труб, где,
конденсируясь, подогревает приточный воздух. Приточный 7 и
вытяжной 6 вентиляторы обеспечивают воздухообмен в помеще-
нии. Фильтр 7, имеющий каркас, на котором натянута фильтрую-
щая ткань или поролон, непрерывно очищает удаляемый из поме-
щения воздух от пыли.

Жалюзи обводного канала 2 для увеличения подачи воздуха в
помещение представляют собой лопатки, собранные в специаль-
ном каркасе, и приводятся в движение исполнительным механиз-
мом МЭО-4/63-0,63. Четыре лопатки, кроме того, могут откры-
ваться электромагнитом. Жалюзи 3 защищают теплообменник от
обмерзания, они состоят из лопаток, также собранных в каркасе.
Их привод осуществляется электромагнитом.

Теплоутилизатор имеет регулятор, контролирующий темпера-
туру наружного воздуха, и регулятор температуры воздуха в поме-
щении, которые представляют собой командные приборы систе-

Рис. 2.41. Функциональная схема утилизатора типа УТ-Ф-12:

1 — приточный вентилятор; 2 — жалюзи обводного канала; 3 — жалюзи от обмерзания; 4— кон-
денсационная секция теплообменника; 5— испарительная секция теплообменника; 6 — вы-
тяжной вентилятор; 7 — фильтр
мы управления в автоматическом режиме. Воздух, удаляемый из
помещения осевым вытяжным вентилятором 6, проходит через
фильтр 7, затем через нижнюю (испарительную) секцию теплооб-
менника 5, где отдает часть теплоты через стенки тепловых труб
фреону. Под воздействием этой теплоты фреон испаряется и под-
нимается в верхнюю (конденсационную) часть тепловых труб теп-
лообменника. Приточный воздух, нагнетаемый осевым приточ-
ным вентилятором 1, проходит через верхнюю секцию теплооб-
менника 4, подогревается за счет теплоты конденсации паров фре-
она и подается в помещение. Тепловая мощность теплообменника
регулируется изменением количества воздуха, проходящего через
теплообменник.

При обмерзании теплообменника по сигналу датчика темпера-
туры, установленного в вытяжном канале, закрываются жалюзи 3
в приточном канале и одновременно открывается часть лопаток
жалюзи 2 в обводном. В этом случае количество приточного воз-
духа, поступающего через теплообменник, и теплосъем с тепловых
труб уменьшаются, температура удаляемого воздуха за теплооб-
менником увеличивается и трубы размораживаются.

При снижении температуры воздуха в помещении ниже уста-
новленного предела по сигналу датчика температуры внутреннего
воздуха он дополнительно подогревается приточным воздухом за
< .счет работы блока электрокалориферов мощностью 2 х 60 кВт.

Основные технические данные установки теплоутилизационной УТ-Ф-12

Подача приточного воздуха в зимнем режиме, м3/ч	12 000

Тепловая мощность (при ДТ= 40 °C), кВт	64...80

Установленная мощность электродвигателей, кВт	15

Коэффициент эффективности утилизатора	0,4...0,5

Габаритные размеры, мм	2700 х 2300 х 1300

Масса установки, кг	1900

Тепловентиляционная система «Агровент». Она предназначена
для утилизации теплоты при вентиляции животноводческих поме-
щений и автоматического поддержания оптимального темпера-
турно-влажностного режима воздуха. При ее использовании пре-
дотвращается отрицательное влияние высокой влажности воздуха
зимой на здоровье животных и повышается продуктивность коров
за счет оптимального микроклимата.

Система «Агровент» состоит из 6... 10 унифицированных вен-
тиляционных установок с утилизацией теплоты, число которых
определяется объемом помещений и поголовьем животных.

Каждая установка (рис. 2.42) включает в себя приточный и вы-
тяжной вентиляторы, теплообменники приточного и вытяжного
воздуха. В схеме имеются байпасная заслонка и заслонка рецирку-
ляционного воздуха, насос для перекачки теплоносителя и термо-
статный клапан.
Рис. 2.42. Схема тепловентиляционной уста-
новки «Агровент» с утилизацией теплоты:

7 — теплообменник приточного воздуха; 2— теп-
лообменник вытяжного воздуха; 3—приточный
вентилятор; 4— вытяжной вентилятор; 5—бай-
пасная заслонка; 6—заслонка рециркуляцион-
ного воздуха; 7—насос; 8— термостатный кла-
пан; 9—датчик

Установку монтируют к
оконным проемам помеще-
ния или устанавливают у
стен или в проемах и ни-
шах. Работает она следую-
щим образом. Приточным
вентилятором воздух пода-
ется в животноводческое
помещение. Засасываемый
холодный воздух проходит
через теплообменник при-

точного воздуха, где подо-
гревается за счет теплоты,
выделяемой теплообменни-
ком вытяжного воздуха и
переносимого теплоносите-
лем, представляющим со-
бой 40%-ную водогликоле-

вую смесь, с помощью спе-
циального насоса. Воздух помещения, проходя через теплообмен-

ник вытяжного воздуха и отдавая свою теплоту, может удаляться

вытяжным вентилятором или смешиваться с приточным воздухом
при открытии заслонки рециркуляционного воздуха. Холодный
воздух также может миновать теплообменник приточного воздуха
при открытии байпасной заслонки. Рекуперация теплоты регули-
руется термостатным клапаном с помощью датчика температуры.

Установка смонтирована в теплоизолированном корпусе, вы-
полненном из пластика и стекловолокна.

Преимущество установки заключается в том, что прак-
тически не требуется применения дополнительных подогревателей
приточного воздуха при температуре наружного воздуха до —30 °C.
Воздухообмен в животноводческом помещении может осуществ-
ляться без применения специальных воздуховодов, а система регу-
лирования микроклимата представляет собой рассредоточенную
систему, состоящую из отдельных установок, при которой тепло-
влажностный режим может осуществляться по зонам и, таким об-
разом, достигается лучший конечный результат.

Технические данные установки системы «Агровент»

Подача воздуха, проходящего через приточную	2300

батарею, м3/ч

Подача свежего воздуха, проходящего через	2800

обводной канал, м3/ч

Максимальная подача рециркуляционного (осушен-	2300

ного) воздуха, м3/ч

Подача удаляемого воздуха, м3/ч	2000

КПД утилизатора по притоку при температуре наруж- 0,64—0,71

ного воздуха от 0 до —30 °C
Мощность электрических двигателей, кВт:

приточного вентилятора	1,1

вытяжного вентилятора	1,1

насоса теплоносителя	0,1

Масса одной установки, кг	400

Эксплуатация «Агровент» подтверждает, что система из шести
тепловентиляционных установок обеспечивает приточно-вытяж-
ную вентиляцию и внутреннюю температуру 15 °C в коровнике на
200 голов молочного скота при расчетной зимней температуре
-30 °C.

2.5.3.	КОНДИЦИОНЕРЫ

Кондиционирование воздуха предназначено для обеспечения и
поддержания его заданной температуры, влажности, скорости
движения и чистоты. В сельскохозяйственном производстве кон-
диционирование применяют в доильных залах, родильных отделе-
ниях, селекционных центрах, батарейных цехах выращивания
цыплят, на предприятиях мясной и молочной промышленности и
т. д. В помещениях, где содержатся животные, кондиционирова-
ние применяют лишь при соответствующих технико-экономичес-
ких расчетах.

В специальных установках-кондиционерах обрабатываемый
воздух нагревается, охлаждается, увлажняется, осушивается и очи-
щается от пыли. Кроме того, воздух может подвергаться иониза-
ции, озонированию и дезодорации (устранению запахов).

Общая схема кондиционера. В зимнее время воздух забирается
частично снаружи через решетки и фильтр и частично из помеще-
ния по подводящему воздуховоду. В калорифере первого подогре-
ва он смешивается и подогревается, после чего поступает в оро-
сительную камеру. Пройдя каплеотделитель, воздух вновь не-
сколько подогревается в калорифере второго подогрева, причем
его относительная влажность снижается до заданной степени.
Затем воздух забирается вентилятором и подается в помещение по
воздуховоду.

В летнее время калорифер первого подогрева выключается, и
смесь свежего и рециркуляционного воздуха поступает в увлажни-
тельную камеру непосредственно. В увлажнительной камере воз-
дух орошается холодной водой, которая охлаждается в специаль-
ной холодильной установке.

Под воздействием холодной воды температура воздуха значи-
тельно снижается, благодаря чему часть содержащейся в воздухе
влаги конденсируется и выпадает.

Автоматические приборы. Кондиционеры оснащают специаль-
ными автоматическими приборами, которые при изменении тем-
пературы или влажности воздуха в обслуживаемом помещении
приводят в действие клапаны, регулирующие смешение свежего и
обратного воздуха, подачу горячей воды или пара в калориферы,
включение или выключение холодильной установки. Наблюдение
за работой кондиционера сводится к проверке исправности при-
боров автоматического регулирования.

Установки для кондиционирования воздуха. Их классифицируют
по назначению (комфортные и технологические), режиму работы
(круглогодичные или сезонного действия), расположению (цент-
ральные и местные), принципу получения теплоты и холода (авто-
номные и неавтономные), по подаче воздуха, давлению и другим
признакам.

В животноводческих помещениях в основном применяют про-
стейшие кондиционеры КИО-13, КДИ-2,5, «Универсал» и другие,
работающие по принципу испарительного охлаждения.

Установка КИО-13 представляет собой восьмигранник, каждая
сторона которого имеет отдельную кассету с толщиной слоя дре-
весной стружки 50...55 мм. Установку располагают на крыше зда-
ния и приточным патрубком присоединяют к трубе вентилятора,
находящегося внутри здания. Все кассеты подключаются распре-
делительной трубой к общей водопроводной сети, в результате
чего вода через отверстия стекает в слои стружки, заключенные
между сетками. Габариты каждой кассеты: ширина — 1500, высо-
та — 1050 мм. Установка рассчитана на подачу воздуха 14 тыс. м3/ч.
Приточный воздух не только охлаждается, но и фильтруется, при-
чем степень его очистки достигает 98 %.

Крышной кондиционер «Универсал» представляет собой вентиля-
ционное устройство, в котором совмещены подача и вытяжка воз-
духа; имеются ороситель для его увлажнения и охлаждения в лет-
ний период и электронагреватель для подогрева в зимний. Подача
воздуха —до 7 тыс. м3/ч, тепловая мощность —8...16 кВт, холо-
дильная — до 30 кВт, снижение температуры воздуха — до 15 °C.

Местные кондиционеры применяют, если воздух всего помеще-
ния кондиционировать не требуется, и надо обеспечить заданные
условия только в части помещения. В этой роли могут быть ис-
пользованы бытовые кондиционеры БК-1-0,5; БК-1500; БК-2500
с подачей воздуха соответственно 0,5; 1,5 и 2,5 м3/ч, холодопроиз-
водительностью 7,8; 11,7 и 19,5 МДж/ч, мощностью 1,2; 1,7;
2,2 кВт при напряжении сети 220 В. Кондиционеры предназначе-
ны для жилых и служебных помещений, но могут быть установле-
ны в лабораториях, молочных блоках, родильных отделениях, по-
мещениях птичников, комнатах отдыха животноводческих комп-
лексов и в других сельскохозяйственных помещениях.

2.5.4.	ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Тепловые насосы часто называют «повышающими термотранс-
форматорами», которые используют теплоту низкого потенциала
для теплоснабжения при более высокой температуре. Их подраз-
деляют на компрессионные и термоэлектрические (полупровод-
никовые).

Компрессионный тепловой насос. Он имеет то же оборудование,
что и компрессионная холодильная установка. Холодильная ма-
шина отбирает теплоту из ограниченного пространства (охлаждае-
мой камеры), в котором требуется создать и поддерживать низкую
температуру, и передает ее окружающей среде или воде, охлажда-
ющей конденсатор, а тепловой насос отбирает теплоту из окружа-
ющей среды (воздуха, воды, почвы и т. п.) и передает ее в ограни-
ченное пространство (отапливаемое помещение).

Принципиальная схема компрессионного теплового насоса по-
казана на рисунке 2.43. В испарителе 2 хладагент (хладон-12 или
аммиак) испаряется при низкой температуре, отбирая при этом
теплоту от низкопотенциального источника (в данном случае от
вгуця реки или озера). Компрессор 3 отсасывает из испарителя па-
ры хладагента, сжимает их до определенного давления и темпера-
туры. Сжатые парыпоступают в конденсатор 4, конденсируются и
отдают теплоту воде, используемой для отопления здания или го-
рячего водоснабжения. Конденсат хладагента через дроссель /по-
ступает опять в испаритель 2, и цикл повторяется.

Потребитель теплоты 5 получает, таким образом, кроме тепло-
ты, эквивалентной затраченной работе Qo на привод компрессора,
значительное количество теплоты Q2, отбираемой от окружающей
среды (на приведенной схеме — воды).

Коэффициент преобразования. Показатель экономичности рабо-
ты теплового насоса — коэффициент преобразования представ-
ляющий собой отношение количества полезно израсходованной
теплоты Qi (сообщенной тепловому потребителю) к работе, затра-
ченной на привод компрессора:

Лхг = <21/00 = (02 + 0о)/0о = *х + 1,	(2-127)

где Кх — холодильный коэффициент.

Коэффициент преобразования Кт всегда больше единицы и
зависит от температурных условий, в которых работает тепловой

насос. Чем выше температура ис-
точника теплоты (например,
воды в водоеме), тем выше коэф-
фициент преобразования. У су-
ществующих тепловых насосов,
работающих в некоторых средних
условиях, Х^ = 3...5. Это значит,
что затратив 1 кВт • ч электро-
энергии на привод компрессора
теплового насоса, потребитель
получает в 3...5 раз больше энер-
гии в виде теплоты.

Рис. 2.43. Принципиальная схема
компрессионного теплового насоса:

1, 6 — насосы перекачки; 2— испаритель;

3— компрессор; 4— конденсатор; 5—
потребитель теплоты; 7—дроссельный

вентиль
Весьма эффективно отопление при помощи тепловых насосов
в районах, имеющих низкотемпературные источники теплоты (с
Т= 20...45 °C), которые нельзя использовать без предварительного
подогрева в отопительных системах. При утилизации теплоты
подземных вод коэффициент преобразования теплового насоса
повышается до 6. Тепловые насосы могут использоваться как для
отопления, так и для охлаждения или того и другого одновремен-
но. Основные технические данные наиболее распространенных
тепловых насосов приведены в таблице 2.23.

2.23. Основные технические данные компрессионных тепловых насосов					
Тип насоса	Тепловая мощность, кВт	Холодильная мощность, кВт	Потребляемая мощ- ность в зависимости от частоты враще- ния компрессора, кВт	Коэффи- циент пре- образования	Масса, кг
НТ-25	11,6—32,6	17,5-38,4	8...18	3,14	1800
НТ-40	21-65	23,3—77	17...36	3,10	2700
НТ-80	35-128	46,5-151	24...75	3,24	5400

Приведенные в таблице тепловые насосы работают на хладоне-12.
Температура воды, выходящей из конденсатора, равна 58 °C, вы-
ходящей из испарителя, 10 °C.

Термоэлектрический тепловой насос. Его действие основано на
выделении или поглощении тепловой энергии в полупроводниках
при прохождении по ним постоянного тока. Так, если пропустить
постоянный электрический ток по цепи, состоящей из полупро-
водников, то в месте контакта дырочного р — «-перехода с отри-
цательным п — /^-переходом происходит выделение теплоты (го-
рячий спай), а в месте контакта п — р-перехода ср — «-переходом
происходит поглощение тепловой энергии (холодный спай). Если
холодные и горячие спаи поместить в разные каналы (помещение
или улица) и пропустить электрический ток, то в одном канале
можно получать теплоту, в другом — холод. При смене направле-
ния движения тока горячий канал становится холодным, холод-
ный — горячим.

Таким образом, с помощью термоэлектрического теплового на-
соса можно обогревать помещение в холодное время года, а в жар-
кое — «откачивать» тепловую энергию из помещения наружу, по-
меняв направление движения электрического тока.

К термоэлектрическим тепловым насосам относят насосы
TH-1,5; ТН-3; ТН-5 и ТН-7,5 номинальной тепловой мощностью
соответственно 1750, 3500, 5800 и 8700 Вт и холодильной мощнос-
тью 1170, 2340, 3840 и 5840 Вт. Их термоэлементы изготовлены из
сплавов на основе висмута, теллура, селена, свинца и сурьмы. Ко-
эффициент преобразования тепловых насосов серии TH равен
2...4.

Эффективность применения тепловых насосов особенно вели-
ка там, где имеется потребность в теплоте и холоде одновременно,
286
например на животноводческих фермах. Расчеты и результаты эк-
сплуатации тепловых насосов показывают, что теплота охлаждае-
мого молока может быть с успехом использована для нагрева воды
и последующего ее применения в различных технологических
процессах, что снижает расход электроэнергии на ферме КРС на
200 голов в 2,5...3 раза.

2.5.5.	УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО НАГРЕВА

Установки элекгроконтактного нагрева применяют на ремонт-
ных заводах и в ремонтных мастерских для нагрева металлических
заготовок и деталей для последующей их обработки давлением
(ковка, штамповка, гибка и пр.), для термообработки (закалка, от-
пуск, отжиг), а также с целью контактной электрической сварки.
Указанный способ электронагрева может быть применен для ра-
зогрева различного типа металлических трубопроводов с цедью их
оттаивания, снятия старой краски и т. п.

Схема преобразования электрической энергии в тепловую в
ЭНУ элекгроконтактного нагрева приведена на рисунке 2.2, и. Так
как сопротивление нагреваемой металлической детали мало, то
согласно формуле (2.12) необходима большая сила тока нагрева,
который подводят через массивные медные зажимы от вторичной
обмотки специального понижающего трансформатора. Чтобы со-
кратить электрические потери мощности и тем самым повысить
электрический КПД ЭНУ элекгроконтактного нагрева, суммарное
сопротивление вторичной обмотки понижающего трансформато-
ра, соединительных проводов и контактов должно быть мини-
мальным.

