Наружные стены

Тип (материал)

Толщина, мм

Железобетон

30

Минераловатные плиты

120

Железобетон

30

Покрытия совмещённые

Тип (материал)

Толщина, мм

Доска сосновая

30

Воздушная прослойка

50

Минераловатные плиты

80

Рубероид

3

Доска сосновая

30

Полы

Тип (материал)

Толщина, мм

Цементная стяжка

25

Бетон

100

Заполнение световых проёмов

Остекление двойное в деревянных переплётах

Теплоноситель

Горячая вода 70-115

Область район

Гродненская область

Область

Температура наиболее холодных суток

t^**, ⁰C

Холодный период (параметры Б)

Теплый период (параметры А)

^***,

Помещение

Период года

Параметры воздуха

ПДК

,

,

,%

Помещение для содержания животных

Холодный

20

40-75

2

Переходный

20

40-75

2

теплый

26,8

40-75

2

Группа животных

Живая масса

Тепловой поток тепловыделений,

Влаговыделения,

Выделения,

Полных

явных

Подсосные свиноматки с поросятами

200

897

646

369

11,5

10

100

72

41,1

12,9

Наименование материала

,

Расчетные коэффициенты при условиях эксплуатации

Теплопроводности, Б

Теплоусвоения, Б

Бетон

2400

1,86

17,88

Доска сосновая

500

0,18

2. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

2.1 Расчет термического сопротивления теплопередаче

Термическое сопротивление теплопередаче, , для стен, покрытий, перекрытий, дверей и ворот:

,

где - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограничивающей конструкции, ;

- термическое сопротивление теплопроводности отдельных слоев, ;

- термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, ;

- коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограничивающей поверхности, .

Проводим расчет для наружных стен.

Рассчитываем заполнение помещения животными, :

,

где - масса одной животного, ( = 200, =10),

- количество животных ( =160,=1280);

- площадь помещения, (A = 24080 ).

;

Так как, заполнение животными помещения и принимаем для стен и потолков и для наружных стен .

Термическое сопротивление отдельных слоев, :

,

где - толщина слоя, ; - теплопроводность материала слоя, ; железобетон:

;

минераловата:

;

железобетон:

.

.

.

Проводим расчет для покрытий и перекрытий.

; .

доска сосновая:

;

рубероид:

;

минераловатные плиты:

;

доска сосновая:

;

Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек R_{В. П}, определяем по таблице 3.5 [2].

R_{В. П} = 0,1428

,

.

Проводим расчет для наружных дверей и ворот.

; .

сосновые доски:

.

.

Проводим расчет для остекления.

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

Принимаем остекление в деревянных раздельных переплётах:

.

Проводим расчет для различных зон пола.

Сопротивление теплопередаче полов:

,

где - сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола,;

- толщина утепляющего слоя,;

- теплопроводность утепляющего слоя,.

Сопротивление теплопередаче принимаем:

для I зоны:

для II зоны:

для III зоны:

для IV зоны:

;

;

;

2.2 Определение требуемого термического сопротивления теплопередаче

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

Требуемое сопротивление теплопередаче, , наружных стен, покрытий и перекрытий:

,

где - расчетная температура внутреннего воздуха, ;

- расчетная температура наружного воздуха в холодный период года,;

- нормативный температурный перепад между внутренним воздухом и

внутренней поверхностью ограничивающей конструкции, ;

- коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по от-

ношению к наружному воздуху.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимают в зависимости от тепловой инерции наружного ограждения (стр.33 [2]):

при - абсолютно минимальную температуру;

при - среднюю температуру наиболее холодных суток;

при - среднюю температуру наиболее холодных трех суток;

при - среднюю температуру наиболее холодной пятидневки.

Тепловая инерция ограничивающей конструкции:

,

где - расчетный коэффициент теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции (таблица 5), .

Проведем расчет для наружных стен.

.

Исходя из полученного выражения в качестве расчетной температуры наружного воздуха, принимаем среднюю температуру наиболее холодных трех суток.

.

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

.

Температуру точки росы принимаем из приложения [1] при и - . Коэффициент определяем по его нормированным значениям: .

.

Проводим расчет для покрытий и перекрытий.

.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимаем среднюю температуру наиболее холодных суток: .

Нормативный температурный перепад:

(таблица 3.6 [2]).

Коэффициент определяем по его нормированным значениям: .

.

Проводим расчет для световых проемов.

Принимаем сопротивление теплопередаче окон для производственных и вспомогательных промышленных предприятий с влажным или мокрым режимом (таблица 3.7 [2]):

.

