Методика расчета систем создания микроклимата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика расчета систем создания микроклимата

План

1. Общие сведения о микроклимате

1.1 Выбор схем организации воздухообмена

2. Методика расчета микроклимата

2.1 Подбор основного оборудования

Литература

1. Общие сведения о микроклимате

Животноводческое помещение представляет собой климатическую камеру, предназначенную для длительного (или в течение всей жизни) содержание животных, от которых нужно получить максимальную продуктивность при имеющихся кормовых ресурсов с помощью обеспечения для них оптимальных условий содержания. К одному из главных факторов условий содержания относиться микроклимат, объединяющий в совокупности тепловые, влажностные и газовые характеристики окружающего животных пространства помещения.

Задача проектировщиков и эксплуатационников заключается в том, чтобы теплоизоляцией здания, действия установок вентиляции и отопления обеспечить внутри помещения температуру, относительную влажность, газовый состав воздуха, которые считаются для животных оптимальными. Практические задачи проектирования систем обеспечения микроклимата должны быть:

· выбор воздухопроизводительности вентилятора, отвечающий требования удаления вредностей во все сезоны года;

· выбор степени утепления строительных ограждений здания, отвечающей оптимальному сочетанию затрат на строительство здания и оплаты топлива;

· выбор теплопроизводительности установок отопления;

· выбор схемы организации воздухообмена;

· подбор необходимого вентиляционного и отопительного оборудования;

· решение вопросов автоматизации управления работой оборудования.

1.1 Выбор схем организации воздухообмена

Требования к системам обеспечения микроклимата

Схема организации воздухообмена и требования к устройству её элементов зависит от вида животных, их возраста, технологии содержания, климатических условий местности.

При содержание животных круглый год в помещении без выхода их наружу максимальную воздухоподачу определяют по летнему периоду из условия поддержания в помещении максимально допустимой температуры воздуха. Весной (осенью) и зимой воздухоподача вентилятора должна быть значительно меньше летней, поэтому систему вентиляции необходимо устроить так, чтобы имелась возможность изменять её производительность плавно или ступенчато от минимальной для зимы до максимальной летом. Возможность изменять воздухоподачу вентилятора в широких пределах - основное требование к современной системе регулирования микроклимата любого животноводческого помещения.

Для помещений, в которых летом животные имеют свободный выход наружу или вообще в нем не содержатся, максимальная воздухоподача вентилятора определяется по переходному периоду(весна, осень). Регулирование производительности системы вентиляции для таких помещений достаточно двухступенчатое: максимальная для зимы и полная. Обычное соотношение этих ступеней: 1:2.

Максимальный воздухообмен для зимних условий определяют из расчёта получения в помещении заданной относительной влажности воздуха и проверяют его по достигаемой концентрации вредных газов (СО 2). Выбирают больший из полученных.

Изменение производительности вентиляции должны быть строго согласованны с изменениями погоды, поэтому управлять системой обеспечения микроклимата должна автоматика - это важнейшее требование к системе обеспечения микроклимата.

В современных крупных животноводческих помещениях в одном здании могут размещаться несколько тысяч голов скота, поэтому система обеспечения микроклимата должна надёжно обеспечивать определённые параметры в аварийных ситуациях при выходе из строя части оборудования, перерывах подачи электроэнергии. Для этого система обеспечения микроклимата должна состоять не менее чем из двух обособленных единиц половиной производительности с тем, чтобы при выходе из строя одной части определённый минимум параметров мог бы поддерживаться второй частью. животноводческий микроклимат вентилятор

При перерывах подачи электроэнергии достаточный воздухообмен должен обеспечиваться естественной вентиляцией, которая должна быть составной частью системы обеспечения микроклимата.

Наибольшей динамичностью и экономичностью обладают системы вентиляции, совмещенные с воздушным отоплением. Они, кроме того, лучше всего поддаются автоматизации. Поэтому отопление животноводческих помещений должно быть, как правило, воздушным, совмещённым с вентиляцией.

Система воздухораспределения вентиляционного воздуха по помещению должна быть устроена так, чтобы не создавать около животных повышенных скоростей движения воздуха, не способствовать образованию пыли, распределять приточный воздух равномерно, по всем местам, где находятся животные.

В организации воздухообмена для разных сезонов года имеются свои особенности и трудности. Так, зимой надо меньше всего подавать воздуха, но он должен быть подан так, чтобы не переохладить животных.

В связи с этим приточный воздух нельзя зимой подавать через открытые проёмы, ворота, окна и другие щели. У таких мест не организованного притока, не подогретого наружного воздуха, будут создаваться не выносимые условия для животных, что приводит их заболеванию и потере продуктивности.

В животноводческих помещениях в зимний период применяют следующие способы организации воздухообмена:

1. Принудительный приток свежего (при необходимости подогретого) воздуха с равномерным распределением его воздуховодами в верхней зоне помещения и принудительная вытяжка вентиляторами через пол, стены или перекрытия.

2. Принудительный поток аналогично первому случаю, но с естественным выходом воздуха из помещения через шахты или через щели в потолке под действием избыточного давления.

