Отопительно-вентиляционная система в птицеводческих помещениях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Отопительно-вентиляционная система является составной частью инженерного обеспечения сельского хозяйства. Птицеводство - одна из наиболее интенсивных и динамичных отраслей агропромышленного комплекса страны. Под микроклиматом птицеводческого помещения понимают климат какого-либо замкнутого пространства (птичника), представляющий совокупность физических, химических и биологических факторов, оказывающих определенное воздействие на организм птицы. К основным из этих факторов относят температуру, влажность, скорость движения и химический состав воздуха, концентрацию пыли и микроорганизмов, освещенность и др. Сочетание этих факторов может быть различным и оказывать на организм птицы положительное или отрицательное влияние. Перегрев или переохлаждение организма птицы нарушает нормальный обмен веществ и отрицатель сказывается на проявлении всех жизненных процессов, что в свою очередь ведет к значительному снижению продуктивности. Температура воздуха в помещении должна обеспечивать равновесие между теплообразованием и теплоотдачей, т.е. находиться в зоне термической нейтральности или в диапазоне, в пределах которого обмен веществ в организме сохраняется на постоянном уровне.

Движение воздуха при температуре более низкой, чем температура тела птицы, может вызывать переохлаждение организма. При таких условиях высокая скорость движения воздуха в зоне нахождения птицы является отрицательным фактором, увеличивающим теплоотдачу. Движение воздуха, усиливая испарение и теплоотдачу, воздействует на водный тепловой обмен организма. Температура, влажность и скорость движения воздуха в помещениях для содержания птицы являются определяющими факторами микроклимата, непосредственно влияющими на продуктивность; поэтому комплекс применяемого для этих целей оборудования должен обеспечивать данные параметры строго в соответствии с зооветеринарными требованиями.

Поддержание оптимального микроклимата в птицеводческих помещениях при любых внешних температурах -- обязательное условие успешного производства.



1. Исходные данные

Из приложения Г [1] выписываем расчетные параметры наружного воздуха (см. таблицу 1).

Таблица 1 Расчётные параметры наружного воздуха

Область	tн1, °С	Холодный период (параметр Б)	Тёплый период (параметр А)
		tн0, °С	hн,	tн, °С	hн,
Брестская	-25	-21	-19,9	22,4	49

Для переходных условий принимаем t наружного воздуха 8 °С и энтальпию 22,5 кДж/кг. [1]

По литературе [2] из таблицы 10.2 выписываем расчётные параметры внутреннего воздуха в таблицу 2.

Таблица 2 Расчетные параметры внутреннего воздуха

Наименование помещения	Период года	Параметры воздуха
		tв, °С	?в, %	Св,
Помещение для содержания животных	Холодный	20	70	2
	Переходный	20	40-75	2
	Теплый	27,4	40-75	2

Здесь tВ - расчётная температура внутреннего воздуха, °С;

?в - относительная влажность, %;

Св - ПДК углекислого газа в зоне содержания поросят (удельная допустимая концентрация углекислого газа), л/м3, принимаем из таблицы 10.4. [2]

В таблицу 3 выписываем выделения вредностей животных по литературе [2] из таблицы 10.6.



Таблица 3 Выделение теплоты, влаги и углекислого газа свиньями

Группа животных	Живая масса	Тепловой поток тепловыделений, Вт	Влаговыделения, г/ч	Выделения СО2, л/ч
		полных	явных
Свиноматки	200	897	646	369	115,2
Поросята	10	100	72	41,1	12,9

В таблицу 4 выписываем температурные коэффициенты для свиней в различные периоды года по литературе [2] из таблицы 10.8.

Таблица 4 Температурные коэффициенты для свиней

Периоды года	tв, °С	Температурные коэффициенты
		Тепловыделений	Влаговыделений	Выделений СО2
		полных	явных
Холодный	20	0,9	0,67	1,5	0,9
Переходный	20	0,9	0,67	1,5	0,9
Теплый	27,4	0,865	0,33	2,25	0,865

Из таблицы 1.2 литературы [2] выписываем теплотехнические характеристики строительных материалов в таблицу 5.

