МІНІСТЕРСТВО СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА
РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
ФГТУ
Челябінський Державний агроінженерний
Університет
Факультет електрифікації та автоматизації
сільськогосподарського виробництва
Кафедра Тепловодогазоснабженія сільського господарства
Курсовий проект
Розрахунок опалювально-вентиляційної системи
тваринницьких приміщень
Студент
Група
Нормоконтролер
уч. ступінь, уч. звання
Керівник
должн., уч. ступінь, уч. звання
Челябінськ 2008
Вихідні дані для розрахунку системи вентиляції
Тваринницьке приміщення: телятник
Кількість голів: 200
Розміри приміщення: 21х78х4 м.
Матеріал стін: цегла обпалений
Товщина стін: 520 мм.
Перекриття покрівлі: безчердачною
Зовнішня температура: -26 º C.
Теплоносій: вода.
Параметри теплоносія: 1.71 бар
Зміст
Вихідні дані для розрахунку системи вентиляції
Введення
1. Розрахунок необхідного повітрообміну і потужності опалювальних приладів
1.1 Розрахунок необхідного повітрообміну
1.2 Визначення потрібної потужності системи опалення
2. Вибір і розрахунок системи вентиляції
2.1 Розрахунок системи вентиляції з рівномірною роздачею припливного повітря
2.2 Розрахунок роздає частини воздуховода
3. Розрахунок системи опалення
3.1 Розрахунок і вибір калориферів
4. Визначення гідравлічного опору вентиляційної системи та вибір вентилятора
4.1 Розрахунок і вибір нерухомих жалюзійних решіток
4.2 Розрахунок витяжних шахт
Список літератури
Введення
Вентилятори застосовуються в усіх галузях народного господарства.
У Росії при експлуатації вентиляторів у різних галузях промисловості споживається до 8% усієї вироблюваної електроенергії.
Особливе місце вентиляція має в сільськогосподарських будівлях та спорудах. Якщо говорити про вплив вентиляції на продуктивність тварин, встановлено, що продуктивність тварин залежить не тільки від ефективного використання кормів, а й значною мірою визначається станом середовища в тваринницьких приміщеннях.
Для забезпечення стійкості тварин до простудних захворювань, зростання їх продуктивності необхідне створення оптимальних умов їх утримання, тобто мікроклімату, який залежить від ряду факторів або показників, основними з яких є температура, вологість, рухливість і загазованість повітря в тваринницьких приміщеннях.
Необхідний мікроклімат досягається правильним дотриманням теплофізичних норм споруджуваних тваринницьких приміщень, організація повітрообміну, вибором системи видалення гною, застосуванням ефективних засобів регулювання параметрів повітряного середовища.
Дотримання параметрів мікроклімату в тваринницьких приміщеннях впливає не тільки на здоров'я тварин і продуктивність, але і на тривалість терміну служби основних виробничих будівель, поліпшення умов експлуатації технологічного устаткування і праці обслуговуючого персоналу.
1. Розрахунок необхідного повітрообміну і потужності опалювальних приладів
1.1 Розрахунок необхідного повітрообміну
Необхідний повітрообмін розраховуємо на підставі балансу кожної шкідливості, що надходить в приміщення і віддаляється з нього.
а) Повітрообмін за нормативною концентрації вологи всередині приміщення визначаємо за виразом:
м 3 / с, (1)
де d В і d Н - вологовміст внутрішнього і зовнішнього повітря, г / кг с. в.
d Н - при зовнішній температурі мінус 26 ° С приймаємо рівної
0,4 г / кг с. в.
d В - визначаємо за допомогою i - d діаграми за прийнятою нормативній температурі повітря у приміщенні рівної 10 ° С і допустимої вологості 70%. Для даного виду тварин (телята), d B = 5,5 г / кг с. в.
