Поддержание оптимального микроклимата в птицеводческих помещениях при любых внешних температурах как обязательное условие успешного производства. Расчёт теплопотерь через ограждающие конструкции. Оценка процесса воздухообмена в птицеводческом помещении.
При низкой оригинальности работы "Отопительно-вентиляционная система в птицеводческих помещениях", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
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. По литературе [2] из таблицы 10.2 выписываем расчетные параметры внутреннего воздуха в таблицу 2. Св - ПДК углекислого газа в зоне содержания поросят (удельная допустимая концентрация углекислого газа), л/м3, принимаем из таблицы 10.4. В таблицу 4 выписываем температурные коэффициенты для свиней в различные периоды года по литературе [2] из таблицы 10.8. Принимаем сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов R0=0,42 (м2·°С)/Вт, так как тв-тн.0=20-(-21)=41, то принимаем требуемое сопротивление заполнений световых проемов (таблица 3.
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 Расчетные параметры наружного воздуха
Область тн1, °С Холодный период (параметр Б) Теплый период (параметр А) тн0, °С hн, тн, °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 расчетные параметры внутреннего воздуха в таблицу 2.
Таблица 2 Расчетные параметры внутреннего воздуха
Наименование помещения Период года Параметры воздуха тв, °С ?в, % Св, Помещение для содержания животных Холодный 20 70 2
Переходный 20 40-75 2
Теплый 27,4 40-75 2
Здесь ТВ - расчетная 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.
Минераловатные плиты на синтетическом связующем 50 0,06 0,48
2. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции
2.1 Расчет 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 совмещенного 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).
отдельных зон пола по грунту: , где - термическое сопротивление отдельных зон рассматриваемой зоны неутепленного 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 совмещенного 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 - расчетные 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 - расчетный коэффициент теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции (см. таблицу 5), Вт/(м2?°С).
Проведем расчет 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.);
- расчетная температура внутреннего воздуха в холодный период года, °С (таблица 2).
Проведем расчет для покрытия совмещенного
Нормативный температурный перепад:
Проводим расчет для световых проемов
Принимаем сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов R0=0,42 (м2·°С)/Вт, так как тв-тн.0=20-(-21)=41, то принимаем требуемое сопротивление заполнений световых проемов (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 совмещенного покрытия: Для световых проемов: Для наружных дверей и ворот:
Можно сделать вывод о том, что наружные стены и одинарные двери нуждаются в дополнительном утеплении, так как их расчетные сопротивления ограждающих конструкций меньше требуемых.
2.4 Расчет 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;
?i - добавочные потери теплоты в долях от основных теплопотерь.
Дальнейшие расчеты сводим в таблицу 6.
3. Расчет 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;
Расход вентиляционного воздуха по избыткам влаги (водяного пара), м3/ч: , где ? - плотность воздуха (1,2 кг/м3);
dв определяем по диаграмме влажного воздуха ([2] стр. 9) при расчетных значениях тв и ?в;
dн определяем по той же диаграмме при значениях тн.о и hн dв=10 г/кг, (при тв=20?С и ?в=70%);
dн= 0,5 г/кг, (при тн.о.=-21?С 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 расчетного 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 изпод 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 - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в рассматриваемый период года [°С] (см. раздел 1);
найдем по диаграмме влажного воздуха при расчетных параметрах тн=8 ?С 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 Теплый период года
Расчет проводим аналогично расчету тепловоздушного режима и теплообмена в помещении в холодный период года:
Тепловой поток через покрытие совмещенное, Вт: , где Ап.с. - площадь перекрытий совмещенных (таблица 6), м2;
R0 - сопротивление теплопередачи перекрытий совмещенных (таблица 6), м2•?С/Вт;
- избыточная разность температур на поверхности совмещенного покрытия, (стр.46 [2]);
Тепловой поток через одну из наружных стен, Вт: , где Ан.с. - площадь наружной стены, м2, (таблица 6 ЮВ);
- избыточная разность температур, ?С, [2];
R0 - термическое сопротивление теплопередачи наружной стены, м2•?С/Вт;
Тепловой поток через остекление, Вт:
где а0 - коэффициент остекления, (стр.46 [2]);
q0 - поверхностная плотность теплового потока через остекленную 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 тн=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 расчетного воздухообмена в теплый период принимаем наибольшее значение из 2-х, полученных в уравнениях, т.е.: .
Результаты расчетов 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 теплоемкость воздуха
(принимаем Ср=1 КДЖ/кг·К);
Lв - расчетный воздухообмен в холодный период года (таблица 7), м3/ч;
Тепловой поток на испарение дополнительных влаговыделений, КВТ:
Определяем температуру приточного воздуха после подогрева в калорифере, ?С:
Предусматриваем две отопительно-вентиляционные установки теплопроизводительностью:
Находим расход воздуха:
Дальнейшие расчеты ведем для одной вентиляционной установки.
5. Расчет и выбор калориферов
Калориферы предназначены для подогрева приточного воздуха.
Требуемая площадь живого сечения для прохода воздуха, м2: , где (??)’ - массовая скорость воздуха, , (принимаем (??)’=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 ft=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));
тг и t0 - температуры горячей и обратной воды, °С;
Ft - 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 расчет 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 n -кинематическая вязкость воздуха при температуре тп=24 °С
(табл. 1.6[2]), n = 16,07?10-6 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. обеспечивает 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 расчетный участок [2].
Расчетная площадь отверстий в конце воздухораспределителя выполненных на 1 м длины, м2:
В пределах участка находим площадь отверстий, выполненных на единице длины воздуховода, м :
где - относительная площадь воздуховыпускных отверстий на участке воздухораспределителяь(принимаем ) [2]
Определяем число рядов отверстий на участке:
где fo - 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 ?, м/с R, Па/м ?PT, Па ?? Рд, Па ?Рм, 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;
тн - расчетная наружная температура (принимаем тн=5 °С); [2]
- сумма коэффициентов местного сопротивления (таблица 8.7 [2]).
Площадь поперечного сечения вытяжной шахты, м2: Расчетный расход воздуха через одну вытяжную шахту, м3/ч:
Количество шахт:
Принимаем число шахт, nш = 2.
7. Выбор вентилятора
Определяем подачу вентилятора с учетом 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 подается наружный воздух температурой тн. В результате теплообмена приточный воздух предварительно нагревается до температуры тп’, окончательный нагрев воздуха до заданной температуры тп 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 %.
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 .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