Действующее значение вторичного напряжения, В, однофазно-
го понижающего трансформатора при нагрузке находят по уста-
новленной мощности Ру, Вт,

t/2=T^,	(2.128)

где Ад — активное сопротивление металлической детали в нагретом состоянии, Ом.

Требуемая мощность понижающего трансформатора, В • А, с
учетом повторно-кратковременного режима работы установки

5Т = (Ру JflB)/cos <р,	(2.129)

где ПВ = Гд/(/в + to) — относительная продолжительность включения установки,
/в — длительность нагрева, с; /0 — длительность паузы до следующего включения,
с; cos<p = 0,6...0,85— коэффициент мощности нагрузки.

С целью обеспечения равномерности прогрева электроконтак-
тный нагрев применяют преимущественно для металлических за-
готовок и деталей, имеющих постоянное сечение по длине.
2.5.6.	УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО НАГРЕВА

В сельскохозяйственном производстве ЭНУ электродугового
нагрева нашли основное применение в виде разнообразных сва-
рочных установок переменного и постоянного тока, используе-
мых для сварки и наплавки металлических деталей плавящимися
электродами (см. рис. 2.2, ж). В промышленности широко ис-
пользуют электродуговые печи для выплавки алюминия, специ-
альных сталей и сплавов.

Преобразование электрической энергии в тепловую в ЭНУ
прямого электродугового нагрева происходит непосредственно в
электрической дуге между двумя электродами, которые один или
оба при прямом нагреве плавятся. Электрическая дуга представля-
ет собой низкотемпературную плазму, температура которой нахо-
дится в пределах 5000...10 000°С, а плотность тока достигает
10б...108 А/м2. Электроды при дуговом электрическом разряде на-
греваются и плавятся за счет энергии падающих на них потоков
электронов и положительных ионов, а также за счет мощного по-
тока инфракрасного излучения столба дуги. Помимо инфракрас-
ного излучения горение дуги сопровождается мощными потоками
ультрафиолетового и видимого излучений.

Сварочная дуга может гореть на открытом воздухе, под слоем
флюса и в среде защитного газа (аргон, углекислый газ и др.).
Большинство установок используют крутопадающую вольт-ам-
перную характеристику дуги, определяющую зависимость напря-
жения на дуге от ее силы тока. Так, для дуги постоянного тока при
токах до 100 А ее вольт-амперная характеристика крутопадающая,
и напряжение на дуге с ростом тока уменьшается от 50...60 до 25 В.
При токах от 100 до 1000 А напряжение на дуге достаточно посто-
янно и составляет в среднем около 25 В.

Значение сварочного тока, А, для плавящихся электродов диа-
метром d3Jl = 1...6 мм ориентировочно можно определить по эмпи-
рической формуле

Лв = (20 + 5б1эл)с1эл,	(2.130)

где d3„ — диаметр электрода, мм.

В качестве источников питания для дуговой сварки используют
сварочные трансформаторы и сварочные выпрямители. При опе-
ративной сварке и при необходимости получения более каче-
ственного шва используют сварочные генераторы постоянного
тока.

Все источники питания должны обеспечивать зажигание и ус-
тойчивое горение дуги, регулирование ее силы тока, а также безо-
пасную эксплуатацию и обслуживание оборудования.

Устойчивое горение дуги необходимо для высокой производи-
тельности сварочного процесса.
Для облегчения зажигания и повышения устойчивости свароч-
ной дуги переменного тока, особенно при сварке на малых токах,
применяют осцилляторы, представляющие собой маломощные
(100...250 Вт) искровые генераторы, преобразующие ток низко-
го напряжения 50 Гц в ток высокой частоты (100...3000 кГц) и
высокого напряжения (2500...6000 В). Высокочастотные импуль-
сы подводят к дуговому промежутку сварочного аппарата, что
облегчает возбуждение и стабилизацию дуги. Высокая частота к
тому же снижает опасность поражения электрическим током.
Имеются осцилляторы последовательного и параллельного
включения.

Для повышения устойчивости горения дуги переменного тока
во флюсы также вводят элементы с низким потенциалом иониза-
ции — калий, натрий, кальций.

Однако все же на постоянном токе дуга горит надежнее. Поэто-
му качество сварного шва, выполненного на постоянном токе,
выше, чем на переменном.

Швы сварных соединений в зависимости от взаимного распо-
ложения деталей подразделяют на стыковые, угловые, тавровые и
внахлест. Форма и размеры шва зависят от режима сварки. При
ручной дуговой сварке основные параметры режима — диаметр
электрода, значения тока и напряжения, род и полярность тока,
скорость сварки.

Выбирая значения сварочного тока, следует помнить, что с его
увеличением возрастает количество выделенной теплоты и повы-
шается давление дуги, при этом глубина провара возрастает. Боль-
шой ток повышает скорость плавления электрода и приводит к
образованию швов с повышенной напряженностью металла. Зна-
чение сварочного тока определяется также видом соединения.
Тавровые и швы внахлест выполняют большим током по сравне-
нию со стыковым.

С уменьшением диаметра электрода при неизменной силе тока
возрастает плотность тока, выделяющаяся теплота концентриру-
ется на меньшей площади свариваемого металла, следовательно,
уменьшается ширина шва и увеличивается глубина провара.

Для дуги постоянного тока можно использовать ток прямой и
обратной полярности. В первом случае минус источника присое-
диняют к электроду, во втором —к свариваемому изделию. Ток
обратной полярности применяют в тех случаях, когда требуется
уменьшить выделение теплоты на свариваемом изделии.

При прямой полярности глубина провара на 10...50 % меньше,
а при переменном токе на 15...20 % также меньше, чем при сварке
постоянным током обратной полярности.

Скорость образования шва 1О...12м/ч обеспечивает нормаль-
ный провар; при более высоких скоростях уменьшаются глубина и
ширина провара.
Отметим, что режим источников питания при ручной дуговой
сварке характеризуется тем, что периоды нагрузки чередуются с
паузами. Длительность перерыва в горении дуги определяется так-
же необходимостью замены деталей или перемещения держателя с
электродом к новому участку сварки.

Прерывистый режим работы источника характеризуется отно-
сительной продолжительностью нагрузки (ПН):

ПН=——100% = i 100%,	(2.131)

Т] +Т2	Тц

где q — время горения дуги, ч; -q — время паузы или холостого хода, ч; q, — общая
продолжительность цикла, ч.

Источники питания сварочной дуги выбирают прежде всего по
номинальной силе сварочного тока /н при номинальной (норми-
руемой) продолжительности нагрузки ПНн, которая для разных
источников обычно равна 60 или 100 %. Пересчитывают предель-
ную нагрузочную способность сварочного источника по току на
фактическое значение продолжительности нагрузки ПНфакт по со-
отношению

/п = /н^ПНн/ПНфап.	(2.132)

2.5.7.	УСТАНОВКИ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

Установки прямого индукционного нагрева (см. рис. 2.2, г)
применяют при ремонте сельскохозяйственной техники для на-
грева металлических изделий и заготовок при их обработке давле-
нием и термообработке, а также для сварки и наплавки.

В зависимости от используемой частоты различают глубинный
и поверхностный индукционный нагревы. При глубинном нагреве
происходит индуктирование в нагреваемом изделии тока и наГрев
по всему сечению изделия, при поверхностном — только в поверх-
ностном слое из-за резко выраженного скин-эффекта (вытеснение
переменного тока к поверхности проводника) на повышенных ча-
стотах.

Ивдуктор. Форма индуктора в установках индукционного на-
грева определяется формой и размерами нагреваемого изделия,
видом нагрева (глубинный или поверхностный). Наиболее рас-
пространены выполненные в виде соленоида цилиндрические ин-
дукторы из медной трубки круглого или прямоугольного сечения,
внутри которой для охлаждения индуктора циркулирует вода. Как
правило, маловитковые индукторы получают питание от преобра-
зователя частоты (машинного или полупроводникового) через по-
нижающий («закалочный») водоохлаждаемый трансформатор.
Мощность, подводимая к индуктору, Вт,

Рк = ДЛс 43дАи/т]и,	(2.133)

где ДР—удельная поверхностная мощность, Вт/м2; Ди1а —диаметр изделия, м;
Ли —высота индуктора, Ли = 1,1...1,2 длины закаливаемой детали, м; т]и —КПД
индуктора, т]и = 0,65...0,75.

Показатели установок. С целью разгрузки преобразователя час-
тоты от реактивной (индуктивной) составляющей тока нагрузки,
которая в несколько раз превышает активную составляющую, а
также с целью повышения коэффициента мощности и КПД уста-
новки параллельно к первичной обмотке понижающего трансфор-
матора подключают компенсирующую батарею конденсаторов со-
ответствующей емкости.

При сквозном (глубинном) индукционном нагреве стальных
круглых изделий для обеспечения высокого КПД установки и ис-
ключения оплавления изделия по поверхности частота тока, кГц,
должна составлять

7	7

30/4зц</<60/4д.	(2.134)

где —диаметр нагреваемого изделия, см.

При поверхностном индукционном нагреве стальных изделий
под закалку глубина поверхностного прогрева изделия, следова-
тельно, и закалки, м:

Д=Д^,	(2-135)

где р —удельное электрическое сопротивление материала, Ом-м;/—частота ин-
дукционного нагрева, Гц; ц —абсолютная магнитная проницаемость материала,
Г/м.

Единичная мощность типовых ЭНУ индукционного нагрева,
используемых в сельском хозяйстве, составляет 40...250 кВт с ти-
ристорными или машинными преобразователями частоты при ча-
стотах от 0,5 до 8 кГц и ламповыми — при частотах свыше 60 кГц.

Примеры обозначения установок: ВЧИ-40/0.44-ЗП — высоко-
частотная индукционная установка колебательной мощностью
40 кВт, с рабочей частотой 440 кГц, для закалки поверхностей
(ЗП); ВЧГ1-100/0,066-НС —высокочастотный генератор первой
подсерии колебательной мощностью 100 кВт, с рабочей частотой
66 кГц, для сквозного нагрева (НС). Шкала мощностей установок:
1; 4; 6; 10; 25; 40; 60; 100; 160; 200 кВт.

Установки косвенного нагрева. В сельскохозяйственном произ-
водстве применяют также установки косвенного индукционного на-
грева на частоте 50 Гц. При такой частоте сокращается расход
энергии и снижаются капитальные затраты, поскольку не требует-
ся преобразователь частоты.
2	15

Рис. 2.44. Конструкция косвенного индукци-
онного нагревателя:

1 — стальная труба; 2— изоляция обмотки; 3—
изоляция жилы кабеля; 4— жила обмотки; 5— пе-
ремычки



Схема конструкции на-
гревателя такого типа пред-
ставляет собой нагреваемые
стальные трубы, диаметр
которых зависит от мощно-
сти установки, и индуктор
из проводов или кабелей,
расположенных внутри труб
и намотанных так, чтобы
направление токов в прово-
дах или кабелях одной тру-
бы были одинаковыми
(рис. 2.44).

В целом устройство мож-
но рассматривать как транс-

форматор, первичной обмоткой которого служит обмотка индук-
тора, а трубы выполняют роль магнитопровода, вторичной обмот-
ки и нагрузки. Принцип действия индукционного нагревателя
этого типа состоит в том, что при протекании переменного тока
по обмоткё индуктора создается переменное магнитное поле, си-
ловые линии которого замыкаются по кольцевому сечению каж-
дой из труб. Под действием изменяющегося во времени магнитно-
го потока в стенках труб наводятся ЭДС, под влиянием которых
возникают вихревые токи, нагревающие трубы.

В указанной конструкции нагревателя ферромагнитные трубы
в значительной степени охватывают индуктор, что позволяет по-
высить cos ф нагревателя за счет снижения потоков рассеяния и
увеличить прочность и надежность устройства. В трубах нагрева-
теля выделяется 80...85 % тепловой энергии, в обмотке индукто-
ра — 20... 15 % при коэффициенте мощности — 0,85...0,93.

Косвенные индукционные нагреватели используют в сельском
хозяйстве для следующего технологического обогрева: металли-
ческих трубопроводов и емкостей (баков); полов животноводчес-
ких и птицеводческих помещений; почвы в парниках и теплицах;
воздуха и стен в помещениях; сыпучих строительных и других ма-
териалов, боящихся низких температур (сухие растворы, цемент
и т. п.).

Пример 1. Рассчитать индукционный нагреватель для нагрева воздуха [15], со-
стоящего из многожильного кабеля КВРГ 7 х 2,5, помещенного в стальную трубу
26,8x2,8.

Расчет проводят с помощью номограммы (рис. 2.45), где кривые 2, 4, 6 даны
также для расчета нагревателя с индуктором из кабеля АКВПСГ 19 х 2,5 в трубе
33,5x3,2.

Исходные данные; напряжение сети Uc = 380/220 В; температура помещения
То =10’С.

Расчет. По известной температуре помещения То находим разность темпера-
тур между жилой кабеля и окружающей средой

ДТ= 65—10 = 55 "С.

292

к
Рис. 2.45. Номограмма для расчета индукционных нагревателей

По значению ДТ находим допустимое напряжение V на I м длины нагревате-
ля (по кривой 1): U’ = 4,8 В/м.

Длина нагревателя на фазу (схема соединения — «треугольник»)

Ц, = UJ U' = 380/4,8 = 79,2 м.

Намагничивающая сила Iw, где w —число витков катушки нагревателя, при
U’ = 4,8 В/м по кривой 3 равна 87 А.

При намагничивающей силе Iw = 87 А удельная мощность Р' по кривой 5 рав-
на 52 Вт/м.

Мощность фазы = Р'£ф = 52 • 79,2 = 4116 Вт.

Мощность трехфазной системы

Р= ЗРф = 3  4116 Вт = 12 349 Вт = 12,35 кВт.

Предлагаемая методика расчета справедлива для нагревателей, имеющих ин-
дукторы из многожильных кабелей с алюминиевыми жилами площадью сечения
2,5 мм2 в стальных трубах диаметром 1 дюйм и кабелей с медными жилами пло-
щадью сечения 2,5 мм2 в стальных трубах 26,8 х 2,8. Алюминиевый кабель может
быть заменен медным, при этом мощность нагревателя незначительно возрастет,
медный кабель может быть заменен на алюминиевый, при этом мощность нагре-
вателя несколько упадет.

2.5.8.	УСТАНОВКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

Установки диэлектрического нагрева используют для прямого
нагрева неэлектропроводящих веществ (диэлектриков и полупро-
водников) в высокочастотном электрическом поле (см. рис. 2.2, з).

Вещество или материал, подлежащие нагреву или сушке (в
сельском хозяйстве — это чай, табак, хмель, семена, фрукты, ви-
ноград, морковь, деревянные изделия и др.), помещают между ме-
таллическими обкладками конденсатора, подключаемого к высо-
кочастотному источнику переменного тока с выходной частотой
от 2 до 300 МГц.

Плотность мощности, Вт/м3, в нагреваемом диэлектрике

Py=2nEQErtg8E2f	(2.136)

где ео — электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума), рав-
ная 8,85- 10-йФ/м; гг—относительная диэлектрическая проницаемость материала,
ег=2...8; tg5 —тангенс угла потерь 5 = 90° —<р, <р — угол между векторами напряже-
ния и тока нагрузки; Е— напряженность электрического поля, В/м;/—частота, Гц.

Мощность, Вт, потребляемая установкой из сети,

Рс = Фп /(Пк ПэПлПг),	(2.137)

где Фп — полезный тепловой поток, идущий на нагрев диэлектрика, Вт; тц — КПД
конденсатора (пк = 0,8...0,9); т]э —КПД колебательного контура (т|э = 0,о5...0,67);
тц —КПД подводящих проводов (т]л = 0,95—0,99); цг —КПД генератора частоты
(дг = 0,65...0,85).

Общий КПД установок т^щ — 0,3...0,5.

При выборе частоты электрического поля учитывают парамет-
ры нагреваемого материала. Тогда уравнение энергетического ба-
ланса диэлектрического нагрева имеет вид

2л еоertg 6Е2#цк = рС( Т2 - Tx)/t,	(2.138)

где р — плотность нагреваемого материала, кг/м3; С—теплоемкость материала,
Дж/(кг-°С); Tj, Тг — начальная и конечная температуры нагрева, °C; /—время
нагрева, с.

Из выражения (2.138) минимальная частота, Гц, установки для
обеспечения требуемого режима

/min = рад -	(2.139)

а

Из выражения (2.138) могут быть определены также значения
Е, т|к , t, Т2, Т[ при остальных известных величинах.

Диэлектрические установки используют для равномерного и
быстрого нагрева вещества по всему его объему. Возможен изби-
рательный нагрев сыпучего вещества, например семян, заражен-
ных насекомыми или бактериями. В этом случае, изменяя частоту,
можно провести дезинсекцию семян. В ряде случаев возможно ис-
пользование механического воздействия нагрева (изгибы и дефор-
мация при сушке древесины и т. п.).

Недостатки установок — низкий КПД и необходимость
использования квалифицированного персонала при обслужива-
нии и ремонте.

Пример обозначения установки диэлектрического нагрева:
ВЧГ-25/40 — высокочастотный генератор мощностью 25 кВт с ра-
бочей частотой 40,68 МГц. Шкала мощностей установок: 4; 5; 10;
25; 40; 60; 100; 160 кВт.

Пример 2. Определить мощность, необходимую для нагрева бруска пластмас-
сы, в установке диэлектрического нагрева.

Условие. Брусок пластмассы имеет размеры бОхЗООх 100 мм (К= 0,0018 м3) и
помешен в рабочую камеру диэлектрического нагрева. Относительная диэлектри-
ческая проницаемость материала ег = 4; тангенс угла потерь tg5 = 0,03; частота ус-
тановки /=40,68 МГц; напряженность электрического поля внутри бруска
Е= 0,8 кВ/см. Определить мощность установки.

