Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего образования

Иркутский государственный Аграрный университет им. А.А.Ежевского

Контрольная работа

По дисциплине «Теплотехника»

Выполнил: Студент 3 курса

Энергетического факультета

Овчиников Р.И.

Проверил: Алтухов И.В.

Иркутск 2015



Содержание

Введение

1. Расчет тепловых нагрузок животноводческого комплекса

1.1 Расчет теплового потока на отопление животноводческого комплекса

1.2 Расчет теплового потока на горячее водоснабжение животноводческого комплекса

1.3 Расчет теплового потока на технологические нужды

2. Расчет и выбор оборудования для отопления животноводческого комплекса

2.1 Расчет калориферов отопительно-вентиляционной системы

2.2 Подбор калорифера и вентилятора отопительно-вентиляционной установки для телятника на 200 голов

2.3 Расчет вентилятора отопительно-вентиляционной системы

2.4 Выбор и расчет отопительных приборов системы центрального водяного отопления

Список использованной литературы



Введение

Производство сельскохозяйственной продукции связано с большим потреблением топливно-энергетических ресурсов. Тепловая энергия расходуется на отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию, на обеспечение необходимых параметров микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, хранилищах и сооружениях защищенного грунта, на сушку сельскохозяйственной продукции, приготовление кормов, получение искусственного холода и другие цели.

Рациональное использование тепловой энергии нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, создание энергосберегающих экологически чистых технологий становится одной из главных задач энергетиков.

Целью работы является расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине "Теплотехника", приобретение практических навыков по решению инженерных теплотехнических задач, а также опыта использования нормативной, справочной и учебной литературы.



ВАРИАНТ 5 /по последней цифре номера зачетной книжки/

Комплекс выращивания телок и нетелей на 1100 голов

Основные помещения комплекса и их размеры:

1. Телятник на 120 голов - 2шт 18х36х2, 7х5, 8 м

2. телятник на 160 коров - 1шт 18х54х2, 7х5, 8 м

3. Здание ремонтного молодняка на 200 голов - 4 шт 21х76х2, 7х5, 8 м

4. Административно-бытовой блок - 1шт 16х20х3 м

Коэффициент остекления животноводческих помещений 0, 22

Средняя масса животных: телят - 110 кг

молодняка - 280 кг

Численность основных рабочих - 24 чел.

Подобрать калорифер и вентилятор отопительно-вентиляционной установки для здания ремонтного молодняка на 200 голов.

ВАРИАНТ 4 /по предпоследней цифре номера зачетной книжки/

Параметры теплоносителей:

Температура воды на горячее водоснабжение - 55⁰ С.

Давление пара, поступающего на технологические нужды, - 35 кПа.

Температура воды на отопление /поступающей в калорифер/ - 110⁰С.

Температура воды после отопления / на выходе калорифера/ - 80⁰ С.

Состав рабочей массы топлива, %

С^Р = 67, 9 H^Р = 4, 7

О^Р = 8, 8 S^Р = 0, 6

W^Р = 80, 0 A^Р = 9, 2

Коэффициент избытка воздуха б = 1, 40



1. Расчет тепловых нагрузок животноводческого комплекса

В соответствии с назначением потребителей теплоты, тепловые нагрузки могут быть разделены по видам: на отопительно-вентиляционные, горячее водоснабжение и технологические. Основную долю из них составляет отопительно-вентиляционное теплопотребление.

Животноводческие комплексы, как объекты теплопотребления, имеют сезонные и круглогодичные тепловые нагрузки.

К сезонным тепловым нагрузкам относят расход теплоты на создание условий микроклимата, то есть на отопление и вентиляцию помещений. Величина этих нагрузок определяется атмосферным условием (температурой наружного воздуха, его влажностью и скоростью ветра). Потребление теплоты в течение суток практически не изменяется, что объясняется теплоустойчивостью помещений.

К круглогодичным тепловымнагрузкам относятся системы горячего водоснабжения и технологическое оборудование (кормозапарники, пастеризаторы и др.).

Они характеризуются практически постоянным потреблением теплоты в течение года, расход теплоты в течение суток значительно колеблется, что объясняется особенностями технологических процессов в животноводстве (периодичность запаривания кормов, доение коров, уборки помещений и др.).

1.1 Расчет теплового потока на отопление животноводческого комплекса

тепловой животноводческий водоснабжение калорифер

Тепловой поток на отопление животноводческого комплекса складывается из потока теплоты на отопление всех животноводческих помещений и блока бытовых помещений.

Тепловой поток системы отопления каждого животноводческого помещения определяется на основании уравнения теплового баланса

Ф_от= Ф_огр+ Ф_в+ Ф_исп+ Ф_инф+ Ф_к - Ф_ж - Ф_эл - Ф_{м. эл.}, Вт

где Ф_огр, Ф_в, Ф_исп, Ф_инф, Ф_к - тепловые потоки, теряемые помещением соответственно через наружные ограждения, на нагрев приточного воздуха, на испарения влаги в помещении, нагрев инфильтрующегося воздуха и поступающих извне кормов, Вт;

Ф_ж, Ф_эл, Ф_м.эл - тепловые потоки, поступающие в помещение соответственно от животных, электрооборудования и освещения, средств местного электрообогрева.

Для практических расчетов с небольшой погрешностью можно принять, что поступление теплоты от электрооборудования и искусственного освещения, потери теплоты на нагрев в поступающих извне кормах компенсируются. Тогда уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

Ф_от= Ф_огр+ Ф_в+ Ф_исп+ Ф_инф+ Ф_ж, Вт_.

Таким образом, для определения мощности системы отопления необходимо для каждого животноводческого помещения определить все составляющие уравнения теплового баланса.