Проводим расчет для наружных дверей и ворот.

.

Нормативный температурный перепад:

.

.

.

2.3 Сравнение действительных термических сопротивлений с требуемыми

Исходя из того, что требуемое термическое сопротивление должно быть меньше расчетного термического сопротивления, проверяем соблюдение санитарно-гигиенических норм:

для наружных стен:

;

;

- удовлетворяет.

для покрытий и перекрытий:

;

;

- удовлетворяет.

для наружных дверей и ворот:

;

;

- не удовлетворяет.

для световых проемов:

;

;

- удовлетворяет.

В целом делаем вывод о том, что расчетные термические сопротивления ограждающих конструкций больше требуемых, кроме дверей (т.е. удовлетворяют санитарно гигиеническим нормам). Однако двери нуждаются в дополнительном утеплении.

2.4 Расчет площадей отдельных зон пола

Рис.1. Зоны пола рассчитываемого помещения.

;

;

2.5 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

,

где - площадь ограждающей конструкции, ;

- термическое сопротивление теплопередаче, ;

- расчетная температура внутреннего воздуха, ;

- расчетная температура наружного воздуха, ;

- добавочные потери теплоты в долях от основных теплопотерь;

- коэффициент учета положения наружной поверхности по отношению к

наружному воздуху.

Н. с. - наружные стены;

Н. д. - наружные двери;

Д. о. - двойное остекление;

Пт - перекрытия;

Пл1, Пл2, Пл3, Пл4 - пол.

Таблица 6. Расчет теплопотерь.

3. Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена

3.1 Холодный период года

Влаговыделения животными, :

,

где - температурный коэффициент влаговыделений (таблица 4);

- влаговыделение одним животным (таблица 3), ;

- число животных.

;

Дополнительные влаговыделения в зимний период составляют 10% от общего влаговыделения:

,

Суммарные влаговыделения:

.

Рассчитаем количество , выделяемого животными, :

,

где - температурный коэффициент выделений и полных тепловыделе-

ний;

- количество , выделяемого одним животным, .

;

Определим тепловой поток полных тепловыделений, :

,

где - тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 3), .

;

Тепловой поток теплоизбытков, :

,

где Ф_ТП - поток теплопотерь (SФ_ТП таблица 6).

Угловой коэффициент (тепловлажностное отношение), :

.

3.1.1 Воздухообмен в холодный период

Произведем расчет вентиляционного воздуха, , из условия удаления выделяющихся:

водяных паров:

,

где - суммарные влаговыделения внутри помещения, ;

- плотность воздуха, ;

и - влагосодержания внутреннего и наружного воздуха, .

Из диаграммы влажного воздуха по рис.1.1 [2] определим и :

, (при 20 и );

, (при и ).

.

углекислого газа:

,

где - расход углекислого газа, выделяемого животными в помещении,;

- ПДК углекислого газа в помещении (таблица 2), ;

- концентрация углекислого газа в наружном (приточном) воздухе,

, (принимают 0,3 - 0,5 , стр.240 [2]).

.

расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена: , где - норма минимального воздухообмена на 1ц живой массы, ; - живая масса животных, .

- масса всех животных.

.

В качестве расчетного значения расхода воздуха в холодный период принимаем наибольший, т.е.

.

3.2 Переходный период года

Для переходного режима года влаговыделения животными:

;

Дополнительные влаговыделения в переходной период составляют 10% от общего влаговыделения.

Определим суммарные влаговыделения:

.

Тепловой поток полных тепловыделений:

Тепловой поток теплоизбытков, :

,

где - тепловой поток полных тепловыделений животными в переходный период, ;

- тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции в переходный период, .

,

где и - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в переходный период, .

; ;

;

.

.

Определим угловой коэффициент, :

.

3.2.1 Воздухообмен в переходный период

Рассчитаем расход вентиляционного воздуха, , из условия удаления водяных паров:

.

Влагосодержание внутреннего воздуха:

.

Влагосодержание наружного воздуха определим по - диаграмме при параметрах и .

.

.

.

Для переходного периода года рассчитывается воздухообмен только для удаления водяных паров:

3.3 Теплый период года

Определяем влаговыделения животными, :

,

где - температурный коэффициент влаговыделений;

- влаговыделение одним животным, ;

- число животных.

;

Испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей:

Суммарные влаговыделения:

.

Определим тепловой поток полных тепловыделений, :

,

где - тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 3), k_t^’’’ =1.1- температурный коэффициент полных тепловыделений (таблица 4).