3. Принудительная вытяжка воздуха из нижней зоны помещения (через пол, станы), подача не подогретого наружного воздуха через шахты или щель в потолке (через распределительные устройства) и дополнительная система подачи тепла в помещение (отопительной системой или воздушное отопление).

Для современных крупногабаритных помещений с круглогодовым без выгульным содержанием скота, со стационарной системой кормораздачи и редким открыванием ворот предпочтение для зимнего периода следует отдавать системам, которые образуют в помещение некоторое разряжение. Эти системы выполняются по способам 1 и 3.

Объясняется это тем, что при разряжении в помещение, помимо организованной подачи, проникает воздух через различные не плотности и поры в стенах и окнах. Этот воздух частично возвращает с собой тепло, теряемое ограждениями, но, главное, он препятствует попаданию внутрь стен и на окна влажного воздуха помещения, уменьшает тем самым возможность образования конденсата на стенах, окнах и внутри стен, продляет срок службы здания и улучшает его освещенность.

В зданиях с частым открыванием ворот, мобильной раздачей кормов, а также в зданиях с большим количеством щелей вблизи животных следует применять системы вентиляции с избыточным давлением (способом 1 и 2). Наличие в помещении повышенного по сравнению с наружным давления будет препятствовать свободному проникновению наружного воздуха через щели и тем самым уменьшит сквозняки. Однако при этом будет наблюдаться сильная конденсация водяных паров на окнах, а в периоды похолодания и на перекрытии.

Весной количество приточного воздуха по сравнению с зимой должно быть увеличено почти вдвое. Организация воздухообмена в этот период должна быть такая же, как и зимой. Вместе с тем, во многих проектах весной и осенью (так называемый переходный период) для увеличения воздухообмена предусматривается открывание окон.

Это одна из серьезных ошибок. Во-первых, наружный воздух в это время еще не допускает его неорганизованного притока в больших количествах через открытые окна из-за достаточно низких его температур. Но главное заключается в том, что выполнить это практически невозможно, так как для регулирования температуры в помещении пришлось бы в течении суток несколько раз открывать и закрывать окна, что естественно, невозможно.

Воздухообмен животноводческих помещений в весенний и осенний периоды наиболее сложен по осуществлению, поэтому целесообразно обеспечивать его принудительно автоматизированными вентиляционными установками.

В летний период должна работать система, предусматриваемая на переходный период, и, кроме того, должна быть дополнительная возможность увеличения воздухообмена за счет повышения производительности основной системы, включения дополнительной приточной (как правило, совмещенной с устройством испарительного охлаждения приточного воздуха) или вытяжной системой, открыванием окон, ворот и других проемов.

Для южных районов, в этот период основная проблема заключается в предотвращении перегревов животных путем ограничения температуры воздуха в помещении или повышением скорости его движения.

Надо иметь в виду, что при температуре наружного воздуха выше 28-290 С простым увеличением производительности вентиляции невозможно достигнуть внутри помещения температур ниже 300 С, что требует нормы технологического проектирования, так как для этого нужна вентиляция огромной производительности, что не может быть оправдано ни технически, ни экономически. Поэтому для летних условий необходимо предусматривать прежде всего применение устройств для испарительного охлаждения приточного воздуха или возможность каким-либо способом повышать интенсивность движения воздуха внутри помещения.

Рекомендуемые схемы организации воздухообмена

Помещения для содержания крупного рогатого скота отличаются большим разнообразием по технологии содержания, механизации кормораздачи, навозоудалению, существенно влияющих на конструктивное оформление системы обеспечения в них микроклимата.

Для молочного стада применяют две технологии содержании:

- привязное содержание при периодических моционах во все сезоны года на выгульных площадках или содержании летом на пастбище;

- беспривязное со свободным или периодическим выходом коров на выгульные площадки.

Для привязного содержания можно выделить следующие основные разновидности коровников:

- с раздачей кормов тракторными мобильными раздатчиками с открыванием ворот на время раздачи кормов в торцах здания для проезда кормораздатчиков;

- со стационарными ленточными или другими кормораздатчиками, загружаемыми вне коровников.

Указанные варианты коровников могут быть:

- с удалением навоза по гидравлическим каналам, расположенным под решетчатым настилом у задних ног коров;

- с удалением навоза скребковыми транспортерами.

Коровники беспривязного содержании имеют следующие разновидности:

1. Коровники с содержанием коров на глубокой несменяемой подстилке при кормлении снаружи помещений. Коровы имеют возможность свободно выходить и заходить в помещение.

2. Коровники с боксовым содержанием со щелевыми полами в проходах между рядами боксов, как при ограниченном, так и свободном выходе коров из помещений:

а) со сбором навоза в лотках под щелевым полом и периодическим или постоянным его удалением по системе гидросмыва или транспортерами;

б) со сбором навоза в траншее под щелевым полом и удалением его один или два раза в год.

3. Коровники с боксовым содержанием со сплошным полом в проходах между рядами боксов и удалением навоза из проходов трактором с бульдозерной навеской или стационарной скреперной установкой.

Все указанные разновидности коровников можно разделить на коровники с периодическим открыванием в течении дня торцевых ворот и дверей тамбуров для заезда кормораздатчиков и выпуска коров на выгульные площадки с постоянно открытыми дверьми для свободного выхода и захода коров.

