2.3 Расчет отопления и вентиляции и теплоты на

технологические нужды коровника на 180 голов

n=180 дойных коров со средней массойm=450 кг. Краткая характеристика объекта: габариты 96х12 м; объем помещения для животныхVп = 2800 м³; несущие стены из обыкновенного кирпича; перекрытие деревянное по ж/б каркасу; кровля из асбоцементных листов по деревянной обрешетке и деревянным стропилам; полы керамзитобетонные, под животными полы деревянные расчетная температура внутреннего воздуха 10 ºС.

Определение воздухообмена по углекислоте. Выделение СО одним животным (табл.9) с =134 л/ч. Допустимое содержание СО₂в помещении: для животных с=2,0 л/и³(таблица 10, примечание); концентрация СО₂в наружном воздухе с₂=0,3.. .0,4 л/м³. Подставляя эти значения в формулу для расчета часового объема приточного воздуха (м³/ч) получим

Qсо₂=с ·n/{c₁-с₂) = 134 · 180/(2-0,3) = 14188 м³/ч,

Определение воздухообмена по влаговыделению.Количество водяных паров, выделяемых одной коровой весом 450кг равноW=430 г/ч (табл.9). КоэффициентK_t, учитывающий изменение влаговыделения в зависимости от температуры воздуха в помещении, по данным таблицы 14

для температуры +10 °С равен 1,0.

Коэффициент, учитывающий испарение влаги с мокрых поверхностей помещения ξ=0,25. Тогда общую влагу, выделяемую животными определяем по формуле:

W_ж= п ·W·K_t= 180 · 430 · 1,0 = 77400 г/ч

Влагу, испаряющуюся с мокрых поверхностей помещения (полы, поилка, кормушки и др.)

W_исп= ξ ·W_ж=0,25 · 77400= 19350 г/ч

Суммарные влаговыделения

W=W_ж+W_ucn= 77400 + 19350 = 96750 г/ч

Влагосодержание внутреннего и наружного воздуха по H-dдиаграмме приt_в=10°С и φ_в=75%,d_e=5,7 г/кг сухого воздуха,t_н= - 28^оС и φ_н=83%,d_н=0,4 г/кг сухого воздуха. Плотность воздуха приt_e=10 С определяем по формуле:

ρ=кг/м³

Подставляя найденные значения в формулу для расчета воздухообмена (м³/ч), исходя из допустимого содержания в воздухе помещения водяных паров, получаем:

Q_w = W/[(d_e – d_н)·p]= 96750 / [(5,7-0,4) · 1,223 ] = 14926м³/ч

Воздухообмен для коровника принимаем по уровню водяных паров, т.е. Q=Q_W = 14926 м³/ч

Площадь сечения вытяжных шахт Fнаходим по формулеF=Q/ 3600 ·v_{в ш}, гдеv_{в ш}- скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с, предварительно определив скорость воздуха в шахте высотойh=5 м по формуле:

v_{в ш}=м/с

F= 14926 / ( 3600 · 1,46 ) = 2,84 м²

Число вытяжных шахт n_в__ш=F/ 0,25 ≈ 12, где 0,25 м²- площадь одной шахты прямоугольного сечения. Принимаем 12 шахт с площадью сечения 500x500 мм = 0,25м²

Кратность воздухообмена подсчитываем по формуле:

K=Q/V_n = 14926 / 2800 = 5, что вполне допустимо для коровника.

Тепловая мощность системы отопления и вентиляции основного помещения коровника определится из балансового уравнения: Фот=Фогр +Фв +Фисп + Финф - Фж

где Фот- тепловой поток на отопление и вентиляцию, Фогр, Фв, Фисп, Финф – тепловые потоки, теряемые помещением соответственно через наружные ограждения, на нагрев приточного воздуха, испарение влаги, на инфильтрующегося воздуха, Фж -тепловой поток, поступающий в помещения животных.

Определение тепловых потерь через ограждения

Используя данные стр. 7 [1] для наружных стен толщиной в 2 кирпича отштукатуренных изнутри находим: коэффициент теплопроводности , λкирп= 0,81 Вт/(м °С). длина помещения, где содержится скот с учетом тамбуров с обоих концов здания составляет

Lп = 96 - 2·· l тамб = 96 - 2·5,2=85,6 метров;

Площадь поверхности наружных стен, через которые происходят теплопотери

Количество окон коровника - 85 шт. Размеры окон 1,23x0,9м.

