Разработка энергосберегающей отопительно-вентиляционной системы птичника на 11000 голов

Размещено на http://www.allbest.ru

Аннотация

Курсовой проект выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на 31 листах формата А4 печатного текста, в том числе таблиц - 9, рисунков - 2, количество литературных источников - 2; графическая часть - на листе формата А1.

Ключевые слова: теплопотери, тепловоздушный режим, воздухообмен, отопительно-вентиляционная система, теплоутилизатор пластинчатый.

Цель работы состояла в разработке энергосберегающей отопительно-вентиляционной системы (ОВС) птичника на 11000 голов. Были выполнены расчеты теплопотерь и теплопоступлений, тепловоздушного режима и воздухообмена в холодный и теплый периоды; выбор и конструирование ОВС, теплогидравлические расчеты и выбор основного оборудования.

С целью энергосбережения предложено улучшение теплозащитных свойств ограждающих конструкций.

Разработанная ОВС обеспечивает экономию тепловой энергии на отопление и вентиляцию птичника в размере до 40% и может быть рекомендована при теплоснабжении птичников.

Размещено на http://www.allbest.ru

Реферат

Теплоснабжения является составной частью инженерного обеспечения сельского хозяйства. Повышение продуктивности в животноводстве и растениеводстве, укрепление кормовой базы, повышение сохранности сельскохозяйственной продукции, улучшение условий жизни сельского населения неразрывно связано с теплоснабжением. 8% от всех работающих в сельскохозяйственной отрасли заняты в теплоснабжении.

Специализация производства в животноводстве повышает требования к микроклимату. Содержание животных в холодных и плохо вентилируемых помещениях приводит к снижению продуктивности на 15-40%, расход кормов увеличивается на 10-30%, заболевания молодняка увеличиваются в 2-3 раза. Продуктивность в животноводстве по 1/3 определяется условиями содержания.

Большую роль играет поддержание микроклимата в современных птичниках. Он способствует максимальной продуктивности, наилучшей сохранности и интенсивному росту молодняка.

1.Исходные данные

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

Таблица 1 Расчетные параметры наружного воздуха

Область	tн1,	Холодный период	Теплый период
		н.о.,	,	,	,
Витебская	-31	-25	-24,4	21,6	49,4

В переходный период года принимаем расчетную температуру наружного воздуха н = 8и энтальпию 22,5 кДж/кг [1].

В таблицу 2 выписываем расчетные параметры внутреннего воздуха [2].

Таблица 2 Расчетные параметры внутреннего воздуха

Наименование помещения	Период года	Параметры воздуха
		,	цВ, %	ПДК СО2, ,
Коровник на 366 голов	Холодный	10	75	2,5
	Переходный	10	40-75	2,5
	Теплый	15	40-75	2,5

Из таблицы 10.9 [2] выписываем выделения вредностей животными

Таблица 3Выделения вредностей

Группа животных	Живая масса, кг	Тепловой поток тепловыделений,	Влаговыделения,	Выделения СО2,
		полных	явных
Ремонтный молодняк КРС	350	556	400	229	70

Из таблицы 10.10 [2] выписываем температурные коэффициенты

Таблица 4 Температурные коэффициенты

Периоды года	Температура ,	Температурные коэффициенты
		тепловыделений	Влаговыделений	выделений СО2
		Полных	явных
холодный	10	1	1	1	1
переходный	10	1	1	1	1
теплый	15	1	0,9	1,26	1.1

Из таблицы 1.12 [2] выписываем теплотехнические характеристики строительных материалов при условиях эксплуатации Б (см. таблицу 5).

Таблица 5Теплотехнические характеристики материалов

Наименование материала	,	Расчетные коэффициенты при условиях эксплуатации
		Тепло-проводности, Б	Теплоусвоения, Б	Паропрони-цаемости, Б
Доски сосновые	500	0,18	16,96	0,06
Минераловатные плиты	50	0,06	0,99	0,05
Кладка из красного кирпича	1800	0,81	10,12	0,11
Кладка из силикатного кирпича	1800	0,87	10,90	0,11
Рубероид	600	0,17	3,53
Внутренняя штукатурка	1600	0,81	11,09	0,09

2. Расчет теплопотерь через ограждающую поверхность

Находим термическое сопротивление теплопередачи для наружных стен, перекрытий, и наружных ворот (дверей), м2·К/Вт

, (2.1)

где - коэффициент теп

лоотдачи на внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2·К);

- толщина материала (см. задание), м;

- коэффициент теплопроводности материала (принимаем по таблице 5), Вт/(м·К);

Rв.п - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м2·К/Вт;

- коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждения (принимаем =23Вт/(м2·К) [2]);

Значение для наружных стен принимаем в зависимости от заполнения животными от 1м2 пола.