Решение. Плотность мощности в нагреваемой пластмассе

Pv= 2neo£,tg 6EV= 2 3,14 8,85 • IO'12 • 4 - 0,03 • (80 000)2 40,68 • 106 =
= 1 736 381,2 Вт/м3 = 1736,3 кВт/м3.

Мощность, потребляемая установкой из сети,

Р= PvV= 1736,3 0,0018 = 3,1 кВт.

Пример 3. Определить время нагрева бруска пластмассы в диэлектрической ус-
тановке.

Условие. Брусок пластмассы в форме параллелепипеда помешен в рабочую ка-
меру для диэлектрического нагрева. Напряженность электрического поля
Е= 80 000 В/м; частота установки /= 40,68 МГц = 40,68 - 106 Гц; КПД рабочей ка-
меры г]к = 0,8; относительная диэлектрическая проницаемость материала ег=4;
тангенс угла потерь tg6 = 0,03; плотность материала р = 2000 кг/м3; теплоемкость
материала С— 2000Дж/(кг • "С).

Определить, за какое время нагреется брусок от начальной температуры 20 "С
до конечной — 100 'С.

Решение. Из выражения (2.138) находим

рС(Т2-7])
----------_---
2ne0£rtg5E /т]к

2000-2000 (100 - 20)	_ 32

2-3,14-8,85-Ю-12-4-0,03+(80 ООО)2-40,68-106-0,8-0,1389

=230,4с=3,8 мин.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите возможные схемы обеспечения микроклимата в животновод-
ческих помещениях. 2. Назовите составы комплектов микроклимата I, II, III.
3. Приведите общие сведения об установках «Климат-4» и «Климат-8». 4. Опиши-
те энергосберегающее оборудование из полимеров ЭКО. 5. Приведите фукцио-
нальную схему утилизатора типа УТ-Ф-12. 6. Расскажите о работе тепловентиля-
ционной установки «Агровент». 7. Перечислите основные типы кондиционеров
для животноводческих помещений. 8. Приведите типы кондиционеров для жилых
и складских помещений. 9. Расскажите о принципе работы кондиционера.
10. Дайте определение теплового насоса. 11. Приведите принципиальную схему
компрессионного теплового насоса. 12. Назовите показатель экономичности ра-
боты теплового насоса. 13. Приведите основные показатели компрессионных теп-
ловых насосов. 14. Приведите примеры термоэлектрических тепловых насосов.
15. Перечислите, где применяют установки электроконтактного нагрева. 16. Как
определить действующее значение вторичного напряжения понижающего транс-
форматора при электроконтактном нагреве? 17. Как определить требуемую мощ-
ность понижающего трансформатора? 18. Укажите, где применяют ЭНУ электро-
дугового нагрева в сельскохозяйственном производстве. 19. Какие используются
конструкции сварочных трансформаторов? 20. Каково назначение осциллятора?
21. Каково назначение сварочного выпрямителя? 22. Как устроен сварочный гене-
ратор? Назовите его преимущества и недостатки в сравнении со сварочным транс-
форматором. 23. Определите назначение индукционных установок. 24. Охаракте-
ризуйте индукционные установки высокой и промышленной частоты. 25. Как
определить мощность, подводимую к индуктору? 26. Как определить глубину за-
калки при индукционном прогреве изделия? 27. Приведите примеры марок высо-
кочастотных индукционных установок. 28. Расскажите о механизме диэлектри-
ческого нагрева веществ. 29. Каковы преимущества и недостатки диэлектрическо-
го нагрева? 30. Перечислите основные материалы, диэлектрический нагрев и суш-
ка которых целесообразны в сельскохозяйственном производстве. 31. Приведите
формулу для определения плотности мощности в нагреваемом диэлектрике.
32. Приведите уравнение энергетического баланса при диэлектрическом нагреве.
33. Как определить в общем виде мощность, потребляемую диэлектрической уста-
новкой из сети?

2.6.	СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ

2.6.1.	ОБРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Как было показано ранее, электрический ток на объект обра-
ботки может оказывать различное действие: тепловое, физико-хи-
мическое, биологическое.

А. Использование физико-химического действия тока

Технологическое применение физико-химического действия
тока в сельскохозяйственном производстве базируется в основном
на следующих процессах и методах, изучаемых физической хими-
ей: электролизе, электрокоагуляции, электроосмосе, электродиа-
лизе.

Электролиз — совокупность окислительно-восстановительных
процессов, которые происходят на электродах, погруженньЛс в
электролит, через который проходит постоянный электрический
ток. Основные области применения электролиза — получе-
ние различных веществ и нанесение покры-
тий.

В ряде случаев электролиз проявляется как отрицательная сто-
рона процесса (электролиз при переменном токе во время элект-
родного нагрева воды, почвы и др.).

Электрокоагуляция — метод очистки водной системы от мель-
чайших взвешенных частиц примесей путем введения в нее коагу-
лянтов (химических веществ, обеспечивающих перевод взвешен-
ных частиц в осадок). Сущность метода, основанного на получе-
нии коагулянтов при помощи электролиза, заключается в анодном
растворении металла (алюминия, железа) в водной среде с последу-
ющим образованием соответствующего гидроксида А1(ОН)3 или
Fe(OH)3. Хлопья гидроксида, практически нерастворимого в воде,
своей поверхностью поглощают взвешенные частицы и вместе с
ними выпадают в осадок.

Электрокоагуляцию применяют для очистки природ-
ных и сточных вод. В электрокоагуляторах алюминиевые
или железные пластины-электроды собирают в пакеты с межэлек-
тродным расстоянием 10...12 мм. Оптимальная плотность тока
10...40 А/м2. Преимущества электрокоагуляции перед тради-
ционной коагуляцией — экономия реагента, простота обслужива-
ния, возможность полной автоматизации.

Электроосмос — движение жидкости через капилляр или пори-
стую диафрагму при наложении внешнего электрического поля.
Сущность данного явления, открытого в 1807 г. русским химиком
Ф. Ф. Рейссом, можно объяснить следующим образом. На границе
контакта двух фаз (твердой и жидкой) за счет перераспределения
электрических зарядов образуется так называемый двойной элек-
трический слой. Его можно представить в виде конденсатора,
расстояние между обкладками которого составляет лишь не-
сколько молекулярных слоев. Одна из обкладок такого конденса-
тора — это заряды на поверхности твердого тела, другая — заряды
в жидкости. Если вдоль границы контакта приложить разность
электрических потенциалов от внешнего источника, то заряжен-
ный слой жидкости под действием внешнего поля будет стре-
миться переместиться в сторону противоположного (по сравне-
нию со знаком заряда этого слоя) полюса источника. За счет
внутреннего трения движение заряженного слоя передается со-
седним слоям незаряженной жидкости. Таким образом возникает
движение жидкости под действием электрического поля относи-
тельно твердой фазы.

Электродиализ — перенос ионов под действием электрического
поля через ионоселективные мембраны. Данные мембраны, изго-
товленные из специальных ионообменных материалов, содержат
высокую концентрацию неподвижных (фиксированных) ионов,
химически связанных с каркасом мембраны, и поэтому пропуска-
ют ионы только одного знака заряда. Основная область примене-
ния электродиализа — опреснение воды.

Физико-химические действия электрического тока используют
при получении дезинфицирующего раствора и комплексной очис-
тке и обеззараживании питьевой воды на фермах, пастбищах, в
поселках, а также при опреснении воды. Об установках ЭДР-1,
УВ-0,5, ЭН, а также СЭХО-2, ЭОСХ-2М и др. уже говорилось в
подразделе 2.4.11.

Рассоление почвогрунтов. Это одна из возможностей использо-
вания физико-химического действия электрического тока. При
рассолении из верхнего слоя почвы удаляют избыток вредных со-
лей, которые угнетают развитие культурных растений и снижают
их урожайность либо делают произрастание вообще невозмож-
ным.

Распространенный метод рассоления почв — их промывка пре-
сной водой. В зависимости от содержания токсичных солей капи-
тальные промывки могут продолжаться 1...3 года и на 1 га требует-
ся 5...30 тыс. м3 пресной воды.

Интенсивность рассоления почвы можно повысить, пропуская
через нее постоянный электрический ток определенной плотнос-
ти. При этом за счет электроосмоса повышается фильтрационная
способность засоленной почвы, а в результате электролиза изме-
няется pH среды, что увеличивает растворимость солей. Эти и
другие факторы усиливают вытеснение растворимых токсичных
солей из верхнего почвенного слоя в нижележащие слои, откуда
эти соли отводятся дренажной системой.

В результате экспериментов, проведенных в полевых условиях
в нашей стране и за рубежом, показано, что использование для
рассоления почв постоянного тока в несколько раз сокращает пе-
риод мелиорации и почти в два раза уменьшает расход пресной
воды. При электромелиорации на выделенных участках (чеках)
устанавливают электроды — трубы диаметром 35...70 мм. Электро-
ды часто размещают рядами. Расстояние между одноименными
электродами в ряду составляет обычно 10..,20 м, а между рядами
катодов и анодов — 20...ПО м. После заполнения чеков водой ли-
нии одноименных электродов подключают к выпрямительному
устройству. Напряжение постоянного тока составляет несколько
десятков вольт, плотность тока в почве — 1... 10 А/м2, расход элек-
троэнергии — 5...20 тыс. кВт • ч на 1 га. После того как рассоление
почвы закончено, извлекают из почвы электроды и готовят поле к
посеву.

Из расчетов ВИЭСХ следует, что электрорассоление тяжелых в
мелиоративном отношении почв дает экономический эффект
приблизительно 400 долларов на 1 га.

Гальванические процессы. Для нанесения гальванических по-
крытий в ремонтном производстве, для восстановления изношен-
ных деталей, а также для защиты от коррозии вновь изготовляе-
мых или восстанавливаемых изделий используют гальванические
процессы.

Процесс нанесения гальванических покрытий основан на элек-
тролизе и осуществляется в ванне, заполненной электролитом.
Основной компонент электролита — это соединение того металла,
который должен быть осажден на деталь. В ванну погружают элек-
троды (аноды) и восстанавливаемые детали (катоды). При подаче
на электроды постоянного напряжения 2...48 В положительно за-
ряженные ионы металла осаждаются на поверхности детали.

В ремонтном производстве наиболее распространено хромиро-
вание и железнение. Плотность тока при этих процессах может
доходить до нескольких тысяч ампер на 1 м2.
Преимущества восстановления изношенных деталей
гальваническими покрытиями перед наплавкой — возможность
получения покрытия заданной толщины и одновременное восста-
новление большого количества деталей; отсутствие термического
или механического воздействия на восстанавливаемые детали; хо-
рошая управляемость процессом.

Б. Использование биологического действия электрического тока

Предпосевная обработка семян. Способ обработки семян элект-
рическим током и полем высокого напряжения промышленной час-
тоты разработан в ВИЭСХ. Семена обрабатывают в конденсаторе,
между обкладками которого создается поле напряженностью
100...400 кВ/м. Длительность обработки семян различных культур
составляет 20... 180 с. Производственные испытания данного мето-
да обработки семян в различных зонах страны подтвердили его
эффективность на многих сельскохозяйственных культурах. В час-
тности, урожайность зерновых культур повышается на 10...15 %, а
зеленой массы кукурузы — до 25 %. Качество получаемой продук-
ции улучшается.

Борьба с сорными растениями. Установлено, что электризация
почвы и корневой системы растений слабым электрическим током
плотностью 0,1...5А/м может оказывать стимулирующее
действие на растения (ускоряется созревание, повышается уро-
жайность и др.).

При достаточно большой плотности тока его действие на расте-
ние становится угнетающим, что может быть использовано
для борьбы с сорной растительностью. Исследования и разработ-
ки в этой области проводят в России, США, Великобритании и
других странах. Общее для многих из предложенных технических
решений — использование мобильных устройств, например на
базе трактора. От вала отбора мощности трактора приводится во
вращение электрический генератор, подключенный к первичной
обмотке повышающего трансформатора. Высоковольтные обмот-
ки трансформатора соединены с навесными электродами, переме-
щаемыми над поверхностью почвы, и с заземленными, перемеща-
емыми в толще почвы или по ее поверхности. Электрический ток
проходит через почву и корневую систему сорных растений и
уничтожает их.

В ЧГАУ при использовании для борьбы с сорными растениями
трехфазного переменного тока промышленной частоты в качестве
навесных электродов на тракторе применяли пластины и стержни
с шириной захвата 50...55 см, а в качестве заземленных — катки
диаметром 10 см и массой 6,6 кг. Были выявлены оптимальные ус-
ловия обработки с точки зрения затрат электроэнергии и эффек-
тивности истребления сорных растений: напряжение между элек-
тродами — 2...5 кВ, скорость перемещения электродной систе-
мы— 1...4 км/ч. Срок обработки определялся достижением сор-
ными растениями фазы старения или сваривания. В качестве ре-
зультата обработки было определено, что при удельных затратах
электроэнергии 20...90кВт-ч/га засоренность обрабатываемых
участков снижалась на 80...90 %.

Электроплазмолиз растительного сырья. Плазмолиз — это отсло-
ение протопласта клетки от ее оболочки, сопровождающееся сжа-
тием протоплазмы. При сильном воздействии на клетку первона-
чальные свойства протоплазмы не восстанавливаются и клетка по-
гибает. После гибели клетки жидкость, биологически связанная с
ней, выходит в межклеточные полости. Плазмолиз может быть до-
стигнут механическими, термическими, электрическими и други-
ми методами. Электроплазмолиз — создание в клетке плазмолиза
путем воздействия на нее электрическим током.

Для электроплазмолиза используют электроплазмолизаторы
переменного тока промышленной и повышенной частоты и с им-
пульсами тока постоянной полярности. Наиболее распространен-
ный тип электроплазмолизатора — валковый. Он представляет
собой два установленных с некоторым зазором между собой ме-
таллических валка-электрода, которые смонтированы горизон-
тально на станине и вращаются в подшипниках навстречу один
другому. Электрический ток к валкам подводится через коллек-
торные кольца, укрепленные на них. Растительное сырье непре-
рывно проходит между валками и замыкает электрическую цепь.

Электроплазмолиз применяют в пищевой промышленности
для увеличения выхода сока при прессовании расти-
тельного сырья (плодов, ягод и др.).

Перспективно применение электроплазмолиза как интенсифи-
цирующего фактора при заготовке сухих кормов.
Известно, что естественная сушка травы сопровождается потерей
на 25...50 % питательных веществ, содержащихся в ней. Чтобы
уменьшить эти потери, необходимо ускорять сушку.

Скорость сушки растений в значительной мере определяется
формой связи влаги с материалом. Живые клетки оказывают со-
противление высушиванию, так как у них значительная часть вла-
ги биологически связана в протоплазме. Если же разрушить клет-
ку, то биологически связанная в ней влага переходит в свободную
влагу, которую в дальнейшем можно легко испарить. Следователь-
но, один из путей ускорения сушки — прекращение жизнедея-
тельности растений до начала сушки, для чего может быть исполь-
зован электроплазмолиз.

Исследованиями было показано, что для интенсификации ес-
тественной сушки травы в поле целесообразно совместить элект-
роплазмолиз на переменном токе со скашиванием и плющением
травы. Разработаны опытные образцы электроплазмолизатора-ко-
силки на базе косилки-плющилки КПВ-3,0. Источником питания
вальцов электроплазмолизатора служит бензоэлектрический агре-
гат в комплекте с повышающим трансформатором. Напряжен-
ность электрического поля в зоне обработки составляет 60...75 кВ/м.
Из сравнительных испытаний известно, что при использовании
новой технологии продолжительность естественной сушки травы
уменьшается в 1,3—2 раза, а содержание в ней каротина при ко-
нечной влажности 18 % выше на 50 %, чем при использовании ко-
силки КПВ-3,0.

В работах ряда институтов показано, что электроплазмолиз эф-
фективно применять для интенсификации и искусственной суш-
ки кормовых трав: общие затраты энергии на весь технологичес-
кий процесс сушки снижаются на 10...40 %, производительность
сушильного агрегата увеличивается на 16...50 %. Расход электро-
энергии при электроплазмолизе травы составляет 1,7—2,1 кВт-ч
на 1 т исходного материала.

2.6.2.	ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ

При использовании электроимпульсной технологии и специ-
ального электрооборудования в ряде случаев можно существенно
повысить эффективность электрического воздействия на предме-
ты труда, а также осуществить такие технологические процессы,
которые невозможны при непрерывном электровоздействии.

Генераторы импульсов. Техническую основу электроимпульс-
ной технологии составляют генераторы импульсов. Наиболее рас-
пространенные из них — управляемые АС-генераторы.

Работа АС-генератора (рис. 2.46, а) происходит следующим об-
разом. Конденсаторная батарея С заряжается от источника посто-
янного тока через переменный резистор А. При увеличении на-
пряжения на обкладках конденсатора С до значения напряжения
разряда Ср (рис. 2.46, б), соответствующего напряжению пробоя
межэлектродного промежутка между электродом Э и изделием И,

Рис. 2.46. Схема /?С-генератора импульсов (в) и кривые изменения напряжения
и тока нагрузки (б и в):

Э — электрод; И — изделие; ги, г„, Т — длительности импульса тока, его паузы и всего периода
конденсатор С разряжается, формируя импульс тока 1т (рис.
2.46, в). Затем процесс повторяется. Частоту импульсов ЛС-гене-
ратора устанавливают переменным резистором R, амплитуду им-
пульсов тока — емкостью конденсаторной батареи С.

Установки электроэрозионной и электрохимической обработки
металлов. В них используют импульсы токов для сложнопрофиль-
ной обработки металлических изделий, имеющих, как правило,
высокую твердость. Эти электротехнологические установки назы-
вают станками. Их общий принцип работы достаточно полно рас-
крывает та же схема (см. рис. 2.46, а), в которой электрод Э имеет
строго определенную форму и размеры для получения требуемой
конфигурации обработки в изделии И. Отличие состоит лишь в
том, что обработка изделия И электроэрозионным станком про-
изводится в жидком диэлектрике (керосин, технические масла
и др.) при высокой плотности тока, а электрохимическим стан-
ком — в электролите различных солей с меньшей плотностью
тока. Причем электрохимическим способом можно не только об-
рабатывать металлические изделия, но и наносить на них различ-
ные металлические покрытия, используя для этого вместо посто-
янного тока более эффективно импульсный ток определенной
формы и частоты.