Второй вариант относится к беспривязному содержанию, но в чистом виде используется только при содержании коров на глубокой подстилке. В других вариантах в периоды сильных похолоданий двери закрывают и коров на выгульные площадки не выпускают.

Таким образом, в коровниках в дневное время несколько раз (2-4) в любую погоду могут быть открыты на относительно продолжительное время ворота, в результате чего происходит сквозное проветривание помещений. Зимой животные в коровнике находятся постоянно только ночью, а дневное время они могут несколько раз выпускаться на выгульные площадки или свободно выходить наружу и находиться основное время на свежем воздухе. Летом коровы почти все время находятся на выгульных площадках и загоняются только для доения или все время содержатся на летних площадках. Указанные обстоятельства определяют основные требования к системам обеспечения микроклимата коровников.

1. Максимальная производительность вентиляции коровников с доением на доильных площадках должна определяться по условиям ночного времени весеннего периода, когда еще нельзя постоянно держать открытыми ворота или окна.

В коровниках с привязным содержанием и доением в молокопровод производительность вентиляции должна выбираться для летнего периода.

2. Зимой в помещениях коровников необходимо поддерживать температуру наиболее низкую из допускаемых по условиям работы обслуживающего персонала и оборудования с тем, чтобы коровы испытывали меньшие разницы температур при выходе на прогулки.

3. В коровниках с беспривязным боксовым содержанием необходимо предусматривать естественную вентиляцию и систему воздушного отопления, обеспечивающую предотвращение замерзания навоза и водопровода.

4. В коровниках с беспривязным боксовым содержанием и подпольным накоплением навоза, кроме того, должна быть вытяжная вентиляция системой трубопроводов, расположенных под решетками щелевого пола с производительностью, равной минимальному зимнему воздухообмену, или с ее помощью производят полный воздухообмен, включая лето.

5. В коровниках с раздачей кормов мобильными тракторными раздатчиками на въездных и выездных воротах целесообразно предусматривать воздушные завесы.

Рекомендуемые схемы устройства систем регулирования микроклимата в коровниках показаны на рис. 4.1. Схему "а" используют для коровников с привязным содержанием зимой и лагерным содержанием летом, а также для боксовых коровников беспривязного содержания при доении на доильных площадках. Схема включает вытяжные шахты 1, вентиляторы 3, калорифер 4, воздух от которого распределяется воздуховодом 2. Приточный вентилятор 3 должен иметь возможность изменять свою производительность минимум в соотношении 1: 2. В холодную погоду он должен обеспечивать минимальный воздухообмен, а весной и осенью - увеличенный в 2 раза.

Достигается это разными путями:

а) установкой одного вентилятора и изменением его производительности шибером;

б) установкой двух вентиляторов по 0,7 производительности от полной каждого;

в) установкой одного вентилятора, но с приводом от электродвигателя с регулируемой частотой вращения (например, вентиляторы из оборудования "Климат-2" и "Климат-3").

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приточный воздуховод подвешивают по центру помещения, а выпускные отверстия располагают так, чтобы воздух из них выходил горизонтальными струями с большой (7-15 м/с) начальной скоростью.

В летний период для обеспечения сквозного продувания открывают окна. Схему "б" и "в" используют для коровников привязного содержания с доением в летнее время непосредственно в коровниках.

В дополнение к предыдущему по схеме "б" в стенах здания устанавливают комплект вентиляторов "Климат-47", которыми в теплую погоду обеспечивают увеличение воздухообмена, а в очень жаркие периоды их реверсируют и производят нагнетание наружного воздуха в помещение, чем достигают повышенной подвижности воздуха и хорошего охлаждения животных и людей. По схеме "в" дополнительное охлаждение достигается установкой в стенах приточной камеры кассеты испарительного охлаждения приточного воздуха или другого охладителя с применением оросительного увлажнения (например, центробежный увлажнитель в комплекте "Климат-2" и "Климат-3").

Аналогично выполняется отопление и вентиляция родильных отделений молочных ферм и телятников.

Для коровников с подпольным хранением навоза используют схему "в", в которой дополнительно устраивают отсасывающую вентиляцию 8, 10 из навозосборных каналов 9. Производительность ее должна быть равна зимнему воздухообмену с тем, чтобы весь необходимый объем воздуха отсасывался из помещения через решетки щелевого пола в навозосборники. Возможен вариант выбора производительности этой вентиляции, равной воздухообмену для весеннего и летнего периодов. Этим достигается полное исключение попадания в воздух помещения всех испарений, благодаря чему потребный воздухообмен может быть значительно уменьшен по сравнению с обычными способами.

Представленные выше принципиальные схемы устройства систем создания микроклимата применимы независимо от ширины здания: может меняться только количество распределительных воздуховодов, набор расстановка оборудования.

Для откорма крупного рогатого скота применяют также несколько технологий:

- технологию с привязным без выгульным содержанием скота с раздачей корма мобильными или стационарными средствами и удалением навоз транспортерами или гидравлическими способами;

- Технологию беспривязного содержания на глубокой подстилке - кормлением на выгульных дворах;

- технологию беспривязного без выгульного содержания в помещениях со сплошным щелевым полом;

- технологию беспривязного содержания на открытых или защищенных от непогоды площадках.