ρ - щільність повітря при внутрішній температурі, кг / м 3:
кг / м 3;
М Ж - кількість вологи, що виділяється тваринами, м / с. Визначаємо за виразом:
г / с, (3)
Де m - кількість тварин у приміщенні;
q - кількість вологи, що виділяється одним тваринам;
г / с;
М І - кількість вологи, що випаровується з поверхні огороджень, статі, напувалок і т.д. Для тваринницьких приміщень:
г / с.
Отже:
м 3 / с.
б) Повітрообмін за допустимої концентрації вуглекислого газу всередині приміщення визначаємо з виразу:
м 3 / с, (4)
Де З - кількість вуглекислоти, що виділяється одним тваринам, м 3 / с. Згідно довідковим даними приймемо З = 15 · 10 - 6 м 3 / с;
С В - допустима концентрація СО 2 в повітрі приміщення, м 3 / м 3. Для телятника приймемо С В = 2,5 · 10 -3 м 3 / м 3;
З Н - концентрація СО 2 у свіжому припливному повітрі має бути не більше 0,4 · 10 -3 м 3 / м 3.
Таким чином:
м 3 / с.
в) Повітрообмін за нормами витрат свіжого повітря на 100 кг живої маси тварин знаходимо з рівняння:
м 3 / с, (5)
Де g - маса однієї тварини (теляти), кг. Приймемо рівним 150 кг;
m - кількість тварин;
Н - нормативний повітрообмін на 100 кг живої маси телят, м 3 / с · 100 кг. Згідно довідковим даними приймемо Н = 0,0055 м 3 / с · 100 кг.
м 3 / с.
Таким чином, з певних трьох повітрообмінів для подальших розрахунків опалювально-вентиляційної системи приймаємо найбільший, тобто V H 2 O = 1,73 м 3 / с.
1.2 Визначення потрібної потужності системи опалення
Необхідну потужність системи опалення визначаємо з рівняння теплового балансу приміщення. Для написання рівняння теплового балансу виявимо всі втрати теплоти в тваринницькому приміщенні, а також всі тепловиділення. На основі теорії теплопередачі знайдемо коефіцієнти теплопередачі і теплові втрати через окремі види огороджень, потім інші складові рівняння теплового балансу і визначимо необхідну потужність опалювальних приладів.
Рівняння теплового балансу тваринницького приміщення:
Вт, (6)
Де Q СО - потужність системи опалення, Вт;
- Теплота, що втрачається через огороджувальні конструкції приміщення, Вт;
Q І - теплота, витрачена на випаровування вологи, Вт;
Q Ж - теплота, що виділяється тваринами, Вт.
а) Теплоту, втрачаємо через огороджувальні конструкції, визначаємо як суму втрат теплоти через окремі види огородження (стіни, вікна, підлога, стеля).
Втрати через вікна, двері, стіни і стеля знайдемо з вираження:
Вт, (7)
Де k - коефіцієнт теплопередачі через відповідний вид огорожі, Вт / м 2 · К;
F - площа огородження, м 2;
t В і t Н - внутрішня і зовнішня температура повітря, 0 С.
Тепловий опір стін і стелі визначається виразом:
Вт / м 2 · К, (8)
Де R В - тепловий опір внутрішньої поверхні огородження. Для тваринницьких приміщень R в = 0,155 м 2 · К / Вт;
R Н - тепловий опір зовнішньої поверхні. Для зовнішніх стін і безчердачною покриття R Н = 0,043 м 2 К / Вт;
δ - товщина теплопередающей поверхні, м;
λ - коефіцієнт теплопровідності, Вт / м · К.
Втрати через підлогу знайдемо з вираження:
Вт, (9)
Де R n - опір теплопередачі кожної зони неутеплених підлог, м 2 К / Вт. (I зони R n = 2,15 м 2 К / Вт, II зони R n = 4,3 м 2 К / Вт, III зони R n = 8,6 м 2 К / Вт, IV зони R n = 14, 2 м 2 К / Вт).
F - площа кожної зони, м 2.
t В і t Н - внутрішня і зовнішня температура повітря, 0 С.