Электрогидравлические установки. Их принципиальная схема
для получения электрогидравлического удара также похожа на
схему (см. рис. 2.46, а), но имеет повышающий трансформатор,
выпрямитель и дополнительный воздушный искровой проме-
жуток.

Эффект электрогидравлического удара возникает при кратко-
временном (10-5...10-6с) электрическом разряде в жидкости. Эф-
фект сопровождается ударной волной, образованием газового пу-
зыря из продуктов разложения жидкости, кавитацией и высокой
температурой в зоне электрического разряда. Кроме того, действу-
ющими факторами могут также быть: скоростные потоки жидко-
сти, акустическое и электромагнитное излучения.	»

Возникающее высокое давление в десятки мегапаскалей ис-
пользуют для механического воздействия в установках штампов-
ки, гибки, водоподъема, разрушения твердых материалов, при
мойке шерсти, обработке кормов и пищевых отходов и др. В осно-
ве действия электрогидравлических установок лежит метод пря-
мого преобразования электрической энергии в механическую с
КПД, достигающим 50 %.

Максимальная сила тока установок при пробое, А,

7m=0,46/14/C/Z,	(2.140)

где U\ — напряжение, до которого был заряжен накопительный конденсатор, В;
С—емкость накопительного конденсатора, Ф (в установках С= 10... 1500мкФ);
L — индуктивность разрядной цепи, Г [в установках L =(1,0...10)  10“6 Г].
Некоторые значения параметров схем для получения электро-
гидравлического эффекта [13, 14]: напряжение заряда конденсато-
ра — 30...70 кВ; межэлектродное расстояние в основном проме-
жутке — 1...10 см; сила тока в электрическом разряде — 15...50 кА;
мгновенная мощность импульса — до 200 МВт; энергия единич-
ного импульса — 1...300 кДж; частота следования импульсов — до
2 Гц.

Электрические изгороди (ЭИ). Их используют для загонной па-
стьбы и ограждения летних лагерей коров, телят, овец, свиней и
других животных. Кроме того, с помощью ЭИ можно ограждать
посевы, стога сена, транспортные магистрали, овраги и другие ме-
ста, охраняемые от животных или опасные для них. По способу
применения ЭИ подразделяют на стационарные и переставные.
Переставные ЭИ по сравнению со стационарными имеют в 1,8...5
раз ниже затраты материалов, время на сооружение и ремонт зна-
чительно меньше.

ЭИ состоит из генератора электрических импульсов высокого на-
пряжения и изгороди, в состав которой входят опорные стойки с
изоляторами и токоведущая линия (ТВЛ). Один полюс генератора
импульсов заземляют через заземлитель, а другой соединяют с
ТВЛ изгороди.

Прикоснувшись к ТВЛ, животное замыкает цепь тока. Элект-
рический ток, проходя через организм животного в землю, дей-
ствует на клетки, раздражая нервы и мышцы, вызывая неприятное
ощущение электрического удара. В результате животное испыты-
вает испуг. На основе этого безусловного рефлекса после несколь-
ких часов пастьбы за ЭИ у животных вырабатывается условный
рефлекс боязни ТВЛ, после чего они перестают близко к ней под-
ходить.

ТВЛ изгороди выполнена из мягкой стальной оцинкованной
проволоки (одножильной или многожильной) диаметром
1,5...2,5 мм. Высота подвеса основного провода в зависимости от
вида и возраста животных может быть равна 30...90 см, а расстоя-
ние между опорными стойками — 10...20 м. /?С-генераторы им-
пульсов для ЭИ выполняют по схемам, несколько похожим на
описанные выше. Принцип их работы основан на накоплении
энергии в конденсаторе с последующим его разрядом на первич-
ную обмотку повышающего трансформатора или непосредственно
на провод изгороди. Коммутирующее устройство, служащее для
развязки зарядной и разрядной цепей, выполняют на контактных
или бесконтактных элементах.

Генераторы импульсов работают в автоколебательном или жду-
щем режиме. В первом случае высоковольтные импульсы поступа-
ют в ТВЛ непрерывно, во втором — только при прикосновении
животного к ТВЛ. Ждущий режим предпочтительнее при авто-
номном электропитании для обеспечения более продолжительно-
го использования батарей.
В генераторах с трансформаторным выходом накопительный
конденсатор заряжается от выпрямителя переменного тока или
гальванических элементов через токоограничивающий резистор.
При зарядке конденсатора до определенного уровня напряжения
срабатывает коммутирующее устройство. При этом по первичной
обмотке трансформатора проходит импульс разрядного тока. На
вторичной обмотке наводится импульс высокого напряжения, ко-
торый подается в ТВЛ.

Рассмотренные принципы лежат в основе работы генераторов
импульсов ЭИ типов ИЭ-200, ЭИС-1-30, ЭИП-1-1 и др.

Технические данные электрической изгороди ИЭ-200

Максимальная огораживающая площадь, га
Длина ТВЛ, м

Источник питания генератора импульсов

4
800

4 батареи напряжением

45 В, включенные после-

довательно, или сеть

Потребляемая мощность при питании от сети, Вт

Частота импульсов, Гц

Амплитудное значение импульсного напряжения
на ТВЛ, кВ

Амплитудное значение силы импульсного тока, мА
Количество электричества в импульсе тока, мКл

50 Гц 220 В
11,5
1...2

8...10

<700

<0,3

Во время работы ЭИ необходимо следить за чистотой и исправ-
ностью изоляторов, надежностью подключения генератора к про-
воду и заземлителю. Трава и другие растения не должны касаться
провода ТВЛ.

2.6.3.	ПРИМЕНЕНИЕ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ.
ЭЛЕКТРОННО-ИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Электронно-ионная технология (ЭИТ) связана с использова-
нием сильных электрических полей для создания целенаправлен-
ного и упорядоченного движения электрически заряженных Час-
тиц вещества. Действующий электрический фактор в установках
ЭИТ — сильное электрическое поле напряженностью более
100 кВ/м (электростатическое или в виде коронного разряда),
объект обработки — заряженные частицы вещества (твердого,
жидкого, газообразного). В сельскохозяйственном производстве
ЭИТ используют для очистки, сортировки и предпосевной обра-
ботки семян, очистки воздуха и осаждения различных аэрозолей и
ядохимикатов, окраски изделий и т. д. [14].

Электрические сепараторы. Их используют для очистки и сор-
тировки семян зерновых культур. По сравнению с механическими
сепараторами они позволяют повысить качество очистки, полу-
чить семена с лучшими посевными показателями и более высокой
урожайностью.
По способу заряда частиц электрические сепара-
торы подразделяют на электростатические, электрокоронные, ди-
электрические и пр.; п о конструктивному исполне-
нию — на камерные, барабанные, транспортерные и др.

На рисунке 2.47 показаны наиболее распространенные схемы
электрической сепарации зерна с использованием электрокорон-
ного камерного (а) и диэлектрического барабанного (б) сепараторов.
Коронирующий электрод сепаратора камерного типа (см.
рис. 2.47, а) выполнен в виде горизонтально расположенных про-
волочек диаметром 0,2...0,3 мм, к которым, как и к электроду 2,
подведено напряжение 30...40 кВ. Траектория падения семян и
других частиц, попадающих в поле коронирующего электрода и
получающих отрицательный заряд Q, определяется результирую-
щей силой FL, равной геометрической сумме силы тяжести P = mg
и электрической силы поля №

FK = QE,	(2.141)

где Q— заряд частицы, Кл; Е—напряженность электрического поля в месте рас-
положения частицы, В/м.

Таким образом Fz =у]р2 + F2.

Заряд зерна, обычно имеющего вид эллипсоида вращения,

q=ESc±	(2.142)

4лКф

где 5 — площадь сечения эллипсоида, перпендикулярного потоку ионов, м2; £о —
диэлектрическая проницаемость вакуума, 8,854 • 10-12 Ф/м; — диэлектричес-
кий коэффициент формы частицы.

Значение диэлектрического коэффициента формы зависит от
диэлектрической проницаемости и коэффициента сферичности

Рис. 2.47. Схемы установок для электрической сепарации зерна:

а — электрокоронный камерный сепаратор; б — диэлектрический барабанный сепаратор; 1—
коронирующий электрод; 2— осадительный электрод; 3— сепарационные секции; 4— бифи-
лярная обмотка; 5— барабан; 6— щеточный токоподвод; 7— источник питания
эллипсоида К.

K = b/a,

(2.143)

где b и а — размеры малой и большой оси эллипсоида, м.

Таким образом осуществляется сепарация семян и засоряющих
частиц в зависимости от их массы и диэлектрических свойств.

Диэлектрический сепаратор барабанного типа (см. рис. 2.47, б)
состоит из барабана, на котором расположена бифилярная обмот-
ка из изолированного провода, подключенного к источнику высо-
кого напряжения 1...5кВ, установленному внутри барабана и по-
лучающему электропитание от сети через контактные кольца со
щетками. Между витками бифилярной обмотки вращающегося
барабана образуется электрическое поле, под действием которого
момент отрыва заряженных семян и частиц будет определяться их
массой, поверхностной шероховатостью и др. В результате осуще-
ствляется сепарация зерна с разделением на фракции.

Коронный барабанный сепаратор, показанный на рисунке 2.48,
наиболее надежен и производителен.

В нем семена из загрузочного бункера 3 поступают на поверх-
ность заземленного вращающегося барабана 6 и оказываются в
поле коронного разряда, где происходит их зарядка. В данном слу-
чае семена получают отрицательный заряд коронирующего элект-
рода 5, состоящего из пяти тонких проволочек с радиусом
го = 0,15...0,25 мм.

В зоне действия поля коронного разряда на частицы 4 действу-
ют следующие силы: сила тяжести Fg, которую можно разложить
на нормальную Fgl и тангенци-
альную Fg2; центробежная сила
Fu; электрические силы FK и F3.
Силы Fu и Fg2 стремятся оторвать
частицу от барабана, силы Fgl, FK
и F3 прижимают ее к барабану.

Сила FK действия электричес-
кого поля на частицу отмечалась
нами ранее. Сила F3, вызванная
взаимодействием заряда частицы
с электродом (барабаном), на-
звана силой зеркального отобра-
жения и определяется выраже-
нием, Н,

Рис. 2.48. Схема коронного барабанно-
го сепаратора:

1 — приемный бункер; 2— щетка; 3 — загру-
зочный бункер; 4— частица (зерно); 5— ко-
ронирующий электрод; 6 —вращающийся

барабан; 7— подвод высокого напряжения

О2
4лео(2й)2’

(2.144)

где h — расстояние от коронирующего
электрода до барабана, м.
Знак «минус» в выражении (2.144) означает, что сила F3 направ-
лена в сторону барабана.

Если частица не отрывается от барабана в верхней его части,
она, оставаясь на нем, выходит из зоны поля и оказывается на
нижней части барабана. Напряженность поля в этой части посте-
пенно спадает до нуля, сила FK исчезает, а сила Fg становится от-
рывающей. Заряд частицы на нижней части заземленного бараба-
на постепенно уменьшается, поэтому уменьшается и сила F3.

В зависимости от суммарного действия сил одни частицы от-
рываются от барабана в верхней его части, другие — вне зоны поля
коронного разряда, третьи могут быть отделены от него только
специальной щеткой 2. Поскольку все указанные силы зависят от
свойств семян, то семена с различными свойствами отрываются в
разных точках барабана и попадают затем в разные секции прием-
ного бункера 7.

Допустим, что частица оторвется от барабана тогда, когда ре-
зультирующая сила, нормальная к поверхности барабана, окажет-
ся равной нулю. В этом случае условие отрыва частицы в зоне
поля коронного разряда имеет вид

FK + F3 + T^cos oq = Fu,	(2.145)

где cto — угол отрыва частицы.

Из формулы (2.145)

Е, — F. —F,	, ...

Oq = arccos—--------.	(2.146)

Fg

Силы Fu и Fg, H, могут быть найдены из выражений:

F^mvi/Re;	(2.147)

Fg = mg,	(2.148)

где т — масса частицы, кг; v — окружная скорость барабана, м/с; — радиус ба-
рабана, м; g — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.

Для частиц в форме двухосного эллипсоида

т = Ир - ^ab2p,	(2-149)

6

где И— объем эллипсоида; р — плотность материала.

При расчете силы F3 можно для двухосного эллипсоида, лежа-
щего на барабане малой осью нормально к поверхности, исполь-
зовать выражение

7'3=^Ч-
ЛЕО*

(2.150)

Коронный барабанный сепаратор может быть использован для
окончательной очистки семян зерновых, овощных культур, трав;
удаления головневых примесей; обеспыливания семян; сортиро-
вания путем отделения травмированных, проросших семян и се-
мян с пониженной массой.

Оптимальные конструктивные параметры барабанных сепара-
торов следующие: Rq = 100...200мм; г0 = 0,15...0,25мм; й = 80...
100 мм; d= 75...125 мм; зона поля занимает четверть окружности
(2л/?б/4 = п7?б/2).

Режимные параметры электросепараторов: t/ = 2O...5O кВ; час-
тота вращения барабана — 20...80 об/мин; на 1 м длины барабана
производительность составляет 2,5...4,0 т/ч (на семенах зерновых);
сила тока короны /= 0,1... 1,0 мА.

Пример. Рассчитать параметры коронного сепаратора.

Условие. Имеется зерновая смесь из семян льна и сорняка-плевела. Размеры
семян льна: О] =4,1 мм; 6] = 2,3 мм3; ^ = 10,3 мм3; т1=4,3 мг. Размеры семян
плевела: аг = 4,2 мм; th = 2 мм; ^ = 11,5 мм3; т2 — 4,35 мг. Относительная диэлек-
трическая проницаемость ег= 26. Напряженность внешнего поля Ео = 5 кВ/см.

Найти заряд частиц и определить возможность их разделения в камерном и
барабанном коронных сепараторах. Определить оптимальную напряженность
поля при сепарации на барабанном камерном сепараторе при частоте вращения
барабана л = 40 мин~*. Радиус барабана Ag = 100 мм.

Решение. Заряд частицы в данном случае удобнее определить по выражению

О — лЕо^ой2/Аф,
где коэффициент формы зерна

(2.151)

Аф = 1 + (Ег—1)Ф]/ЕП

(2.152)

Ф1 — коэффициент деполяризации, зависящий от размеров зерна, Ф1 =ДА), /де
К=Ь/а.

Находим значения К. для льна К= 2,3/4,1 = 0,56; для плевела К= 2/4,2 = 0,47.

Рис. 2.49. График зависимости
коэффициента деполяризации от
размеров зерна =_flK)

По кривой Ф] =ДА) (рис. 2.49) находим соот-
ветственно Ф] = 0,27 и 0,23.

Коэффициент формы зерна:

для льна

_1+(26-1)0,27 1+6,75

ф 26	26

=0,29;

для плевела

v _1+(26—1) 0,23 1+5,75
ф 26	26

=0,25.
Заряд частиц:
для льна

Л 3,14 8,85 1(Г’2 5 105( 2,3 103)2

а=----------------029	------—=0,25 1(Г9Кл;

для плевела

Оп = 0,22  10-9 Кл.

Признак делимости смеси С:
для камерного сепаратора

с =_1____•

к р^ф’

для барабанного сепаратора

Q =



В указанных выражениях р = /и/К; находим р( =4,3/10,3 = 0,41 мг/мм3;
р2 = 4,35/11,15 = 0,39 мг/мм3.

Для льна подсчитываем:

С	-2 05:

лк 0,41-4,1-0,29 ’ ’

0,41-2,3-0,2911+0,56 0,29

Для плевела аналогичным образом получаем Сп.к = 2,44; Сп& = 48,7.

По полученным значениям С определяем, что надежное разделение частиц
будет проходить в барабанном сепараторе: Q 6 плевела намного больше Сл6 льна.

В камерном сепараторе разделения частиц практически не будет.

Находим оптимальную напряженность поля на барабанном сепараторе:

F _ | 8 Г,, I 9,81	Г,.(3,14 40)2-0,1'

опт y&oGL 9? J \6 8,85 1(Г12 - 26,1[	9-9,81

=0,365-106 В/м= 365кВ/м.

При Л = 80 мм = 0,08 м приложенное напряжение источника питания корон-
ного разряда должно быть U=Eh= 365 • 0,08 = 29,2 кВ.

Установлено, что семена зерновых и других сельскохозяйственных культур,
подвергшиеся воздействию электрического поля, увеличивают свою биологичес-
кую активность. В результате этого урожайность культур повышается (для зерна —
на 10...20 %, для кукурузы — на 17...25 %).

Электроаэрозольные аппараты и установки. Их применяют для
эффективного и целенаправленного осаждения в электрическом
поле взвешенных в газообразной среде мелких электрически заря-
женных частиц вещества размером до долей миллиметра.
В сельскохозяйственном производстве электроаэрозольную
технологию используют для обработки различными химикатами
растений и семян, профилактики и лечения животных и птиц, де-
зинфекции и дезинсекции помещений, окраски изделий в ремон-
тном производстве и т. д.

При переводе веществ в аэрозольное состояние их площадь на
единицу массы значительно увеличивается. Поэтому аэрозоли
обладают повышенной физико-химической активностью. В част-
ности, после электроаэрозольной обработки семян урожайность
сельскохозяйственных культур повышается на 12...18 %, при
аэрозольной электроокраске расход краски уменьшается в
3...4 раза.

Электрические фильтры. Их используют для очистки воздуха и
других газообразных веществ в электрическом поле коронного
разряда. Заряженные полем коронного разряда частицы вещества
под действием сил этого же поля осаждаются на электроде-улови-
теле, а оттуда периодически удаляются. Электрические фильтры
способны улавливать очень мелкие частицы веществ размером до
0,01 мкм и имеют крайне малое аэродинамическое сопротивле-
ние, что позволяет их эффективно совмещать с системами прину-
дительной вентиляции.