Откорм скота на площадках непосредственно не требует применения устройств для создания микроклимата, поэтому здесь не рассматривается. Привязное содержание скота при откорме в отношении создания в помещениях оптимального микроклимата полностью аналогично помещениям для содержания дойных коров. Аналогично в них устраиваются отопление и вентиляция.

Рекомендуемые схемы обеспечения микроклимата откормочников крупного рогатого скота с беспривязным содержанием на щелевом полу в зависимости от используемого оборудования показаны на рис. 4.2.

На рис. 4.2а показаны схема, рекомендуемая при использовании комплектного оборудования "Климат-2", "Климат-3", а также оборудования "Климат-4" в сочетании с приточными водяными или электрическими калориферными установками.

Схема предполагает установку в стенах здания вытяжных вентиляторов 1, приточной камеры с распределительным воздуховодом 2 и коньковой вентиляционной щели 3. Вытяжные вентиляторы работают постоянно в течение всего года. Производительность их автоматически изменяется, поддерживая в помещении постоянную температуру воздуха. Приток воздуха происходит зимой через воздуховод 2 с подогревом и частично через щель 3 без подогрева. Весной и осенью приток свежего воздуха происходит только через щель 3. Летом охлажденный воздух может дополнительно подаваться по воздуховоду 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основное условие надежной работы схемы в зимних условиях - постоянная работа вытяжных вентиляторов и достаточно большая (5-7 м/с) начальная скорость выхода воздуха из отверстий приточного воздуховода. Для исключения попадания струй холодного воздуха из приточной щели на животных, под ней устанавливается отбойный щит шириной 0,4-0,5 м. Ширина щели 7-10 см. Ширина здания при использовании этой схемы не должна быть больше 21м.

По схеме (рис.4.2б) рекомендуется устраивать вентиляцию при использовании приточных водяных или электрических калориферных установок и центробежных вентиляторов.

Здание оборудуется приточно-вытяжной коньковой щелью, приточной вентиляционной камерой с водяным или электрическим калорифером, воздух от которых распределяется по воздуховоду 2, и вытяжными каналами 4, размещенными под кормушками в полу. Производительность вытяжной вентиляции через каналы 4 рассчитывается по переходному периоду. Летом здание дополнительно может проветриваться путем открывания окон и ворот. Необходимым условием надежной работы системы является постоянная работа вытяжной системы и выполнение всасывающих отверстий воздуховодов так, чтобы они не забивались навозной массой. Лучшим вариантом выполнения этих отверстий является расположение их под кормушкой над уровнем решеток щелевого пола.

Опыт работы такой системы вентиляции в откормочнике на 1000 голов в колхозе им. Куйбышева Апостоловского района Днепропетровской области показал, что направление потока движения воздуха сверху - вниз способствует удалению большей части водяных паров и газов без попадания их к животным, что дает возможность значительно уменьшить объем вентиляционного воздуха и затраты тепла на его подогрев.

Схема может быть использована в зданиях любой ширины (изменяется количество приточных и вытяжных воздуховодов).

Схема (рис. 4.2в) используется аналогично схеме (рис. 4.2а) в зданиях шириной не более 21м, а также в случаях, когда по каким-либо причинам нецелесообразно располагать вытяжные вентиляторы в продольных стенах здания. Осевые вентиляторы располагают снаружи здания в шахтах. Эти вентиляторы работают на приток с переменной производительностью. Для исключения попадания холодного воздуха на животных под каждым вентилятором размещают отбойный щит 6.

Схема (рис. 4.2г) применяется при использовании комплектного оборудования ПВУ-6 или ПВУ- 9, отдельные агрегаты которых осуществляют приточную и вытяжную вентиляцию с подогревом приточного воздуха электроэнергией. Работа агрегатов полностью автоматизирована.

При использовании комплекта отопительно-вентиляционного оборудования КПГ-10 используют схему, приведенную на рис. 4.3.

Современная технология эффективного производства свинины основывается на цеховой структуре, разделяющей свиноферму на цех осеменения и содержания свиноматок, цех опороса, цех доращивания поросят, цех заключительного откорма. Такое разделение обеспечивает содержание животных с учетом их физиологических потребностей по возрастным группам в отдельных специализированных помещениях.

На крупных комплексах для всех возрастных групп свиней применяют без выгульное содержание. На небольших колхозных и совхозных фермах для холостых, осеменяемых и супоросных маток, а также поросят-отъемышей применяют свободно-выгульное содержание. Помещения для содержания свиноматок и поросят-отемышей строят шириной 12 и 18, для откорма - 18-21м, а в ряде случаев строят моноблоки шириной более 100м. Производительность вентиляции для всех типов помещений свиноферм должна определяться из условия постоянного прибывания в них полного количества животных круглый год.

Рекомендуемые схемы организации обеспечения микроклимата свинарников-откормочников приведены на рис. 4.4.

Схема (рис. 4.4а) представляет собой простейший случай, применяемый при использовании отдельных видов оборудования для отоплении и вентиляции.



Вентиляция свинарника приточно-вытяжная комбинированная, рассчитана по производительности на переходный период. Приток воздуха с подогревом в зимнее время осуществляется по воздуховоду в верхней зоне, удаление - через подпольные каналы, соединенные трубками с каналами для сбора навоза. Летом дополнительное проветривание обеспечивается открыванием окон.