Тепловой поток теплоизбытков, :

,

где - тепловой поток от солнечной радиации, .

,

где - тепловой поток через покрытие, ;

- тепловой поток через остекление в рассматриваемой наружной

стене, ;

- тепловой поток через наружную стену, .

,

где =2700 - площадь покрытия (таблица 6);

=1,2787 - термическое сопротивление теплопередаче через покрытие (таблица 6);

= 17,7 - избыточная разность температур, вызванная действием солнечной радиации для вида покрытия - тёмный рубероид, (стр.46 [2]).

.

Тепловой поток через остекление, :

,

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

- поверхностная плотность теплового потока через остекленную

поверхность, , (С-З: ; Ю-В: , таблица 3,12 [2]); =263,52 - площадь остекления.

.

Тепловой поток через наружную стену (за исключением остекления в этой стене):

,

для стены А

где =263,52 - площадь наружной стены, ;

=1,279 - термическое сопротивление теплопередаче наружной стены, .

- избыточная разность температур, , (таблица 3.13)

;

для стены В

=263,52 ; =1,0561 ; =7,7,

;

=719,7 (кВт).

.

Угловой коэффициент, :

.

3.3.1 Воздухообмен в теплый период года

Расход вентиляционного воздуха, , в теплый период года из условия удаления выделяющихся:

водяных паров:

.

Влагосодержание наружного воздуха определим по - диаграмме (рис.1.1 [2]) при параметрах и .

.

Влагосодержание внутреннего воздуха:

.

.

расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена: , где - норма минимального воздухообмена на 1ц живой массы, ; - живая масса животного, .

, .

В качестве расчетного значения расхода воздуха в теплый период принимаем наибольший, т.е. .

4. Выбор системы отопления и вентиляции

На свиноводческих фермах применяют вентиляционные системы, посредствам которых подают подогретый воздух в верхнюю зону помещения по воздуховодам равномерной раздачи.

Кроме того, предусматривают дополнительную подачу наружного воздуха в теплый период года через вентбашни.

Тепловая мощность отопительно-вентиляционной системы, :

,

где - тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции, ;

- тепловой поток на нагревание вентиляционного воздуха, ;

- тепловой поток на испарение влаги внутри помещения, ;

- тепловой поток явных тепловыделений животными, .

(табл.6 [2]).

Тепловой поток на нагревание приточного воздуха, :

,

где - расчетная плотность воздуха ();

- расход приточного воздуха в зимний период года, ();

- расчетная температура наружного воздуха, ();

- удельная изобарная теплоемкость воздуха ().

.

Тепловой поток на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, :

,

где - расход испаряемой влаги для зимнего периода, .

.

Тепловой поток явных тепловыделений, :

,

где - температурный коэффициент явных тепловыделений; - тепловой поток явных тепловыделений одним животным, ; - число голов.

;

Ввиду того, что в здании две венткамеры устанавливаем две ОВС мощностью:

;

Подача воздуха одной ОВС:

;

Определим температуру подогретого воздуха, :

,

где - наружная температура в зимний период года, ;

.

Для пленочных воздуховодов должно соблюдаться условие:

- в нашем случае удовлетворяет.

5. Расчет и выбор калориферов

В системе вентиляции и отопления устанавливаем водяной калорифер. Теплоноситель - горячая вода.

Рассчитаем требуемую площадь живого сечения, , для прохода воздуха:

,

где - массовая скорость воздуха, , (принимается в пределах 4-10 ).

Принимаем массовую скорость в живом сечении калорифера:

.

.

По таблице 8.10 [2] по рассчитанному живому сечению выбираем калорифер марки КПБ со следующими техническими данными:

Таблица 7. Технические данные калорифера КВСБ.

Уточняем массовую скорость воздуха:

.

Определяем коэффициент теплопередачи, :

,

где - коэффициент, зависящий от конструкции калорифера; - массовая скорость в живом сечении калорифера, ; и - показатели степени.

Из таблицы 8.12 [2] выписываем необходимые данные для КВББ:

; ; ; ; .

(м/с)

.

Определяем среднюю температуру воздуха, :

.

Определяем среднюю температуру пара (таблица 1,8 [2]) : . Определяем требуемую площадь поверхности теплообмена калориферной установки, :

.

Определяем число калориферов:

,

где - общая площадь поверхности теплообмена, ;

- площадь поверхности теплообмена одного калорифера, .

.

Округляем до большего целого значения, т.е. .

Определяем процент запаса по площади поверхности нагрева:

.

