Расчет отопительно-вентиляционной системы животноводческих помещений

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ

Челябинская Государственная Агроинженая

Академия

Факультет Электрификации и автоматизации

сельскохозяйственного производства

Кафедра Тепловодогазоснабжения сельского хозяйства

Курсовой проект

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Расчет отопительно-вентиляционной системы

животноводческих помещений

Студент: Губанов Д.В.

Группа:305

Руководитель: Круглов Г.А.

Челябинск 2014



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПОМЕЩЕНИЯ

2.1 Статьи теплового баланса

2.2 Потери теплоты через ограждающие конструкции

2.3 Затраты теплоты на испарение влаги

2.4 Теплота, выделяемая животными

2.5 Тепловой баланс помещения

2.6 Определение температуры приточного воздуха

3. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО ВОЗДУХООБМЕНА И МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

3.1 Воздухообмен на разбавление влаги

3.2 Воздухообмен по допустимой концентрации углекислого газа

3.3 Воздухообмен по нормам расхода свежего воздуха на 100 кг

живой массы животного (птицы)

3.4 Мощность системы отопления

3.5 Расчет калорифера

4. ВЫБОР И АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

4.1 Выбор системы вентиляции

4.2 Аэродинамический расчет приточной

камеры

4.3 Аэродинамический расчет нагнетательной части вентиляционной

сети

4.4 Выбор и расчет мощности привода вентилятора

4.5 Расчет воздуховыбросных шахт

Литература

Введение

Вентиляторы применяются во всех отраслях народного хозяйства.

В России при эксплуатации вентиляторов в различных отраслях промышленности потребляется до 8% всей вырабатываемой электроэнергии.

Особое место вентиляция имеет в сельскохозяйственных зданиях и сооружениях. Если говорить о влияние вентиляции на продуктивность животных, установлено, что продуктивность животных зависит не только от эффективного использования кормов, но и в значительной мере определяется состоянием среды в животноводческих помещениях.

Для обеспечения устойчивости животных к простудным заболеваниям, роста их продуктивности необходимо создание оптимальных условий их содержания, то есть микроклимата, который зависит от ряда факторов или показателей, основными из которых являются температура, влажность, подвижность и загазованность воздуха в животноводческих помещениях.

Требуемый микроклимат достигается правильным соблюдением теплофизических норм строящихся животноводческих помещений, организация воздухообмена, выбором системы удаления навоза, применением эффективных средств регулирования параметров воздушной среды. проектирование тепловой затрата влага углекислый

Соблюдение параметров микроклимата в животноводческих помещениях влияет не только на здоровье животных и продуктивность, но и на продолжительность срока службы основных производственных зданий, улучшение условий эксплуатации технологического оборудования и труда обслуживающего персонала.



1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Вид животных и количество: Куры несушки, 8000 голов.

Размеры помещения: 18х90х3 м.

Материал стен: кирпич пористый

Толщина стен: 520 мм.

Тип кровли: Чердачная

Наружная температура: -28єC.

Теплоноситель: вода.

Параметры теплоносителя: 90/70 єC

Таблица1 - Параметры наружного воздуха

tн, °С	ц, %	dн, г/кг	i,кДж/кг	tт.р, °С	сн, кг/м3
-28	-	0,4	-36,4	-	1,44

i = c•t=1,3•(-28)= -36,4

Таблица 2 - Параметры наружного воздуха

tвн, °С	ц, %	dвн, г/кг	i,кДж/кг	tт.р, °С	сн, кг/м3
16	60	7	32	9	1,22



2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПОМЕЩЕНИЯ

2.1 Статьи теплового баланса

Расчет теплового баланса производится для определения мощности системы отопления (избыточной теплоты).

Уравнение теплового баланса имеет вид, Вт:

(2.1)

Тепловой баланс в первую очередь составляется для определения наличия теплопритоков в помещение либо недостатков тепла.