Таблица 5 Теплотехнические характеристики строительных материалов

Наименование материала	с, кг/м3	Расчетные коэффициенты при условиях эксплуатации
		Теплопроводности, Вт/(м2·°С)	Теплоусвоения, Вт/(м2·°С)
Железобетон	2500	2,04	16,96
Цементно-песчаный раствор	1800	0,93	11,09
Асбестоцементные листы	1800	0,52	8,12
Силикатный кирпич	1800	0,87	10,90
Известково-песчаный раствор	1600	0,81	9,76
Рубероид	600	0,17	3,53
Керамзитобетон	600	0,26	3,78
Сосна	500	0,18	4,54
Минераловатные плиты на синтетическом связующем	50	0,06	0,48

2. Расчёт теплопотерь через ограждающие конструкции

2.1 Расчёт теплопотерь через ограждающие конструкции

Сопротивление теплопередаче наружных стен, совмещенного покрытия и дверей (ворот), (м2·°С)/Вт:

,

где - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2·°С);

- толщина i-того слоя ограждающей конструкции (см. задание), м;

- коэффициент теплопроводности материала

i-того слоя (см. таблицу 5), Вт/(м2·°С);

- термическое сопротивление замкнутой воздушной

прослойки, (м2?°С)/Вт;

Принимаем (м2?°С)/Вт [2]

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности на ограждающей конструкции, Вт/(м2?°С);

Принимаем Вт/(м2?°С) [2]

Для совмещённого покрытия и наружных дверей (ворот) принимаем

Вт/(м2?°С) [2]



Для наружных стен значение принимаем в зависимости от заполнения животными 1 м2 пола.

Так как =(80?200+640?10)/1250,3=17,9157 кг/м2<80 кг/м2,

где m - масса одного животного, кг;

n - количество животных;

А - площадь помещения, м2,

то принимаем Вт/(м2?°С).

Сопротивление теплопередачи:

наружных стен:

совмещённого покрытия:

одинарных дверей (ворот):

двойных дверей (ворот):

остекление:

термическое сопротивление теплопередаче заполнения световых проёмов принимаем равным нормированным значениям (стр. 32 [2]).



отдельных зон пола по грунту:

,

где - термическое сопротивление отдельных зон рассматриваемой зоны неутеплённого пола, (м2·°С)/Вт;

- толщина утепляющего слоя, м;

- теплопроводность утепляющего слоя, Вт/( м2·°С).

Принимаем по литературе [2] страница 39.

2.2 Определение требуемого сопротивления теплопередачи наружных стен и совмещённого покрытия

Рассчитываем требуемые по санитарно-гигиеническим требованиям термические сопротивления теплопередаче для наружных стен, покрытий и перекрытий, наружных дверей и ворот.

Проводим расчет для наружных стен



где - расчётные температуры наружного и внутреннего воздуха в холодный период года ( см. таблицу 2);

- нормативный температурный перепад между внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограждающей конструкции;

n - коэффициент, учитывающий положение наружных ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (принимаем n=1). [2]

Значение определяет зависимость тепловой инерции. Тепловая инерция ограничивающей конструкции:

где - расчётный коэффициент теплоусвоения материала отдельных слоёв ограждающей конструкции (см. таблицу 5), Вт/(м2?°С).

Проведём расчёт для наружных стен (кирпич + штукатурка):

Нормативный температурный перепад принимаем исходя из типа помещения (производственное помещение с влажным режимом, таблица 3.6 [2]):

где - температура точки росы (определим по приложению Е [1] с 35.);

- расчётная температура внутреннего воздуха в холодный

период года, °С (таблица 2).

