IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИЯХ И ВДЫХАНИИ ЖИВОТНЫМИ
Проторгуев Р.А., Поляков В.Б., Петрова Е.Д., Селезнева Д.О.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


В рамках мероприятий по внедрению новых энергосберегающих технологий рассмотрена возможность применения более совершенного энергоэффективного оборудования в виде устройства повышения температуры теплоносителей, применяемого для систем теплоснабжения. Рассмотрены основные принципы использования хвостов животными в холодное время. Выбранное направление подтверждается патентом на изобретение [1], где впервые рассматриваются исследуемые процессы тепломассопереноса газообразных теплоносителей. Воздух, выбранный в качестве теплоносителя, нагнетается вентилятором или компрессором, и под действием создавшегося изменяемого давления подается на вход технологической системы, где проходит через температуроповышающие элементы, находящиеся в корпусе и нагревается. Происходящие процессы и явления относятся к вопросам тепломассообмена, теплоэнергетики и могут быть использованы для повышения температуры теплоносителей в жилых или производственных помещениях с использованием температуроповышающих элементов.

Воздушно-тепловые завесы, тепловые пушки и тепловые нагнетатели воздуха предназначены для увеличения температуры воздуха в помещениях и защиты дверных проемов, производственно-складских помещений от проникновения холодного воздуха. Завесы предназначены для внутренней установки над или сбоку от дверного проема. Они представляют собой сборную конструкцию, состоящую из вентилятора, фильтра, воздухозаборной решетки, воздухонагревателя и секций воздухораздающего короба с рассекателем по всей длине короба. Бытовые тепловые нагнетатели воздуха представляют собой также сборную конструкцию, состоящую из вентилятора и электрического нагревателя в виде спирали или ТЭНа (теплоэлектронагревателя) [2].

Тепловые завесы делят на три типа со своими достоинствами и недостатками.

1. С электрическим нагревом. Нагревательный элемент данного типа представлен либо в виде ТЭНа, либо в виде спирали. Монтаж производится быстро, причём это может быть потолок, стена и даже установка на подвесной потолок. Недостатком является то, что на разогрев нужно определенное время, и они используют очень много электрической энергии.

2. С водяным нагревом. Нагрев производится путём использования горячей воды из подключенной системы отопления в данном помещении, которые экономят электричество. Недостатком является то, что монтаж достаточно сложный, и они дорогие по сравнению с электрическими.

3. Без нагревательного элемента. Воздушный поток поступает с большой интенсивностью, при этом, не нагревая воздух. Недостатком является то, что эти завесы только создают барьер для движения воздуха из снаружи помещения во внутрь.

Испытательная техника, горячие и вредные производства, воздушные завесы на фиксированных рабочих местах в металлургии и гальванических цехах, кожевенных производствах и мебельной промышленности, покрасочных камерах, глубокие шахты, средства индивидуальной и коллективной теплозащиты, средства защиты для рабочих при ремонте печей и энергообъектов.

1. Судоремонтное производство. При проведении ремонтных операций необходим простой и дешевый источник холода для предварительного охлаждения массивных гильз диаметром от десятков сантиметров до метра.

2. Мебельная промышленность. На мебельных производствах предельная разрешенная скорость нанесения клеевой полосы на длинномерные заготовки (перед их раскроем и склеиванием) тем выше, чем интенсивнее охлаждается получаемая клеевая полоса.

3. Медицина. Охлаждение конечности перед введением лекарственных веществ при остеомиелите.

4. Электропоезда и метро. В кабине машиниста в поезде метро стоит безинерционный воздушный кондиционер, питаемый неочищенным сжатым воздухом.

5. Металлургия. Воздухоохладитель для кабины крановщика на завалочном кране работает в металлургическом цехе при повышенных температурах и высокой запыленности и загазованности окружающего воздуха. По шлангу, свернутому в бухту, которая разворачивается при движении крана, сжатый воздух из пневмосистемы цеха подается вверх – к вихревой трубе в кабине крановщика.

6. Ремонтные работы на теплонапряженных энергетических объектах. Используют воздухоохладители для теплозащитных костюмов.