Тепловой поток, теряемый через ограждения - Ф_огр, учитывает потери теплоты через все наружные ограждения (стены, окна, ворота, перекрытие) за исключением пола, так как можно считать, что поступления теплоты от подстилки компенсирует теплопотери через пол. В целом это есть поток теплоты, теряемый 1м³ наружного объема здания в единицу времени при разности температур внутреннего и наружного воздуха 1⁰.



Ф_огр=q_oV_н(t_в- t_н), Вт

где V_н- объем здания по наружному обмеру, м³;

t_в- расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰С;

t_н - расчетная температура наружного воздуха, ⁰С.

Удельная отопительная характеристика q_oопределяется с учетом размеров и особенностей здания

q₀= 1, 06, Вт/м^{2 0}С

где Р - периметр здания, м;

S - площадь здания в плане, м²;

_о- коэффициент остекления (отношение площади остекления к площади наружных стен);

h- высота наружных стен, м;

Определение периметра помещений

Р_св-отк.= Р₁ = (18+36)*2=108 м

Р_св-оп.= Р₂ = (18+54)*2=144 м

Р_суп.= Р₃ = (12+76)*2=176 м

Р_адм.. = Р₄ = (16+20)*2= 72 м

Определение площади помещений

S_св-отк.= S₁ = 18*36 =648 м²

S_св-оп.= S₂ = 18*54 =972 м²

S_суп.= S₃ = 18*76 =1368 м²

S_адм.. = S₄ = 16*20 = 320 м²



Определение объема здания по наружному обмеру

V_{н.св.отк. =}V_н1 = 648*((2, 7+5, 8)/2)*2=5508 м³

V_{н.св.оп. =}V_н2 = 972*((2, 7+5, 8)/2)*1=4131 м³

V_{н.суп. =} V_н3 = 1368*((2, 7+5, 8)/2)*4=23256 м³

V_{н.адм. =}V_н4 = 320*3=960 м³

К_ст, К_о, К_пт, К_пл - коэффициент теплопередачи соответственно наружных стен, остекления, перекрытия и пола.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха (средняя температура наиболее холодной пятидневки) зависит от климатических особенностей местности и для Иркутска и Читы принимается равной -38⁰С.

Температура, наружного воздуха ?C t_н=-38

в телятнике t₁=3

в телятнике t₂=10

в здании ремонтного молодняка t₃=12

в блоке бытовых помещений t₄=18

Коэффициенты теплопередачи, Вт/м²*К

для наружных стен К_ст=1, 2

для остекления К_о=3, 0

для перекрытия К_пт=1, 0

для пола К_пл=0, 25

Определение удельной отопительной характеристики, Вт/м³*К

Для телятнике:

q₀₁= 1, 06 Вт/м^{2 0}С

Для телятнике:

q₀₂= 1, 06 Вт/м^{2 0}С

Для ремонтного молодняка:

q₀₃= 1, 06 Вт/м^{2 0}С

Для административно-бытовых блоков:

q₀₄=1, 163*((1+2*с_о)*F_4с+S₄)/V₄; F_4c = 72*3 = 216

q₀₄ = 1, 163*((1+2*0, 22)*216+320)/960=0, 7644 Вт/м^{2 0}С

Определение теплового потока, теряемого через ограждения, Вт

Для телятнике:

Ф_огр1=q_o1V_н1(t_в1- t_н)=0, 65854*5508*(20-(-38))=210367, 04 Вт

Для телятнике:

Ф_огр2=q_o2V_н2(t_в2- t_н)=0, 4435*4131*(20-(-38))=106261, 71 Вт

Для ремонтного молодняка:

Ф_огр3=q_o3V_н3(t_в3- t_н)=0, 4005*23256*(12-(-38))=465701, 4 Вт

Для административно-бытовых блоков:

Ф_огр4=q_o4V_н4(t_в4- t_н)=0, 7644*960*(18-(-38))=41094, 14 Вт

Суммарные потери, Вт

Ф_огр=Ф_огр1+Ф_огр2+Ф_огр3+Ф_огр4

210367, 04+106261, 71+465701, 4+41094, 14=823424, 29 Вт

Тепловой поток, расходуемый на нагрев приточного воздуха, определяется по следующему выражению



Ф_в= 0, 278L_рс (t_в- t_н), Вт

гдеL_р - расчетный объем приточного воздуха, м³/ч;

- плотность воздуха при расчетной температуре внутри помещения, кг/м³;

с- удельная изобарная теплоемкость воздуха равная 1 кДж/кг⁰С.

Объем приточного воздуха определяется из расчета растворения углекислоты до допустимой концентрации и предельно допустимого содержания водяных паров. При таком воздухообмене происходит поглощение и других вредных выделений (аммиака, сероводорода, пыли), содержащихся в помещении в значительно меньших количествах.

Часовой объем приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислого газа, вычисляют по формуле

L= , м³/ч

где с- количество углекислого газа, выделяемое одним животным, л/ч;

n- количество животных в помещении;

К_t- коэффициент, учитывающий изменение выделения углекислоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения;

с₁- предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе помещения л/м³;

с₂- концентрация углекислого газа в свежем приточном воздухе.

Выделение углекислого газа одним животным, л/ч

Телятник с_тел1.=60, 8

Телятник с_тел2.=60, 8

Ремонтного молодняка с_мол=81, 8

Предельно допустимая концентрация углекислого газа в помещениях для коров 2, 5, л/м³

с₁= 2, 5

концентрация углекислого газа в свежем приточном воздухе, л/м³

с₂=0, 06

Часовой объем приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислого газа, м³/ч

В в телятнике

L₁= м³/ч

В в телятнике

L₂= м³/ч

в здании ремонтного молодняка

L₃= м³/ч

Суммарный часовой объем приточного воздуха, м³/ч

L=L₁+L₂+L₃

L=6769, 48+4512, 98+7524, 74=18807, 2 м³/ч

Содержание углекислого газа приточного воздуха, необходимого для растворения водяных паров, определяется следующим образом

L_w= , м³/ч

где W- масса влаги, выделяющейся в помещении за час, г/ч;

d_в иd_н - влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/кг сухого воздуха,

p-плотность воздуха, кг/м³.