Так как·350·366/1352,4=94,72>80 кг/м2, то =12 Вт/(м2К) [2].

Для перекрытий и наружных ворот принимаем =12 Вт/(м2К) [2].

Рассчитываем термическое сопротивление теплопередачи для:

- наружных стен

=м2·К/Вт,

- перекрытий

м2·К/Вт,

- наружных ворот

м2·К/Вт.

Определяем термическое сопротивление теплопередачи отдельных зон пола, м2·К/Вт

, (2.2)

где Rн.п.- термическое сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола, м2·К/Вт.

Принимаем для первой зоны - 2,1 м2·К/Вт, для второй - 4,3 м2·К/Вт,

третьей - 8,6 м2·К/Вт, четвертой - 14,2 м2·К/Вт (стр. 39 [2]).

м2·К/Вт,

м2·К/Вт,

м2·К/Вт,

м2·К/Вт.

Вычисляем требуемое сопротивление теплопередаче для наружных стен и перекрытий, м2·К/Вт

, (2.3)

где tв - расчетная температура внутреннего воздуха (см. таблицу 2), ;

tн - расчетная температура воздуха в холодный период года, ;

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

n - поправочный коэффициент (принимаем n=1 [2]).

Значение tн принимаем в зависимости от тепловой инерции

, (2.4)

где - расчетный коэффициент теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции (см. таблицу 5), Вт/(м2·К).

Рассчитываем значение тепловой инерции:

- для наружных стен

;

- для перекрытий

.

Принимаем для:

- наружных стен ;

- перекрытий tн = tн.0 = -25.

Значения Дtн находим по таблице 3.6 [2]:

- для наружных стен

;

- для перекрытий

Температуру точки росы определим по приложению Е [1] при расчетных значениях и цв в холодный период года.

Принимаем = 12,5

Рассчитываем значение для:

- наружных стен

м2·К/Вт;

- перекрытий

м2·К/Вт.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для наружных ворот:

м2·К/Вт.

На основании проведённых расчётов делаем выводы:

Наружные ворота нуждаются в дополнительном утеплении.

Перекрытия и наружные стены не нуждаются в дополнительном утеплении.

Для световых проемов термическое сопротивление теплопередаче

R0 = 0,31 м2·К/Вт [2]. Так как tв-tн.о= 38>30, то для осветления принимаем требуемое сопротивление теплопередаче окон

= 0,31 м2·К/Вт (см. таблицу 3.7 [2]).

Производим разбивку пола на отдельные зоны (рисунок 1).

Рисунок 1- Разбивка пола на зоны

Определяем площади зон пола, м2

А1=65·2+65·2+18·2=296 м2 ,

А2=63·2+63·2+10·2=272 м2,

А3=61·2+61·2+6·2+=256 м2;

А4=59·6=354 м2.

Рассчитываем тепловой поток теплопотерь, кВт

, (2.5)

где А - площадь ограждающей конструкции, м2;

- добавочные потери теплоты в долях от основных теплопотерь.

Дальнейший расчет сводим в таблицу 6.

3.Тепловоздушный режим и воздухообмен в помещении

3.1 Холодный период года

Определяем влаговыделения животными, кг/ч

, (3.1)

где - температурный коэффици

ент влаговыделений (см. таблицу 4);

- влаговыделения одним животным (см. таблицу 3), г/ч;

- число голов, шт.;

кг/ч.

Расход испаряющейся влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, кг/ч:

, (3.2)

где, расход влаги испаряющейся при усушке помета, кг/ч:

(3.3)

n - число птиц,

P - масса помета от одной птицы (таблица 3),

z - доля усушки помета за одни сутки (0,7),

k =1 - число уборки помета в сутки (напольное содержание).

кг/ч

кг/ч

Суммарные влаговыделения:

(3.4)

кг/ч

Определяем выделения углекислого газа животными, л/ч

теплопотеря вентиляционный птичник

, (3.5)

где - температурный коэффициент выделений углекислого газа и полных тепловыделений (см. таблицу 4);

- количество углекислого газа, выделенного одним животным (см. таблицу 3), л/ч;

л/ч.