7. Сельскохозяйственное производство. Применяют кратковременное охлаждение продукции в ящиках около 10-12ОС.

8. Сельскохозяйственное производство. Сушка зерна осуществляется поочередно воздействием горячего и холодного потока на частицы дисперсного материала. В этом суть технологического приема, применяемого в энергетике, химической промышленности и сельскохозяйственном производстве при сушке сырья, зерна и др. При многократно повторяющемся кратковременном нагреве и охлаждении частицы материала отдают влагу циклически, не подвергаясь перегреву, отрицательно влияющему на качество получаемого продукта.

Стабилизация температуры особенно важна в холодное время. Для этого разработаны специальные системы законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

При этом стоит основная задача - свести к минимальной вероятности поражения или заболевания работающего с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда.

Правильная организация труда значительно повышает человека производительность и резко снижает возможность производственных травм, увечий. Это, в свою очередь, оказывает и непосредственное положительное влияние на экономическую сторону труда: происходит снижение на оплату больничных листов и лечения сотрудников, уменьшается количество и размер компенсаций за работу во вредных условиях и пр.

В связи с этим весьма актуальными являются анализ опасных и вредных факторов на рабочем месте, а также разработка мероприятий, направленных на обеспечение безопасных и комфортных условий труда. Полученные результаты курсовой работы могут быть использованы для практического улучшения условий труда на рассматриваемом рабочем месте.

Температура в помещениях является одним из ведущих факторов, определяющих метеорологические условия производственной среды. Высокие температуры оказывают отрицательное воздействие на здоровье человека. Работа в условиях высокой температуры сопровождается интенсивным потоотделением, что приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водорастворимых витаминов, вызывает серьезные и стойкие изменения в деятельности сердечнососудистой системы, увеличивает частоту дыхания, а также оказывает влияние на функционирование других органов и систем – ослабляется внимание, ухудшается координация движений, замедляются реакции и т.д.

Длительное воздействие высокой температуры, особенно в сочетании с повышенной влажностью, может привести к значительному накоплению тепла в организме (гипертермии). При гипертермии наблюдается головная боль, тошнота, рвота, временами судороги, падение артериального давления, потеря сознания.

При воздействии на организм человека отрицательных температур наблюдается сужение сосудов пальцев рук и ног, кожи лица, изменяется обмен веществ. Низкие температуры воздействуют также и на внутренние органы, и длительное воздействие этих температур приводит к их устойчивым заболеваниям.

Влажность воздуха оказывает значительное влияние на терморегуляцию организма человека. Переносимость человеком температуры, как и его теплоощущение, в значительной мере зависит от влажности воздуха. Относительная влажность воздуха – это отношение содержания водяных паров в 1 м3 воздуха в их максимально возможному содержанию в этом же объеме. Высокая относительная влажность при высокой температуре воздуха способствует перегреванию организма, так как с поверхности кожи в единицу времени меньше испаряется пота и поэтому перегрев тела наступает быстрее. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при температуре окружающей среды более 30°C, так как при этом пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемое проливное течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходимую теплоотдачу. Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей, микроэлементов и водорастворимых витаминов (С, В1, В2). При неблагоприятных условиях потеря жидкости может достигать 8-10 л за смену и с ней до 40 г NaCl (всего в организме около 140 г). Потери более 30 г NaCl крайне опасны для организма человека, так как приводят к нарушению желудочной секреции, мышечным спазмам, судорогам. Компенсация потерь воды в организме человека при высоких температурах происходит за счет распада углеводов, жиров и белков.

При низкой температуре высокая относительная влажность увеличивает теплопотери организма в результате интенсивного поглощения водяными парами энергии излучения человека. Это ведет к переохлаждению организма – гипотермии. Низкая влажность вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей рабочего.

Оптимальные микроклиматические условия – это такое сочетание параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивает ощущение теплового комфорта и создает предпосылки для высокой работоспособности.

Допустимые микроклиматические условия – это такие сочетания параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызывать напряжение реакций терморегуляции и которые не выходят за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает нарушений в состоянии здоровья, не наблюдаются дискомфортные теплоощущения, ухудшающие самочувствие, и понижение работоспособности.

