Опалення та вентиляція тваринницьких будівель

РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсового проекту

на тему: «Опалення та вентиляція тваринницьких будівель»

Введення

Теплопостачання є складовою частиною інженерного забезпечення сільського господарства. Підвищення продуктивності в тваринництві та рослинництві, зміцнення кормової бази, поліпшення безпеки сільськогосподарської продукції, поліпшення умов життя сільського населення нерозривно пов'язане з теплопостачанням. 8% від усіх працюючих у сільськогосподарській галузі зайняті в теплопостачанні.

Спеціалізація виробництва в тваринництві підвищує вимоги до мікроклімату. Утримання тварин у холодних і погано вентильованих приміщеннях призводить до зниження продуктивності на 15-40%, витрата кормів збільшується на 10-30%, захворювання молодняку ​​збільшуються у 2-3 рази. Продуктивність у тваринництві по 1 / 3 визначається умовами утримання.

Велику роль відіграє підтримка мікроклімату в сучасних корівниках. Він сприяє максимальної продуктивності, найкращою збереження і інтенсивного зростання молодняку.

Для підтримки мікроклімату на тваринницьких фермах і комплексах беруть ОВС, за допомогою яких подають підігріте повітря у верхню зону приміщення, передбачаючи додаткову подачу зовнішнього повітря в теплий період року через вентбашні. Видаляють повітря з приміщення або за допомогою вентбашень, або через вікна і витяжні шахти. У холодний і перехідний періоди повітря видаляють з приміщення через вентбашні при непрацюючих осьових вентиляторах. У теплий період необхідну кількість повітря подають вентбашнямі, при цьому видаляють повітря з приміщення через фрамуги вікон і з гнойових каналів.

1. Складання вихідних даних

З додатку Г / 1 / виписуємо розрахункові параметри зовнішнього повітря в таблицю 1.

Таблиця 1 Розрахункові параметри зовнішнього повітря

Примітка: t _{Н.О.-середня} температура найбільш холодної п'ятиденки;

t - середня температура найбільш теплою п'ятиденки.

Для перехідного періоду приймаємо температуру зовнішнього повітря й ентальпію / 1 /.

У таблицю 2 записуємо параметри внутрішнього повітря / 2 /.

Таблиця 2 Розрахункові параметри внутрішнього повітря

Примітка: - Розрахункова температура внутрішнього повітря, ;

- Відносна вологість,%;

- Гранично-допустима концентрація (ГДК) вуглекислого газу в зоні утримання тварин, (Таблиця 10.4 / 2 /).

У таблицю 3 записуємо виділення шкідливості тваринами / 2 /.

Таблиця 3 Виділення теплоти, вологи і вуглекислого газу свинями

У таблицю 4 виписуємо температурні коефіцієнти / 2 /.

Таблиця 4 Температурні коефіцієнти для свиней

Для розрахунку термічних опорів теплопередачі для стін, перекриттів і дверей необхідно знати теплотехнічні характеристики будівельних матеріалів і конструкцій. З таблиці 1.12 / 2 / виписуємо необхідні дані в таблицю 5.

Таблиця 5 Теплотехнічні характеристики будівельних матеріалів і конструкцій

2. Розрахунок тепловтрат через огороджувальні конструкції

Визначаємо термічний опір теплопередачі зовнішніх стін, перекриттів, дверей і воріт, :

,

де - Коефіцієнт тепловіддачі на внутрішній поверхні обмежую-

щей конструкції, ;

- Товщина шару матеріалу, м;

- Коефіцієнт теплопровідності матеріалу (приймаємо по таблиці 5), ;

- Термічний опір замкнутої повітряного прошарку (таблиця 3.5 / 2 /), ;

- Коефіцієнт тепловіддачі на зовнішній поверхні обмежує конструкції (приймаємо = 23 .

Для перекриттів і дверей приймаємо = 8,7 / 2 /. Значення для зовнішніх стін приймаємо в залежності від заповнення тваринами 1м ² статі.

Розраховуємо заповнення приміщення тваринами, :

,

де - Маса однієї тварини, ;

- Кількість тварин;

- Площа приміщення, ;

;

Так як заповнення тваринами приміщення , То приймаємо для стін і стель / 2 /.