Рассчитываем тепловой поток полных тепловыделений, кВт

, (3.6)

где - тепловой поток полных тепловыделений одним животным (см. таблицу 3), Вт;

кВт.

Рассчитываем тепловой поток теплоизбытков, кВт

. (3.7)

кВт.

Находим угловой коэффициент, кДж/кг

. (3.8)

кДж/кг.

Находим расход вентиляционного воздуха из условия удаления водяных паров, м3/ч

, (3.9)

где - плотность воздуха, кг/м3, (принимаем 1,2 кг/м3 [2]);

dв и dн - влагосодержания внутреннего и наружного воздуха, г/кг.

Значение dв определяем по диаграмме влажного воздуха (см. рисунок 1.1 [2]) при расчетных значениях tв и цв.

Значение dн определяем по диаграмме влажного воздуха при расчетных значениях tн.о и hн (см. таблицу 1).

.

Определяем расход вентиляционного воздуха из условий удаления углекислого газа, м3/ч

, (3.10)

где - ПДК - предельно допустимая концентрация углекислого газа в помещении (см. таблицу 2), л/м3;

- концентрация углекислого газа в наружном воздухе (принимаем л/м3[2]).

.

Рассчитываем расход вентиляционного воздуха по норме минимального воздухообмена, м3/ч

, (3.11)

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

В качестве расчетного воздухообмена принимаем максимальное значение из трех

3.2 Переходный период года

Так как температура внутреннего воздуха не изменилась, то принимаем расчётные параметры для холодного периода:

Принимаем влаговыделения животными:

кг/ч.

Принимаем расход испаряющейся влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, кг/ч:

кг/ч

Принимаем суммарные влаговыделения, кг/ч:

кг/ч

Принимаем тепловой поток полных тепловыделений, кВт

кВт.

Находим тепловой поток теплопотерь в переходный период года, кВт

, (3.11)

где и - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в переходный период года (из раздела 1).

кВт.

Рассчитываем тепловой поток теплоизбытков, кВт

. (3.12)

кВт.

По формуле (3.7) находим угловой коэффициент , кДж/кг

кДж/кг.

Влагосодержание наружного воздуха (по hd-диаграмме) при н = 8

и н = 22,5 кДж/кг:

г/кг.

Определяем влагосодержание внутреннего воздуха, г/кг

, (3.13)

где tв и tн - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в рассматриваемый период года, ;

г/кг.

Находим расход вентиляционного воздуха из условия одновременного удаления избыточной теплоты и влаговыделений по формуле (3.8), м3/ч

м3/ч.

В качестве расчетного воздухообмена принимаем ,

т.к. .

3.3 Теплый период года

По формуле (3.1) определяем влаговыделения животными, кг/ч

кг/ч.

Принимаем значение рассчитанного по формуле (3.3) расхода влаги испаряющейся при сушке помёта

кг/ч

По формуле (3.2) определяем расход испаряющейся влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, кг/ч:

кг/ч

По формуле (3.4) определяем суммарные влаговыделения:

 кг/ч

По формуле (3.5) определяем выделения углекислого газа животными, л/ч

л/ч.

По формуле (3.6) определяем тепловой поток полных тепловыделений, кВт

кВт.

Определяем тепловой поток от солнечной радиации, кВт

, (3.14)

где - тепловой поток через перекрытие, кВт;

- тепловой поток через одну из наружных стен, через которую наблюдаются максимальные теплопоступления, кВт;

Находим тепловой поток через перекрытие, кВт

, (3.15)

где и - площадь и термическое сопротивление теплопередаче перекрытия (см. таблицу 6);

- избыточная разность температур для перекрытия (принимаем [2]) .

кВт.

Находим тепловой поток через одну из наружных стен, через которую наблюдаются максимальные теплопоступления, кВт

, (3.16)

где и - площадь и термическое сопротивление наружной стены (см. таблицу 6);

- избыточная разность температур для наружной стены (принимаем по таблице 3.13 [2] при географической широте 50о), .

кВт.

кВт.

Находим тепловой поток теплоизбытков, кВт

кВт.

По формуле (3.7) находим угловой коэффициент :

кДж/кг.

Влагосодержание наружного воздуха (по hd-диаграмме) при и н = 50 кДж/кг:

г/кг.

Определяем влагосодержание внутреннего воздуха по формуле (3.13), г/кг

г/кг.