В быту и на производстве используют устройства для повышения температуры в жилых или производственных помещениях с помощью теплонагревателей воздуха с прямым или непрямым нагревом, с помощью мобильных и подвесных нагревателей воздуха, корпусных или газовых и т.д. К таким приборам также относят тепловые завесы или теплогенераторы (агрегаты для воздушного отопления, которые часто называют генераторы горячего воздуха или печи воздушного отопления). Основным недостатком этих устройств является необходимость использования нагревательных элементов, таких как спирали или инфракрасные излучатели, которые повышают расход электроэнергии. Данный недостаток определяется сложностью монтажа проводки в помещениях, так как не всегда можно точно рассчитать на какой расход электроэнергии предполагается в дальнейшем рассчитывать.

Одним из малоизученных переходных процессов в физике является процесс нагрева газообразного или, тем более, жидкого вещества при прохождении через любой материал. Интерес к этой проблеме связан с экспериментальными исследованиями данных процессов и явлений, на не стандартном толковании термодиффузии.

В быту и на производстве используют устройства для повышения температуры в жилых или производственных помещениях с помощью теплонагревателей воздуха с прямым или непрямым нагревом, с помощью мобильных и подвесных нагревателей воздуха, корпусных или газовых и др. К таким приборам также относят тепловые завесы или теплогенераторы (агрегаты для воздушного отопления, которые часто называют генераторами горячего воздуха или печи воздушного отопления).

Основным недостатком этих устройств является необходимость использования нагревательных элементов, таких как спирали или инфракрасные излучатели, которые повышают расход электроэнергии. Данный недостаток определяется сложностью монтажа проводки в помещениях, так как не всегда можно точно рассчитать, на какой расход электроэнергии предполагается в дальнейшем рассчитывать.

Кроме того, применяют устройства повышения температуры окружающего воздуха с применением агрегатов с вентиляторами, теплообменником, регулятором и дополнительным нагревателем воздуха. Данный вид устройств также имеет недостатки. В главный агрегат, имеющий тепло- и звукоизоляцию, встроены два вентилятора (втяжной и вытяжной), воздушные фильтры, теплообменник, регуляторы и дополнительный нагреватель воздуха. Существуют большие затраты по потреблению электроэнергии за счет нагревания воздуха и его нагнетания. Схема устройства достаточно сложна, в нее включено большое количество деталей и сборочных единиц, что снижает надежность устройства [1, 2].

Практическая часть. При создании установки задачей, которая ставилась авторами, является снижение разработка воздушно-теплового нагнетателя воздуха для снижения энергозатрат путем применения энергоэффективной энергосберегающей технологии посредством повышения температуры теплоносителей при применении температуроповышающих элементов, а также уменьшения количества электроагрегатов до одного или до нуля. Для решения поставленной задачи повышения температуры теплоносителей предлагается взять за основу лабораторное устройство повышения температуры теплоносителей за счет применения в конструкциях прибора температуроповышающего элемента. Это подтверждено соответствующим патентом [1].

Поставленная цель и технический результат в снижении энергозатрат достигается за счет:

- применения температуроповышающего элемента совместно с вентилятором без применения нагревательных приборов;

- снижения мощности электронагревателя и применения в конструкции нагревательного устройства температуроповышающего элемента с вентилятором.

Ниже, на рисунке, для пояснения работы устройства для повышения температуры теплоносителей представлена функциональная схема устройства.

Рис. - Устройство для повышения температуры теплоносителей: 1 – нагнетатель; 2 – воздуховод (трубопровод); 3 – корпус; 4 – патрубки для измерения температуры; 5 – температуроповышающий элемент; 6 – термометр

Теплоноситель через входной патрубок поступает в нагнетатель (вентилятор) 1. Под действием создавшегося давления теплоноситель подается на выход 2, где проходит через один или несколько температуроповышающих элементов 5, находящихся в корпусе 4, и, нагреваясь, подается на выход 2, затем в помещение. Результаты нагревания воздуха анализируются с помощью цифровых термометров 6. Относительные показания температуры термометров 6 различны. Так, температура термометра, находящегося на выходе корпуса выше температуры термометра, находящегося на входе в корпус.