Теплові втрати через стельове перекриття
За формулою (8) розраховуємо тепловий опір стелі:
м 2 К / Вт.
Тепер розрахуємо необхідну тепловий опір для стелі:
м 2 К / Вт
- Нормований перепад температур. Для стелі
0 С
Значить потрібно шар утеплювача
Розрахуємо необхідне тепловий опір утеплювача:
м 2 К / Вт
Як утеплювач виберемо мінераловатні плити. Розрахуємо товщину шару утеплювача:
м 2
Де
Тепер розрахуємо коефіцієнт теплопередачі для стелі:
Вт / м 2 · К
Розрахувавши коефіцієнт теплопередачі для стелі, необхідно перевірити його на можливість утворення конденсату на стелі кабіни. Для цього визначаємо питомий тепловий потік через стельове перекриття:
Вт / м 2, (10)
Де k - розрахований коефіцієнт теплопередачі для стельового перекриття;
t В і t Н - внутрішня і зовнішня температура повітря, 0 С.
Вт / м.
Температура внутрішньої поверхні перекриття округляється з виразу:
0 С, (11)
Де q n - Питомий тепловий потік через стельове перекриття;
R В - тепловий опір внутрішньої поверхні перекриття.
0 С.
Температура t n вище точки роси округляти за i - d діаграмі для параметрів повітря всередині приміщення (t p = 5 C), отже, утворення конденсату на перекритті не буде.
Площа стелі:
F стелі = 78 · 21 = 1638 м 2.
За формулою (7) розраховуємо теплоту, втрачаємо через стелю:
Вт
Теплові втрати через стіни
Цегла пористий: δ = 0,52 м, λ = 0,64 Вт / м · К, штукатурка цементна: δ = 0,02 м, λ = 1,1 Вт / м · К.
За формулою (8) розраховуємо тепловий опір стін:
м 2 К / Вт.
Тепер розрахуємо необхідну тепловий опір для стелі:
м 2 К / Вт
- Нормований перепад температур. Для стелі
0 С
Значить потрібно шар утеплювача
Розрахуємо необхідне тепловий опір утеплювача:
м 2 К / Вт
Як утеплювач виберемо мінераловатні плити. Розрахуємо товщину шару утеплювача:
м 2
Де
Тепер розрахуємо коефіцієнт теплопередачі для стелі:
Вт / м 2 · К
Площа стін: F стін = 78.4.2 - 12 = 612 м 2.
За формулою (7) розраховуємо теплоту, втрачаємо через стіни:
Вт
3). Теплові втрати через вікна
Площа вікон: F вікон = 0,15 · 612 = 91,8 м 2.
Коефіцієнт теплопередачі через одинарні вікна згідно довідковим даними приймемо k = 5,8 Вт / м 2 · К
За формулою (7) розраховуємо теплоту, втрачається через вікна:
Вт
4) Розраховуємо теплоту втрачаємо через двері коефіцієнт теплопередачі через двері (одинарні): Вт / м 2 · К
Теплота, що втрачається через двері:
Вт
5). Теплові втрати через підлогу
Втрати теплоти через стать визначається як сума для зон шириною 2 м.
Рис. 2
Площа зон:
I зони F = 312 м 2;
II зони F = 312 м 2;
III зони F = 312 м 2;
IV зони F = 702 м 2.
За формулою (9) розраховуємо теплоту, втрачаємо в кожній зоні статі:
Вт;
Вт;
Вт;
Вт;
Визначимо втрати теплоти через стать як суму втрат у кожній зоні:
Вт
Таким чином, теплота, що втрачається через огороджувальні конструкції дорівнює:
Вт
б) Визначимо теплоту, втрачаємо на випаровування вологи
Q І = 2477 · М І Вт, (10)
Де 2477 кДж / кг - прихована теплота випаровування 1 кг води;
М І - кількість вологи, що випаровується з поверхні огороджень, статі, напувалок і т.д. (Визначено, див. вище).