Проведём расчёт для покрытия совмещённого

Нормативный температурный перепад:

Проводим расчёт для световых проёмов

Принимаем сопротивление теплопередаче заполнения световых проёмов R0=0,42 (м2·°С)/Вт, так как tв-tн.0=20-(-21)=41, то принимаем требуемое сопротивление заполнений световых проёмов (таблица 3.7 [2]):

Требуемое сопротивление теплопередачи наружных дверей и ворот

2.3 Вывод о соответствии ограждений

Условие соответствия наружных ограждений строительным нормам проектирования (СНиП):

Для наружных стен:

Для совмещённого покрытия:

Для световых проёмов:

Для наружных дверей и ворот:

Можно сделать вывод о том, что наружные стены и одинарные двери нуждаются в дополнительном утеплении, так как их расчётные сопротивления ограждающих конструкций меньше требуемых.

2.4 Расчёт площадей отдельных зон пола

Определяем площадь отдельных зон пола:

Проводим разбивку пола на зоны (см. рис. 1).

Рисунок 1 Разбивка пола на зоны

Рассчитаем тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции:

где А - площадь ограждающей конструкции, м2;

вi - добавочные потери теплоты в долях от основных теплопотерь.

Дальнейшие расчёты сводим в таблицу 6.

3. Расчёт воздухообмена в помещении

птицеводческий микроклимат теплопотеря воздухообмен

3.1 Холодный период года

Влаговыделения животными (кг/ч):

где - температурный коэффициент влаговыделений;

- влаговыделение одним животным (табл. 3), г/ч;

- число голов.

Дополнительные влаговыделения в помещении:

Суммарные влаговыделения в помещении:

Выделение СО2 животными, л/ч:

,

где - температурный коэффициент выделений углекислого газа и полных тепловыделений, (таблица 4);

- количество CO2, выделяемого одним животным (таблица 3), л/ч;

Тепловой поток полных тепловыделений животными:

,

где - температурный коэффициент полных тепловыделений

(таблица 4);

qo - тепловой поток полных тепловыделений одним животным

(таблица3), кВт;

Тепловой поток теплоизбытков, кВт:

,

где Фт.п. - тепловой поток теплопотерь (таблица 6), кВт;

Угловой коэффициент, кДж/кг:

Расход вентиляционного воздуха по избыткам влаги (водяного пара), м3/ч:

,

где с - плотность воздуха (1,2 кг/м3);

dв определяем по диаграмме влажного воздуха ([2] стр. 9) при расчётных значениях tв и цв;

dн определяем по той же диаграмме при значениях tн.о и hн

dв=10 г/кг, (при tв=20єС и цв=70%);

dн= 0,5 г/кг, (при tн.о.=-21єС и hн=-19,9 кДж/кг);

Расход вентиляционного воздуха по количеству CO2, м3/ч:

,

где Св - ПДК углекислого газа в помещении (таблица 2), л/м3;

Сн - концентрация углекислого газа в наружном (приточном) воздухе, л/м3, принимают 0,3 л/м3 (стр.240 [2]);

Расход вентиляционного воздуха по норме минимального воздухообмена, м3/ч:

,

где l - норма минимального воздухообмена на 1 ц живой массы, м3/ч (табл.10.11 [2]);

В качестве расчётного воздухообмена в холодный период принимаем максимальное значение из 3-х, полученных в уравнениях, т.е.:

3.2 Переходные условия года

Так как температура внутреннего воздуха не изменяется, то из-под раздела 3.1 принимаем Wж, Wд, W, Ф0.

Тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции, кВт:

где и - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха для переходных условий (см. раздел 1), °С.