Масса влаги, выделяющейся в помещении за час, г/ч

Телятник W_к1=195

Телятник W_к2=195

Ремонтный молодняк W_к3=261

Влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/кг сух. Воздуха

Влагосодержание воздуха в Телятнике при относительной влажности 60% d_v1=9, 3

Влагосодержание воздуха в телятнике при относительной влажности 60% d_v2=9, 3

Влагосодержание воздуха в телятнике ремонтного молодняка при относительной влажности 60% d_v3=5, 8

г) влагосодержание наружного воздуха при относительной влажности 70%

d_п=0, 4

Суммарные влаговыделения определяются по формуле:

W=W_ж+ W_исп, г/ч

где W_ж- масса влаги, выделяемой животными за час, г/ч;

W_исп- масса влаги, испаряющейся со смоченных поверхностей помещения (пол, подстилка, поилки), г/ч.

Количество влаги, испаряемой со смоченных поверхностей

W_исп=оW_ж

Где о - коэффициент, равный отношению количества влаги, испаряющейся со смоченных поверхностей, к количеству влаги, выделяемой животными, в зависимости от условий их содержания

Влага, выделяемая животными, равна

W_ж=WnК^/_t, г/ч

где W -выделение водяных паров одним животным, г/ч;

n-количество животных в помещении;

К^/_t - коэффициент, учитывающий изменение выделения животными водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

К^/_t. = 1, 7

Телятник

W_ж1=120*2*195*1, 7=79560г/ч

Телятник

W_ж2=160*1*195*1, 7=53040 г/ч

Ремонтный молодняк

W_ж3=200*4*261*1, 7=354960 г/ч

Суммарная влага, выделяемая животными

W_ж=79560+53040+354960=487560 г/ч

Количество влаги, испаряемой со смоченных поверхностей

W_исп.= оW_ж, г/ч

где о- коэффициент, равный отношению количества влаги, испаряющейся со смоченных поверхностей, к количеству влаги, выделяемой животными, в зависимости от условий их содержания о=0, 1

W_исп.1= оW_ж=0, 1*79560=7956 г/ч

W_исп.2= оW_ж=0, 1*53040=5304 г/ч

W_исп.3= оW_ж=0, 1*354960=35496 г/ч

Суммарное количество влаги, испаряемой со смоченных поверхностей

W_исп.=7956+5304+35496=48756 г/ч

Суммарные влаговыделения определяются

W=W_ж+ W_исп



W =487560+48756 = 536316, г/ч

Плотность воздуха зависит не только от его температуры, но и от барометрического давления местности и определяется

, кг/м³

где Р - расчетное барометрическое давление в данной местности, кПа;

(для Иркутска 95, 2 кПа);

t - температура воздуха, ⁰С.

плотность наружного воздуха

с_п= кг/м³

плотность воздуха в помещении

с= кг/м³

Содержание углекислого газа приточного воздуха, необходимого для растворения водяных паров, м³/ч

Для телятника

L_w1= м³/ч

Для телятника

L_w2= м³/ч

Для ремонтного молодняка

L_w3= м³/ч

Суммарное содержание углекислого газа приточного воздуха

?L_w =6739, 2+4492, 8+30067, 2=41299, 2 м³/ч

Для определения минимального нормативного воздухообмена, приходящегося на 100 кг живой массы животных, можно воспользоваться выражением:

L_мин= , м³/ч

где - минимальный воздухообмен на 100 кг массы животного, м³/ч,

m- расчетная масса животных, кг,

n-количество животных.

L_мин=

Минимальный нормативный воздухообмен вычисляется для проверки правильности определения объемов приточного воздуха, выполненных ранее.

Расчетный воздухообмен помещения принимается по наибольшему из L, L_w или L_мин.

L=L_мин=52280 м³/ч

Тепловой поток, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей помещения, определяется

Ф_исп=0, 278rW_исп, Вт

r-скрытая теплота испарения воды (r=2, 49кДж/г)

Ф_исп1=0, 278rW_исп=0, 278*2, 49*7956=5507, 3

Ф_исп2=0, 278rW_исп=0, 278*2, 49*5304=3671, 5

Ф_исп3=0, 278rW_исп=0, 278*2, 49*35496=24492, 24



Суммарный тепловой поток, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей помещения

Ф_исп=5507, 3+3671, 5+24492, 24=33671, 04 Вт

Тепловой поток, расходуемый на нагрев приточного воздуха, определяется по следующему выражению

Ф_в= 0, 278L_рс (t_в- t_н)

В телятниках

Ф_в1=0, 278L_w1с(t_в1-t_н)=0, 278*6739, 2*1, 139*1*

(20-(-38))=123766, 99

В телятниках

Ф_в2=0, 278L_w2с (t_в2- t_н)=0, 278*4492, 8*1, 139*1*(20-(-38))=82511, 33

В телятнике ремонтного молодняка

Ф_в3=0, 278L_w3с(t_в3-t_н)=0, 278*30067, 2*1, 139*1*(12-(-38))=476026, 91

Суммарный тепловой поток, расходуемый на нагрев приточного воздуха, Вт

Ф_в=Ф_в1+Ф_в2+Ф_в3=123766, 99+82511, 33+476026, 91=682305, 23

Тепловой поток, расходуемый на нагрев инфильтрующегося воздуха, определяется с учетом его поступления через неплотности в ограждениях (особенно через световые проемы), при открывании ворот и дверей, а также возможного превышения расхода приточного воздуха над расходом удаляемого. Рекомендуется принимать теплопотери на инфильтрацию в размере 30% теплопотерь через ограждения конструкции. Таким образом

Ф_инф=0, 3 Ф_огр, Вт

Ф_инф1=0, 3 Ф_огр1=0, 3*210367, 04 =63110, 11

Ф_инф2=0, 3 Ф_огр2=0, 3*106261, 71=31878, 51

Ф_инф3=0, 3 Ф_огр3=0, 3*465701, 4=139710, 42

?Ф_инф=63110, 1+31878, 51+139710, 42=234699, 04

Тепловой поток, выделяемый животными, складывается из скрытых тепловыделений и свободных (явных) тепловыделений.