Далее представлен материал из интернета https://shkolazhizni.ru/animal/articles/23269/ http://sivatherium.narod.ru/library/Sabunaev/gl_03.htm

https://www.myplanet-ua.com/zachem-zhivotnyim-hvost/

с вопросом “Для чего животным нужен хвост?”

1. ХВОСТ-ОПОРА

Кенгуру сидит на задних ногах и хвосте, упираясь им в землю.

Трубкозуб также использует свой хвост как подпорку. Найдя термитник, он, став на задние лапы и опершись на хвост, проламывает когтями передних лап стенки термитника. Полуобезьяна – маки домовой – размером с белку. Хвост длинный, с кисточкой на конце. Задние ноги очень тонкие и сухие. Им на помощь приходит хвост, он служит опорой и помогает стоять на задних лапах, когда зверек ловит передними насекомых или срывает плоды. Жесткий и упругий хвост есть у дятла. На хвост дятел опирается, когда долбит дерево, добывая из него личинок, и когда лазает по стволам.

2. ХВОСТ-РУКА

Настоящей пятой рукой служит хвост обезьянам. Из них нужно отметить обезьян-ревунов. Длинный хвост ревуна сверху покрыт волосами, а снизу голый, так он плотнее охватывает сук. Хвост исключительно сильный: зацепившись концом за сук, как крючком, а даже не обернув его вокруг, ревун долгое время может висеть на хвосте головой вниз. Еще более цепкий хвост у обезьяны коаты. Уцепившись за ветку хвостом и задней лапой, она может долго висеть головой вниз, поедая какой-нибудь плод. Хвост заменяет ей руку: им она срывает с деревьев плоды, ловит насекомых. Родственник енота – кинкажу пользуется хвостом почти так же, как и коата, поэтому его называют цепкохвостым енотом. Очень ловко орудует хвостом североамериканский опоссум. Он, вися на хвосте, достает корм и в таком положении поедает его. Северный опоссум носит детенышей на спине, которые цепляются своими хвостиками к загнутому хвосту матери. Древесные змеи ловко перебираются с сучка на сучок. Руки и ноги им заменяет хвост. Трудно представить, что рыбы тоже могут держаться хвостом. Причудливые рыбки – морские коньки – плавают совсем неважно. Им редко удается поймать подвижных рачков, которыми они питаются. Поэтому они не тратят зря сил. Зацепившись хвостом за водные растения, поджидают, пока добыча приблизится сама.

3. ХВОСТ-«ДВИЖИТЕЛЬ»

Хвост играет не последнюю роль при движении в воде. Самые мощные хвосты у китов. У кашалота он достигает в ширину пять метров, а у гренландского – восемь. Хвост у китов расположен горизонтально, что позволяет им быстро перемещаться в толще воды. Настоящий мотор – хвост у рака. Ползает он медленно, но плавает очень быстро, подгребая под себя воду хвостом.

4 ХВОСТ – РУЛЬ И БАЛАНСИР

Хвост нужен птицам при посадке: садясь, они опускают распущенный хвост вниз и поэтому не «клюют» носом в землю. У сидящей на ветке птицы хвост служит балансиром. Хвост важен хищным птицам, когда они несут в когтях тяжёлую добычу. Но самое главное назначение птичьего хвоста – гасить вредные для полета завихрения струй воздуха. Лев, подкравшись к добыче, прыгает. Но пока лев летит по воздуху, добыча может переместиться, и хищник промахнется. Вот здесь и помогает хвост: изогнув его в ту или другу сторону, лев изменяет направление полета и настигает жертву. Лисе в погоне за зайцем приходится все время менять направление движения, и если бы не хвост-руль, ей ни за что не поймать даже совсем неопытного зайца. Тушканчики обзавелись тонким хвостом с кисточкой на конце. Хвост помогает тушканчикам сохранить в прыжке центр тяжести. Не будь у тушканчика такого хвоста, он, прыгая, все время бы кувыркался через голову. Им же тушканчик рулит в прыжке. Идеальный руль – широкий и плоский хвост бобра. Изогнув его, он может нырнуть вертикально вниз или быстро подняться со дна на поверхность. Сохранять равновесие хвост помогает многим животным, лазающим по деревьям. Белка, полчок, длиннохвостые полуобезьяны, пробираясь по ветвям, пользуются хвостом, как балансиром.