Данная схема первоначально была использована в свинарниках на 2 тыс. голов совхоза "Заволжский" Калининской области и применена в последующем при строительстве многих ферм. Схема может быть рекомендована для использования в северных областях республики.

На рис. 4.4б дана схема организации при использовании комплексного оборудования КПС-108, предназначенного для комплектования комплексов на 54-108 тыс. свиней. Она подобна схеме "а", но дополнительный приток воздуха летом производится осевыми вентиляторами, размещенными по коньку здания. Данная схема использована при строительстве всех действующих государственных комплексов по производству свинины.

Работа схемы по рис. 4.4в аналогична описанной выше схеме (рис. 4 а) и используется с оборудованием "Климат-2", "Климат-3", "Климат-4" и др. Эта схема наиболее употребительна при строительстве.

Схема (рис.4.4г) используется с оборудованием ПВУ-6, ПВУ-9.

Аналогичные схемы используются и для других типов свинарников.

В свинарниках для содержания поросят-отъемышей для обеспечения повышенного температурного режима целесообразно устройство электрообогреваемого пола по всей площади станка из расчета поддержания на нем температуры не выше 240 С. Станки одного помещения разбивают на четыре секции и в каждой температуру поверхности регулируют автоматически или вручную в соответствии с возрастом поросят. Мощность электронагревательных элементов обычно для получения температуры 240 С принимают равной 100Вт на 1 м 2 обогреваемой площади.

В свинарниках-маточниках, помимо общей вентиляции, отопления и охлаждения, рассчитанных на обеспечение условий в соответствии с требованиями свиноматок, необходимо применять дополнительные устройства для обогрева мест отдыха поросят (местный обогрев). Для этого используют специальные лампы инфракрасного излучения типа ИКЗК -250 220, автоматизированные установки ИКУФ-1, электрообогревамые коврики и плиты, электрообогрев участков пола, газовые горелки инфракрасного излучения.



2. Методика расчета микроклимата

Общая методика

Прежде чем приступить к расчету воздухообмена и расчету теплового баланса в животноводческих помещениях и птичниках студенту необходимо в краткой форме изложить в пояснительной записке следующее:

1. Сущность микроклимата и влияние его на продуктивность животных и птицы.

2. Сформулировать (на основе справочной литературы) зоотехнические требования к микроклимату в соответствующих положениях и раскрыть факторы, влияющие на формирование оптимального микроклимата.

3. Выбрать исходные данные к расчету ПТЛ.

4. Провести расчеты воздухообмена и подобрать соответствующее оборудование.

5. Провести расчеты тепловому балансу помещения и подобрать технологическое оборудование.

6. Построить график работы технологического оборудования, расхода технологической воды, пара и электроэнергии.

7. Дать экономическую оценку выбранных технологических решений.

Конкретно на первых двух пунктах останавливаться нет смысла т.к. студент может взять из соответствующей литературы /1,2,3,4,5,6 /.

Более глубже рассмотрим пункты 3,4,5, а для пунктов 6,7 дадим краткую консультацию, т.к. эти пункты рассматриваются в каждой поточной линии.

Выбор исходных данных

Этому пункту студент должен уделить особое внимание. Принято, что в задании преподаватель дает некоторые исходные данные которых явно недостаточно. Поэтому студенту необходимо самостоятельно дополнить исходные данные. Дополнительные исходные данные студент выбирает из соответствующих литературных источников, когда раскрывает пункты 1 и 2.

Для микроклимата исходными данными должны быть:

Число животных, птицы в помещении; средняя масса животного или птицы; средний удой, привес; оптимальные параметры микроклимата - температура, наружного воздуха и относительная влажность; характеристика помещения - длина, ширина, высота и соответственно объем помещения; количество и размер окон, ворот; теплотехническую характеристику пола, стен, потолка.

Расчет воздухообмена

Одним из условий обеспечения требуемого воздушного режима в помещениях для сельскохозяйственных животных является расчет и устройство эффективной вентиляции - необходимое условие поддержание оптимальной температуры, удаление излишней влаги, вредных газов, воздушной пыли и микробов.

Следует помнить, что часовой объем вентиляции рассчитывают для холодного сезона по накоплению углекислого газа (СО 2) переходного - водяных паров, а в летний период по удалению избытков тепла.

Холодный период года следует принимать январь месяц, переходный - апрель. Воздухообмен по удалению избытков тепла обычно проводят для птицеводческих помещений.