Расходуемая теплота, Вт,

(2.2)

Поступающая теплота, Вт,

(2.3)

2.2 Потери теплоты через наружные ограждающие конструкции

Потери теплоты через наружные ограждающие конструкции, Вт,

(2.4)

Теплопотери через все наружные ограждающие конструкции(стены, перекрытие, окна, ворота, пол) Вт, определяют по формуле:

(2.5.а)

(2.5.б)

сопротивление теплопередачи, (м²·К)/Вт, через наружную ограждающую конструкцию находят по формуле:

(2.6)

коэффициент теплопередачи - величина обратная термическому сопротивлению, (м²·К)/Вт:

(2.7.а)

(2.7.б)

Сопротивление теплопередачи R_o, (м²·К)/Вт,

(2.8)

Рассчитаем теплопотери.

Для стен:

Для этого рассчитаем сопротивление теплопередачи для стен:

где:



R_в =

R_н =

Рассчитаем площадь стен:

где:

где: с-ширина ;р-высота; n- количество.

Для окон:

Для ворот:

Для пола:

Теплопотери через неутепленный пол, Вт, вычисляются по зонам (рисунок 2.2), используя термические сопротивления зон, указанные в приложении 6, по формуле:

(2.9)



1,2,3,4 - зоны пола; а - длина помещения, м, где содержатся животные (птицы); в - ширина помещения, м

Рисунок 2.2 - План пола с разделением площади пола на зоны для расчета потерь теплоты

Для перекрытия:

Площадь перекрытия, м², вычисляется по формуле:

(2.10)

2.3 Затраты теплоты на испарение влаги

Затраты теплоты на испарение влаги, Q_исп, Вт, определяют по формуле



(2.11)

r=2470

(2.12)

М_ж = m• (2.13)

М_пов = 0,1М_ж=1,92 (2.14)

2.4 Теплота, выделяемая животными

Теплота, выделяемая животными, Q_ж, Вт, определяется по формуле

(2.15)

2.5 Тепловой баланс помещения

(2.16)

Так как ДQ > 0, то в помещении имеет место недостаток тепла и тогда

(2.17)

2.6 Определение температуры воздуха подаваемого в помещение приточной вентиляцией

(2.18)

(2.19)



3. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО ВОЗДУХООБМЕНА И МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Необходимый воздухообмен рассчитывается на основании баланса каждой вредности, поступающей в помещение и удаляемой из помещения. Как правило, производят расчет необходимого воздухообмена по каждой вредности, поступающей в помещение, и в качестве расчетного значения воздухообмена принимают наибольшее.

3.1 Воздухообмен на разбавление влаги

Воздухообмен по нормативной концентрации влаги, L_Н2О, м³/с, внутри помещения рассчитывается по выражению

(3.1)

3.2 Воздухообмен по допустимой концентрации углекислого газа

Воздухообмен по допустимой концентрации углекислого газа ,, м³/с, рассчитывается по формуле

(3.1)

3.3 Воздухообмен по нормам расхода свежего воздуха на 100 кг живой массы животного (птицы)

Воздухообмен на 100 кг живой массы животных (птицы), L_н, м³/с, рассчитывается по уравнению

(3.5)

3.4 Мощность системы отопления

Мощность системы отопления Q_отопл, Вт, определяется из уравнения теплового баланса помещения с учетом тепла, необходимого на нагрев приточного воздуха

Q_отопл = ?Q_огр + Q_исп + Q_вент - Q_ж (3.6)

Q_отопл =53522,14+52166,4+3127,8-96000=12816,34

3.5 Расчет калорифера

На сельскохозяйственных предприятиях для нагрева воздуха могут использоваться различные агрегаты: теплогенераторы прямого и непрямого нагрева, электрокалориферы, водяные и паровые калориферы. В данной работе будет рассматриваться водяной калорифер.

Выбор и расчет водяных калориферов

(3.7)

По данному значению выбираем калорифер КВБ11Б-П-У3

Таблица 3.1 - Техническая характеристика выбранного калорифера

1	Площадь поверхности теплообмена, Fф, м2	107,08
2	Площадь фронтального сечения, fф, м2	1,66
3	Площадь сечения прохода воды, fтруб, м2	0,00348
4	Аэродинамическое сопротивление, Па (определяется по фактической массовой скорости воздуха)

1) определяем действительную (фактическую) массовую скорость воздуха, , кг/(м²с), через калорифер

(3.8)

где f_ф - фактическая площадь фронтального сечения выбранного калорифера.