Тепловой поток теплоизбытков, кВт:

Угловой коэффициент:

Расход вентиляционного воздуха из условия одновременных избытков теплоты и влаги:

Влагосодержание внутреннего воздуха [г/кг]:

где и - расчётные температуры внутреннего и наружного воздуха в рассматриваемый период года [°С] (см. раздел 1);

найдём по диаграмме влажного воздуха при расчётных параметрах tн=8 єС и hн=22,5 кДж/кг);



Расход приточного воздуха из условия одновременного изменения избытков теплоты и влаги, м3/ч:

Т.к. , то принимаем

3.3 Тёплый период года

Расчёт проводим аналогично расчёту тепловоздушного режима и теплообмена в помещении в холодный период года:

Тепловой поток через покрытие совмещённое, Вт:

,

где Ап.с. - площадь перекрытий совмещённых (таблица 6), м2;

R0 - сопротивление теплопередачи перекрытий совмещённых (таблица 6), м2•єС/Вт;

- избыточная разность температур на поверхности совмещённого покрытия, (стр.46 [2]);

Тепловой поток через одну из наружных стен, Вт:

,

Размещено на http://www.allbest.ru/

где Ан.с. - площадь наружной стены, м2, (таблица 6 ЮВ);

- избыточная разность температур, єС, [2];

R0 - термическое сопротивление теплопередачи наружной стены, м2•єС/Вт;

Тепловой поток через остекление, Вт:

где а0 - коэффициент остекления, (стр.46 [2]);

q0 - поверхностная плотность теплового потока через остеклённую поверхность, Вт/м2, (табл.3.12 [2]);

А0 - площадь остекления, м2;

Тепловой поток от солнечной радиации, Вт:

,

Тепловой поток полных тепловыделений, кВт:

Тепловой поток теплоизбытков, кВт:



Угловой коэффициент, кДж/кг:

Влагосодержание наружного воздуха определим при tн=22,4 °С и

hн=49 кДж/кг:

dн=10,5 г/кг.

Определяем влагосодержание внутреннего воздуха, г/кг:

Находим расход вентиляционного воздуха из условия одновременного удаления избыточной теплоты и влаговыделений, м3/ч:

Находим расход вентиляционного воздуха по норме минимального воздухообмена, м3/ч:

В качестве расчётного воздухообмена в тёплый период принимаем наибольшее значение из 2-х, полученных в уравнениях, т.е.:

.

Результаты расчётов сводим в таблицу 7 (приложение Ж[1]).



4. Выбор и тепловая мощность ОВС

Предусматриваем систему приточной вентиляции с механическим побуждением, совмещенную с воздушным отоплением.

В состав ОВС входят: центробежный вентилятор, калориферная установка, магистральный воздуховод и воздухораспределители.

В холодный период года наружный воздух, подаваемый вентилятором в помещение через воздухораспределители, предварительно подогревается в калорифере. Теплопроизводительность калориферной установки регулируется в зависимости от температуры внутри помещения. Воздух из помещения удаляется через утепленные вытяжные шахты.

В переходный и теплый период года, воздух в помещение подается без подогрева. Для обеспечения дополнительного воздухообмена устанавливаем осевые вентиляторы внизу продольных стен.

С целью снижения металлоемкости и стоимости системы, воздухораспределители изготавливают из полиэтиленовой пленки.

Находим тепловой поток на подогрев вентиляционного воздуха, кВт:

где Ср - удельная изобарная теплоёмкость воздуха

(принимаем Ср=1 кДж/кг·К);

Lв - расчётный воздухообмен в холодный период года (таблица 7), м3/ч;

Тепловой поток на испарение дополнительных влаговыделений, кВт:

Определяем тепловой поток явных тепловыделений, кВт:

Тепловая мощность ОВС, кВт:

Определяем температуру приточного воздуха после подогрева в калорифере, єС:

Предусматриваем две отопительно-вентиляционные установки теплопроизводительностью:

Находим расход воздуха:

Дальнейшие расчёты ведём для одной вентиляционной установки.

5. Расчёт и выбор калориферов

Калориферы предназначены для подогрева приточного воздуха.

Требуемая площадь живого сечения для прохода воздуха, м2:

,

где (нс)' - массовая скорость воздуха, ,

(принимаем (нс)'=6 );

По требуемой площади живого сечения выбирают номер калорифера и их количество в одном ряду. Из табл. 8.11 [2] выписывают технические характеристики калорифера.