Рассчитываем расход вентиляционного воздуха из условия одновременного удаления избыточной теплоты и влаговыделений по формуле (3.9), м3/ч

Находим расход вентиляционного воздуха по норме минимального воздухообмена по формуле (3.11), м3/ч

В качестве расчетного воздухообмена принимаем максимальное значение из двух .

Результаты расчета сводим в таблицу 7.

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

, (4.1)

где - удельная изобарная теплоемкость воздуха, принимаем ;

- расчетный воздухообмен в холодный период (см. пункт 3.1), м3/ч.

кВт.

Находим тепловой поток на испарение дополнительных влаговыделений, кВт

, (4.2)

где - дополнительные влаговыделения в холодный период (см. пункт 3.1), кг/ч.

кВт.

Определяем тепловой поток явных тепловыделений, кВт

, (4.3)

где - температурный коэффициент явных тепловыделений (см. таблицу 4);

- тепловой поток явных тепловыделений одним животным, Вт, (принимаем по таблице 3);

- число голов.

кВт.

Рассчитываем тепловую мощность ОВС, кВт

кВт.

Определяем температуру приточного воздуха после подогрева в калорифере,

.

Предусматриваем одну отопительно-вентиляционные установки с теплопроизводительностью, кВт

кВт.

и расходом воздуха, м3/ч

м3/ч.

5. Расчет и выбор калорифера

Находим требуемую площадь живого сечения для прохода воздуха, м2

, (5.1)

где - массовая скорость воздуха, кг/(м2·c);

Принимаем кг/( м2·c).

м2.

По требуемой площади живого сечения из таблицы 8.11 выбираем калорифер КСк4-02ХЛЗА №10 со следующими техническими характеристиками:

- площадь поверхности нагрева м2;

- площадь живого сечения по воздуху м2;

- площадь живого сечения трубок м2.

Принимаем число калориферов в одном ряду n1=2.

Уточняем массовую скорость воздуха, кг/(м2·c)

.

Определяем скорость горячей воды в трубках калорифера, м/с

, (5.2)

где - удельная теплоемкость воды (принимаем кДж/(кг·К));

- плотность воды (принимаем кг/м3);

и - расчетные температуры горячей и обратной воды (по заданию), .

м/с.

Предусматриваем параллельное подключение калориферов по воде.

м/с.

В этом случае м/с.

Находим коэффициент теплопередачи, Вт/( м2·К)

, (5.3)

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

Для выбранного калорифера КВББ-ПУ3:

.

Рассчитываем требуемую площадь поверхности теплообмена калориферной установки, м2

, (5.4)

где - средняя температура теплоносителя, ;

- средняя температура нагрева воздуха, .

;

.

м2.

Находим число калориферов:

.

Принимаем n=2.

Определяем запас по поверхности нагрева:

.

Рассчитываем аэродинамическое сопротивление калориферов, Па

, (5.5)

где и - коэффициент и показатель степени, зависящие от конструкции калорифера (см. таблицу 8.12);

Па.

Находим аэродинамическое сопротивление калориферной установки, Па

, (5.6)

где - число рядов калорифера, шт.

шт.

Па.

6. Аэродинамический расчет воздуховодов

В соответствии с принятыми конструктивными решениями составляем расчетную схему воздуховодов.

Рисунок 2 - Расчетная схема воздуховодов

Определяем диаметр воздухораспределителя, м

, (6.1)

где - расход воздуха в начальном поперечном сечении воздухораспределителя, м3/ч;

- скорость воздуха в начальном поперечном сечении воздухораспределителя (принимаем м/с [2]).

м.

Принимаем ближайшее стандартное значение d=0,355м.

Определяем динамическое давление, Па

Па.

Определяем число Рейнольдса:

, (6.2)

где - кинематическая вязкость воздуха при температуре

(принимаем по таблице 1.6 [2]) .

Па.

Рассчитываем коэффициент гидравлического трения:

, (6.3)

где - абсолютная шероховатость (принимаем=0,0110-3 [2]).

.

Определяем коэффициент, характеризующий конструктивные особенности воздухораспределителя:

, (6.4)

где - длина воздухораспределителя, .

.

Устанавливаем минимальную допустимую скорость истечения воздуха через отверстие в конце воздухораспределителя,

, (6.5)

где - коэффициент расхода (принимаем = 0,65 [2]).

м/с.

Определяем коэффициент, характеризующий отношение скоростей воздуха:

, (6.6)

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

.

Так как , то принимаем один расчетный участок [2].