Скрытые тепловыделения, будучи связаны с процессами влагообмена животных с окружающей средой, приводят к увеличению содержания водяных паров внутри помещения. При этом температура внутри помещения не изменяется. Такие тепловыделения характеризуют тепловыделения животных, но не относятся к теплопоступлениям в помещение и не входят в его тепловой баланс.

Свободные тепловыделения расходуются непосредственно на нагревание воздуха внутри помещения. Они представляют собой теплопоступления в помещения и определяются по выражению:

Ф_ж= qn К^//_t, Вт

где q - поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт;

n - количество животных в помещении,

К^//_t - коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животным теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

Поток свободной теплоты от животных, Вт

Телята q₁=340

Телята q₂=340

Ремонтный молодняк q₃=456

Коэффициент свободных выделений

К₁=0, 63; К₂=0, 63; К₃=0, 95

Тепловой поток, выделяемый животными, Вт

Телята

Ф_ж1=340*120*2*0, 63=51408 Вт

Телята

Ф_ж2=340*160*0, 63=34272 Вт

Ремонтный молодняк

Ф_ж3=456*200*4*0, 95=346560 Вт

Суммарный тепловой поток, выделяемый животными, Вт

Ф_ж=Ф_ж1+Ф_ж2+Ф_ж3=51408+34272+346560=432240 Вт

После определения каждой составляющей теплового баланса определяется общий тепловой поток, необходимый для отопления данного животноводческого помещения.

По такой же методике рассчитывается тепловой поток на отопления всех других животноводческих помещений.

Определение суммарного теплового потока на отопление всего животноводческого комплекса, Вт

Ф_от=Ф_огр+Ф_в+Ф_исп+Ф_инф+Ф_ж =823424, 29+682305, 23+33671, 04 +234699, 04+432240=2206339, 6

Ф_от =2, 206339*10⁶

Телятник

Ф_от1=210367, 04 +123766, 99+5507, 3+63110, 11+51408=

454159, 44

Телятник

Ф_от2=106261, 71+82511, 33+3671, 5+31878, 51+34272=258595, 05

Здание ремонтного молодняка

Ф_от3=465701, 4 +476026, 91+24492, 24+139710, 42+346560=1452490, 97

В блоке бытовых помещений

Ф_от4=41094, 14

Тепловой поток, расходуемый на отопление блока административно-бытовых помещений, определяется по удельной тепловой характеристике, которая учитывает расход теплоты и на его вентиляцию:

Ф^б_от= q_тV^б_н (t^б_в- t_н)а, Вт

где q_т- удельная теплота характеристика здания, Вт/м^{3 0}С;

V^б_н- объем здания по наружному обмеру, м³;

t^б_в- расчетная температура воздуха внутри административно-бытового блока, ⁰С;

а - поправочный коэффициент, учитывающий влияние разности расчетных температур воздуха на значение тепловой характеристики.

Ф^б_от= q_тV^б_н (t^б_в- t_н)а=0, 809*960*(18-(-38)*0, 93=40447, 41 Вт

Для административно-бытовых зданий удельная тепловая характеристика определяется

q_т= 1, 163, Вт / м^{3. 0}С,

q_т= 1, 163

где - коэффициент остекления административно-бытового блока;

F^б_ст- площадь поверхности наружных стен, м²; S^б - площадь здания в плане, м².

Расчетная температура воздуха внутри административно-бытового блока принимается равной 18⁰С.

Поправочный коэффициент а определяется по формуле



а= 0, 54+

а= 0, 54+

Результаты расчета теплового потока на отопления всего животноводческого комплекса сводятся в таблицу 1.3.

Помещение комплекса	Составляющие уравнения теплового баланса помещения	Тепловой поток на отопление Фот, кВт	Количество помещений	Тепловой поток на отопление однотипных помещений
	Фогр, кВт	Фв, кВт	Фисп, кВт	Финф, кВт	Фж, кВт
Телятник	823	682	33	234	432	454	2	908
Телятник	106	82	3	31	34	258	1	258
Здание ремонтного молодняка	465	476	24	139	346	1452	4	5808
Бытовые помещения	41	-	-	-	-	41	1	41
Сумма	1435	1240	60	404	812	2205		7015

После этого определяется суммарный тепловой поток на отопление всего животноводческого комплекса =7, 015*10⁶Вт

1.2 Расчет теплового потока на горячее водоснабжение животноводческого комплекса

Горячее водоснабжение на животноводческих комплексах используются для санитарно-гигиенических нужд, для поения животных в холодный период года, для бытовых нужд обслуживающего персонала.

Среднесуточные нормы потребления горячей воды на санитарно-гигиенические нужды и поение животных (m^с.г.)

