А. В. АНДРЕЙЧЕНКО, М. М. ЦЕСЕЛЬСКИЙ, инженеры (КТБ Стройиндустрия), Тепловая обработка изделий в камерах пузырькового типа с использованием солнечной энергии
Использование возобновляемых видов энергии является эффективным направлением экономии топлива при производстве изделий из железобетона. Накоплен положительный применения солнечной энергии при выпуске сборного железобетона на полигонах с помощью светопрозрачных покрытий типа СВИТАП [1]. Известен и опыт использования солнечной энергии с активными преобразователям при производстве изделий в термоформах, термокассетах, камерах. Однако широкое использование в заводских условиях возобновляемых источников энергии сдерживало отсутствие принципиально новых технических решений и необходимого оборудования.
КТБ Стройиндустрия Минюгстроя СССР совместно с ВНИИжелезобетоном разработало камеры пузырькового типа для тепловлажностной обработки железобетонных изделий с использованием низкопотенциального теплоносителя — аэрированной горячей воды.
Результаты экспериментальных работ 1984—1986 гг. показывают, что кинетика процесса мало отличается от ее характеристик при традиционном паропрогреве изделий.
Разогрев бетона изделий до 85...90°С со скоростью 15...30°С/ч и общая его продолжительность 3...4 ч практически реальны при использовании генерируемого в камере низкотемпературного теплоносителя. Объясняется это тем, что коэффициент теплоотдачи низкотемпературной паровоздушной смеси относительной влажностью свыше 90% благодаря принудительной конвекции достигает 80 Вт/(м2-°С). Паровоздушная смесь, содержащая стандартный пар с теплосодержанием 2676 кДж/кг, в условиях естественной конвекции имеет коэффициент теплоотдачи, равный 50...70 Вт/(м2-°С).
Следует отметить, что принудительную конвекцию теплоносителя с одновременным его барботированием сквозь горячую воду можно организовать с помощью водовоздушных эжекторов, использующих энергию струи, создаваемую насосом, а также с помощью турбовоздуходувки или вентилятора высокого давления.
Принудительная конвекция насыщенного влагой теплоносителя позволяет разогревать бетон изделий со скоростью, близкой к скорости роста температуры среды в камере, поскольку интенсивность внешнего теплообмена у поверхности прогреваемых изделий адекватна скорости внутреннего теплопереноса, определяемой теплофизическими свойствами бетона. Отмеченные условия теплообмена особенно благоприятны для железобетонных преднапряженных изделий, при разогреве которых очень важно обеспечить минимальный температурный перепад между стальной формой, температура которой изменяется параллельно с изменением температуры среды, и бетоном. Среда в камере и бетон разогреваются практически с одинаковой скоростью, что исключает образование конденсата на поверхности изделий и испарение влаги из бетона.
Применение пузырьковых камер позволяет одновременно коренным образом изменить организацию производства сборного железобетона — Использовать локальные нагреватели-догреватели (электрические, газовые и т. д.), тем самым отказаться от котельной, теплотрасс и канализации; при необходимости цспользовать котельную(, включенную по замкнутой схеме, без сброса конденсата в канализацию; использовать эффективно энергию возобновляемых источников тепла — солнечную и геотермальную, сочетая ее с традиционными видами энергии; организовать действенную систему учета и контроля расхода тепловой энергии.
Таким образом, пузырьковые камеры по сравнению с пропарочными снижают удельный расход тепловой энергии не менее чем на 20%, что составит 293... ..334,9 МДж/м3. А с учетом эксергетического КПД, используя энергию возобновляемых источников, удельный расход тепловой энергии по сравнению с нормативным паропрогрев,ом можно снизить на 20...70%.
На рис. 1 показана схема пузырьковой камеры, работающей следующим образом. Вода, забираемая насосом из лотков, установленных в полу камеры, через водяной подогреватель по замкнутому контуру — эжекторы — сепараторы вновь поступает в лотки. Воздух, заключенный в объеме камеры, инжектируемый в трубопровод, аэрирует воду, в результате чего капли и испарения попадают в атмосферу камеры. Пузырьковый эффект увеличивает поверхность испарения в 300...400 раз, что позволяет в короткий срок получить в камере среду с необходимыми температурно-влажностными параметрами [2].
Описанные физические процессы легли в основу разработки теплотехнических систем с использованием солнечной и геотермальной энергии. Применительно к тепловлажностной обработке железобетонных изделий выделены две группы таких систем: без стадии накопления тепла и с аккумулированием тепловой энергии. На рис. 2 представлена схема гелиокамеры пузырькового типа с дублирующим источником тепла. Ее достоинство в том, что одноконтурное исполнение позволило свести до минимума потери тепла. Для увеличения испарения используют турбовоздуходувку или вентилятор высокого давления.
Солнцеприемники, выполненные из полиэтиленовых труб диаметром 20 мм, устанавливаются на кровде пролета. На одну камеру монтируют 90 солнцеприемников, что соответствует 400 м2 солнцевоспринимающей поверхности. Среднесуточная мощность преобразования солнечной энергии в тепловую составляет от 600 до 2000 кВт-ч.
На рис. 3 представлена схема гелиокамеры пузырькового типа с аккумулятором тепла типа «Galisol» (ГДР). Она выполнена с учетом централизованного аккумулирования тепловой энерегии 418,6 МДж/м3 при коэффициенте полезного использования энергии 0,6...0,75 в зависимости от степени участия возобновляемого вида энергии в процессе тепловой обработки изделий.
Экономия топлива по сравнению с нормативным паропрогревом может составить от 20 до 70% в зависимости от вида дублирующего энергоносителя.
Бетон и железобетон, 1988 №05