Принимаем калорифер КСк4-02ХЛЗА номер 6:

- площадь поверхности нагрева Ак=17, 42 м2;

- площадь живого сечения по воздуху f=0,267 м2;

- площадь живого сечения трубок fт=0,000846 м2.

Принимаем число калориферов в одном ряду n1=1.

Уточняем массовую скорость воздуха, кг/(м2·с):

Скорость горячей воды в трубках калорифера, (м/с):

,



где Ф0 - теплопроизводительность одной отопительно-вентиляционной установки, кВт;

св - удельная теплоемкость воды (принимаем св=4,2 кДж/(кг·К));

tг и t0 - температуры горячей и обратной воды, °С;

Fт - площадь живого сечения трубок , м2;

Коэффициент теплопередачи, Вт/( м2·К):

,

где a, r, n - коэффициент и показатели степени, зависящие от конструкции калорифера (принимаем по таблице 8.12 [2]).

Требуемая площадь поверхности теплообмена калориферной установки, м2:

,

где

Необходимое число калориферов:

Запас по поверхности нагрева:



Аэродинамическое сопротивление калориферов, Па:

Число рядов калорифера:

Аэродинамическое сопротивление калориферной установки:

6. Аэродинамический расчёт воздуховодов

Определяем диаметр воздухораспределителя, м:

,

где L - расход воздуха в начальном поперечном сечении воздухораспределителя (см. рисунок 2)(м3/ч);

- скорость воздуха в начальном поперечном сечении воздухораспределителя (принимают 6-8 м/с);

Принимаем ближайшее стандартное значение (стр. 193 [2])

d=0,355(м);

Динамическое давление в начальном поперечном сечении

воздуховода, Па:

Число Рейнольдса:

,

где -кинематическая вязкость воздуха при температуре tп=24 °С

(табл. 1.6[2]), = 16,0710-6 м2/с.

Коэффициент гидравлического трения:

,

где k - абсолютная шероховатость, принимаем k = 0,01·10-3м;

Коэффициент, характеризующий конструктивные особенности воздухораспределителя:

а< 0,73, что удовлетворяет допустимым требованиям, т.е. обеспе-чивает увеличение статического давления воздуха по мере приближения от начала к концу воздухораспределителя. В таком случае увеличение диаметра воздуховода не требуется.

Минимально допустимая скорость истечения воздуха через отверстие в конце воздухораспределителя, м/с:

где - коэффициент расхода (принимают 0,65);

Коэффициент, характеризующий отношение скоростей воздуха:



где - скорость истечения через отверстия в конце воздухораспределителя (принимаем ); [2]

Так как b=0,5200, то принимаем один расчётный участок [2].

Расчетная площадь отверстий в конце воздухораспределителя выполненных на 1 м длины, м2:

В пределах участка находим площадь отверстий, выполненных на единице длины воздухово-да, м:

где- относительная площадь воздуховыпускных отверстий на участке воздухораспределителяь(принимаем ) [2]

Определяем число рядов отверстий на участке:

где fо - площадь воздуховыпускных отверстий, м2;

n - число отверстий в одном ряду.



где d0 - диаметр воздуховыпускного отверстия

(принимаем d0=40 мм).[2]

Шаг между рядами отверстий для первого участка, м:

Вычисляем статическое давление воздуховода, Па:

- в конце воздухораспределителя:

- в начале воздухораспределителя:

Находим потери давления в воздухораспределителе:

.



где и - потери давления на трение по длине участка и в местных сопротивлениях, Па;

- расчетная длина участка, м;

- удельные потери давления, Па/м;

- коэффициент местного сопротивления (см. таблицу 8.7 [2]).

Значение определяем по номограмме (рисунок 8.6 [2]) при расчетных значениях расхода воздуха и скорости .

Коэффициент местных сопротивлений:

- для второго участка

- для третьего участка

- для жалюзийной решетки

Дальнейшие расчеты сводим в таблицу 6.