Температура холодной воды, ?C t_х=5

Температура воды, ?C, на санитарно-гигиенические нужды

(температура воды на горячее водоснабжение) t_сг=55

Расход воды на одно животное, кг

Телята М_к=2

Ремонтный молодняк М_т=2

Тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение для санитарно-гигиенических нужд

; Вт

где - коэффициент неравномерности потребления горячей воды в течении суток (принимается равнымв₁=2, 5);

- удельная массовая теплоемкость воды (= 4, 2 кДж/кг⁰С);

m^с.г.- среднесуточная норма потребления горячей воды на санитарно-гигиенические нужды, кг;

n- количество животных в помещении;

-температура горячей воды на санитарно-гигиенические нужды, ⁰С (табл.1.4); 55

t_х- температура холодной воды (в холодный период года принимается равной 5⁰С, а в теплый 15⁰С)

Вт

Вт

Вт

Суммарный тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение для санитарно-гигиенических нужд

Вт

Тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение для поения животных в холодный период года, определяется так же, исходя из среднесуточной нормы потребления

, Вт

где m^п- среднесуточная норма потребления горячей воды на поение животных в холодный период года, кг (см. табл. 1.4.);

n - количество животных,

- расчетная температура воды, поступающей на поение животных, ⁰С

Температура воды, ?C, на поение животных

Телята t_п1=15

Ремонтный молодняк t_п2=10

Расход воды на одно животное, кг

Телята М_п1=10

Ремонтный молодняк М_п2=25

Тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение для поения животных в холодный период



Суммарный тепловой поток расходуемый на горячее водоснабжение для поения животных в холодный период, Вт

Для бытовых нужд обслуживающего персонала горячая вода используется в душевых, размещенных в блоках бытовых помещений, и в умывальных общего пользования, находящихся непосредственно в помещениях, где содержатся животные.

Тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение душевых в блоке бытовых помещений

, Вт

где часовой расход горячей воды, л/ч;

- удельный вес воды при ее средней температуре, кг/л (= 0, 99 кг/л);

-удельная массовая теплоёмкость воды;

- расчетная температура горячей воды для бытовых нужд, ⁰С

(= 55⁰С);

- температура холодной воды.

Часовой расход горячей воды для душевых бытовых помещений определяется из расчета одновременной работы всех душевых сеток

, л/ч

где V_с- часовой расход воды на одну душевую сетку, л/ч (V_с = 270 л/ч);

n_с- количество душевых сеток (на 5-7 основных рабочих принимается одна душевая сетка).

Численность основных рабочих - 24 человека n_м=24

количество душевых сеток n_с=n_м/6=4

часовой расход воды на одну душевую сетку, л/ч V_с=270

Часовой расход горячей воды для душевых бытовых помещений определяется из расчета одновременной работы всех душевых сеток

V_д=V_с*n_с=270*4=1080

Тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение душевых в блоке бытовых помещений

Вт

Тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение умывальных в каждом животноводческом помещении

, Вт



где - часовой расход горячей воды в умывальных, л/ч.

-удельная массовая теплоёмкость воды,

- удельный вес воды при ее средней температуре, кг/л

- расчетная температура горячей воды для бытовых нужд, ⁰С

- температура холодной воды

Часовой расход горячей воды в умывальных каждого животноводческого помещения определяется так же из расчета одновременной работы всех умывальных точек

, л/ч

где V_у- часовой расход воды на одну умывальную точку, л/ч (V_у = 80 л/ч);

n_у- количество умывальных точек в каждом животноводческом помещении n_у=6.

Тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение умывальных в каждом животноводческом помещении, Вт

Результаты расчета теплового потока на горячее водоснабжение животноводческого комплекса сводятся в таблицу 1.5.

После этого определяется суммарный тепловой поток на горячее водоснабжение всего животноводческого комплекса

Суммарный тепловой поток на горячее водоснабжение умывальных в каждом животноводческом помещении



Результаты расчета теплового потока на горячее водоснабжение животноводческого комплекса

Помещение комплекса	Составляющие теплового потока на горячее водоснабжение животноводческого комплекса	Тепловой поток на горячее водоснабжение	Количество помещений	Тепловой поток на горячее водоснабжение одинаковых помещений
	кВт	кВт	кВт	кВт
	14	29	62	27	133	8	1064

1.3. Расчет теплового потока на технологические нужды

Суммарный поток теплоты на технологические нужды на животноводческом комплексе в общем случае включает в себя теплоту, расходуемую на кормоприготовление и на пастеризацию молока (для молочных комплексов).

Среди различных способов приготовления и подготовки кормов для животных важная роль отводится тепловой обработке, которая проводится, в общем, для всего комплекса в кормоцехе. В этом случае тепловая энергия расходуется на запаривание корнеклубнеплодов, различных кормовых смесей и грубых кормов, а также на заваривание, осолаживание и дрожжевание кормов. Расчеты в этом случае производятся по укрупненным нормам расхода пара и горячей воды на тепловую обработку кормов. В качестве теплоносителя наиболее часто используется водяной пар.

Тепловой поток, расходуемый на тепловую обработку кормов, рассчитывается для каждой группы животных отдельно по каждому виду корма



, Вт

где - коэффициент неравномерности потребления теплоты на приготовление кормов в течении суток (принимается равным 4);

m_к- масса данного вида корма, подлежащего тепловой обработке в суточном рационе одного животного, кг;

d_п- удельный расход пара на обработку данного вида корма, кг/кг;

h_п- энтальпия пара, используемого на технологические нужды, кДж/кг;

n- количество животных данной группы на животноводческом комплексе.

Количество кормов, подлежащих тепловой обработке в суточном рационе животных, приведено в таблице 1.6., а удельный расход теплоносителя - в таблице 1.7.