В ЧГАУ разработаны электрические фильтры для очистки воз-
духа помещений малого объема. Это ионный вентилятор-фильтр
(ИВФ) и электростатический фильтр (ЭСФ).

Электростатический фильтр представляет собой набор плос-
ких параллельных пластин, выполненных из диэлектрического
материала, на которые подается постоянное высокое напряже-
ние. Потенциальные и заземленные осадительные пластины
(электроды) чередуются между собой. Пластины расположены в
корпусе из диэлектрического материала и образуют ячейку. Час-
тицы пыли, находящиеся в воздушном потоке, проходящем че-
рез фильтр, попадают в электрическое поле межэлектродного
промежутка и под действием сил этого поля осаждаются на Фм
или ином электроде.

Отличительная особенность ЭСФ — отсутствие зоны искусст-
венной зарядки частиц, поэтому осаждение их в таком фильтре
происходит за счет их естественного заряда.

При поступлении в электрофильтр частицы имеют естествен-
ный заряд, как положительный, так и отрицательный. В общем
случае на частицу действуют следующие силы:

LF=Fm + /’K + f’£ + Fc,

где Fm — сила тяжести; Гк — сила, обусловленная взаимодействием электрическо-
го поля и заряда частиц (кулоновская сила); FE—сила, обусловленная неравно-
мерным распределением напряженности электрического поля; Fc — сила сопро-
тивления среды.
Сила, обусловленная неравномерным распределением элект-
рического поля Fe, для сферической частицы с диэлектрической
проницаемостью е — основная по степени воздействия на частицу
пыли и имеет вид

Fe = 2пе0о3 —— grad£2,

е + 2

где «о — электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума);
о —радиус частиц; е—диэлектрическая проницаемость частиц пыли. Неравно-
мерность электрического поля определяет градиент квадрата напряженности
grad£2.

Для повышения неравномерности поля, а следовательно, для
повышения степени очистки фильтра применяют разные конст-
рукции осадительных пластин с шероховатой поверхностью.

В результате исследования работы электростатического фильт-
ра на конвективных потоках, скорость которых до 1 м/с, получена
достаточно высокая эффективность очистки воздуха.

Благодаря применению таких фильтров в малообъемных поме-
щениях сельскохозяйственного и другого назначения обеспечива-
ют снижение концентрации пыли до предельно допустимых зна-
чений и поддержание заданной чистоты воздуха на требуемом
уровне.

Электрические ионизаторы и озонаторы. Их используют для ис-
кусственной ионизации и озонирования воздуха в животноводчес-
ких и птицеводческих помещениях, хранилищах сельскохозяй-
ственной продукции. Ионизация и озонирование воздуха осуще-
ствляются электрическим полем коронного разряда разной напря-
женности, создаваемого игольчатыми электродами, которые за
счет высокой напряженности электрического поля на их острие
обеспечивают устойчивый коронный электрический разряд и ста-
бильную ионизацию и озонирование воздуха помещения.

2.6.4.	УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Ультразвуковые установки для обработки материалов включа-
ют в себя в качестве основного узла ультразвуковой генератор, ко-
торый создает периодические механические колебания в соответ-
ствующих упругих средах с частотой выше верхнего порога слы-
шимости человеческого уха (от 16 • 103 до Ю10Гц).

Условно различают ультразвуковые установки низкой частоты
(до 100 кГц) и высокой (свыше 100 кГц), слабой (до 103Вт/м2) и
повышенной интенсивности (до 1О6...1О" Вт/м2).

Генерирование ультразвука. Оно осуществляется магнитострик-
ционными или пьезоэлектрическими преобразователями на осно-
ве преобразования электрической энергии высокой частоты в ме-
ханические колебания ультразвукового излучателя (рис. 2.50).
Электрическая энергия
переменного тока
промышленно^ частоты

Электрическая
энергия перемен-
ного тока ульт-
развуковой
частоты

Энергия
ультразвука

Рис. 2.50. Структурная схема генерирования ультразвука:

/—генератор ультразвуковой частоты; 2— электроакустический преобразователь

Принцип работы ультразвуковых преобразователей основан на
использовании магнитострикционного и пьезоэлектрического эф-
фектов, то есть изменения геометрических размеров некоторых
твердых тел под действием магнитного или электрического поля.
Питание ультразвуковых преобразователей осуществляют от
электрических генераторов высокой частоты ультразвукового ди-
апазона.

Использование ультразвука. В сельском хозяйстве ультразвук -
применяют для мойки деталей и узлов различной техники, доиль-
ной аппаратуры, обработки яиц на птицефабриках и т. д. Его ис-
пользуют также для предпосевной обработки семян, пастеризации
молока, противонакипной обработки воды, сварки различных ма-
териалов.

Ультразвук используют для получения суспензий, жидких
аэрозолей и эмульсий. Для получения эмульсий выпускают, на-
пример, смеситель-эмульгатор УГС-10 и другие аппараты. Ультра-
звук применяют для гомогенизации молока — раздробления жи-
ровых шариков в молоке с целью повышения его сохранности и
усвояемости; стерилизации молока и других жидких пищевых
продуктов; профилактики и терапии болезней глаз, суставов, кос-
тей, раневых инфекций, фурункулеза, маститов и других болез-
ней. В ветеринарной практике применяют ультразвуковые аппа-
раты УРСК-7Н, УТС-1, ВУТ-1 и др.

На методах, использующих измерение затухания и скорости
распространения ультразвуковых волн в среде, основаны влагоме-
ры сельскохозяйственных материалов; приборы для определения
содержания белка и жира в молоке, для контроля концентрации
моющих растворов и т. д.

Методы, основанные на отражении ультразвуковых волн от
границы раздела двух сред, применяют в приборах для гидролока-
лизации, дефектоскопии, медицинской и ветеринарной диагнос-
тики и т. п.

В качестве примера использования ультразвука в последней об-
ласти можно привести прибор «Супор-БМ», предназначенный для
раннего определения супоросности у свиней.

Из других возможностей ультразвука следует отметить его спо-
собность обработки твердых хрупких материалов под заданный
размер. В частности, весьма эффективна ультразвуковая обработка
при изготовлении деталей и отверстий сложной формы в таких
изделиях, как стекло, керамика, алмаз, германий, кремний и др.,
обработка которых другими методами затруднена.

Применение ультразвука при восстановлении изношенных де-
талей уменьшает пористость наплавляемого металла и увеличи-
вает его прочность. Кроме того, снижается коробление наплав-
ленных удлиненных деталей, например коленчатых валов двига-
телей.

Использование ультразвуковой кавитации для очистки твердых
тел. Наиболее распространены технологические процессы, свя-
занные с воздействием ультразвука на жидкость. Поскольку в этих
процессах основную роль играет ультразвуковая кавитация, то для
них, как правило, используют низкие частоты (18...30 кГц), на ко-
торых кавитация наступает при относительно невысокой интен-
сивности ультразвука (2,5... 10 Вт/см2).

В общем случае интенсивность ультразвука (энергия волны,
проходящая в единицу времени через единичную площадь
поверхности, перпендикулярной распространению волны) можно
определить по выражению, Вт/м,

1= 2рсп2рЛ2,	(2.153)

где р — плотность среды, кг/м3; с — скорость распространения упругой волны
(скорость звука), м/с; /—частота колебаний, Гц; Л —амплитуда смещения, м,
А=РЛ ра — звуковое давление, Па; рс—волновое сопротивление.

2лрс/

Эффект кавитации состоит в том, что в жидкости в фазе разря-
жения образуются разрывы или полости, которые захлопываются
в фазе сжатия, вызывая мгновенные пики давления, достигающие
десятков мегапаскалей. Указанный эффект используют при очист-
ке поверхностей твердых тел от загрязнения.

Предметы, подлежащие очистке, помещают в ванну, заполнен-
ную моющим раствором с температурой 60...80 °C. В зависимости
от очищаемого металла и характера загрязнения (масла, паста
ГОИ, жировые загрязнения, припой флюсов и т. п.) используют
следующие растворы: тринатрий фосфат, силикат натрия, сульфа-
нол и др.

Электроакустический преобразователь встраивают в дно или
стенки ванны либо погружают в раствор. Время очистки при
включении установки может длиться от десятков секунд до десят-
ков минут. Кавитационные пузырьки, играющие основную роль в
процессе ультразвуковой очистки, проникают под пленку загряз-
нения, разрывают и отслаивают ее.

Применение ультразвука позволяет значительно ускорить про-
цесс очистки; улучшить ее качество (например, при простом про-
поласкивании деталей на их поверхности остается до 88 % загряз-
нений, при вибрационной очистке — около 55 %, при ручной —
около 20 %, а при ультразвуковой — не более 0,5 %); исключить
вредный ручной труд; заменить дорогие токсичные либо пожаро-
опасные растворители водой или дешевыми водными растворами.

Следует отметить, что установку нельзя включать без раствора,
так как ультразвук практически не проходит по воздуху, что может
вывести из строя электрическую схему из-за ее перегрузки; а так-
же не следует во избежание травмирования опускать пальцы в ра-
створ при работающей установке.

Ультразвуковую очистку деталей или предметов применяют пе-
ред ремонтом, сборкой, окраской, хромированием и другими опе-
рациями. Особенно эффективно ее применение для очистки дета-
лей, имеющих сложную форму и труднодоступные места в виде
узких щелей, прорезей, мелких отверстий и т. п.

Установки для ультразвуковой очистки деталей. Промышлен-
ность выпускает большое число установок для ультразвуковой очи-
стки, различающихся конструктивными особенностями, вместимо-
стью ванн и мощностью, например транзисторные: УЗУ-0,25 с вы-
ходной мощностью 0,25 кВт; УЗГ-10-1,6 с мощностью 1,6 кВт
и др.; тиристорные УЗГ-2-4 с выходной мощностью 4 кВт и
УЗГ-1-10/22 с мощностью 10 кВт. Рабочая частота установок — 18
и 22 кГц.

Ультразвуковая установка УЗУ-0,25 предназначена для очистки
мелких деталей. Она состоит из ультразвукового генератора и уль-
тразвуковой ванны.

Технические данные УЗУ-0,25

Частота сети, Гц	50

Мощность, потребляемая от сети, кВА	Не более 0,45

Частота рабочая, кГц	18

Мощность выходная, кВт	0,25

Внутренние габариты рабочей ванны, мм	200 х 168

при глубине 158 мм

На передней панели ультразвукового генератора размещены
тумблер включения генератора и лампа, сигнализирующая о нали-
чии напряжения питания.

На задней стенке шасси генератора находятся: патрон для пре-
дохранителя и два штепсельных разъема, посредством которых ге-
нератор соединяется с ультразвуковой ванной и питающей сетью;
клемма для заземления генератора.

В дно ультразвуковой ванны вмонтированы три пакетных пье-
зоэлектрических преобразователя. Пакет одного преобразователя
состоит из двух пьезоэлектрических пластин из материала ЦТС-19
(цирконат-титанат свинца), двух частотно-понижающих накладок
и центрального стержня из нержавеющей стали, головка которого
является излучающим элементом преобразователя.
На кожухе ванны расположены: штуцер, ручка крана с надпи-
сью «Слив», клемма для заземления ванны и штепсельный разъем
для соединения с генератором.

На рисунке 2.51 показана принципиальная электрическая схе-
ма ультразвуковой установки УЗУ-0,25.

Первая ступень представляет собой задающий генератор, рабо-
тающий на транзисторе VT1 по схеме с индуктивной обратной
связью и колебательным контуром.

Электрические колебания ультразвуковой частоты 18 кГц, воз-
никающие в задающем генераторе, подаются на вход предвари-
тельного усилителя мощности.

Предварительный усилитель мощности состоит из двух ступе-
ней, одна из которых собрана на транзисторах VT2, VT3, вторая —
на транзисторах VT4, VT5. Обе ступени предварительного усиле-
ния мощности собраны по последовательно-двухтактной схеме,
работающей в режиме переключения. Ключевой режим работы
транзисторов позволяет получить при достаточно большой мощ-
ности высокий КПД.

Цепи баз транзисторов VT2, VT3 и VT4, VT5 подключены к от-
дельным, включенным встречно обмоткам трансформаторов TV1
и TV2. Это обеспечивает двухтактную работу транзисторов, то есть
поочередное включение.

Автоматическое смещение этих транзисторов обеспечивается
резисторами R3...R6 и конденсаторами С6, С7 и СЮ, СП, вклю-
ченными в цепь базы каждого транзистора.

Переменное напряжение возбуждения подается на базу через
конденсаторы С6, С7 и СЮ, СП, а постоянная составляющая ба-
зового тока, проходя через резисторы R3...R6, создает на них паде-
ние напряжения, обеспечивающее надежное закрывание и откры-
вание транзисторов.

Четвертая ступень — усилитель мощности. Он состоит из трех
двухтактных ячеек на транзисторах VT6...VT11, работающих в ре-
жиме переключения. Напряжение от предварительного усилителя
мощности подается на каждый транзистор с отдельной обмотки
трансформатора ТУЗ, причем в каждой ячейке эти напряжения
противофазны. С транзисторных ячеек переменное напряжение
подается на три обмотки трансформатора TV4, где происходит
сложение мощности.

С выходного трансформатора напряжение подается на пьезо-
электрические преобразователи А47, АА2и ААЗ.

Так как транзисторы работают в режиме переключения, то вы-
ходное напряжение, содержащее гармоники, имеет прямоуголь-
ную форму. Для выделения первой гармоники напряжения на
преобразователях к выходной обмотке трансформатора TV4 после-
довательно с преобразователями включена катушка L, индуктив-
ность которой рассчитана таким образом, что с собственной емко-
стью преобразователей она составляет колебательный контур, на-
Рис. 2.51. Принципиальная электрическая схема ультразвуковой установки УЗУ-0,25
строенный на 1-ю гармонику напряжения. Это позволяет полу-
чить на нагрузке синусоидальное напряжение, не меняя энергети-
чески выгодного режима транзисторов.

Питание установки осуществляется от сети переменного тока
напряжением 220 В с частотой 50 Гц с помощью силового транс-
форматора TVS, имеющего первичную обмотку и три вторичные,
одна из которых служит для питания задающего генератора, а две
другие служат для питания остальных ступеней.

Питание задающего генератора осуществляется от выпрямите-
ля, собранного по двухпериодной схеме с нулевой точкой (диоды
VD1 и VD2).

Питание предварительных ступеней усиления осуществляется
от выпрямителя, собранного по мостовой схеме (диоды
VD3... VD6). Вторая мостовая схема на диодах VD7... VD10 питает
усилитель мощности.

В зависимости от характера загрязнения и материалов следует
выбрать моющую среду. В случае отсутствия тринатрийфосфата
для очистки стальных деталей может быть использована кальци-
нированная сода.

Время очистки в ультразвуковой ванне колеблется от 0,5 до
3 мин. Максимально допустимая температура моющей среды —
90’С.

Перед сменой моющей жидкости генератор следует выклю-
чить, не допуская работы преобразователей без жидкости в ванне.

Очистку деталей в ультразвуковой ванне осуществляют в следу-
ющей последовательности: тумблер питания ставят в положение
«Выкл.»; сливной кран ванны — в положение «Закрыто»; в ультра-
звуковую ванну заливают моющую среду до уровня 120...130 мм;
вилку питающего кабеля включают в розетку электрической сети
напряжением 220 В.

Проводят опробование установки: включают тумблер в поло-
жение «Вкл.», при этом должна загореться сигнальная лампа и по-
явиться рабочий звук кавитирующей жидкости; о появлении ка-
витации можно судить также по образованию на преобразователях
ванны мельчайших подвижных пузырьков.

После опробования установки ее следует отключить от сети,
загрузить в ванну загрязненные детали и начать обработку.

2.6.5.	ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Установки магнитной обработки материалов оснащены посто-
янными магнитами или электромагнитами. Они нашли основное
применение для магнитной сепарации (очистки) кормов и зерна от
металлических включений, а также для магнитной обработки воды
с целью придания ей противонакипных свойств.

Сепарация в магнитном поле основана на различии магнитных
свойств разделяемых фракций, которые определяют силу, дей-
ствующую на них со стороны магнитного поля. Эта сила особенно
значительна для ферромагнитных материалов.

Напомним, что на частицу, помещенную в неоднородное маг-
нитное поле, действует сила FM, Н, и если размеры частицы малы,
напряженность магнитного поля Н и градиент модуля напряжен-
ности считают одинаковыми в объеме частицы V Тогда

FM = poZo^grad^,	(2.154)

где Цо — магнитная проницаемость вакуума, Цо = 4я 10-7, Г/м; V— объем части-
цы, м3; Н— напряженность магнитного поля, А/м; Хо — магнитная восприимчи-
вость частицы.

*>=Т^х’	(2.155)

X — магнитная восприимчивость вещества,

Х = Ц,-1.	(2.156)

— относительная магнитная проницаемость вещества; N— коэффициент раз-
магничивания,

Xln(A+Jz2-l)—Д2-1

N-	’	(2.157)

I'M

А. — отношение длины ферромагнитного тела к его диаметру, А = 1/D.

Магнитная сепарация семян. При магнитной сепарации семян
их предварительно увлажняют, смешивают с ферромагнитным по-
рошком и подают на вращающийся немагнитный барабан, внутри
которого неподвижно установлен магнитный узел. Гладкие семена
культурных растений практически не удерживают на своей повер-
хности ферромагнитный порошок, и поэтому при вращении бара-
бана они отрываются от него первыми и попадают в свой сепари-
рующий отсек, а шероховатые семена сорняков удерживают фер-
ромагнитный порошок, и они отрываются от вращающегося бара-
бана позже в другой сепарирующий отсек. После уничтожения
семян сорняков ферромагнитный порошок используют снова.
Производительность процесса сепарации достаточно высокая и со-
ставляет, например, для семяочистительной установки СМЩ-0,4 с
постоянными магнитами 0,4 т/ч по клеверу и 0,5 т/ч по льну при
степени очистки семян 98 %. Мощность установки — 2,6 кВт.