Таблица 6 Расчет участков воздуховода

Номер участка	L, м3/ч	l, м	d, мм	f, м2	н, м/с	R, Па/м	?PT, Па	Уо	Pд, Па	?Pм, Па	?P, Па
1	2325	34	355	0,1	8	-	-	-	38,4	-	160,6
2	2325	9	355	0,1	8	1,8	16,2	0,65	38,4	24,96	41,16
3	4650	4	400	0,126	10	1,9	7,6	3,18	60	190,8	198,4
Калорифер	4650	-	-	-	-	-	-	-	-	-	186,1
Жалюзийная решетка	4650	-	-	-	5	-	-	2	15	30	30
	Итого:	612,26

Вытяжные шахты выполняем прямоугольного сечения 1000x1000 мм

Определяем эквивалентный диаметр шахт, м:

где a и b - размеры прямоугольного сечения, (мм);

Скорость воздуха в поперечном сечении вытяжной шахты, м/с:

где h - высота вытяжной шахты между плоскостью вытяжного отверстия и устьем шахты, м; принимаем h = 5 м;

dэ - диаметр шахты, м;

tн - расчетная наружная температура (принимаем tн=5 °С); [2]

- сумма коэффициентов местного сопротивления (таблица 8.7 [2]).

Площадь поперечного сечения вытяжной шахты, м2:

Расчётный расход воздуха через одну вытяжную шахту, м3/ч:



Количество шахт:

Принимаем число шахт, nш = 2.

7. Выбор вентилятора

Определяем подачу вентилятора с учётом потерь воздуха в воздуховодах, м3/ч:

Требуемое полное давление вентилятора, Па:

где - суммарные потери давления в системе (см. таблицу 8), Па.

Построив рабочую точку пересечений координат (подача-давление) на свободном графике рабочих характеристик (рис.8.13 [2]) выбираем вентиляторный агрегат.

Выбираем вентилятор Е5.0,95-2, в состав которого входят: центробежный вентилятор ВЦ4-75 №5 и

электродвигатель 4А80В4 с частотой вращения 1415 мин-1 и

мощностью 1,5 кВт.

8. Энергосбережение

Анализ теплового баланса животноводческих помещений показывает, что в холодный период года 70 - 80 % теплоты удаляется вместе с вытяжным воздухом. С целью использования его теплоты, применяют теплоутилизатор. Удаляемый из верхней зоны помещения воздух поступает в теплоутилизатор, куда одновременно подаётся наружный воздух температурой tн. В результате теплообмена приточный воздух предварительно нагревается до температуры tп', окончательный нагрев воздуха до заданной температуры tп происходит в калорифере.

Наличие теплоутилизатора обуславливает необходимость установки вытяжного вентилятора. При этом экономия тепловой энергии преобладает над незначительным увеличением расхода электрической энергии.

Применение теплоутилизатора в ОВС позволяет снизить теплопроизводительность калориферной установки и сократить расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию животноводческих зданий до 40 %.

Рисунок 2 Схема энергосберегающего ОВС 1 - теплоутилизатор; 2 - калорифер; 3 - магистральный воздуховод; 4 - воздухораспределитель; 5 - вытяжной воздуховод.

Литература

1. Бахвалов, Н.С. Численные методы [Текст] : учеб. пособие для физ.-мат. специальностей вузов / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков; под общ. ред. Н.И. Тихонова. -- 2-е изд. -- СПб.: Нев. диалект, 2002. -- 630 с.: ил.

2. ГОСТ 7.53-2001. Издания. Международная стандартная нумерация книг [Текст]. -- Взамен ГОСТ 7.53-86; введ. 2002-07-01. -- Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2002. -- 3 с. -- (Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу).

3. Дьяконов, В.П. MATLAB 6.5 в математическом моделировании [Текст]: монография / В.П. Дьяконов. -- М.: СОЛОН-Пресс, 2005. -- 576 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...