2) расход воды, G_вод, м³/с, проходящей через калорифер определяем по формуле

(3.9)

3) cкорость движения воды по трубкам калорифера, щ, м/с, будет равна

(3.10)

4) коэффициент теплопередачи калорифера (калориферной установки (при применении двух и более калориферов), К, Вт/(м²•°С), определяется по фактической массовой скорости воздуха, проходящего через калорифер, (v_с)_ф, кг/(м²с), и скорости движения воды по трубкам калорифера, щ, м/с, (приложение 8);

5) требуемая площадь поверхности нагрева, F_тр, м², калориферной установки определяется по формуле



(3.11)

Средняя температура воды, t_ср, °С:

(3.12)

Средняя температура воздуха, t^ср_возд, °С:

(3.13)

6) определяем коэффициент запаса (в %) калориферной установки по поверхности нагрева; он должен составлять 10…20%

(3.14)

При температуре -28 и ниже, использовать частичную рециркуляцию.



4. ВЫБОР И АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИТОЧНОЙ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

4.1 Выбор системы вентиляции

В животноводческих помещениях, как правило, в холодный период года используется механическая приточная и естественная вытяжная вентиляция через воздуховыбросные шахты, расположенные на кровле здания. Приточная механическая вентиляция может применяться с раздачей воздуха сосредоточенными струями (в основном в коровниках) и рассредоточенными струями сверху вниз или обратными потоками .

Следует иметь в виду, что система вентиляции не должна мешать технологическому процессу, связанному с содержанием животных. Система при наименьших капитальных затратах должна быть проста в монтаже и удобна в эксплуатации.

4.2 Аэродинамический расчет приточной камеры

Жалюзийная решетка устанавливается в проеме стены или приемной шахте для защиты приточной камеры от попадания в нее осадков и посторонних предметов. Утепленный клапан должен закрываться в то время, когда не работает вентилятор и отключен калорифер, во избежание обмерзания оборудования приточной камеры. При открытом клапане за счет гравитационного давления происходит просасывание наружного воздуха через калорифер, вентилятор, вентиляционную сеть в помещение. При этом происходит размораживание калорифера, конденсация влаги на наружных поверхностях оборудования. Так как металл конфузора, вентилятора охлаждается при прохождении холодного воздуха до отрицательных температур, то конденсат замерзает и постепенно увеличивается его толщина. Поэтому приточная камера должна быть снабжена автоматическими устройствами, закрывающими клапан при включении вентилятора.

Клапан снабжен устройством для его обогрева для предотвращения примерзания.

Площадь жалюзийной решетки, f_жр, м², найдем из выражения:

(4.1)

Подбираем стандартную решетку, , м², ближайшую по живому сечению полученной по расчету, и определяем действительную (фактическую) скорость, м/с, воздуха:

(4.2)

Потери давления в жалюзийной решетке с учетом обогреваемого клапана найдем по формуле

(4.3)

Общие потери давления на стороне всасывания будут равны:

(4.4)



4.3 Аэродинамический расчет нагнетательной части вентиляционной сети

Удельные потери на трение, R, Па/м, рассчитываются по формуле:

(4.5)

где л - коэффициент сопротивления трению, л = 0,02;

Сопротивление раздающего воздуховода, Па, определяется по формуле, учитывающей как линейные, так и местные сопротивления:

(4.6)

где м - коэффициент расхода, м = 0,65…0,69.

Диаметр воздуховода, м, на участке определяется по формуле:

(4.7)

v_ру = 8…10 м/с (для транспортирующего участка), v_ру = 6…8 м/с (для раздающего участка).

Воздуховоды изготавливаются следующих диаметров, мм: 125, 160, 200, 250, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000. Поэтому следует подобрать ближайший стандартный диаметр и уточнить фактическую скорость воздуха, v_ф, м/с, на участках по формуле:



(4.8)

Расчет:

Расчет сводится в таблицу.

Таблица 4.1 - Расчет диаметров воздуховодов.