Тоді термічний опір теплопередачі для:

- Зовнішніх стін

= ;

- Перекриття

= 1,99

- Дверей і воріт

= .

Розраховуємо термічний опір теплопередачі окремих зон статі:

,

де - Опір теплопередачі аналізованої зони неутеплену

статі, ;

- Товщина шару, що утеплює, ;

- Теплопровідність утеплювального шару, .

Опір теплопередачі приймаємо рівної (стор. 39 / 2 /):

• для I зони:

• для II зони:

• для III зони:

• для I V зони:

;

;

;

.

Визначаємо необхідний опір теплопередачі зовнішніх стін і перекриття, :

,

де - Розрахункова температура внутрішнього повітря в холодний період, ;

- Розрахункова температура зовнішнього повітря в холодний період року, ;

- Нормативний температурний перепад (приймаємо по таблиці 3.6 / 2 /), ;

- Коефіцієнт, що враховує положення зовнішньої поверхні по відношенню до зовнішнього повітря (приймаємо n = 1 / 2 /).

Значення нормативного температурного перепаду наступне:

- Для зовнішніх стін

= + = 18-13,5 = 4,5 ;

- Для перекриття

= 0,8 * ( + ) = 0,8 * (18-13,5) = 3,6 ;

де температуру точки роси приймаємо з програми / 1 / при і - .

Значення розрахункової температури зовнішнього повітря приймають залежно від теплової інерції зовнішнього огородження (стор. 33 / 2 /).

Теплова інерція обмежує конструкції:

,

де - Розрахунковий коефіцієнт теплозасвоєння матеріалу окремих шарів огороджувальної конструкції (таблиця 5), ;

- Для зовнішніх стін

;

- Для перекриття

.

Виходячи з отриманого виразу, в якості розрахункової температури зовнішнього повітря приймаємо:

- Для зовнішніх стін при 4 < <7 середню температуру найбільш холодних трьох діб рівну

;

- Для перекриття при <4 середню температуру найбільш холодної доби рівну

= =- 31 .

Отже, знаходимо необхідний опір теплопередачі зовнішніх стін і перекриття:

.

.

Аналогічно визначаємо необхідну термічний опір зовнішніх дверей:

- ;

- = + = 18-13,5 = 4,5 ;

- ;

Приймаються термічний опір теплопередачі заповнення світлових прорізів рівним:

для подвійного скління в дерев'яних палітурках

.

Необхідний опір теплопередачі вікон для виробничих і допоміжних промислових підприємств з вологим або мокрим режимом (таблиця 3.7 / 2 /) таке: ,

т. к. - = 18 - (-25) = 43 .

Порівнюємо розрахункові термічні опору огороджувальних конструкцій з необхідними термічними опорами.

Виходячи з того, що потрібне термічне опір повинен бути менше розрахункового термічного опору, перевіряємо дотримання санітарно-гігієнічних норм:

• для зовнішніх стін:

;

;

- Умова не виконується.

• для перекриття:

;

;

- Умова виконується.

• для зовнішніх дверей і воріт:

;

;

- Умова не виконується.

• для світлових отворів:

;

;

- Умова виконується.

У цілому робимо висновок про те, що розрахункові термічні опору огороджувальних конструкцій менше потрібних, крім перекриття і світлових прорізів (тобто задовольняють санітарно гігієнічним нормам). Значить, двері та зовнішні стіни потребують додаткового утеплення.

Виробляємо розбивку підлоги на окремі зони:

Визначаємо площі зон статі:

;

;

;

;

Розраховуємо тепловий потік тепловтрат через огороджувальні конструкції:

,

де - Площа огороджувальної конструкції, ;

- Термічний опір теплопередачі, ;

- Розрахункова температура внутрішнього повітря, ;

- Розрахункова температура зовнішнього повітря, ;

- Додаткові втрати теплоти в частках від основних тепловтрат;

- Коефіцієнт обліку положення зовнішньої поверхні по відношенню до зовнішнього повітря.

Н.с. - Зовнішні стіни;

Н.д. - Зовнішні двері;

Д.о. - Подвійне скління;

ПТ - Перекриття;

Пл1, Пл2, Пл3, Пл4. - Зони статі.