Группы животных	Количество кормов для тепловой обработки на одно животное по видам, кг
	Солома	Корнеклубнеплоды	Концентрированные корма
Телята	1, 5	Мс1=1	Мкк1= 1, 1
Ремонтный молодняк	2	Мс2=0	Мкк2= 2

Таблица 1.7 - Нормы расхода водяного пара и воды в процессах кормоприготовления

Процесс кормоприготовления	Вид корма	Удельный расход, кг/кг	Температура воды, 0С
Запаривание	Корнеклубнеплоды	0, 2	-	-
	Зерно	0, 3-0, 4	1, 0-1, 5	5
	Пищевые отходы	0, 3-0, 4	1, 5-2, 5	45
	Солома	0, 3-0, 45	1, 5-2, 5	45
	Мука	0, 3-0, 5	1, 0-1, 5	5
Заваривание	Солома	-	1, 0-1, 5	95
Осолаживание	Зерно, мука	-	1, 5-2, 5	90
Дрожжевание	Крахмал	-	1, 5-2, 0	45

Абсолютное давление пара в кормозапарнике, кПа

p_а=101, 3+45, 0=146, 3

температура пара при p_а=146, 3кПа, ?C

t_с=110, 6

энтальпия воды, кДж/кг, при p_а=146, 3кПа

h"=463, 9

энтальпия пара, кДж/кг, при p_а=146, 3кПа

hґ=2692

h_п= hґ=2692

коэффициент неравномерности потребления теплоты на приготовление кормов в течение суток

в₂=4

Тепловой поток, расходуемый на тепловую обработку соломы, удельный расход пара 0, 3кг, Вт

Тепловой поток, расходуемый на тепловую обработку корнеклубнеплодов, удельный расход пара 0, 2кг, Вт

Тепловой поток, расходуемый на тепловую обработку концентрированных кормов, удельный расход пара 0, 35кг, Вт

Суммарный тепловой поток, расходуемый на тепловую обработку кормов, Вт

Определение часового расхода пара на тепловую обработку кормов для всего комплекса

, кг/ч

где h_к - энтальпия конденсата, кДж/кг;

- тепловой КПД устройства для тепловой обработки кормов (= 0, 85 - 0, 90).

Энтальпия конденсата рассчитывается в зависимости от температуры, которая обычно бывает на 10-15⁰С меньше температуры пара (приложение Е)

h_{к =}с_вt_к, кДж/кг

где с_в - удельная массовая теплоемкость воды (с_в = 4, 2 кДж/кг⁰С);

t_к-температура конденсата, ⁰С.

Температура конденсата, которая обычно бывает на 10-15?C меньше температуры пара

t_к=t_с-15=95, 6

Часовой расход пара на тепловую обработку корнеклубнеплодов, кг/час

Часовой расход пара на тепловую обработку концентрированных кормов, кг/час

Суммарный часовой расход пара на тепловую обработку кормов, кг/час

Результаты расчета теплового потока и расхода пара на технологические нужды и суммарный расход пара на технологические нужды всего животноводческого комплекса .

Результаты расчета теплового потока и расхода пара на технологические нужды

1. Тепловой поток, Вт

На кормоприготовление ………………………………………. 368960

2. Суммарный тепловой поток на технологические нужды, Вт.. 465600

3. Расход пара, кг/ч

На кормоприготовление ……………………………….……….. 518, 59

4. Суммарный расход пара на технологические нужды ……….. 592, 89

На основании расчетов тепловых потоков на отопление, горячее водоснабжение и технологические нужды всего животноводческого комплекса определяется суммарная нагрузка

, Вт



Таблица 1.8 - Результаты расчета теплового потока и расхода пара на технологические нужды

Группы животных на комплексе	Количество голов на комплексе	Тепловой поток, кВт	Расход пара, кг/ч
		На кормоприго- товление	На пастеризацию	На кормоприго- товление	На пастеризацию
Телята+ ремонтный молодняк	1400	368960	-	518, 59	-



2. Расчет и выбор оборудования для отопления животноводческого комплекса

Наибольшее распространение в животноводческих помещениях получили системы воздушного отопления, совмещенные с подачей свежего приточного воздуха. В этом случае для подогрева воздуха используются калориферные установки, включающие в себя калорифер, вентилятор и контрольно-регулирующую аппаратуру. Параметры воздуха и схемы его подачи в животноводческое помещение определяются количеством теплоты, необходимой для поддержания теплового баланса, а так же конструктивными особенностями помещения, технологией содержания животных и другими факторами, зависящими от конкретных условий. Максимальная температура воздуха, подаваемого системой воздушного отопления не должна превышать 70⁰С.

В составе отопительно-вентиляционной системы особое значение имеет теплоисточники. Их выбор производят с учетом следующих условий. Теплогенераторы используются при децентрализованном теплоснабжении мелких животноводческих ферм. Электрокалориферные установки - для создания микроклимата в помещениях для содержания молодняка. Водяные и паровые калориферы применяются при системах теплоснабжения от паровых или водогрейных котельных. Исходным данными для расчета и выбора тепло источника являются необходимая тепловая мощность и расход вентиляционного воздуха. Наибольшее применение в практике, благодаря компактности и высокой производительности, получили паровые и водяные калориферы.

В родильных отделениях и помещениях для содержания молодняка животных дополнительно к устройствам, служащим для нагрева приточного воздуха, применяются системы центрального водяного или парового отопления с различными нагревательными приборами. В административно-бытовых помещениях используют так же центральные системы отопления с нагревательными приборами.

Центральные системы отопления конструктивно выполняются так, что генератор теплоты располагается вне отапливаемых помещений, а в помещениях теплоноситель подается по системе трубопроводов. От одного генератора теплоты отапливаются все здания животноводческого комплекса.

Одним из основных преимуществ парового отопления является меньший расход по массе трубопроводов, чем в системе водяного отопления, а, следовательно, меньшие капиталовложения в систему отопления. Вторым преимуществом является то, что коэффициент теплопередачи отопительного прибора при паре больше этого коэффициента, чем при воде, что ведет к уменьшению площади поверхности прибора. Однако при паровой системе отопления имеет место слишком высокая температура поверхности нагревательных приборов (температура пара 120-130⁰С), что приводит к разгонке органической пыли, находящейся в помещениях. Кроме того невозможно плавное регулирование теплоотдачи отопительных приборов при изменении температуры окружающего воздуха. В помещениях животноводческих комплексов возможно применение системы парового отопления только при условии, что в них нет пылевыделения, а регулирование теплоотдачи отопительных приборов осуществляется периодическим отключением системы на определенное время.