Условие удержания семян сорняка на поверхности барабана в
нижней его части

> Лг + ^cos ₽,	(2.158)

где /ц и Fg— центробежная сила и сила тяжести, действующие на семя, их опреде-
ляют из выражений, приведенных ранее; р — угол между направлением центро-
бежной силы и вертикальной осью.
Магнитная очистка кормов. Это важная часть технологического
процесса кормоприготовления, так как металлические включения
в кормах (кусочки проволоки, гвозди, гайки, болты и т. п.) вызы-
вают поломки измельчающих машин, а также, проникая в орга-
низм животных, снижают продуктивность последних и могут быть
причиной их травм и даже гибели.

На предприятиях комбикормовой промышленности широко
используют магнитные сепараторы, выделяющие ферромагнит-
ные примеси из зерна и продуктов его измельчения.

Разработан электромагнитный сепаратор грубых кормов, по-
зволяющий очищать от металлических включений сено, солому,
сенаж. В сепараторе использован электромагнит постоянного тока
М-22В, подключенный к сети через выпрямительный мост. Мощ-
ность установки — 2,2 кВт. При скорости транспортной ленты
1,5 м/с полностью обеспечено извлечение ферромагнитных при-
месей из стебельчатых кормов с подачей 40 т/ч.

Обработка воды магнитным полем. Вода, обработанная магнит-
ным полем, не образует при кипячении накипи. Противонакип-
ной эффект магнитной обработки связан с наличием в воде фер-
ромагнитных примесей (оксидов железа и их гидратов), частички
которых в магнитном поле слипаются и служат затравочными
центрами кристаллизации солей жесткости непосредственно в
объеме воды, а не на теплообменных поверхностях. Основной
накипеобразователь — карбонат кальция СаСОз, который обра-
зует кристаллы.

Установка для магнитной обработки воды представляет собой
трубу, внутри которой размещена латунная гильза с чередующи-
мися постоянными магнитами или электромагнитами. В зазоре,
равном 2,5...3 мм, между трубой и латунной гильзой в магнитном
поле пропускают воду со скоростью 0,4—2 м/с при напряженности
магнитного поля — 100... 150 кА/м и длине пути воды в магнитном
поле 0,15—0,35 м. Объемный расход воды при этом должен состав-
лять 2...7 л/с. Пример противонакипного аппарата — ПМУ-1 (про-
тивонакипное магнитное устройство).

Соли выпадают в виде взвешенных частиц — шлама, уносятся
водой и улавливаются шламоотделителем. Аппарат ПМУ-1 ис-
пользуют в контурах с холодной водой, ПМУ-2 — в контурах с го-
рячей водой.

Обработанная магнитным полем вода обладает также и други-
ми полезными свойствами. Например, при поливе такой водой
увеличивается урожайность сельскохозяйственных культур. Ее ис-
пользование повышает эффективность рассоления почв в 1,5...2
раза и т.д. Однако по истечении 1—4 ч вода, прошедшая через
магнитное поле, теряет приобретенные ею полезные свойства.
Поэтому магнитную обработку воды проводят перед непосред-
ственным ее использованием [13].
В Курганской государственной сельскохозяйственной акаде-
мии разработан комплекс машин для сепарации пластично-вязких
материалов под условным названием УМС (установки мокрой се-
парации) [12].

Установки УМС-1 и УМ С-2 предназначены для удаления фер-
ромагнитных включений из фарфоровых и керамических суспен-
зий, шликеров, пищевых масс, кормовых смесей и отработанных
масел.

Кормовые смеси одновременно с очисткой от железа подверга-
ются важному технологическому процессу омагничивания.

Контрольные вопросы и задания

1. Каково назначение установок для обработки током биологических и небио-
логических объектов? 2. Каковы преимущества эдектроимпульсной техники?
3. Дайте определение генератора импульсов. 4. Расскажите об установках электро-
эрозионной и электрохимической обработки металлов. 5. Расскажите о работе ус-
тановки с использованием электрогидравлического эффекта. 6. Опишите исполь-
зование генераторов импульсов в электрических изгородях ИЭ-200 и др. 7. Что
понимают под электронно-ионной технологией? 8. Что представляет собой поле
коронного разряда? Какова электрическая сила поля? 9. Приведите две-три техно-
логические схемы установок для электрической сепарации зерна. 10. Каковы из-
менения биологической активности сельскохозяйственных культур, находящихся
в поле коронного разряда? 11. Что такое аэрозольные электрические установки?
12. Что представляют собой электрические фильтры для очистки воздуха и других
газообразных веществ? 13. Каково устройство и назначение электрических иони-
заторов и озонаторов? 14. Какова схема получения ультразвука? 15. Где использу-
ются установки для ультразвуковой обработки материалов? 16. В каких технологи-
ческих процессах применяют установки для магнитной обработки материалов? 17.
Как осуществляется магнитная сепарация семян? 18. Какова технология магнит-
ной обработки воды? Каковы ее результаты и продолжительность эффекта?

2.7.	ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2.7.1.	ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Основная задача проектирования электротермических и других
электротехнологических установок — создание электротермическо-
го или другого электротехнологического оборудования, обеспечиваю-
щего достижение конечной цели данного технологического про-
цесса с максимальной технико-экономической эффективностью и
отвечающего правилам техники безопасности (ТБ) и устройства
электроустановок (ПУЭ).

Техническое задание. Исходные данные для проектирования ус-
тановок в конструкторских бюро представляют техническим зада-
нием, выдаваемым заказчиком или родственной вышестоящей
организацией. В техническом задании указывают назначение, на-
пример электротермической установки, ее производительность,
температурные режимы, скорость нагрева объекта и прогрева са-
мой установки, условия эксплуатации, требования ТБ и ПУЭ,
особенности окружающей среды, условия электроснабжения, пре-
делы регулирования мощности и др.

В конструкторском бюро может быть проведен также полный
расчет ЭТУ, включающий тепловой, электрический (см. под-
разд. 2.3), аэродинамический, гидравлический и механический
расчеты.

Агрозоотребования. Как известно из эксплуатации ЭТУ в сельс-
ком хозяйстве, весьма важный фактор для правильного проекти-
рования сельскохозяйственных ЭТУ — это исходные требования,
отражающие агрозоотребования сельскохозяйственного производ-
ства к нагревателям (или к другим технологическим аппаратам).
Недостаточный их учет приводит к техническим и технологичес-
ким ошибкам. Известна, например, попытка предложить одной из
проектных организаций военного ведомства, разработанный ею
электродный водонагреватель для подводных лодок сельскохозяй-
ственному производству. После одного месяца эксплуатации на
селе из-за отсутствия водоподготовки регулирующее устройство
водонагревателя выходило из строя, а электродная система не от-
рабатывала положенный срок. К тому же, водонагреватель не
имел автоматического регулирования мощности. Пришлось созда-
вать новую серию водонагревателей, в значительной мере отвеча-
ющих новым повышенным требованиям.

Другой пример. Комбинированная система обогрева ягнят в
кошарах из-за незнания ее создателями технологии ягнения и вы-
ращивания молодняка не отвечала зоотребованиям овцеводства. В
результате использования указанной системы овцематку перегре-
вали, был нарушен цикл вылизывания и кормления ягненка, а сам
ягненок был подвержен простудным заболеваниям. И таких при-
меров в сельском хозяйстве можно привести множество.

Незнание разработчиками условий работы установок и аппара-
туры управления на сельском объекте приводило к необоснован-
ному утяжелению оборудования и шкафов управления (с целью
достижения герметизации). Это вызывало их многократное удоро-
жание. В то же время, как оказывалось при монтаже, в животно-
водческих постройках имелись помещения с пониженным содер-
жанием влажности, корродирующих газов и других неблагоприят-
ных факторов, где могло быть расположено оборудование; кроме
того, не использовались современные антикоррозионные и изоли-
рующие материалы.

Отметим, что агрозоотребованиям на сельскохозяйственные
машины и оборудование предшествовали общетехнические и тех-
нологические требования, установленные в 80-х гг. XX в. в резуль-
тате обследования совхозов и колхозов.

Этими требованиями (в том числе и на электротехнологическое
оборудование) были: экономичность, безопасность, надежность в
работе, возможность автоматического регулирования, простота
конструкции, дешевизна, комплектность, возможность ремонта в
условиях мастерских хозяйств и обслуживания малоквалифициро-
ванным персоналом, обеспечение высоких санитарных требова-
ний и экологии.

Выработанные на основе указанных требований агрозоотребо-
вания (впоследствии «Исходные требования») включают в себя
следующие разделы: назначение устройства и его производитель-
ность; по каким планам и заданиям ведется разработка машины
или устройства (НИР; разработка, связанная с необходимостью
обновления «Системы машин» и т.д.); примерная техническая
характеристика устройства; дополнительные технические и тех-
нологические требования; экономическая эффективность (ведет-
ся сравнительный анализ на минимум ежегодных расчетных зат-
рат); срок действия агрозоотребований (5 и более лет); кем (ка-
кой организацией) разработаны агрозоотребования, на каком за-
седании приняты, кем утверждены в МСХ РФ и в какую
«Систему машин» (для животноводства или растениеводства) их
представляют.

Имея агрозоотребования и техническое задание на проектирова-
ние от заказчика или разработчика, можно начинать проектирова-
ние, если это устроит, например, заказчика.

Патентование. Предварительно или после разработки должен
быть проведен патентный поиск конструкторским бюро, самим
заказчиком или вышестоящей организацией по опубликованным
материалам, подтверждающий патентную чистоту будущей раз-
работки, то есть отсутствие ее конструктивных, схемных, техно-
логических и других решений в перечне патентов ведущих стран
мира и в других патентоспособных материалах. Иногда этот по-
иск проводится параллельно заказчиком и конструкторским
бюро.

В этот момент должна быть подана заявка на новый патент с
целью защиты разрабатываемого устройства или оборудования от
конкурентов. По последним положениям патент имеет определен-
ный срок действия и в случае необходимости его продления нуж-
ны дополнительные финансовые затраты.

Финансирование разработок. При плановой системе в бывшем
СССР разрабатываемое оборудование предполагалось выпускать в
обязательном порядке серийно за счет государства. Разрабатывае-
мая машина должна была быть включена в перечень «Системы ма-
шин», где старые машины со временем заменялись новыми, более
экономичными и производительными. Наличие ее в этом списке
на момент проектирования было крайне желательным. При этом
отметим, что «Системы машин» были не только в РСФСР, но и в
других ведущих республиках бывшего СССР.

При наличии разработки в перечне «Системы машин» Мини-
стерство сельского хозяйства РСФСР могло дать к началу проек-
тирования нового образца заявку на ее изготовление, например,
на заводах Сельхозтехники в виде опытной или серийной партии
или образцов определенного количества. Эта заявка учитывалась
Госпланом РСФСР или республики и включалась в план выпуска
завода в определенном году.

В рыночной системе выпуск новой продукции должен осуществ-
ляться главным образом за счет заинтересованных организаций,
фирм или объединений (государственных или частных) или от-
дельного лица.

Проектирование. При проектировании нового ЭТУ или другой
электротехнологической установки (при наличии всех данных за-
явки, патентного поиска и др.) на первом этапе должно осуществ-
ляться прочерчивание разработки. Сам эскиз установки к этому мо-
менту может быть представлен заранее заказчиком или ведущим
специалистом вышестоящей организации.

В ответственных разработках кроме самого конструктора-ис-
полнителя и руководителя отдела КБ должен участвовать предста-
витель заказчика или вышестоящей организации. В противном
случае дело может обстоять так, что даже при наличии подробной
заявки и эскиза конструкторским бюро по представленным дан-
ным может быть спроектирована машина совершенно иного пла-
на, габарита, схемного решения, не отвечающая часто первона-
чальному назначению.

При проектировании следует руководствоваться документами
ЕСКД, ГОСТами, СТП и другими инструкциями, регламентирую-
щими также использование комплектующих изделий, материалов
и сортаментов (например, в электротермическом оборудовании
вместо специальных ТЭНов — обычные, вместо титана — нержа-
веющая сталь и т. п.).

Говоря об общих задачах расчета и проектирования, следует от-
метить, что при создании новых машин появляются новые мето-
дики расчетов, из которых предпочтительнее методики инженер-
ных расчетов, хотя наличие современных компьютеров позволяет
использовать и сложные теоретике-эмпирические зависимости.

Одна из задач проектирования — обоснование технологической
оснастки изготовления и использования источников питания но-
вого электротехнологического оборудования. Выбор последних
важен и часто связан с использованием новых электронагрева-
тельных и изоляционных материалов.

Необходимы также проектные решения по обеспечению требу-
емой надежности оборудования и безопасности обслуживающего
персонала.

В качестве иллюстрации к вышесказанному следует напомнить
об описанных электрообогревателях ягнят ЭОЯ-0,15-220 и мане-
жах ЭМ-0,36-220, в которых использованы современные электро-
технические и изоляционные материалы, позволившие перейти с
напряжения питания 36 на 220 В установок, работающих в услови-
ях повышенной опасности.

Изготовление образца и его испытания. После завершения про-
ектирования новой ЭТУ изготовляют опытный образец устрой-
ства (иногда макетный образец) и проводят его лабораторные и
хозяйственные испытания.

В хозяйственных испытаниях участвуют представители заказ-
чика, КБ и министерства, но главные испытания — это государ-
ственные или ведомственные приемочные испытания, проводимые
машиноиспытательными станциями (МИС).

На указанные испытания представляют саму установку, доку-
ментацию, запчасти и необходимый инструмент (ключи, отверт-
ки, приспособления для настройки). В документацию входят пас-
порт и инструкция по эксплуатации; исходные требования; заявка
на изготовление новой установки; протокол хозяйственных испы-
таний; в случае необходимости — вся конструкторская документа-
ция, включающая комплект чертежей.

МИС проводит испытания по программе и методике, согласо-
ванной с заказчиком. Результаты испытаний в виде протокола ис-
пытаний рассматривают на соответствующих научно-технических
советах, например НТС МСХ РФ, где выносят решение о возмож-
ности постановки изделия на производство и утверждают завод-
изготовитель.

Далее Госстандарт на основании протокола МИС и решения
НТС о постановке на производство нового электротехнологичес-
кого оборудования регистрирует проект технических условий на
изготовление и передает его заводу-изготовителю.

Только при наличии всего вышеуказанного заводом возможен
выпуск опытной (установочной) партии оборудования.

Расчет экономических показателей. В заключение следует
сказать, что разработка новых электротехнологических процес-
сов чаще всего базируется на новом электротехнологическом
оборудовании. Однако часто бывает и наоборот, когда совер-
шенствование установок или оборудования по ряду параметров
приводит к возникновению нового электротехнологического
процесса.

При проектировании нового электротехнологического процес-
са сравнивают эксплуатационные расходы как для существующе-
го, так и для проектируемого процессов.

Годовой экономический эффект, руб/год, по процессу прибли-
женно может быть определен по выражению

ЭГ = АИ±Д,	(2.159)

где 4И = И] — Иг — сокращение годовых эксплуатационных расходов, руб/год;
Д — дополнительный доход или убыток, связанный с использованием нового
электротехнологического процесса, руб/год.
Срок окупаемости капитальных вложений определяют из ус-
ловий

Ток = К/Эг или 7qK = Кд/Эг,	*\2.160)

где К и Кд — соответственно полные или дополнительные капитальные вложения,
производимые при внедрении нового процесса.

Если Гок меньше или равен нормативному сроку окупаемости
Тн (например Тн = 7 лет), то капитальные вложения эффективны и
новый процесс можно рекомендовать производству.

2.7.2.	ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Применение электроэнергии для получения теплоты наиболее
целесообразно там, где любой другой вид энергии не может пол-
ностью обеспечить технологический процесс.

В связи с этим при использовании электронагревательных ус-
тройств в сельскохозяйственном производстве необходимо про-
водить предварительные технико-экономические расчеты. По
экономическому показателю общие затраты на электронагрев
должны быть меньше, чем при нагреве от другого источника
энергии.

Это условие практически достаточно для обоснования эконо-
мической целесообразности использования электронагреватель-
ных устройств в сельском хозяйстве.

Методы определения экономической эффективности. В качестве
общепринятого метода определения экономической эффективно-
сти при сравнении вариантов электротехнологии и электротеп-
лоснабжения используют метод ежегодных приведенных затрат.
При единовременных капитальных вложениях (что можно при-
нять, если объекты сооружают менее одного года) и постоянных,
то есть не меняющихся во времени эксплуатационных расходах,
эти затраты, руб/год, могут быть определены по выражению

3Г=ЕНК + И,	(2.161)

где Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений,
Ен= \/Тн, в сельском хозяйстве Ен = 0,15; К — капитальные вложения в сооруже-
ние каждого из рассматриваемых вариантов, руб.; И — годовые эксплуатационные
расходы каждого варианта, руб/год.

При таком сравнении вариантов (их число может быть любым)
наилучшим или наиболее экономичным будет тот, у которого зна-
чение приведенных затрат будет наименьшим (Зг -> мин).

Капитальные вложения при технико-экономическом сравне-
нии определяют или при помощи сметных расчетов на основании
прейскурантных цен, или по укрупненным сметным нормативам.
Годовые эксплуатационные расходы могут быть определены по
укрупненным показателям на основании справочных данных или
по эксплуатационным сметам.

В качестве примера более подробно рассмотрим указанный ме-
тод при замене топливной котельной на электрокотельную.

Согласно указанному методу годовой экономический эффект

ЭГ = 3ТГ-3?,	(2.162)

где Зтг — ежегодные приведенные затраты в варианте с топливной котельной,
руб/год; 3? — приведенные затраты при варианте с электродными водонагревате-
лями (ЭВН), руб/год.