Площа вікна:

;

Площа всіх вікон:

;

Тепловий потік тепловтрат для вікон:

- Звернених на південно-схід

;

- Звернених на північний захід:

;

Тепловий потік тепловтрат для стін:

- Звернених на південно-схід:

;

- Звернених на північний захід:

;

Тепловий потік тепловтрат для різних зон статі:

;

;

;

;

Знаходимо площу стелі:

;

Тепловий потік тепловтрат для перекриття:

;

3. Розрахунок теплоповітряного режиму та повітрообміну.

3.1 Холодний період року

Визначаємо вологовиділення тваринами, :

,

де - Температурний коефіцієнт вологовиділення (таблиця 4);

- Вологовиділення одним тваринам (таблиця 3), ;

- Число тварин.

;

Додаткові вологовиділення з відкритих водяних поверхонь:

,

Сумарні вологовиділення в приміщенні:

.

Розрахуємо кількість , Що виділяється тваринами, :

,

де - Температурний коефіцієнт виділень і повних тепловиділень;

- Кількість , Що виділяється одним тваринам, .

;

Визначимо тепловий потік повних тепловиділень, :

,

де - Тепловий потік повних тепловиділень одним тваринам (таблиця 3), .

;

Тепловий потік теплонадлишків, :

,

де Ф _ТП - потік тепловтрат (S Ф _ТП таблиця _6).

Кутовий коефіцієнт (тепловологісної відношення), :

.

Зробимо розрахунок витрати вентиляційного повітря, , З умови видалення виділяються:

- Водяних парів:

,

де - Сумарні вологовиділення всередині приміщення, ;

- Щільність повітря, ;

і - Вологи внутрішнього і зовнішнього повітря, .

З діаграми вологого повітря за рис. 1.1 / 2 / визначимо і :

, (При 18 і );

, (При і ).

.

- Вуглекислого газу:

,

де - Витрата вуглекислого газу, що виділяється тваринами в приміщенні, ;

- ГДК вуглекислого газу в приміщенні (таблиця 2), ;

- Концентрація вуглекислого газу в зовнішньому (припливному) повітрі, , (Приймаємо 0,4 , Стор 240 / 2 /).

.

• витрата вентиляційного повітря виходячи з норми мінімального повітрообміну:

,

де - Норма мінімального повітрообміну на 1 ц живої маси, ;

- Жива маса тварини, кг;

n - кількість тварин.

.

В якості розрахункового значення витрати повітря в холодний період приймаємо найбільший, тобто .

3.2 Перехідний період року.

Визначаємо вологовиділення тваринами:

;

Додаткові вологовиділення в перехідній період становлять 10% від загального вологовиділення.

Визначимо сумарні вологовиділення:

.

Тепловий потік повних тепловиділень:

;

Тепловий потік тепловтрат

;

де і - Розрахункові температури внутрішнього і зовнішнього повітря в перехідний період, : , Приймаємо , ;

.

Тепловий потік теплонадлишків, :

,

де - Тепловий потік повних тепловиділень тваринами в перехідний

період, ;

.

Визначимо кутовий коефіцієнт, :

.

Вологовміст внутрішнього повітря:

.

Вологовміст зовнішнього повітря визначимо за - Діаграмі при параметрах і , .

.

Розрахуємо витрата вентиляційного повітря, , З умови видалення водяних парів:

.

В якості розрахункового повітрообміну приймаємо ,

т. к. .

3.3 Теплий період року

Визначаємо вологовиділення тваринами, :

,

де - Температурний коефіцієнт вологовиділення;

- Вологовиділення одним тваринам, ;

- Число тварин.

;

Випаровування вологи з відкритих водних і змочених поверхонь:

;

Сумарні вологовиділення:

.

Визначимо тепловий потік повних тепловиділень, :

,

де - Тепловий потік повних тепловиділень одним тваринам (таблиця 3), ;

k _^t''' = 0,86 - температурний коефіцієнт повних тепловиділень

(Таблиця 4).

;

Тепловий потік від сонячної радіації, .

,

де - Тепловий потік через покриття, ;

- Тепловий потік через скління в розглянутій зовнішньої

стіні, ;

- Тепловий потік через зовнішню стіну, .