Часовой воздухообмен (м 3 /ч) по содержанию углекислоты, влаги, избыточного тепла определяется по формулам:

, (4.1)

, (4.2)

, (4.3)

где: Lco2 ; Lw ; Lт - воздухообмен соответственно по СО 2 ; W ; T - теплу, м 3/ч;

m - количество животных в помещении, гол.;

С - количество СО 2 выделяемого одним животным, л/ч, дано СО 2 в м 3/ч для перевода в л/ч необходимо умножить на 1000;

С 1 - допустимое количество СО 2 в воздухе помещения, л/м 3; для КРС, свиней - 2,5; овец - 3,0; птицы - 2,0 л/м 3;

С 2 - Содержание СО 2 в приточном воздухе, л/м 3, С 2 принимается в пределах 0,3… …0,4;

Wk - количество водяных паров, выделяемого одним животным в час в зависимости от температуры воздуха, г/ч

в - коэффициент, учитывающий испарение влаги с пола, кормушек, автопоилок, для КРС - 1,1, свиней - 1,25, птицы с клеточным способом содержания - 1,2;

dbн; dн - влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/ч,

С - удельная массовая теплоемкость воздуха, примерно равная 1 кДж/кг 0С

tb - температура, которая должна поддерживаться в помещении,

tн - температура приточного воздуха, 0С;

- плотность воздуха, подаваемого в помещение, кг/м 3, следует принять 1,2…1,29 кг/м 3;

- общее количество избыточного тепла, кДж/ч.

Студент должен знать, что при любом методе расчета воздухообмен не должен быть ниже минимального определенного по нормам технологического проектирования (НТП).

Lнтп = ? I q m, (4.4)

где: ? I - воздухообмен на 1ц массы, м 3/ч,

q - масса животного в ц;

m - количество животных, гол.

При проведенных расчетах выбирает максимальный воздухообмен:

, (4.5)

где: V - объем помещения, м 3

При кратности воздухообмена К<3 принимается естественная вентиляция, при К = 3…5 вентиляция с механическим возбуждением тяги воздуха без подогрева, а при К>5 - выбирается принудительная вентиляция с подогревом воздуха.

Расчет элементов естественной вентиляции

При естественной вентиляции воздухообмен происходит вследствие разности температур внутри и снаружи помещения. Воздух в помещении перемещается по каналу снизу вверх.

Сечение вытяжных и приточных каналов (м 3) определяют:

, (4.6)

где: х - скорость воздуха в канале, м/с, последняя определяется из выражения 4.7. :

, (4.7)

где: h - высота канала (следует принимать от 3…5 м);

tbн - tнар - разность температур внутреннего и наружного воздуха, 0С.

Количество вытяжных каналов определяют из выражения:

n k , (4.8)

где: f - площадь сечения одного канала, м.

площадь сечения вытяжных каналов принимается 0,25; 0,36;

0,5; 1,0м 2, а приточных 0,04; 0,06м 2.

Площадь сечения приточных каналов считают в размере 70…80% от площади сечения вытяжных каналов (Fb)

Расчет количества приточных каналов производится по формуле 4.8,при этом f подставляется для приточных каналов.

Расчет принудительной вентиляции

Расчет принудительной вентиляционной системы ведется из тех условий, что она должна работать периодически, поэтому подача системы должна быть в 2…3 раза больше расчетной величины воздухообмена, т.е:

Lвс = (2…3) L, (4.9)

Известно, что в принудительной вентиляционной системе поступление воздуха обеспечивается приточными установками централизованного и децентрализованного типа. В большей части применяются вентиляторы низкого давления (до 980 Па) и среднего (2940 Па).

Требуемый вентилятор по величине воздухообмена Lвс и требуемому напору (Н), необходимому для преодоления сопротивления движению воздуха в канале вентиляционной системы.

Объемную подачу вентилятора (м 3/ч) определяют по формуле:

Qb , (4.10)

где: nk - число вытяжных каналов.

Следует помнить, что при подаче Qb< 8000 м 3/ч выбирают схему с одним вентилятором, при Qb> 8000 м 3/ч - с несколькими, при этом объемная подача одного вентилятора не должна быть более 8000 м 3/ч.

Диаметр воздуховода (м) определяется по формуле:

, (4.11)

где: Qb - объемная подача вентилятора, м 3/ч;

х - скорость воздуха в воздуховоде, которая принимается 12…15 м/с.

Необходимый напор вентилятора Н(Па) определяют как сумму потерь давления от трения воздуха о воздуховод на прямолинейных участках (Нтр) и местных сопротивлений (hмс):

H = , (4.12)

где: Н - полный набор вентилятора, Па;

- плотность воздуха, p = 1,2…1,3 кг/м 3;

л - коэффициент сопротивления движению воздуха в трубе,

л = 0,02…0,03;

?о - сумма коэффициентов местных сопротивлений

L - длина воздуховода, м.

Методика расчета теплового баланса в помещениях для сельскохозяйственных животных

Определение часового объема вентиляции - это одна сторона расчета эффективной вентиляции, ибо только тогда можно создать условия требуемого воздушного режима в помещении, когда будет правильное сочетание найденного воздухообмена и оптимального температурного режима. Причем температура в помещении главным образом должна поддерживаться за счет тепла, выделяемого животными.

Для того, чтобы определить количество тепла, требуемого для поддержания оптимальной температуры при найденном воздухообмене необходим расчет теплового баланса помещения.

Под тепловым балансом помещения следует понимать количество тепла, которое поступает в помещение (теплопродукция), и то количество тепла, которое теряется из него (теплопотери).

Тепловой баланс обычно рассчитывают на период самой холодной пятидневки. Так например, в районе Твери средняя температура воздуха в январе составляет -10,40С, а абсолютная влажность 3,0 г/м 3.