№ участка	Lру, м3/с	vру, м/с	dру, м	dф, м	vф, м/с
1	0,6	7	0,58	0,56	2,44
2	1,2	7	0,82	0,8	2,39
3	0,6	9	0,52	0,5	3,06
4	1,2	9	0,73	0,71	3,03
5,6	2,4	9	1,03	1	3,06



Равномерная раздача воздуха по длине раздающего воздуховода может осуществляться либо за счет изменения площади сечения раздающих отверстий по длине воздуховода при постоянном его сечении, либо за счет изменения сечения воздуховода при равных площадях раздающих отверстий. В данной работе рассматривается первый вариант.

Методика расчета раздающего воздуховода постоянного сечения

1. Определяем число раздающих отверстий, n, на воздуховоде:

(4.10)

где ?_ру - длина раздающего воздуховода, м;

? - расстояние между раздающими отверстиями, м, l=3...3,5.

2. Находим площадь последнего по ходу движения воздуха отверстия, f₁, м²: Для первого участка:

(4.11)

Для второго участка:

где L_ру - расход воздуха через раздающий воздуховод, м³/с;

n - число отверстий;

v_и - максимальная скорость истечения воздуха из раздающих отверстий, м/с, v_и = 4...8 м/c.

3. Проверяем условие, которому должен удовлетворять раздающий воздуховод:



(4.12)

где F - площадь раздающего воздуховода, м²,

Для первого участка:

Итак, из неравенства для первого участка видно, что условие выполняется.

Для второго участка:

Итак, из неравенства для второго участка видно, что условие выполняется.

;

d_ф- фактический диаметр раздающего воздуховода, м;

м - коэффициент расхода воздуха, м=0,65...0,69.

Основываясь на том, что условия выполняются, продолжаю расчет.

4. Определяем площади последующих отверстий f_i, м², раздающего воздуховода:



(4.13)

где i - номер отверстия, 2,3, ..n.

Для первого участка:

В результате долгих расчетов "М" выяснилось ,что значения для отверстий меняются лишь в десяти- и стотысячных долях, поэтому условно принимаем все значения одинаковыми и равными единице.

,

т.е. все площади отверстий на данном участке в раздающем воздуховоде равны 0,0072 (м)² .

Для второго участка:

В результате долгих расчетов "М" выяснилось ,что значения для отверстий меняются лишь в десяти- и стотысячных долях, поэтому условно принимаем все значения одинаковыми и равными единице.

,

т.е. все площади отверстий на данном участке в раздающем воздуховоде равны 0,0143 (м)² .

5. Определим диаметры отверстий, d_i, мм.



(4.14)

Для первого участка:

d₂=95,774; d₃=95,779; d₄=95,781; d₅=95,784; d₆=95,789; d₇=95,791; d₈=95,794; d₉=95,799; d₁₀=95,804; d₁₁=95,809; d₁₂=95,814;d₁₃=95,819;

d₁₄=95,824.

Для второго участка:

d₁=134,969; d₂=134,978;d₃=134,987;d₄=134,996;d₅=135,005;d₆=135,014;d₇=135,023

d₈=135,032;d₉=135,041;d₁₀=135,050;d₁₁=135,059;d₁₂=135,068;d₁₃=135,077; d₁₄=135,086.

Расчет сводится в таблицу; в записке приводится расчет последнего отверстия f₁, М₁, d₁.

Таблица 4.2 - Результаты расчета площадей и диаметров отверстий раздающего воздуховода

Первого:

№ отверстия Показатели	1	2	3	4	5	6	7
Мi	1	1	1	1	1	1	1
fi, м2	0,0072	0,0072	0,0072	0,0072	0,0072	0,0072	0,0072
di, мм	95,77	95,774	95,779	95,781	85,784	95,789	85,791
№ отверстия Показатели	8	9	10	11	12	13	14
Мi	1	1	1	1	1	1	1
fi, м2	0,0072	0,0072	0,0072	0,0072	0,0072	0,0072	0,0072
di, мм	95,794	85,799	95,804	85,809	95,814	85,819	85,824

Второго:

№ отверстия Показатели	1	2	3	4	5	6	7
Мi	1	1	1	1	1	1	1
fi, м2	0,0143	0,0143	0,0143	0,0143	0,0143	0,0143	0,0143
di, мм	134,969	134,978	134,987	134,996	135,005	135,014	135,023
№ отверстия Показатели	8	9	10	11	12	13	14
Мi	1	1	1	1	1	1	1
fi, м2	0,0143	0,0143	0,0143	0,0143	0,0143	0,0143	0,0143
di, мм	135,032	135,041	135,050	135,059	135,068	135,077	135,086

Аэродинамический расчет участков вентиляционной сети и его результат удобно представить в табличном виде.