5. ХВОСТ-ПАРАШЮТ

Белка, полосатый бурундук в случае опасности, распластав лапки и хвост, бросаются вниз с верхушек высоких деревьев, используя свой хвост, как парашют.

6. ХВОСТ-ЗАЩИТНИК

Слепни, оводы, мухи доставляют много неприятностей крупным животным – лошадям, коровам, которые своими хвостами отгоняют этих насекомых. Ящерица теряет свой хвост, будучи схвачена за него. Пройдет несколько недель – и хвост у нее снова отрастет. Карликовому жирнохвостому тушканчику избежать опасности также помогает хвост. Когда хищник хватает тушканчика за хвост, то кожа с него слезает, как перчатка, и остается в зубах у врага. Тушканчик же успевает спастись бегством или забраться в норку. Жертвовать часть своего хвоста могут сони. У них есть несколько мест на хвосте, по которым происходит обрыв кожи. Через время вырастает новый хвост. Грозным оружием для защиты обладают скаты-хвостоколы. Если наступить на лежащего на дне ската, он начинает хлестать хвостом и может нанести серьёзную рану. У пострадавшего, если вовремя не будет оказана помощь, наступает длительный паралич конечностей и даже смерть.

7. ХВОСТ-ОРУЖИЕ НАПАДЕНИЯ

У крокодилов мощный хвост служит для нападения на жертву. Наибольшей известность пользуется нильский крокодил. Он иногда нападает на антилоп, домашних животных и даже на людей. Грозным оружием является хвост у гигантского варана с острова Комодо. Подобравшись к оленю или дикой свинье, варан ломает им кости ударом хвоста, а потом уже схватывает зубами.

8. ХВОСТ-ОДЕЯЛО

Во время сна куница, песец, соболь, лиса и другие животные сворачиваются калачиком, прикрываясь хвостом.

9. ХВОСТ-КЛАДОВАЯ

У многих животных в хвосте накапливаются запасы жира: у толстохвостой сумчатой сони, у курдючных овец, перед зимовкой у сома и др.

10. ХВОСТ-УКРАШЕНИЕ

Роскошные пушистые хвосты у енота, белки, куницы, песца, лисы, горностая. Рыбы – вуалехвосты, гуппи – тоже могут похвастаться своими красивыми хвостами. Но, пожалуй, самые красивые хвосты у птиц: у павлина с удивительными «глазками» на перьях; у самца птицы-лиры, у Фазана, квезала, райской мухоловки и даже у нашего домашнего петуха.

Заключение

Рассматривая процессы повышения температуры в помещениях с использованием различных приборов и представленного нового патентом, можно найти общее с хвостами животных. Несмотря на выше представленные “назначения” хвостов у животных в науке опущен важный факт. Наиболее важной функцией хвоста у животных является нагревание вдыхаемой температуры воздуха. Например, в спящем состоянии кошка или собака прикрывают хвостами свой нос и вдыхают наружный воздух. Это особенно характерно для пониженной окружающей температуры воздуха. Таким образом, одной из главных функций хвоста у животных является нагревание вдыхаемого воздуха.

Литература

  1. Дараселия Н.В., Хисамов Р.И., Швецов И.В., Швецова С.А. Патент №113339 Российской Федерации. МПК7 F24D 13/00. Устройство для повышения температуры теплоносителей.; заявитель и патентообладатель Новгород. гос. ун-тет им. Ярослава Мудрого. № 2010127382/03; заявл. 02.07.2010; опубл. 10.02.2012, Бюл. № 2. 3 с.

  2. Физико-химико-механические процессы в производстве: монография / И. В. Швецов; НовГУ им. Ярослава Мудрого. Великий Новгород, 2017. – 100 с.