Устанавливаем расчетную площадь отверстий в конце воздухораспределителя, выполненных на 1 длины,

.

Находим площадь отверстий, выполняемых на единице длины воздуховода,

, (6.7)

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

.

Определяем число рядов отверстий на участке:

, (6.8)

где - число отверстий в одном ряду (принимаем );

- площадь воздуховыпускного отверстия, .

Рассчитываем площадь воздуховыпускного отверстия,

, (6.9)

где - диаметр воздуховыпускного отверстия (принимаем [2]).

.

.

Шаг между рядами отверстий,

.

Вычисляем статическое давление воздуха, Па

в конце воздухораспределителя

Па;

в начале воздухораспределителя

Па.

Находим потери давления в воздухораспределителе, Па

Па.

Рассчитываем потери давления на участках воздуховодов, Па

; (6.10)

; (6.11)

, (6.12)

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

- расчетная длина участка, ;

- удельные потери давления, ;

- 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 четвертого участка

;

для жалюзийной решетки

.

Дальнейшие расчеты сводим в таблицу 8.

Таблица 8 Расчет участков воздуховода

Номер участка	,	,	,	,	,	,	,		,	,	,
1	3000	60	355	0,05	8	-	-	-	38,4	-	170,4
2	3000	6	355	0,05	8	2	12	0,65	38,4	25	37
3	6000	2	450	0,1	10	1,9	3,8	-0,1	60	-6	-2,2
4	12000	3	560	0,15	12	1,8	5,4	3,98	86,4	274,8	280,2
Калорифер	12000	-	-	-	-	-	-	-	-	-	77
Жалюзийная решетка	12000	-	-	-	5	-	-	2	15	30	30
	Итого:	592,4

Предусматриваем прямоугольные вытяжные шахты сечением

1000х1000 мм. (стр. 21[2])

Определяем эквивалентный диаметр шахты

Находим скорость воздуха в поперечном сечении вытяжной шахты,

,(6.13)

где - ускорение свободного падения (принимаем );

- высота вытяжной шахты между плоскостью вытяжного отверстия и устьем шахты (принимаем [1]);

- диаметр вытяжной шахты (принимаем );

- расчетная наружная температура (принимаем [2]);

- сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Коэффициенты местных сопротивлений определяем по таблице 8.7 [2]

вход в вытяжную шахту ;

выход из вытяжной шахты ;

суммарный .

.

Определяем площадь поперечного сечения одной шахты,

.

Вычисляем расчетный расход воздуха через одну вытяжную шахту,

.

Рассчитываем число вытяжных шахт

,(6.14)

где - воздухопроизводительность одной установки, .

.

Принимаем число вытяжных шахт для всего помещения .

7. Выбор вентилятора

Определяем подачу вентилятора с учетом потерь воздуха в воздуховодах,

.

Рассчитываем полное требуемое давление вентилятора, Па

,(7.1)

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

Па.

На сводном графике (см. рисунок 8.13 [2]) строим рабочую точку пересечения координат (подача-давление) и выбираем вентиляторный агрегат

Е 6,3.090-2б который включает в себя центробежный вентилятор В.Ц 4-75 №6,3 и электродвигатель 4A100L4 мощностью 4 кВт и частотой вращения 1430мин-1.

Результаты расчета сводим в таблицу 9.

8. Энергосбережение

Наиболее эффективным техническим решением вопроса сокращения расхода тепловой энергии на обеспечение микроклимата, безусловно является использование тепла воздуха, удаляемого из животноводческих и птицеводческих помещений. Расчет технико-экономических показателей микроклимата показывает, что применение в системах утилизаторов тепла позволяет сократить расход тепловой энергии на данный технологический процесс более чем в 2 раза. Однако такие системы более металлоемкие и требуют дополнительных эксплуатационных затрат электрической энергии на вентиляторы. Использование тепловой энергии в системах вентиляции в основном обеспечивается за счет применения регенеративных и рекуперативных теплообменных аппаратов различной модификации.

Литература

1. Отопление и вентиляция животноводческих зданий: методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 1- 74 06 05 «Энергетическое обеспечение сельского хозяйства» / БГАТУ, кафедра энергетики; сост. В.А. Коротинский, А.Г. Цубанов, И.А. Цубанов, С.И. Синица. -- Минск, 2006 г.

2. Справочник по теплоснабжению сельского хозяйства / Л.С. Герасимович [и др.]. - Минск: Ураджай, 1993 г.

Размещено на Allbest.ru

...