В административно-бытовых помещениях допускается применение только систем водяного отопления, так как максимальная температура поверхности нагревательных приборов должна быть не выше 95⁰С.



2.1. Расчет калориферов отопительно-вентиляционной системы

2.1.1 Подбор калорифера и вентилятораотопительно-вентиляционной установки для ремонтного молодняка 200 голов.

Калориферы предназначены для нагрева воздуха в отопительно-вентиляционных системах. Во всех конструкциях калорифера сохраняется один принцип работы: воздух, нагнетаемый вентилятором, проходит через теплообменник, в котором нагревается за счет теплоты горячей воды или пара. Калориферы, в которых используется вода, обозначается КВ, а для пара - КП.

В настоящее время изготавливаются калориферы пяти моделей: самая малая (СМ), малая (М), средняя (С), большая (Б), самая большая (СБ). Каждая модель подразделяется на 12 номеров, которые определяют величину площади поверхности нагрева и присоединительные размеры.

По характеру движения теплоносителя калориферы могут быть одноходовыми (КВБ, КЗПП, К4ПП, КФСО, КФБО), в которых пар или горячая вода движется сразу по всем трубкам в одном направлении, и многоходовые (КВС-П, КВБ-П, К3ВП, К4ВП), в которых горячая вода неоднократно изменяет направление движения. Одноходовые калориферы имеют диагональное, а многоходовые - одностороннее присоединение штуцеров.

Для увеличения площади поверхности нагрева на трубки калорифера надевают тонкие стальные пластины или навивают стальную ленту. Изготовленные таким образом калориферы называют пластинчатыми (КВБ, К3ПП, К4ПП и др.) или спиральнонавивными (КФСО, КФБО).

В условное обозначение калорифера входит наименование типа, модели, номера калорифера и тип конструкции оребрения. Например, КВС10-П - калорифер пластинчатый, для воды, средней модели, №10.

В отопительно-вентиляционных системах животноводческих помещений обычно используются калориферы КВС-П и КВБ-П, предназначенные для работы с использованием горячей воды.

Таблица 2.1 - Технические данные водяных калориферов КВС-П и КВБ-П

Номер калорифера	Площадь поверхности нагрева, м2	Площадь живого сечения, м2
	КВС-П	КВБ-П	По воздуху	По теплоносителю
				КВС-П	КВБ-П
6	11, 4	15, 14	0, 1392	0, 00116	0, 00154
7	14, 6	18, 81	0, 1720	0, 00116	0, 00154
8	16, 92	22, 44	0, 2048	0, 00116	0, 00154
9	19, 56	26, 0	0, 2376	0, 00116	0, 00154
10	25, 08	33, 34	0, 3033	0, 00116	0, 00154
11	72, 0	95, 63	0, 8665	0, 00232	0, 00308
12	108, 0	143, 5	1, 2985	0, 00347	0, 00462

При использовании в качестве теплоносителя водяного пара применяются калориферы КПС-П и КВБ-П. Это одноходовые калориферы по теплоносителю, их техническая характеристика приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Технические данные паровых калориферов КПС-П и КПЕ-П

Номер калорифера	Площадь поверхности нагрева, м2	Площадь живого сечения, м2
	КПС-П	КПБ-П	По воздуху	По теплоносителю
				КПС-П	КПБ-П
6	11, 4	15, 14	0, 267	0, 00523	0, 00697
7	14, 16	18, 81	0, 329	0, 00523	0, 00697
8	16, 92	22, 44	0, 392	0, 00523	0, 00697
9	19, 56	26, 0	0, 455	0, 00523	0, 00697
10	25, 08	33, 34	0, 581	0, 00523	0, 00697
11	72, 0	95, 63	1, 65	0, 0105	0, 01394
12	108, 0	143, 5	2, 49	0, 01568	0, 02091



Технические данные для других моделей калориферов приводятся в специальной справочной литературе.

В зависимости от требуемого количества теплоты и условий работы калориферной установки подбирается модель, номер и количество калориферов. По отношению, проходящего через калориферы воздуха, они могут устанавливаться параллельно или последовательно. Для нагрева значительных объемов воздуха при небольшом перепаде температур применяется параллельная установка калориферов. Когда необходимо нагреть воздух на 40 градусов и больше, калориферы устанавливаются последовательно. Присоединение калориферов к водяным тепловым сетям также осуществляется по параллельной или последовательной схемам, а к паровым - только по параллельной схеме.

Расчет и подбор калориферов производится в следующей последовательности. Расчетная тепловая мощность калориферной установки в тех животноводческих помещениях, где система отопления совмещена с системой вентиляции, принимается равной тепловому потоку на отопление данного помещения, определенному из уравнения теплового баланса

, Вт

Для тех помещений, в которых используется центральное водяное отопление, тепловая мощность калориферной установки принимается равной тепловому потоку, идущему на нагрев приточного воздуха

, Вт

Подбираем калорифер и вентилятор отопительно-вентиляционной установки для телятника на 200 голов, Вт



Теплоемкость воздуха, кДж/(кг*К)

с=1, 0

Конечная температура подогретого воздуха на выходе из калориферной установки

⁰С

где, р- расчётная плотность воздуха, кг/м³;

с- удельная изобарная теплоёмкость, кДж/кг⁰С;

L_p - расчетный объем приточного воздуха, м³/ч;

t_н - начальная температура воздуха на входе калорифера.

L_p=L_w3=6971, 07

Расчетная площадь живого сечения калорифера для прохода воздуха

, м²

где (- расчетная массовая скорость воздуха, кг/с.