Тепловой баланс помещения вычисляется по формуле:

Qc = Qогр + Qи + Qв + Qсл - Qжив, (4.13)

где: Qс - теплопроизводительность системы отопления и вентиляции, кДж/ч;

Qогр - теплопотери через ограждающие конструкции, кДж/ч;

Qи - тепло, расходуемое на испарение влаги с поверхностей, кДж/ч;

Qв - тепло, необходимое для нагревания приточного воздуха, кДж/ч;

Qжив - свободное тепло, поступающее от животных, кДж/ч;

Qсл - случайные потери тепла, кДж/ч принимаются (10…15% Qжив)

Теперь остается раскрыть каждое из слагаемых.

Теплопотери помещения через ограждающие конструкции выражаются формулой:

Qогр = 1,13 ?k F (tb - tн), (4.14)

где: 1,13 - коэффициент, учитывающий потери тепла отинфильтрации и расположения помещений оп отношению сторон света;

k - коэффициент теплопередачи через ограждающие конструкции, кДж/м 2 .ч.0С,

F - площадь ограждающих конструкций, мІ;

? - сумма произведений k на F, т.к. коэффициент (k) каждой отдельной части ограждений умножается на ее площадь(F), а затем все эти произведения суммируются;

tb; tн - внутренняя и наружная температура воздуха, 0С.

Площадь ограждающих конструкций рассчитывается следующим образом:

Потолка - путем умножения внутренних размеров длины и ширины помещения;

Стен - путем умножения наружного периметра помещения на высоту стен с учетом толщины потолка, за минусом площади окон и ворот;

Пола - по зонам: 1-зона - до 2м от стены; 2-зона - от 4м; 3-зона - от 4 до 6м и т.д. (при этом в первой двухметровой зоне площадь пола, примыкающая к углам наружных стен, учитывается дважды).

Деление пола по зонам показано на рис. 4.1. Для удобства расчетов цифровой материал целесообразно свести в таблицу 4.1.

Таблица 4. 1 - Расчет теплопотерь

Название ограждающей конструкции	К (кДж/м 2.ч.0С)	F (мІ)	k .F	Tb; tн	Теплопотери кДж/ч
1	2	3	4	5	6
Стены
Потолок
Окна
Ворота
Пол:
1 -зона
2 - зона
3 - зона
4 - зона

Расход тепла на испарение влаги с пола и других ограждающих (Qи) рассчитывается по формуле:

Qи = 2,493 (0,1 или 0,25) W, (4.15)

где: 2,493 - постоянный коэффициент (количество тепла в кДж, затраченное на испарение 1г влаги);

W - количество влаги выделяемой животными, г/ч;

0,1 - коэффициент, показывающий испарение с пола, кормушек, оборудования для помещений КРС;

0,25 - коэффициент, показывающий испарение с пола, кормушек, оборудования для свиноводческих помещений.

Расход тепла на обогрев вентиляционного воздуха определяют по формуле:

Qb = С с L (tb - tн), (4.16)

где: С - теплоемкость воздуха, 1 кДж/кг.0С

L - количество поступающего воздуха, м 3/ч

tb ; tн - соответственно температуры удаляемого и наружного воздуха, 0С

с - плотность воздуха, принимаем - 1,2…1,3 кт/м 3

Количество тепла, выделяемого животными, определяют по формуле:Qжив = m Q K ; (4.17)

где: m - количество животных, голов;

Q - количество свободного тепла, выделяемого одним животным, кДж/ч,

К - коэффициент, показывающий изменение выделения свободного тепла в зависимости от температуры помещения.

2.1 Подбор основного оборудования

Подбор оборудования для вентиляции

Для подачи воздуха и вытяжки его из помещения используют приточные и вытяжные вентиляторы среднего давления, для вытяжки - низкого давления.

Ранее в рекомендациях указывалось как подобрать вентилятор по производительности. Это оказывается очень просто. Необходимо знать количество подаваемого воздуха и количество вытяжных каналов (см. формулу 4.10).

Практика показывает, что выбранный вентилятор только по производительности не справляется с работой в виду создаваемого сопротивления в воздухораспределительных камерах, поэтому необходимо вентилятор подбирать по развиваемому напору. В пособии приводится формула 4.12, но ею можно пользоваться только тогда, когда студент представит расчетную схему подачи и распределения воздуха в помещении, на рис. 4.2 представлена расчетная схема подачи и распределения воздуха. На ней показан магистральный канал и распределительные каналы. Задаваясь длинной, диаметрами магистрального и распределительных каналов можно определить линейные сопротивления, а поскольку даны угловые переходы, то можно подсчитать и местные сопротивления

Расчет потребности в тепловых приборах

Количество теплогенераторов или калориферов и электрокалориферов рассчитывают по формуле:

N , (4.18)

где: Qобщ - общее количество тепла рассчитанное по уравнению баланса тепла, кДж/ч

Q - часовая теплопроизводительность прибора, кДж/ч

При применении водяного отопления общую поверхность (нагревательных приборов, ЭКМ эквивалент квадратного метра) определяется по формуле:

, (4.19)

где: Кэкм - коэффициент теплопередачи нагревательного прибора ЭКМ - кДж/м 2 .ч.0С

tв - расчетная температура воздуха в помещении, 0С

tср - средняя расчетная температура, 0С, можно принимать 50…550С

Коэффициент теплопередачи чугунного нагревательного прибора можно определить по формуле:

,

кДж /м 2 ч 0 С (4.20)

Иногда количество секций в радиаторе определяется по формуле:

n , (4.21)

где: m - принятое количество радиаторов;

fсек - эквивалентная поверхность одной секции, например для радиатора М-140 поверхность одной секции 0,254мІ и ЭКМ - 0,31 для радиатора Польза-6 соответственно 0,46мІ - 0,492 - ЭКМ.