- удовлетворяет. Аэродинамическое сопротивление калориферов, :

,

где - коэффициент, зависящий от конструкции калорифера;

- показатель степени.

.

Аэродинамическое сопротивление калориферной установки, :

,

где - число рядов калориферов;

- сопротивление одного ряда калориферов, .

.

6. Аэродинамический расчет воздуховодов

В с/х производственных помещениях используют перфорированные пленочные воздухораспределители. Предусматривают расположение двух несущих тросов внутри пленочной оболочки, что придает воздуховодам овальную форму при неработающем вентиляторе и тем самым предотвращает слипание пленки.

Задача аэродинамического расчета системы воздуховодов состоит в определении размеров поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потери давления во всей системе воздуховодов.

Исходными данными к расчету являются: расход воздуха, длина воздухораспределителя , температура воздуха и абсолютная шероховатость мм (для пленочных воздуховодов).

В соответствии с принятыми конструктивными решениями составляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием вентиляционного оборудования и запорных устройств.

Схему делят на отдельные участки, границами которых являются тройники и крестовины. На каждом участке наносят выносную линию, над которой проставляют расчетный расход воздуха (), а под линией - длину участка (м). В кружке у линии указывают номер участка.

Составляем расчетную схему:

Рис.2. Расчетная аксонометрическая схема воздуховодов.

На схеме выбираем основные магистральные расчетные направления, которые характеризуются наибольшей протяженностью.

Расчет начинаем с первого участка.

Используем перфорированные пленочные воздухораспределители. Выбираем форму поперечного сечения - круглая.

Задаемся скоростью в начальном поперечном сечении:

.

Определяем диаметр пленочного воздухораспределителя, :

.

Принимаем ближайший диаметр, исходя из того, что полученный равен (стр. 193 [2]). Динамическое давление, :

,

где - плотность воздуха.

.

Определяем число Рейнольдса:

,

где - кинематическая вязкость воздуха, , (табл.1.6 [2]).

.

Коэффициент гидравлического трения:

,

где - абсолютная шероховатость, , для пленочных воздуховодов принимаем .

.

Рассчитаем коэффициент, характеризующий конструктивные особенности воздухораспределителя:

,

где - длина воздухораспределителя, .

.

Полученное значение коэффициента 0,73, что обеспечивает увеличение статического давления воздуха по мере приближения от начала к концу воздухораспределителя.

Установим минимальную допустимую скорость истечения воздуха через отверстие в конце воздухораспределителя, :

,

где - коэффициент расхода (принимают 0,65 для отверстий с острыми кромками).

.

Коэффициент, характеризующий отношение скоростей воздуха:

,

где - скорость истечения через отверстия в конце воздухораспределителя, (рекомендуется ), принимаем .

.

Установим расчетную площадь отверстий, , в конце воздухораспределителя, выполненных на 1 длины:

.

Принимаем один участок.

Определим площадь отверстий, , выполненных на единицу воздуховода:

,

где - относительная площадь воздуховыпускных отверстий на участке воздухораспределителя ( по [1]).

.

Диаметр воздуховыпускного отверстия принимают от 20 до 80 , примем .

Определим число рядов отверстий:

,

где - число отверстий в одном ряду ();

- площадь воздуховыпускного отверстия, .

Определим площадь воздуховыпускного отверстия, :

.

.

Шаг между рядами отверстий, :

.

Определим статическое давление воздуха, :

в конце воздухораспределителя:

;

в начале воздухораспределителя:

.

Потери давления в воздухораспределителе, :

.

Дальнейший расчет сводим в таблицу. Причем:

,

,

,

где R - удельные потери давления на единице длины воздуховода, определяется по монограмме (рис.8.6 [2])

- коэффициент местного сопротивления (таблица 8.7 [2])

скорость воздуха в жалюзийной решетке

Таблица 8. Расчет участков воздуховода.

Жал. реш.

7832,5

-

-

-

5

-

-

2

15

30

30

итого:

280,866

Обозначение

Кол. систем

Наим-е помещения

Тип установки

Вентилятор

тип

номер

исполнение

положение

,

,

,

2

Свинарник

Е 6,3-100-1.

9. Энергосбережение

Наиболее эффективным техническим решением вопроса сокращения расхода тепловой энергии на обеспечение микроклимата, безусловно является использование типа 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 металоемкие 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. - Мн. Ротопринт БАТУ. 1994 г.

2. Справочник по теплоснабжению сельского хозяйства. Под ред. А.В. Ядренцева и др.: - Мн.; Ураджай. 1993 г.