Под массовой скоростью понимают массу воздуха, проходящего за 1 с. через 1м² площади живого сечения калорифера. С увеличением массовой скорости повышается коэффициент теплопередачи калорифера, но возрастает и сопротивление прохода воздуха. По экономическим соображениям массоваяскорость воздуха принимается для водяных калориферов 7….10 кг/с, для паровых - 3….7 кг/с (vp)^р=7.

Исходя из расчетной площади живого сечения калорифера по техническим данным (табл.2.1. и 2.2), подбирают модель и номер калорифера с площадью живого сечения по воздуху близкой к расчетной. При параллельной установке нескольких калориферов учитывается их суммарная площадь живого сечения.

Подбор модели и номера калорифера с площадью живого сечения по воздуху близкой к расчетной (КВБ-П-9), для которого площадь живого сечения калорифера для прохода воздуха, м²

f₀=0, 2376

площадь поверхности нагрева, м²

А=26

Площадь живого сечения по воде, м²

f_тр=0, 00154

количество калориферов, установленных параллельно

т=1

По действительной площади живого сечения калорифера определяется действительная массовая скорость воздуха

, кг/с

где m - количество калориферов, установленных параллельно.

Для водяных калориферов определяется скорость горячей воды в трубках калорифера:



, м/с

где с_в- удельная массовая теплоемкость воды (с_в = 4, 2 кДж/кг⁰С);

- плотность воды при ее средней температуре, кг/м³;

t_г- температура воды на входе в калорифер, ⁰С;

t_о- температура воды на выходе из калорифера, ⁰С;

- площадь живого сечения трубок калорифера по теплоносителю, м² (см. табл. 2.1).

Коэффициент теплопередачи калорифера определяется с учетом принятой модели, значения массовой скорости воздуха, виде теплоносителя и скорости воды. Расчет производится по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обобщения опытных данных (см. табл. 2.3).

k=19, 7(хс)^{0, 32} щ^{0, 13}=19, 7*(8, 15)^{0, 32} *0, 59^{0, 13} =75

Фактический тепловой поток, передаваемый калориферной установкой нагреваемому воздуху:

Вт

где к- коэффициент теплопередачи, Вт/м²⁰С;

F-площадь поверхности нагрева одного калорифера, м² (табл. 2.1, 2.2);

- средняя температура теплоносителя в калорифере, ⁰С;

- средняя температура воздуха в калорифере, ⁰С.

Если в качестве теплоносителя используется вода, то , ⁰С

Если теплоносителем является пар с избыточным давлением менее 30 кПа, то среднюю температуру допускается принять равной 100⁰С. При избыточном давлении более 30 кПа средняя температура принимается равной температуре насыщения при соответствующем давлении (приложение Е).

В том случае, если фактический тепловой поток калориферной установки меньше чем это требуется по расчету, то принимается последовательная установка калориферов той же модели и того же номера. Количество последовательно установленных калориферов:

n=

округляется до целого значения в большую сторону.

n_k=

Общий тепловой поток калориферной установки равен

Ф_к.у.=, Вт

Ф_к.у.=

Запас калориферной установки по тепловой мощности Д:

Д=

Д=

Аэродинамическое сопротивление одного ряда последовательно установленных калориферов определяется по эмпирическим зависимостям (табл. 2.3.). При последовательной установке нескольких одинаковых калориферов их аэродинамическое сопротивление равно.

Р_к.у.=nР, Па

Где Р- аэродинамическое сопротивление одного ряда калориферов, Па.

Р_к.у.=4* 2, 75(хс)^{4, 65}= 4*2, 75*(8, 15)^{4, 65}=4*2, 75*3298, 8=51792

Таблица 2.3 - Расчетные зависимости для коэффициента теплопередачи и аэродинамического сопротивления калориферов

Марка Калорифера	Коэффициент теплопередачи, Вт/м20С	Сопротивление одного ряда калорифера, Па
	Пар	Вода
КВБ	17, 75(хс)0, 354	17, 75(хс)0, 343щ0, 149	1, 485(хс)1, 69
КЗПП	14, 1(хс)0, 366	12, 9(хс)0, 393 щ0, 108	1, 2(хс)1, 76
К4ПП	11, 6(хс)0, 62	10, 5(хс)0, 446 щ0, 034	1, 72(хс)4, 75
КФСО	18, 55(хс)0, 49	16, 55(хс)0, 501 щ0, 122	3, 29(хс)2, 01
КФБО	16, 5(хс)0, 455	14, 75(хс)0, 517 щ0, 138	4, 23(хс)4, 94
КВС-П	-	20, 8(хс)0, 32 щ0, 13	2, 16(хс)4, 62
КВБ-П	-	19, 7(хс)0, 32 щ0, 13	2, 75(хс)4, 65
КЗВП	-	12, 9(хс)0, 395 щ0, 106	1, 2(хс)1, 76
К4ВП	-	10, 5(хс)0, 446 щ0, 34	1, 72(хс)1, 75

2.2 Расчет вентилятора отопительно-вентиляционной системы

Вентиляторы - это устройства, предназначенные для подачи воздуха в помещение. По принципу работы и конструктивным особенностям они подразделяются на осевые и центробежные.

Осевые вентиляторы применяются для перемещения больших объемов воздуха при относительно малых (до 200 Па) сопротивлениях сети. Осевые вентиляторы по сравнению с центробежными имеют меньшую массу, компактны, их можно включать непосредственно в сеть воздуховодов. Однако они при работе создают большой шум и не способны преодолевать большие сопротивления.

Широкое распространение в отопительно-вентиляционных системах животноводческих помещений получили центробежные вентиляторы серии Ц4-70, подразделяющиеся по номерам. Буква Ц означает, что вентилятор центробежный; 4 соответствует значению коэффициента полного давления на оптимальном режиме, увеличенному в 10 раз и округленному до целой величины; 70 - округленное значение быстроходности вентилятора, рад/с. Номе...