3.4.2. Втрати теплоти в оточуюче середовище

Теплову втрату в землю крізь багатошарову стінку визначено за граничних умов першого роду.

Щільність теплового потоку q на поверхні:

q = (t_c1 – t_c2)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+… δ_n/λ_n) , Вт/м²,

де λ і δ коефіцієнт теплопровідності і товщина шарів відповідно.

t_c1 - температура внутрішній стінки дорівнює температурі процесу - 35 °С.

t_c2 - температура зовнішній стінки прийнята рівній температурі землі на певній глибині.

Для зимового періоду на глибині 2,5 м t_c2= 0°С, на глибині 0,1м t_с2= -1°С, на рівні засипки земляним валом t_с2=-2°С (тобто дорівнює середньозимовій зовнішній температурі повітря м. Одеси.

Для літнього періоду на глибині 2,5 м. t_c2=10°С, на глибині 0,1 м t_с2= 14°С, на рівні засипки земляним валом t_с2=17°С;

Для осінньо– весняного періоду на глибині 2,5 м t_c2= 3°С, на глибині 0,1 м t_с2= 4°С, на рівні засипки земляним валом t_с2= 5°С;

Сумарні втрати в оточуюче середовище влітку:

Q_о.с.^лето = Q_куп. + Q_осн. + Q_бок1. + Q_бок2,

де Q_осн. – втрати крізь підставу метантенка:

Q_осн. = А₂ • (t_c1 – t_c2)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄);

Q_осн. = 169 • ( 35-10 ) / (0,3/0,36+0,1/0,15+0,15/1,55+0,05/0,12)= 2098,4 Дж/с =181,3 МДж/добу.

Q_бок1. – втрати крізь площу А₁:

Q_бок1. = А₁ • (tc₁ – tc₂)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃);

Q_бок1. = 94,08 • ( 35-17 ) / (0,3/0,36+0,1/0,055+0,15/1,55)=616,2 Дж/с = 53,24

= МДж/добу.

Q_бок2. – втрати крізь площу А₃:

Q_бок2. = А₃ • (t_c1 – t_c2)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄);

Q_бок2. = 149 • ( 35-14 ) / (0,3/0,36+0,1/0,15+0,15/1,55+0,05/0,12)= =1554 Дж/с = 134,27 =МДж/добу.

Теплову втрату крізь купол в оточуюче середовище крізь багатошарову плівкову стінку розраховано за граничних умов третього роду (теплопередача).

Для розрахунку прийнято:

- коефіцієнт тепловіддачі від біогазу до внутрішньої гнучкої полімерної плівки α₁=15 Вт/м²К;

- коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої полімерної плівки до зовнішнього повітря α₂=7 Вт/м²К, ( вважають, що метантенки встановлені в захищеній від сильного вітру лісопосадками місцевості);

де Q_куп. – втрати теплоти крізь купол (t_c2=25°С, оскільки купол нагрівається під прямим сонячним промінням):

Q_куп. =(t_c1 – t_c2)•А₄/( 1/α₁ + δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄+1/α₂) =

= (35-25) • 330/( 1/15 + 0,001/0,85 + 0,04/ 0,025 + 0,1/ 2,51 +1/7) =

=1782,1 Дж/с = 153,97 МДж/добу.

Q_о.с.^лето =153,97+181,3+53,24+134,27=522,78МДж/добу.

Сумарні втрати в оточуюче середовище для періоду весна – осінь при температурі t_{ср.осень} = 10°С:

Q_о.с.^осень. = Q_куп. + Q_осн. + Q_бок1. + Q_бок2

де Q_осн. – втрати крізь підставу метантенка:

Q_осн. = А₂ • (t_c1 – t_c2)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄).

Q_осн. = 169 • ( 35-3 ) / (0,3/0,36+0,1/0,15+0,15/1,55+0,05/0,12)=

=2685,9 Дж/с = 232,06 МДж/добу.

Q_бок1. –втрати крізь площу А₁:

Q_бок1. = А₁ • (tc₁ – tc₂)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃);

Q_бок1. = 94,08 • ( 35-4 ) / (0,3/0,36+0,1/0,055+0,15/1,55)=88730 Дж/с = 88,73

МДж/добу.

Q_бок2. = А₃ • (t_c1 – t_c2)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄);

Q_бок2. = 149 • ( 35-4 ) / (0,3/0,36+0,1/0,15+0,15/1,55+0,05/0,12)==2294,1 Дж/с = 198,2 МДж/добу.

Q_куп. =(t_c1 – t_c2)•А₄/( 1/α₁ + δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄+1/α₂)=

=(35-10) • 330/( 1/15 + 0,001/0,85 + 0,04/ 0,025 + 0,1/ 2,51 +1/7)=

=4455,3 Дж/с = 384,94 МДж/добу.

Q_о.с.^осень = Q_куп. + Q_осн. + Q_бок1. + Q_бок2;

Q_о.с.^{осень,весна} =384,94+232,06+88,73+198,2=903,93 МДж/добу.

Сумарні втрати в оточуюче середовище при середньо - зимовій температурі t_cр.зимн = -2.5°С:

Q_о.с.^{ср.зимн.} = Q_куп. + Q_осн. + Q_бок1. + Q_бок2,

де Q_осн. –втрати крізь підставу метантенка:

Q_осн. = А₂ • (t_c1 – t_c2)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄);

Q_осн. = 169 • ( 35-0 ) / (0,3/0,36+0,1/0,15+0,15/1,55+0,05/0,12)=

=2891 Дж/с = 249,78 МДж/добу.

Q_бок1. –втрати крізь площу А₁:

Q_бок1. = А₁ • (t_c1 – t_c2)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃);

Q_бок1. = 94,08 • ( 35+2 ) / (0,3/0,36+0,1/0,055+0,15/1,55)=1266,6 Дж/с

= 109,4 МДж/добу.

Q_бок2. – втрати крізь площу А₃:

Q_бок2. = А₃ • (t_c1 – t_c2)/( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄);

Q_бок2. = 149 • ( 35+1 ) / (0,3/0,36+0,1/0,15+0,15/1,55+0,05/0,12)=

=2664,1 Дж/с = 230,2 МДж/добу.

Q_куп. = (t_c1 – t_c2)•А₄/( 1/α₁ + δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂+ δ₃/λ₃+ δ₄/λ₄+1/α₂) =(35+2,5) • 330/( 1/15 + 0,001/0,85 + 0,04/ 0,025 + 0,1/ 2,51 +1/7) = 6683 Дж/с = 577,4 МДж/добу.

Q_о.с.^{ср.зимн} = Q_куп. + Q_осн. + Q_бок1. + Q_бок2=577,4+249,78+109,4+230,2=1166,78 МДж/добу.

Загальні витрати теплоти на власні потреби для метантенка:

Q_т.м.^лето= Q_п.^лето + Q_о.с.^лето=3,77 + 0,523 =4,29 ГДж/добу.

Q_т.м^осень_.= Q_п^осень _.+ Q_о.с. ^осень =5,66 + 0,904 = 6,56 ГДж/добу.

Q_т.м^ср.зим_.= Q_п^ср.зим _.+ Q_о.с. ^ср.зим=7,54 + 1,167 = 8,71 ГДж/добу.