При применении отопительных приборов для нагрева воздуха (водяных калориферов) подбор их выполняется в такой последовательности:

Часовой расход тепла Q*, кДж/ч на нагрев воздуха определяем по формуле:

Q* = Gв с (tк - tн), (4.22)

где: Qв - масса воздуха, которую необходимо подогреть, кг/ч;

С - массовая теплоемкость наружного воздуха, с=1,0 кДж/кг.0С;

tк - конечная температура воздуха, 0С;

tн - начальная температура воздуха, 0С

Предварительно живое сечение калориферов fв(мІ) по воздуху рассчитывают по формуле:

(4. 23)

где: хс - массовая скорость воздуха (понимаем 7…10 кг/мІ с).

Необходимую поверхность нагрева F, мІ калориферной установки находится по формуле:

(4.24)

где: tвх, tвых - соответственно температура воды на входе и выходе с калориферной установки, 0С можно принимать 50…55 єС;

К - коэффициент теплопередачи принятого типа калорифера - кДж/мІ . ч. єС

Количество калориферов, входящих в калориферную установку, определяют по формуле:

, (4.25)

где: - поверхность нагрева принятого калорифера, мІ

Если теплоносителем является пар, то поверхность нагрева F, мІ калориферной установки определяется по формуле:

(4. 26)

где: tп - температура пара, для сырого пара равна 102 єС;

для сухого tп = 135…140 єС.

Консультации для студентов в виде пожеланий

1. При работе системы микроклимата необходимо проводить расчет естественного и искусственного освещения.

2. Пользоваться единицами измерения только в системе "СИ" и знать в каких единицах измеряется - теплота, освещенность, напор, и их соотношения.

Например:

Удельная теплоемкость (массовая, весовая)

1ккал/кг єС = 4,19кДж/кг єС = 4,19 · 10і Дж/кг єС;

1кДж/кг єС = 0,24 ккал/кг єС;

1Дж/кг єС = 0,24 · 10-3 ккал/кг єС

Тепловой поток (тепловая мощность)

1кал/с = 4,19Дж/с = 4,19Вт;

1Вт = 1Дж/с = 1·3600/1000кДж/ч = 3,6кДж/ч;

1ккал/ч = 4,19кДж/ч = 4,19 · 1000/3600Вт = 1,16Вт;

1Вт = 0,860ккал/ч;

1кВт = 3600кДж/ч = 860ккал/ч.

Коэффициент теплопередачи

1ккал/мІ · ч · єС = 4,19кДж/мІ · ч · єС =1,16Вт/мІ · ч · єС;

1Вт/мІ · єС = 0,860 ккал/мІ · ч · єС = 3,6кДж/мІ · ч · єС;

1кВт/мІ · єС = 860 ккал/мІ · ч · єС =3600кДж/мІ ·ч · єС.

Термический эквивалент работы (тепловая энергия)

1Вт ·с = 0,24кал = 1Дж;

1Вт ·ч = 0,24 · 3600 = 860кал;

1кВт ·ч = 860ккал = 3600кДж.

3. Уметь пользоваться формулой интерполирования уровней для определения выделяемого животными свободного и явного тепла, влаги, газов.

где: Х; х 1, х 2 ; у 1, у 2 - известные величины, У - неизвестная.

Например:

Необходимо определить выделение общего количества тепла (У=?) в час 1 стельной коровы массой = 473 кг (=Х)

Берем данные нормы выделения общего тепла для стельной коровы массой 400 кг (3305кДж/ч) и массой 600 кг (3879кДж/ч).

х 1 = 400, х 2 = 600, у 1 =3305, у 2 = 3879

или

200 У = (574 · 73) + 661000

У = 3514,5 кДж/ч

Литература

1. Плященко, А. Микроклимат и продуктивность животных / А. Плященко [ и др. ], - Л.,1976.

2. Мурусидзе, Д.Н. Установки для создания микроклимата животноводческих ферм / М., 1979.

3. Пчелкин, Ю.Н. Устройство и оборудование для регулирования микроклимата. М., 1977.

4. Соловьев, Ф.А. Гигиена ферм и комплексов. Л., 1980.

5. Захаров, А.А. Практикум по применению тепла в сельском хозяйстве / А.А. Захаров, - М., 1979.

6. Бронфман, Л.И. Воздушный режим птицеводческих помещений / Л.И. Бронфман, - М., 1974.

7. Колесник, А.А., Шаманский, А.К. Курсовое и дипломное проектирование по МЭЖ / А.А. Колесник, А.К. Шаманский, - М.,1984.

8. Рекомендации. Организация нормируемого микроклимата и контроль за его состоянием в животноводческих помещениях. М.,1989.

Размещено на Allbest.ru

...