,

де = 1512 - Площа покриття (таблиця 6);

= 1,99 - Термічний опір теплопередачі через покриття (таблиця 6);

= 17,7 - Надлишкова різниця температур, спричинена дією сонячної радіації для виду покриття - темний руберойд, (стор. 46 / 2 /).

.

Тепловий потік через зовнішню стіну (за винятком скління в цій стіні):

,

де = 228,9 - площа зовнішньої стіни, ;

= 0,76 - термічний опір теплопередачі зовнішньої стіни, .

- Надлишкова різниця температур: для СЗ 6,1 ; Для ЮВ 10,6 , (Таблиця 3.13)

• для стіни з СЗ сторони:

;

• для стіни з ЮВ сторони:

;

Приймаються в якості розрахункового тепловий потік через зовнішню стіну ЮВ орієнтації, через яку спостерігається максимальне теплопоступленій.

Тепловий потік через скління, :

,

де - Коефіцієнт скління ( ), (Стор. 46 / 2 /);

- Поверхнева щільність теплового потоку через засклену

поверхню, , (ЮВ: ; Таблиця 3,12 / 2 /);

= 73,5 - Площа скління.

.

.

Тепловий потік теплонадлишків, :

,

.

Кутовий коефіцієнт, :

.

Вологовміст внутрішнього повітря:

.

Вологовміст зовнішнього повітря визначаємо за - Діаграмі (рис. 1.1 / 2 /) при параметрах і - .

Витрата вентиляційного повітря, , В теплий період року з умови видалення виділяються:

• водяної пари:

.

.

• витрата вентиляційного повітря виходячи з норми мінімального повітрообміну:

.

В якості розрахункового значення витрати повітря в теплий період приймаємо найбільший, тобто .

Результати розрахунків зводимо в таблицю 7.

Таблиця 7 Результати розрахунку теплоповітряного режиму та повітрообміну

4. Вибір системи опалення та вентиляції.

На свинарських фермах застосовують вентиляційні системи, посредствам яких подають підігріте повітря у верхню зону приміщення по воздуховодам рівномірної роздачі. Крім того, передбачають додаткову подачу зовнішнього повітря в теплий період року через вентбашні.

Теплова потужність опалювально-вентиляційної системи, :

,

де - Тепловий потік тепловтрат через огороджувальні конструкції, ;

- Тепловий потік на нагрівання вентиляційного повітря, ;

- Тепловий потік на випаровування вологи всередині приміщення, ;

- Тепловий потік явних тепловиділень тваринами, .

(Табл. 6 / 2 /).

Тепловий потік на нагрівання припливного повітря, :

,

де - Розрахункова щільність повітря ( );

- Витрата припливного повітря в холодний період року, ( );

- Розрахункова температура зовнішнього повітря, ( );

- Питома ізобарна теплоємність повітря ( ).

.

Тепловий потік на випаровування вологи з відкритих водних і змочених поверхонь, :

,

.

Тепловий потік явних тепловиділень, :

,

де - Температурний коефіцієнт явних тепловиділень;

- Тепловий потік явних тепловиділень одним тваринам, ;

- Кількість голів.

;

Визначимо температуру підігрітого повітря, :

,

де - Зовнішня температура в зимовий період року, ;

.

Для плівкових повітроводів необхідно дотримуватися умова санітарно - гігієнічних вимог:

- У нашому випадку задовольняє.

Приймаються два опалювально-вентиляційні установки потужністю

і витратою

Подальший розрахунок ведемо для однієї ОВ установки.

5. Розрахунок і вибір калориферів

У системі вентиляції та опалення встановлюємо водяний калорифер. Теплоносій - гаряча вода 70 - 150 .

Розрахуємо необхідну площу живого перетину, , Для проходу повітря:

,

де - Масова швидкість повітря, , (Приймається в межах 4-10

).

Приймаються масову швидкість в живому перетині калорифера:

.

.

За таблиці 8.10 / 2 / за розрахованим живому перетину вибираємо калорифер марки КВСБ № 10 з наступними технічними даними:

Таблиця 8 Технічні дані калорифера КВСБ № 10

Приймаємо два калорифер в ряду.