Таким чином:
Q І = 2477 · 1 = 2477 Вт
г) Визначимо теплоту, що виділяється тваринами
Q Ж = m · q ж Вт, (11)
Де q ж - кількість теплоти, що виділяється однією твариною. Згідно довідковим даними приймемо q ж = 300 Вт.
Таким чином:
Q Ж = 200.300 = 60000 Вт
У результаті за формулою (6) визначимо необхідну потужність системи опалення:
Вт
2. Вибір і розрахунок системи вентиляції
Виберемо систему вентиляції необхідну для забезпечення рівномірності розподілу параметрів мікроклімату в робочій зоні за рахунок правильної організації циркуляції повітря усередині приміщення і кількість вентиляційних камер (система вентиляції зображена в графічній частині). Таким чином, подальший розрахунок будемо вести для однієї припливної системи, тобто на кількість теплоти і повітря, що подається однієї вентиляційної камерою.
2.1 Розрахунок системи вентиляції з рівномірною роздачею припливного повітря
Визначимо діаметри повітроводів:
м, (12)
Де V * - кількість повітря, що протікає через розраховується ділянку воздуховода, м 3 / с;
v - Швидкість повітря на розраховується ділянці (v = 8 ... 10 м / с для транспортуючого воздуховода; v = 6 ... 8 м / с для роздає частини).
За формулою (16) визначимо діаметр транспортує частини воздуховода:
м.
Діаметр роздає частини воздуховода:
м.
Визначивши діаметри повітроводів, підбираємо найближчий діаметр по ГОСТ. Д.ля транспортує частини воздуховода приймемо діаметр d = 710 мм; Для роздає частини воздуховода приймемо діаметр d = 560 мм.
Уточнимо швидкість повітря, використовуючи формулу (15):
м / с. (13)
Швидкість повітря в транспортуючому повітроводі:
м / с.
Швидкість повітря в роздає частини воздуховода:
м / с
2.2 Розрахунок роздає частини воздуховода
Рівномірна роздача повітря здійснюється або за рахунок зміни площі перерізу роздають отворі по довжині воздуховода при його постійному перерізі, або за рахунок зміни перерізу самого воздуховода при постійному перетині роздають отворів.
Виберемо для роздає частини повітропровід постійного перерізу і знайдемо площа перерізу останнього отвори по ходу повітря за формулою:
м 2, (14)
Де V р - кількість повітря, що проходить через розглянутий роздає ділянку, м 3 / с;
v U - максимальна швидкість витікання повітря з роздають отворів, м / с. Згідно довідковим даними приймемо v U = 6 м / с;
n - число отворів на розглянутому роздали ділянки. При цьому має витримуватися умова:
, (15)
Де F - площа перерізу роздає повітропроводу, яка обчислюється за його діаметру;
μ - коефіцієнт витрати (приймається μ = 0,65 ... 0,69).
Приймемо n = 20.
За формулою (17) визначимо площа перерізу останнього отвори по ходу повітря:
м 2.
Перевіримо кількість отворів n на умову (16):
.
Діаметр останнього отвори по ходу повітря знайдемо за формулою:
м. (17)
Таким чином, діаметр останнього отвори:
м.
Площа наступних отворів визначимо за виразом:
м 2, (18)
де
(19)
Діаметри наступних отворів визначимо крилату фразу (19).
Результати розрахунків площ перетину отворів по ходу повітря f i, їх діаметрів d i і коефіцієнтів М i наведені у таблиці 1.
Таблиця 1
3. Розрахунок системи опалення
3.1 Розрахунок і вибір калориферів
Кількість опалювальних приладів вибирається з конструктивних міркувань прийнятої схеми опалювально-вентиляційної системи тваринницького приміщення. Виберемо один калорифер на одну припливну камеру. Визначимо температуру виходить з калорифера повітря за формулою:
0 С
Живе перетин калорифера для проходу повітря
м 2
де ρ - густина повітря, кг / м 3;
v ρ - розрахункова масова швидкість повітря, кг / м 2 с (для пластинчастих калориферів vρ приймається 7 ... 10, для оребрені - 3 ... 5 кг / м 2 с).