Таблица 4.3 - Результат расчета потерь давления в вентиляционной сети

№ участка	Расход воздуха на участке, L, м3/c	Длина воздуховода, ?, м	Скорость воздуха, vф, м/с	Диаметр воздуховода, dф, м	Удельное сопротивление трения, R, Па/м	Динамический напор, pд = (v2с)/2, Па	Линейные потери давления pл = R?, Па	Сумма коэффициентов местных сопротивлений, Уо	Потери давления в местных сопротивлениях Z = ?жpд, Па	Общие потери давления p=pл+Z, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	0,6	42	2,44	0,56	1,02	3,57	42,84	1	3,57	46,41
2	1,2	42	2,39	0,8	0,71	3,43	29,82	1	3,43	33,25
3	0,6	2,55	3,06	0,5	1,86	5,62	4,73	0,4	2,248	6,978
4	1,2	2,55	3,03	0,71	1,33	5,5	3,4	0,4	2,2	5,6
5	2,4	2,55	3,06	1	0,94	5,62	2,397	0,2	1,124	3,521
6	2,4	2,55	3,06	1	0,94	5,62	2,397	0,6	3,372	5,769



4.4 Выбор и расчет мощности привода вентилятора

Вентилятор, выбирается по расходу воздуха и развиваемому давлению, которое должно быть равно потере давления в вентиляционной сети.

Расход воздуха, L_в, м³/с, через вентилятор определяется по формуле:

(4.15)

где L_общ - общий воздухообмен помещения, определенный в пункте 3.4;

n - число приточных установок (вентиляторов).

Общие потери давления вентиляционной сети, p_общ, Па, рассчитываются по формуле:

(4.16)

где Z_вс - общие потери давления на всасывающей стороне вентиляционной сети, Па, определенные по формуле 4.4;

Ур_нагн - общие потери давления на стороне нагнетания, указанные в колонке 11 таблицы 4.3;

k - коэффициент запаса, k = 1,15.

По графику из приложения 14, з_вент=0,82

Мощность привода (электродвигателя) вентилятора, Вт, определяется по формуле:

(4.17)



где k - коэффициент запаса мощности, принимается по приложению 16;

р_общ - общие потери давления вентиляционной сети, рассчитанные по формуле (4.16), Па;

L_общ - расход воздуха через данный вентилятор, рассчитанный по формуле 4.15, м³/с;

з_вент - КПД вентилятора, определяется по аэродинамической характеристике (приложение 14), пример выбора показан на рисунке 4.9;

з_пер - КПД передачи, з_пер=1 в случае, если рабочее колесо насажено на вал электродвигателя.

Подбирается электродвигатель ближайший больший по мощности из ряда мощностей асинхронных электродвигателей (приложение 17).

Итак, по полученным данным выбираем двигатель:

Условное обозначение Е4.105-1б, тип: 4А71А6, N=0,75кВт, з_дв=1390(об/мин),m(вентелятора с двигателем)=63,1(кг)

4.5 Расчет воздухо-выбросных шахт

Общая площадь воздухо-выбросных шахт, м², может быть определена по формуле:

(4.20)

где L_расч - общий воздухообмен помещения, м³/с (определен в разделе 3);

v_ш - скорость воздушного потока в шахте, м/с;

h - высота воздушного столба, м, от середины высоты помещения до устья выброса воздуха из шахты, так как в помещении организованный приток воздуха.

Сечение одной шахты, f_ш, м²:

(4.21)

где n - количество шахт, принятых в проекте, шт.

Диаметр одной воздуховыбросной шахты круглого сечения d_ш, м:

(4.22)

Выбирается ближайший размер стандартной шахты, d_ш^ст, м.

Действительная (фактическая) скорость движения воздуха в шахте , м/с:

(4.23)

Литература

1. Проектирование отопительно-вентиляционной системы животноводческого помещения,2014г, Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, М.В. Андреева.

Размещено на Allbest.ru

...