Уточнюємо масову швидкість повітря: .

Визначаємо швидкість гарячої води в трубках:

;

де -Питома теплоємність води;

- Щільність води;

Визначаємо коефіцієнт теплопередачі, :

,

де - Коефіцієнт, що залежить від конструкції калорифера;

- Масова швидкість в живому перетині калорифера, ;

і - Показники ступеня.

З таблиці 8.12 / 2 / виписуємо необхідні дані для КВСБ № 10:

; ; ; ; .

.

Визначаємо середню температуру повітря, :

.

Визначаємо середню температуру води, :

Визначаємо необхідну площу поверхні теплообміну калориферної установки, :

.

Визначаємо число калориферів:

,

де - Загальна площа поверхні теплообміну, ;

- Площа поверхні теплообміну одного калорифера, .

.

Округлюємо до більшого цілого значення, тобто .

Приймаємо два калорифера.

Визначаємо відсоток запасу за площею поверхні нагрівання:

.

- Задовольняє.

Аеродинамічний опір калориферів, :

,

де - Коефіцієнт, що залежить від конструкції калорифера;

- Показник ступеня.

.

Аеродинамічний опір калориферної установки, :

,

де = 1 - число рядів калориферів;

- Опір одного ряду калориферів, .

.

6. Аеродинамічний розрахунок повітроводів

У с / г виробничих приміщеннях використовують перфоровані плівкові розподільників повітря. Передбачають розташування двох несучих тросів усередині плівковою оболонки, що надає воздуховодам овальну форму при непрацюючому вентиляторі і тим самим запобігає злипання плівки.

Завдання аеродинамічного розрахунку системи повітропроводів полягає у визначенні розмірів поперечного перерізу і втрат тиску на окремих ділянках системи повітроводів, а також втрати тиску у всій системі повітроводів.

Вихідними даними до розрахунку є: витрата повітря , Довжина повітророзподільника , Температура повітря і абсолютна шорсткість мм (для плівкових повітроводів).

Відповідно до прийнятих конструктивними рішеннями складають розрахункову аксонометричну схему повітроводів із зазначенням вентиляційного устаткування і запірних пристроїв.

Схему ділять на окремі ділянки, межами яких є трійники і хрестовини. На кожній дільниці наносять виносну лінію, над якою проставляють розрахункова витрата повітря ( ), А під лінією - довжину ділянки (М). У гуртку у лінії вказують номер ділянки.

На схемі вибираємо основні магістральні розрахункові напрямки, які характеризуються найбільшою протяжністю.

Розрахунок починаємо з першої ділянки.

Використовуємо перфоровані плівкові розподільників повітря. Вибираємо форму поперечного перерізу - кругла.

Задаємося швидкістю в початковому поперечному перерізі:

.

Визначаємо діаметр плівкового повітророзподільника, :

.

Приймаються найближчий діаметр, виходячи з того, що отриманий дорівнює (Стор. 193 / 2 /).

Динамічний тиск, :

,

де - Щільність повітря.

.

Визначаємо число Рейнольдса:

,

де - Кінематична в'язкість повітря, , (Табл. 1.6 / 2 /).

;

Коефіцієнт гідравлічного тертя:

,

де - Абсолютна шорсткість, , Для плівкових повітроводів прий-

ем .

.

Розрахуємо коефіцієнт, що характеризує конструктивні особливості повітророзподільника:

,

де - Довжина повітророзподільника, .

.

Отримане значення коефіцієнта менше 0,73, що забезпечує збільшення статичного тиску повітря в міру наближення від початку до кінця повітророзподільника.

Встановимо мінімальну допустиму швидкість витікання повітря через отвір в кінці повітророзподільника, :

,

де - Коефіцієнт витрати (приймають 0,65 для отворів з гострими кромками).

.

Коефіцієнт, що характеризує відношення швидкостей повітря:

,

де - Швидкість витікання через отвори в кінці повітророзподільника,

(Рекомендується ), Приймаємо .

.

Встановимо розрахункову площу отворів, , В кінці повітророзподільника, виконаних на 1 довжини:

.

По таблиці 8.8 / 2 / приймаємо одну ділянку.