Применительно к вариантам для котельной приведенные зат-
раты, руб/год,

3?’э = ЕНК(Т* э> + И<т’ э>.	(2.163)

Капитальные затраты К включают в себя затраты на сооруже-
ние котельной, тепловых сетей, аккумулирующих устройств, внут-
ренних систем отопления и горячего водоснабжения. Так как при
замене тепловых котлов электроводонагревателями тепловые
сети, котельная, аккумулирующие устройства, внутренние систе-
мы отопления и горячего водоснабжения могут оставаться пре-
жними, то в сумму капитальных затрат можно включить лишь сто-
имость электрокотлов со шкафами автоматического управления и
стоимость их монтажа.

Ежегодные эксплуатационные расходы на производство тепло-
ты И включают в себя расходы на реновацию, капитальный и те-
кущий ремонты, заработную плату персонала, стоимость израсхо-
дованной электроэнергии или топлива, то есть

И ИреН + Ик реМ + Ит реМ + И3 п + Иэл (ИЛИ Итоп). (2.164)

Если при внедрении новой техники из действующих основных
производственных фондов, характеризующихся величиной Кэ, ис-
ключают оборудование, то неамортизированную их часть добавля-
ют к стоимости внедряемого оборудования, за вычетом суммы,
полученной от реализации средств производства.

В этом случае для электрокотельной

3? = ЕНКЭ + ЕНК’ + ИЭ,	(2.165)

где К„ — неамортизированная часть выбывающих основных фондов за вычетом
суммы, полученной от их реализации.

Сумму капитальных и текущих производственных затрат по со-
ставляющим их элементам определяют в данном случае по факги-
ческим данным хозяйства — балансовой стоимости оборудования,
данным первичных учетных документов и т. д. Результаты расче-
тов по двум вариантам сводят в таблицу.

Отметим, что в капитальные затраты могут входить сто-
имость фундамента, монтажа оборудования и другие долговре-
менные затраты. Издержки на текущий и капитальный ремонты
принимают в размере 8 % суммы основных производственных
фондов (К). Издержки на реновацию принимают равными
3,3 % от К.

При расчетах необходимо знать стоимость 1 т угля или другого
вида топлива, руб.; стоимость электроэнергии, руб/кВт • ч, основ-
ного и льготного тарифов; продолжительность отопительного се-
зона, дней; зарплату кочегаров и электриков, руб/год.

Реальная разница затрат Эг = 3— 3? по вариантам котельных
может составить от 24 до 75 млн руб/год, что означает эффектив-
ность использования электрокотельной.

В качестве критерия экономической эффективности в проект-
ной практике широко применяют также метод срока окупаемости
дополнительных капитальных вложений. Под сроком окупаемости
понимают время, в течение которого дополнительные капиталь-
ные вложения в данный объект полностью возвращаются за счет
снижения годовых эксплуатационных расходов.

Срок окупаемости двух сопоставляемых вариантов

к2-к,
Гок И!-И2’

(2.166)

где К1 и К2 — капитальные вложения в сооружения двух объектов (в вариантах 1 и
2 при условии К2 > К]); И| и И2 — годовые эксплуатационные расходы по вариан-
там 1 и 2 (полагаем, что И) больше И2).

Подсчитанное по указанному выражению значение срока оку-
паемости сравнивают с нормативным. Если Ток > Тн, принимают
первый менее капиталоемкий вариант, при Ток < Тк экономичней
будет второй вариант, при Ток = Тк оба варианта считают равно-
экономичными.

Примеры технико-экономической оптимизации технологического
решения. В качестве примера приведем задачу по определению ми-
нимума удельных приведенных затрат, руб/(м2 • год), при расчете
тепловой изоляции для электротепловых установок. Как известно,
после выбора типа тепловой изоляции задача расчета сводится к
определению оптимальной ее толщины. Увеличение толщины
снижает потери электроэнергии, но при этом возрастают потери
на изоляцию (рис. 2.52).

Следовательно, расчет изоляции — типичная технико-эконо-
мическая задача по определению минимума удельных приведен-
ных затрат. Для рассматриваемого случая удельные приведенные
Рис. 2.52. Зависимость приведенных
затрат на тепловую изоляцию от ее
толщины

затраты, отнесенные к 1 м2 изоля-
ции, руб/(м2 • год),

Зуд = (Ен + Са)Киз + Иэ, (2.167)
где Са — коэффициент отчислений на
амортизацию, Са = 0,1; Киз — капитальные
вложения на тепловую изоляцию 1 м2 ог-
раждения, руб/м2; Иэ — стоимость годовых
потерь электроэнергии с 1 м2 ограждения,
руб/(м2 • год).

С известным приближением
можно считать

КИз Сизбиз,

(2.168)

где Сиз — стоимость 1 м3 изоляционного материала, руб/м3; бщ —толщина слоя
изоляции, м.

Стоимость потерь электроэнергии

Иэ = АРсСэт,	(2.169)

где ДРС— мощность потерь в окружающую среду, кВт, ДРС = АдГ-10-3, где к — ко-
эффициент теплоотдачи от нагреваемого материала к внешней среде, Вт/(м • °C);
ДГ— среднегодовая разность температур между нагреваемым материалом и окру-
жающей средой; Сэ —стоимость электроэнергии, руб/(кВт-ч); т —годовое число
использования установки, ч/год.

Для определения суммарных удельных затрат на электротепло-
вое оборудование и передачу электрической энергии, расходуемой
на тепловые нужды животноводческих ферм на 200 и 400 голов
КРС, проведены соответствующие расчеты при различных вари-
антах электротеплоснабжения. Суммарные удельные приведенные
затраты, руб/ГДж, по вариантам можно представить в виде

Зуд — Зэ + Зурп + Звл + Зн д + Зоб + Зэту> (2.170)
где Зэ — замыкающие затраты на электроэнергию; З^ п — приведенные затраты на
трансформаторные подстанции; 3BJI, 3HJ1 — приведенные затраты на линии высо-
кого и низкого напряжения; 3^ — приведенные затраты на оборудование нетеп-
лового назначения; Зэту — затраты на электротепловые установки. Все составля-
ющие в руб/ГДж.

Проделанные расчеты позволяют утверждать, что Зуд зависят от
объемов расхода теплоты, способа электротеплоснабжения и типа
оборудования. При электротеплоснабжении по свободному гра-
фику половина затрат приходится на энергосистему, а по режим-
ному графику (с использованием аккумулирования) — на электро-
тепловое оборудование (до 45 %). При установке ЭТУ непосред-
ственно у потребителя ЗуД на 20 % ниже по сравнению с электро-
котельными.
Еще один пример технико-экономической оптимизации элект-
ротехнологических процессов — задача повышения эффективности
использования электроэнергии на тепловые цели сельскохозяйствен-
ных объектов. Здесь необходимо повысить теплозащиту зданий до
оптимального уровня с учетом требований экономии энергии на
поддержание микроклимата; использовать децентрализованные
системы теплоснабжения и обеспечивать автоматическое поддер-
жание необходимого теплового режима в помещениях; более ши-
роко применять средства локального обогрева, доводчики и ути-
лизаторы теплоты; выравнивать графики электрических нагрузок
за счет применения электронагревательных установок с аккумули-
рованием теплоты и комбинированных электротепловых устано-
вок, работающих на топливе и электроэнергии (при возможности
на возобновляемых источниках энергии).

2.7.3.	ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
ДЛЯ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

И ОБОРУДОВАНИЯ

Для расчета электротехнологических установок в сельском хо-
зяйстве используют ЭВМ. Это связано с тем, что часто бывают
нужны более точные данные расчетов при создании новой техни-
ки или оборудования. Для получения этих данных применяют ме-
тод последовательного приближения, который легко реализовать
при использовании ЭВМ.

В [14] приведена схема алгоритма расчета трубчатых электри-
ческих нагревателей (ТЭНов) на ЭВМ, позволяющая ускорить вы-
числительные операции (рис. 2.53). При ее рассмотрении и анали-
зе видно, что расчет существенно отличается от описанных выше
и более точен.

Вначале диаметр проволоки спирали предварительно выбира-
ют по рабочему току, пользуясь таблицей токовых нагрузок. При-
няв определенное значение диаметра (блок 5), рассчитывают па-
раметры спирали и нагревательного элемента (блоки 6, 7). При
наличии ограничений на габаритные размеры ТЭНа проверяют
возможность размещения спирали в трубке (блок 8) и при необхо-
димости корректируют ее параметры (блок 13).

Если при проверочном расчете (блок 9) температура трубки
или спирали превышает допустимые отклонения, корректируют
диаметр проволоки и исходную температуру спирали, уточняют
другие ее параметры, чтобы обеспечить необходимую точность
расчета. Диаметр проволоки спирали, а также другие ее парамет-
ры (диаметр спирали, шаг, число витков, длина спирали, темпе-
ратура трубки, температура спирали, активная длина нагревате-
ля), удовлетворяющие допустимым отклонениям, выводят на пе-
чать (блок 11).
Рис. 2.53. Схема алгоритма программы расчета ТЭНа
Блок 2 служит для ввода исходных данных, блоки 3, 4, а также
1, 14 — для организации вычислений и прогонки программы.
Коррекция (блоки 12, 13) может выполняться соответствующими
блоками уточнения или оператором в режиме диалога.

В указанной уже литературе [14] даны также пример алгоритма
управления температурно-влажностным режимом в теплице и
блок-схема алгоритма расчета установок для электрогидравличес-
кой обработки материалов.

В ЧГАУ предложены алгоритм и программа для облегчения
расчета трехфазного проточного электроводонагревателя с угло-
выми сплошными электродами. С небольшими изменениями рас-
чет может быть использован и для водонагревателей, имеющих

рамочные угловые электроды.

Согласно принятой методике приводят следующие данные для

расчета электродного водонагревателя (рис. 2.54): а —ширина

электрода, приходящаяся на фазу; А — высота электрода; b — рас-
стояние между плоскостями смежных электродов; Л —диаметр

бака нагревателя; U— линейное на-
пряжение сети; у —удельная элект-
рическая проводимость воды при
различных значениях температуры;
Твх — температура воды на входе в
водонагреватель; rBbK — температу-
ра воды на выходе из водонагрева-
теля.

Начальную мощность трехфазно-
го электродного водонагревателя с
электродами из углового профиля
(см. рис. 2.54) определяют по выра-
жению, предложенному В. И. Смир-
новым:

2*^*1

hyU2, (2.171)

где X —уточненный поправочный коэффи-
циент, Х = 1,73; К(к\)/К(кх) =fx(D/b, a/b)-
отношения полных эллиптических интегра-
лов первого рода в функции от диаметра
бака нагревателей D, расстояния между элект-

родами Ь и ширины электродов, приходящей-
ся на фазу в; K(k\)/K(kt) =fJ,a/D, й/D)-от-
ношения интегралов в указанной функции^;
й — высота электродов; у—удельная элект-
рическая проводимость воды при различной
температуре; U — линейное напряжение
сети.

Рис. 2.54. Схема устройства трех-
фазного водонагревателя с угловы-
ми электродами:

1 — бак; 2 — электроды; 3 — изолирую-
щая подставка; 4, 5— входной и вы-
ходной патрубки; LI, L2, L3 — фазные
провода
При расчете считают, что h равна высоте активного слоя воды Н.
Допустимая средняя плотность тока на электродах Уфакт^0,5 А/см2;
допустимый градиент потенциала между электродами должен
быть не более 60 кВ/м.

Определение Ро с помощью простого калькулятора — весьма
трудная задача. К тому же, приемлемый результат может быть по-
лучен не сразу, а путем неоднократного изменения вводимых дан-
ных. Поскольку может возникнуть необходимость изменения сра-
зу шести параметров из восьми, то их выбор проводят с помощью
ЭВМ.

Порядок расчета следующий (рис. 2.55): вводят исходные дан-
ные а, Л, b, D, U, у, Твх, Твых; вычисляют безразмерные параметры
кривых a/b, D/b; a/D; b/D; определяют отношения интегралов
K(k\)/K(ki), К(к//)/К(к/), начальную и конечную мощность нагре-
вателя, а также расход воды через водонагреватель. В соответ-
ствии с принятыми размерами и параметрами водонагревателя
проверяют фактическую плотность тока на электродах.

Пример. Рассчитать проточный трехфазный электродный водонагреватель с
угловыми электродами мощностью 16...60 кВт.

Определить начальную Рв и конечную Рк мощности электродного водонагре-
вателя с угловыми электродами при следующих данных: ширина электрода, при-
ходящаяся на фазу а = 4,7 -10-2 м; высота электродов h = 17 • 10~2 м; расстояние
между плоскостями смежных электродов b = 2 • 10-2 м; диаметр бака D = 12 • 10-2 м;
напряжение U= 380 В; удельная электрическая проводимость воды при различной
ее температуре: = 0,033 (Ом • м)-1; у/о = 0,068 1(Ом  м)-1;	= 0,0877 (Ом • м)-1.

В установившемся режиме принимают температуру воды на входе водонагре-
вателя 70 *С; на выходе 95 “С.

Решение. Определяем начальную мощность водонагревателя Рв по формуле
(2.171). Расчет выполняем при использовании диаграмм, приведенных на рисун-
ках 2.56 и 2.57, из которых определяют отношения полных эллиптических интег-
ралов первого рода, входящие в формулу (2.171), как функции безразмерных кон-
структивных параметров.

Находим безразмерные параметры кривых:

а/b = 2,3; D/b = 6; a/D = 0,39; b/D = 0,167.

Если не удается определить отношения полных эллиптических интегралов
первого рода (безразмерные параметры кривых выходят за пределы диаграмм), то
нужно ввести новые конструктивные параметры, о чем на экране компьютера по-
является информация.

Определяем отношения эллиптических интегралов, входящих в выражение
(2.170):

а)	из диаграммы 1 (см. рис. 2.56) по значениям а/Ь = 2,3; D/b = 6 находим
ад)/МЛ1) = 5,25;

б)	из диаграммы 2 (см. рис. 2.57) по значениям a/D = 0,39; b/D=0,167 находим
Щ4)/^4)=1,9.

Вычисляем:

а)	начальную мощность водонагревателя при температуре воды на входе
Г( = 20 °C:

= 1,73 • [1,5  5,25 + 2 • 1,9] • 17  10"2 • 0,033 • 3802 = 16 361 Вт = 16,36 кВт;
Рис. 2.55. Алгоритм расчета электродного проточного водонагревателя
б)	мощность водонагревателя при температуре воды на входе Тт = 70 °C:

Ро = 1,73 [1,5  5,25 + 2 • 1,9] -17 • 10“2 • 0,068 • 3802 = 33 715 Вт = 33,7 кВт;

в)	мощность водонагревателя в установившемся режиме при температуре на
входе Ты = 70 °C и температуре на выходе TBWl = 95 °C

£ =7’°StTE=33 715^£§Г=38 367 Вт=38,4 кВт,

XV » 1 jjx	XV  /U

где Гср = (Г„ + 7вых)/2 = (70 + 95)/2 = 82,5 °C.

Оптимальный расход воды Q (л/ч) через водонагреватель может быть найден

Kfk'jKfkJ
из теплового расчета

Отсюда

=1.16^7^-Гвх).

Ркт\ 38 367-0,98

1,16 (Гвых-Ую)-1,16(95 -70)

=1296,5л/ч.

В соответствии с принятыми размерами проверяем фактическую плотность
тока на электродах:

_1Жн(20-г7вых) _ 380 1,2(20 + 95)_п	,

•,факт 40р20/>	40 3030-2

где Ки = 1,15...1,4 — коэффициент, учитывающий неравномерность распределе-
ния тока на поверхности электродов; р2о = 3030 Ом • см — удельное электрическое
сопротивление воды при 20°.

Сравниваем значения

7факт —./доп»

то есть 0,2 А/см2 < 0,5 А/см2; условие выполняется по допустимой плотности тока.

Результаты расчета могут быть выведены на принтер.

2.7.4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Экономия электроэнергии при освещении жилья. Экономии дос-
тигают рациональным использованием естественного освещения.

Для улучшения естественного освещения комнат делают свет-
лой отделку стен и потолка. В этом случае лучи света, попадая на
светлые поверхности, многократно отражаются, что усиливает ос-
вещенность.

Естественная освещенность зависит от потерь света при про-
хождении его через оконные стекла. Сильно запыленные стекла
поглощают до 30 % света, поэтому необходимо держать стекла в
чистоте.

Значительное количество электроэнергии напрасно расходует-
ся днем в квартирах первых этажей из-за посадок зелени перед
окнами. Для улучшения естественного освещения и экономии
электроэнергии деревья высаживают на расстоянии 5 м от стен
жилого дома, а кустарники не ближе 1,5 м.

Максимальное использование естественного освещения —
один из важных путей уменьшения расхода электроэнергии на ис-
кусственное освещение.

Способы искусственного освещения позволяют менять освещен-
ность за счет переключения светильников, изменения их положе-
ния в пространстве, а также за счет регулирования светового пото-
ка источника света по силе и направлению.
Между различными источниками света, используемыми для ос-
вещения, имеется большая разница в световой отдаче, определяе-
мой в люменах на 1 Вт расходуемой мощности, лм/Вт: лампа нака-
ливания — 12; галогенная лампа — 22; люминесцентная лампа — 55;
ртутная лампа выского давления — 55; галогенная лампа высокого
давления — 80; натриевая лампа высокого давления — 95.

Значительную экономию электроэнергии при использовании
ламп накаливания могут дать следующие мероприятия:

замена двух ламп меньшей мощности на одну несколько боль-
шей мощности; например, замена двух ламп мощностью 60 Вт
каждая на одну мощностью ПО Вт уменьшает при той же осве-
щенности потребление электроэнергии на 12 %;

применение местного освещения рабочих мест;

поддержание допустимого напряжения; для правильной рабо-
ты ламп необходимо, чтобы отклонение напряжения не выходило
за пределы 2,5 % и +5 % номинального; при снижении напряже-
ния на 1 % световой поток уменьшается на 3...4 %;

периодическая замена ламп к концу срока службы из-за сниже-
ния их светового потока на 15 %;

использование криптоновых ламп накаливания, имеющих све-
товую отдачу на 10 % выше, чем у ламп накаливания с аргоном;

периодическая чистка от пыли и грязи ламп, плафонов и осве-
тительной арматуры; не чистившиеся в течение года лампы и люс-
тры пропускают на 20 % света меньше;

снижение уровня освещенности в подсобных помещениях, ко-
ридорах применением ламп меньшей мощности;

применение светорегуляторов, позволяющих изменять уровень
освещенности;

использование реле времени для отключения настольных ламп
и других светильников через определенное заданное время;

замена абажуров, поглощающих значительное количество света
и собирающих пыль;

отключение ненужных электроосветительных приборов.