м 2
Потужність калорифера:
Вт
По живому перерізу підберемо калорифери: КП410-СК-01АУЗ (f к = 0,581 м 2).
Перевіримо дійсну потужність вибраних калориферів
де k - коефіцієнт теплопередачі калорифера; k = 55,85 Вт / (м 2 ∙ 0 С);
F - поверхня нагріву обраного калорифера = 37,66 м 2;
t ПАРА - середня температура пари в калорифері
t пов - середня температура повітря в калорифері
0 С
n - кількість калориферів.
Вт
Q K повинно бути на 15 ... 20% більше потрібної теплоти.
4. Визначення гідравлічного опору вентиляційної системи та вибір вентилятора
Тип і номер вентилятора вибирається за кількістю повітря, що подається вентилятором, м 3 / год, і гідравлічному опору руху повітря по вентиляційній системі (натиску) Н.
У вентиляційних системах тваринницьких приміщень, коли мережі мають невелику довжину і мало відгалужень, можна не ділити систему на дільниці. Втрати напору можна визначити з виразу
, Па
де Н l - лінійні втрати в транспортуючому повітроводі,
Па
де λ - коефіцієнт опору тертя (для даного випадку можна прийняти λ = 0,02);
l - довжина ділянки;
V - швидкість руху повітря, на даній ділянці, м / с;
ρ - щільність повітря, кг / м 3;
z - місцеві втрати в транспортуючому повітроводі;
де ξ - коефіцієнт місцевого опору (конфузор, дифузор, 3 регулюючих заслінки, трійник, жалюзійних решітках, 3 коліна);
; Па
V - швидкість повітря в розглянутому місцевому опорі, м / с.
- Аеродинамічний опір воздухонагревателя, Па
НРУ - втрати в роздає повітроводі
Н / м 2
де R - питомі втрати тиску на прямій ділянці (на 1 м довжини)
Н / (м 2 м)
де R - питомі втрати тиску на прямій ділянці (на 1 м довжини)
Па
, Па
За необхідної продуктивності вентилятора (м 3 / годину) і напору Н проводиться попередній підбір вентилятора: ВЦ4-75-5
Остаточний вибір вентилятора і потужності двигуна проводиться за індивідуальними характеристиками вентиляторів:
В. Ц.4-75-5 (виконання 1) Е5.095-2 4А80 B N = 1,1 кВт n = 1445 об / хв
Теоретично необхідна потужність двигуна вентилятора, розраховується з формули
де Н - необхідний розрахований напір вентилятора, Па;
V в - кількість повітря, що подається вентилятором, м 3 / с;
η - максимальний ККД вентилятора.
Вт
4.1 Розрахунок і вибір нерухомих жалюзійних решіток
Решітка вибирається по живому перерізу, який розраховується за формулою
де V - витрата повітря через жалюзійні грати, м 3 / с;
υ ЖР - швидкість повітря, υ ЖР = 4 ... 6 м / с
м 2
Виберемо грати 0,8 х 1 м. f ж.р. = 0,8 м 2
4.2 Розрахунок витяжних шахт
Загальна площа витяжних шахт, визначається з виразу
де V - повітрообмін в приміщенні, м / с;
υ ш - швидкість повітря в шахті.
Швидкість повітря в шахті, визначається з рівняння
де h - висота шахти, м.
Висоту шахти приймати від середини віконних прольотів до вищої точки шахти h = 3 м.
м / с
м 2
Кількість шахт
Список літератури
Методичні вказівки до виконання курсового та дипломного проектування "Розрахунок опалювально-вентиляційної системи тваринницьких приміщень". - Челябінськ, 1999.
В.А. Кельдишев. Вентиляція сільськогосподарських будівель та споруд. - Челябінськ, 2002.
А.А. Захаров. Застосування тепла в сільському господарстві. - М., 1986.