Визначимо площу отворів, , Виконаних на одиницю воздуховода:

,

де - Відносна площа спускні отворів на ділянці

повітророзподільника (стор. 202, / 2 /).

.

Діаметр спускні отвори приймають від 20 до 80 , Приймемо .

Визначимо число рядів отворів:

,

де - Число отворів в одному ряду ( );

- Площа спускні отвори, .

Визначимо площу спускні отвори, :

.

;

;

;

;

Крок між рядами отворів, :

- Для першої ділянки

, ;

;

- Для наступних ділянок

;

;

;

Визначимо статичний тиск повітря, :

• в кінці повітророзподільника:

;

• на початку повітророзподільника:

.

Втрати тиску в повітророзподільнику, :

.

Подальший розрахунок зводимо в таблицю 9. Причому, визначаємо втрати тиску в результаті тертя по довжині ділянки, в місцевих опорах і сумарні втрати за наступними формулами:

,

,

,

де R - питомі втрати тиску на одиниці довжини воздуховода, визначається за монограмі (рис. 8.6 / 2 /)

- Коефіцієнт місцевого опору (таблиця 8.7 / 2 /).

Таблиця 9 Розрахунок ділянок воздуховода

Розрахунок витяжних шахт природної вентиляції проводять на підставі розрахункової витрати повітря в холодний період року. Робота витяжних шахт буде більш ефективною за стійкою різниці температур внутрішнього і зовнішнього повітря (не менше 5 ° С), що спостерігається в холодний період року.

Швидкість повітря в поперечному перерізі витяжної шахти, :

,

де - Висота витяжної шахти між площиною витяжного отвору і

гирлом шахти (3-5), (Приймаємо );

- Діаметр, (Приймаємо );

- Розрахункова зовнішня температура, ( );

- Сума коефіцієнтів місцевих опорів.

Місцевий опір визначаємо за таблицею 8.7 / 2 /:

• для входу у витяжну шахту: ;

• для виходу з витяжної шахти: .

.

.

Визначаємо розрахункову витрату повітря через одну шахту, :

;

де - Площа поперечного перерізу шахти, .

Розрахуємо площа поперечного перерізу шахти, :

.

.

Визначаємо кількість шахт:

,

де - Розрахункова витрата повітря в зимовий період, ;

- Розрахункова витрата повітря через одну шахту, .

.

Приймаються кількість шахт для всього приміщення .

7. Вибір вентилятора

Підбір вентилятора виробляють за заданим значенням подачі і необхідного повного тиску.

Приймаються вентилятор виконання 1.

Подачу вентилятора визначаємо з урахуванням втрат або підсосів повітря в повітроводи, вводячи поправочний коефіцієнт до розрахункового витраті повітря для сталевих повітроводів 1,1, :

.

Визначаємо повний тиск вентилятора, :

,

де - Температура підігрітого повітря,

.

За подачі повітря вентилятора і необхідної повному тиску, згідно з графіком характеристик вентиляторів ВЦ 4-75 (рис. 8.13 / 2 /), вибираємо вентилятор марки: Е 8. 0,95-1.

8. Енергозбереження

Найбільш ефективним технічним вирішенням питання скорочення витрати теплової енергії на забезпечення мікроклімату, безумовно є використання типу повітря, що видаляється з тваринницьких і птахівничих приміщень. Розрахунок техніко-економічних показників мікроклімату показує, що застосування в системах утилізаторів тепла дозволяє скоротити витрати теплової енергії на даний технологічний процес більш ніж в 2 рази. Проте такі системи металоемкіе і вимагають додаткових експлуатаційних витрат електричної енергії на вентилятори. Використання теплової енергії в системах вентиляції в основному забезпечується за рахунок застосування регенеративних та рекуперативних теплообмінних апаратів різної модифікації.

Література

1. Опалення та вентиляція тваринницьких будівель. Методичні вказівки до курсового і дипломного проектування. - Мн. Ротапринт БАТУ. 2001

2. Довідник з теплопостачання сільського господарства / Л.С. Герасимович, А.Г. Цубанов, Б.Х. Драганов, А.Л. Синців. - Мн.: Ураджай, 1993. - 368 с.