Существенной экономии электроэнергии достигают примене-
нием светильников, использующих люминесцентные лампы. Лю-
минесцентная лампа имеет по сравнению с лампой накаливания в
4...5 раз более высокую световую отдачу и в 5...8 раз больший срок
службы. Так, светоотдача люминесцентной лампы в 20 Вт равна
светоотдаче лампы накаливания 150 Вт.

Если заменить в трехкомнатной квартире площадью 45...50 м2
обычные лампы накаливания на люминесцентные, то можно сэ-
кономить примерно 1500кВт-ч в год. Это значительный резерв
экономии электроэнергии.

Экономия электроэнергии при приготовлении пищи. Наиболее энер-
гоемкий и универсальный прибор, предназначенный для приготов-
ления пищи, — электрическая плита. Выпускают плиты напольные и
настольные. Установленная мощность напольных плит — 3,6...8 кВт.
Настольные электроплиты по устройству и основным техничес-
ким характеристикам подобны напольным и отличаются от них
меньшим числом конфорок, меньшим объемом жарочного шкафа
и отсутствием шкафа для посуды (подразд. 2.4.10).

При выборе плиты следует иметь в виду, что электроплиты
мощностью 3,6...5 кВт с тремя конфорками и жарочным шкафом
обеспечивают потребность семьи из 4...5 человек. Приобретение
плит большей мощности целесообразно лишь при семье с количе-
ством более 5 человек.

Наиболее распространены простые электроплитки с одной или
двумя конфорками, обычно с переключателями мощности, обес-
печивающими от одной до семи ступеней нагрева. Мощность од-
ноконфорочных электроплиток 0,8...2,6 кВт, двухконфорочных
1,8...3кВт. Электроплитки имеют также различные конфорки, из
которых наиболее эффективны и совершенны — трубчатые (на
ТЭНах).

Имеются электроплитки с таймером, позволяющим автомати-
чески регулировать время их работы.

Основные рекомендации при использовании электроплиток:

наиболее эффективны и совершенны электроплиты с трубча-
тыми конфорками, которые быстро нагреваются, экономичны,
долговечны, а их спиральная форма обеспечивает хороший кон-
такт с дном посуды; для повышения КПД трубчатой конфорки
под ней следует устанавливать отражатель из полированного не-
ржавеющего листа;

желательно использовать одну конфорку для приготовления
нескольких блюд, поскольку на разогрев конфорок уходит много
энергии; следует обязательно использовать крышки для посуды,
что на 20 % снижает расход электроэнергии и сокращает затраты
времени на приготовление пищи;

необходимо заливать минимальное количество воды для варки
овощей; например, при варке картофеля вода должна лишь не-
много покрывать клубни;

замороженные продукты, прежде чем положить на сковородку
или противень, следует предварительно разморозить до комнат-
ной температуры;

жарочный шкаф или духовку следует использовать для приго-
товления по очереди нескольких блюд; включенная духовка без
надобности не должна открываться; при правильном пользовании
духовкой расход электроэнергии сокращается на 30...40 %;

для рационального использования энергии при кипячении
воды необходимо ее ровно столько, сколько требуется; плотное
прилегание дна к конфорке, наличие в чайнике крышки, тонкие
алюминиевые стенки — все это обеспечивает быстрое кипячение и
экономию электроэнергии; для нагрева небольшого количества
воды следует пользоваться электрочайником или тефалью, КПД
которых гораздо выше (более 90 %).
Существующий эффект может быть получен в результате мо-
дернизации электроплит и электроплиток путем замены в них
штампованных конфорок на конфорки из трубчатых нагреватель-
ных элементов, а также оснащении их 7-ступенчатыми переклю-
чателями мощности взамен 4...5-позиционных; это позволяет
уменьшить расход электроэнергии на 20...25 %.

Значительные удобства, экономию времени и энергии дает
применение скороварок. Время приготовления блюд сокращается
в 3 раза и упрощается технология их приготовления; расход элект-
роэнергии сокращается примерно в 2 раза.

Следует отметить неоспоримые преимущества микроволновых
печей типа «Электроника». В этих печах разогрев и приготовление
продуктов происходят за счет поглощения ими энергии электро-
магнитных волн. В целом время разогрева пищи составляет
2...4 мин.

Экономия электроэнергии при пользовании электробытовыми
приборами. Основные электробытовые приборы в жилище: элект-
рические холодильники, стиральные машины, утюги, пылесосы,
электроотопительные приборы. С некоторыми оговорками сюда
же можно отнести радиотелевизионную аппаратуру и средства
связи.

Холодильники — весьма энергоемкие приборы в быту. За год, в
зависимости от типа и модели, они потребляют от 250 до
1300кВт-ч электроэнергии. Правильная эксплуатация холодиль-
ника сокращает потребление электроэнергии на 15...20 %, а чрез-
мерно охлажденная камера, как и повышенная температура возду-
ха около холодильника, создадут ее перерасход. При перестановке
терморегулятора на 1 °C в сторону повышения температуры по-
требление электроэнергии уменьшается в среднем на 8 %. После
трехкратного открывания двери холодильника потребление элект-
роэнергии возрастет на 1 %.

 У стиральных машин главное правило, обеспечивающее эконо-
мичность стирки, — полная загрузка машины. Наиболее эконо-
мичны, с точки зрения потребления электрической энергии, авто-
матические машины, включение и выключение которых происхо-
дит строго по программе. При этом надо следить за соответствием
заданных режимов работы виду обрабатываемой ткани.

У утюга с регулятором температуры продолжительность разог-
рева сокращается с 15...20 мин до 6...7 мин, а расход электроэнер-
гии при работе снижается более чем на 20 %.

Для эффективной работы пылесоса большое значение имеет хо-
рошая очистка пылесборника. Забитые пылью фильтры затрудня-
ют работу пылесоса, уменьшают тягу воздуха, увеличивают расход
энергии и дополнительно нагревают электродвигатель.

Прежде чем использовать дополнительные электроотопитель-
ные приборы в помощь центральной отопительной системе, сле-
дует утеплить окна и балконную дверь. В противном случае это
вызовет в сильные морозы потери энергии более чем на 30 %.

Экономией воды, даже холодной, достигают экономии элект-
роэнергии, поскольку воду подают мощными электронасосами.

Радиотелевизионная аппаратура на селе — значительный потре-
битель электроэнергии. Для уменьшения времени работы радио-
телевизионной аппаратуры целесообразно более полное использо-
вание радиотрансляционной сети или радиоприемника, работаю-
щего в FM-диапазоне. В первом случае мощность, потребляемая
трехпрограммным громкоговорителем от сети переменного тока,
составляет 4...5 Вт. Если указанной сети нет, следует пользоваться
малогабаритным батарейным приемником или телевизором.

Важный фактор экономии электроэнергии — использование
различных средств автоматики.

К наиболее распространенным устройствам относят различно-
го типа реле времени, например в стиральной машине, скоровар-
ке, настольной лампе и т. д. Заводы выпускают реле времени с уд-
линителями, которые можно приобрести отдельно и включить с
любым электробытовым аппаратом.

Эффективно применение светорегуляторов в системе освеще-
ния на базе симисторов. Кроме того, применение подобных регу-
ляторов напряжения дает хорошие результаты и в бытовой техни-
ке, поскольку появляется возможность изменять частоту враще-
ния вентилятора, регулировать обороты двигателя стиральной или
швейной машины, электродрели и за счет этого сокращать расход
электроэнергии.

Использование мобильных телефонов и системы Интернет для
регулирования электротехнологических процессов и оборудова-
ния также должно быть рациональным с точки зрения экономии
электрической энергии или других энергоресурсов.

Контрольные вопросы и задания

1. Каковы основные задачи расчета и проектирования электротехнологичес-
ких установок? 2. Каковы исходные требования к новым машинам и устройствам
в сельском хозяйстве? 3. Какие материалы представляют на государственные при-
емочные испытания новой машины или устройства? 4. Как определяют годовой
экономический эффект по процессу и сроку окупаемости капитальных вложе-
ний? 5. Приведите формулы для определения ежегодных приведенных затрат на
электротехнологическое оборудование. 6. Напишите выражение для определения
годового экономического эффекта при сравнении использования различных ва-
риантов технологического оборудования. 7. Чем вызвана необходимость примене-
ния ЭВМ при расчетах и проектировании нового электротехнологического обору-
дования?
ЛИТЕРАТУРА

•	I

1.	Баранов Л. А. Новые электронагревательные устройства для сельскохозяй-
ственного производства и быта села: Учебное пособие. — Челябинск: ЧГАУ,
1997.-68 с.

2.	Гуторов И. , Основы светотехники и источники света. — М.: Энерго-
аТ"миз ь 1983. — 384 с.

3.	Жи пис Е. Н., Косицын О. А. Электротехнология и электрическое осве-
щег — М.: Агропромиздат, 1990. — 303 с.

4.	Жилинскнй Ю.М., Кумин В. Д. Электрическое освещение и облучение.—
М.: Колос, 1982. -272 с.

5.	Кнорринг Г. М., Фадин И. Ф., Сидоров В. Н. Справочная книга для проекти-
рования электрического освещения. — СП5.: Энергоатомиздат, 1992. — 448 с.

6.	Козинский В. А. Электрическое освещение и облучение. — М.: Агропромиз-
дат, 1991. —239 с.

7.	Коцдр ь М. М., Кельдюшева И. Я. Микроклимат на животноводческих
фермах и комп.ексах/ Под ред. Л. А. Баранова. — Алма-Ата: Кайнар, 1983.—
176с.

8.	Лямцов А. К., Тищенко Г. А. Электроосветительные и облучательные уста-
новки.—М.: Колос, 1983.— 224 с.

9.	Pi ест тин В. Н. Основы электрификации тепловых процессов в сельскохо-
зяйственном производстве. — М.: Агропромиздат, 1988. — 256 с.

10.	Cnpai < книга по светотехнике/Под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.: Энер-
гоатомиздат, 1995.— 593 с.

11.	Шичков Л. П., Коломиец А. П. Электрооборудование и средства автомати-
зации сельскохозяйственной техники. — М : Колос, 1995. — 368 с.

12.	Электро > ческ ! устам вки сельско эзяи гвеннс i производства/
Л.В. Куликова, А.И. Багаев и др. Учебное пособие. Ч. 3. — Барнаул: Изд-во
АлтГТУ, 1999.-88 с.

13.	Электротехнолопш/А. М. Басов, В. Г. Быков, А. В. Лаптев. В. Б. Файн.—
"Л.: Агропромиздат, 1985. — 256 с.

14.	Э «трот лог» '. А. Карасенко, Е. М. Заяц, А. Н. Баран, В. С. Кор-
ко. — М.: Колос, 1992.— 304 с.

15.	Яровнков И. П. Графе гч< кий метод расчет йндукцион..ь.: н_гр.
вателей. — Научные труды ЧИМЭСХ. — Вып. 75. — Челябинск: ЧИМЭСХ,
1974,-С. 245- 4?
СОДЕРЖАНИЕ

От авторов............................................................3

Часть 1. Светотехника в сельском хозяйстве..........................  5

1.1.	Основные понятия и определения................................6

1.2,	Фотобиологическое действие оптического излучения.............15

1,2.1.	Общие закономерности воздействия излучения на живые »
организмы......................................................16

1.2.2	Воздействие излучения на человека.....................  19

1.2.3.	Воздействие излучения на животных и	птиц ...............21

1.2.4.	Бактерицидное действие УФ-излучения ................... 24

1.2.5.	Воздействие оптического излучения на растения...........25

1.3.	Приборы для измерения излучений..............................28

1.4.	Электрические источники оптического излучения................31

1.4.1.	Тепловое излучение......................................31

1.4.2.	Устройство, обозначение и основные характеристики
ламп накаливания...............................................35

1	4.3. Разрядные источники излучения..........................43

1.4.4.	Газоразрядные лампы низкого давления.............. ...	...50

1.4.5.	Люминесцентные лампы специального назначения............59

1.4.6.	Газоразрядные лампы высокого давления...................61

1.5.	Осветителы" ie приборы...................................... 68

1.6.	Облучат уц ные установки ....................................75

1	6.1. Облучательные установки для животных и птиц............77

1.6.2.	Облучатели растений в теплицах..........................85

1.6.3.	Методика расчета облучательных установок................8о

1.7.	Эксплуатация светотехнического оборудования................. . 105

1.8.	Расчет осветительных установок..............................111

1.8.1.	Светотехнический расчет................................111

1.8.2.	Электротехнический расчет..............................120

1,9.	Примеры расчета облучательных и осветительной установок.....124

Часть 2. Электротехнология..........................................129

2.1.	Электротехнология в сел1 скохозяйственном производстве......129

2.1J.	Электротехнология как наука и область техники......... 129

2.1.2.	Характеристика разделов курса, современное состояние,
тенденции развития............................................130

2.1.3.	Энергетический баин j сельского хозяйства. Технологи-
ческие процессы основных и вспомогательных производств........131

2.2.	Энергетические основы электротехнологии.....................*34
2.2	1. Характеристика электромагнитного поля как носителя энергии.

Его частные формы..............................................134

2.2.2.	Поглощение и превращение энергии электромагнитного поля
в различных средах.............................................135

2.2.3.	Энергетические балансы систем при преобразованиях энергии ... 139

2.3.	Основы теории и расчетов электротермических установок........141

2.3.1.	Преобразование электрической энергии в тепловую.........141

2.3.2.	Оценка динамики электронагрева..........................143

2.3.3.	Способы элекгронагрева и классификация электронагрева-
тельных установок............................................. 146

2.3.4.	Виды расчета электронагревательных установок............150

2.3.5.	Определение мощности ЭНУ................................151

2.3.6.	Расчет тепловой изоляции................................153

2.3.7.	Вторичные источники питания для установок электротехно-
логии. Выбор. Правила безопасности.............................155

2.4.	Элеетпотермическое оборудование для сельского хозяйства......166

2.4.1.	Электродные водонагреватели и котлы.....................166

2.4.2.	Элемента! те водонагреватели............................184

2.4.3.	Эле» гр! [ческие парогенераторы и пароводонагреватели...205

2.4.4.	Электронагревательные установки с аккумулированием
теплоты. Электрокотельныс ..	 210

2.4.5.	Электрокалорифернг'е установки..........................221

2.4.6.	Приточно-вытяжные установки ПВУ.........................231

2.4.7.	Мобильный элек., эт ;рмический обеззараживатель почвы ..233

2.4.8.	Элекгроподогреватели воздуха для установок активного венти-
лирования сена и сыпучих материалов............................234

2.4.9.	Средства локального обогрева в сельскохозяйственных поме-
щениях ........................................................237

2.4.10.	Бытовые электронагревательные приборы..................249

2.4.11.	Электротермическое оборудован™ предприятий обществен-
ного петания...................................................267

2.5.	Энергосберегающее . те.стротепл"утилизационное и другое электро-
технологическое оборудование......................................276

2.5.1.	Оборудование для обеспечения микроклимата в животновод-
ческих помещениях..............................................276

2.5	2. Энергосберегающее электротеплоутилизационное обору-
дование ЭКО, УТФ-12 и «Агровент ...............................278

2.5.3.	Кондиционеры............................................283

2.5.4.	Тепловые насосы.........................................284

2.5.5.	Установки элекгроконтактного нагрева....................287

2.5.6.	Установки электродугового нагрева.......................288

2.5	7. Установки индукционного нагрева........................290

2.5.8.	Установки диэлектрического нагрева......................293

2.6.	Специальные виды электротехнологии...........................296

2.6.1.	Обработка электрическим током........................-..296

2.6.2.	Элекгроимпульсная технология и ее особенности...........301

2.6.3.	Применение сильных электрических полей. Электронно-
ионная технология..............................................304

2.6.4.	Ультразвуковая технология...............................311

2.6.5.	Применение магнитных полей..............................317
2.7.	Проектирование электротехнологического оборудования и разра-
ботка электротехнологических процессов............................320

2.7.1.	Основные задачи расчета и проектирования электротехноло-
гических установок.............................................320

2.7.2.	Технико-экономическая оптимизация технологических
решений........................................................325

2.7.3.	Применение вычислительной техники для расчета и оптими-
зации проектирования электротехнологических процессов и обору-
дования .......................................................329

2.7.4.	Рекомендации по экономии	электроэнергии.................335

Литература...........................................................340
Учебное издание

Баранов Леонид Афанасьевич,
Захаров Владимир Алексеевич

СВЕТОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ

Учебное пособие для вузов

Художественный редактор В. Л. Чуракова

Компьютерная верстка Т. Я. Белобородовой

Компьютерная графика С. В. Иванов

Корректор Т. Д. Мирлис

Сдано в набор 08.12.05. Подписано в печать 25.07.06. Формат 60x88'/i6.

Бумага офсетная Гарнитура Ньютон. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 21,07. Изд. № 085. Тираж 2000 экз. Заказ № 6572.

ООО «Издательство «КолосС», 101000, Москва, ул. Мясницкая, д. 17.

Почтовый адрес: 129090, Москва, Астраханский пер., д. 8.

Тел. (495) 680-99-86, тел./факс (495) 680-14-63, e-mail: koloss@koloss.ru,
наш сайт: www.koloss.ru

Отпечатано с готовых диапозитивов в ОАО ордена «Знак Почета»
«Смоленская областная типография им. В. И. Смирнова».

214000, г. Смоленск, проспект им. Ю. Гагарина, 2