Общая площадь окон (85 шт) Fок. = 85∙ 1,23 · 0,9 = 94,1 м²

Fн.с. =Lн.с.∙h–Fок = 85,6·2·2,4 – 94,1= 316,8 м²

Расчет ведем в по тем же формулам, что и для ремонтной мастерской аналогичным образом.

Сопротивление теплопередаче наружных стен получим по формуле

м²·ºС/Вт

Сопротивление теплопередаче наружных окон (двойных) Rо = 0,345 м²·ºС/Вт

Теплопотери через наружные окна определяются по формуле

Ф =

Для помещения с окнами:

Ф =

= = 23336,4 Вт

Одна стена помещения обращена на север, поэтому дополнительные потери теплоты через стену составляет 10% основных потерь. Помещение для животных имеет две наружных стены, соприкасающихся с наружным воздухом, поэтому нужно добавить еще 5 % от основных потерь теплоты. Таким образом, дополнительные потери теплоты составляют

Фдоп = (Фн.с/2) · 0,1 + Фн.с. ·0,05 = (23336,4/2) · 0,1 + 23336,4 · 0,05 = 2333,6 Вт

С учетом этой поправки теплопотери через наружные стены:

Фн.с. = Фн.с.+ Фдоп = 23336,4 + 2333,6 = 25670 Вт

Определение тепловых потерь через перекрытие

Потолок площадью 941,6 м из сборных ребристых железобетонных плит (δпл =0,035м), настила из досок (δн=0,025 м), пароизоляции одного слоя рубероида (δр=0,0015 м) и утеплителя - минеральной ваты (δу=0,14). Значения λ, Re,Rн для этих материалов берем из таблиц:

λпл = 2,04 Вт/(м·°С); λн = 17 Вт/(м∙°С); λр = 0,17 Вт/(м·°С); λу = 0,06 Вт/(м·°С); Rн=0,086 (м²∙°С)/Вт; Re=0,l15 (м²·°С)/Вт.

Сопротивление теплопередаче потолка

Rоп = 0.115 + = 2,71 м²·ºС/Вт

Теплопотери через потолок находим по формуле приняв из таблиц поправочный коэффициент nдля чердачных перекрытий кровлей из штучных материалов п=1, получим:

Фв = Вт

Определение тепловых потерь через полы.Полы керамзитобетонные (ρ=1800 кг/м³) толщиной δпк=0,15 м. По тaблицам находим коэффициент теплопроводности керамзитобетона, λ_{к б}=0,92 Вт/(м·°С). Ширина пола 11 м, а до осевой линии здания 11/2=5,5 м. Разделив площадь пола на двухметровые зоны, получим две зоны шириной по 2 м одну 1,5 м. Площадь зон

F₃₁=F₃₂= 85,6 ∙ 2 = 171,2 м²

F₃₃= 85,6 ∙ 1,5 = 128,4 м²

Сопротивление теплопередаче (м²-°С)/Вт для каждой зоны для утепленных полов:

Ryn=Rнn+δyc/ λу с

где δус и λу.с -толщина и теплопроводность утепляющего слоя. В уравнении R, сопротивление теплопередаче неутепленных полов составляет: для первой (I) зоны Rнм1=2,15+0,15/0,92 = 2,31; для второй (II) R нм п =4,3 +0,15/0,92 = 4,16; для третьей (III) R нмп=8,6+0,15/0,92 = 8,76 При теплопроводности материала полов λп≥1,16 Вт/(м °С), полы считаются неутепленными, при λи<1,16 Вт/(м-°С) - утепленными.

Суммарные теплопотери по всем зонам пола

Фп ==

= = 8902 Вт

Потерями теплоты через внутренние стены смежных помещений, распложенных в торцевых частях коровника пренебрегаем. Тогда потери тепло через ограждающие конструкции составят

Фогр = Фн.с + Фп + Фпол = 25670 + 12161 + 8902 =46733 Вт

Определение тепловых потерь на испарение влаги и нагрев инфильтрующегося воздухаТепловые потери находим по формуле для потока теплоты, расходуемой на испарение влаги с

мокрых поверхностей животноводческого помещения

Фисп = 0,278·2,49∙Wисп =0,692·Wисп = 0,692∙16125= 11158,5 Вт Теплопотери на нагрев инфильтрующего воздуха принимается равным 30 % основных потерь через все ограждения

Финф = 0,3 · Фогр = 0,3 · 46733 = 14020 Вт

Определение свободной теплоты, выделяемой животными. Тепловыделение одной коровой весом 450 кг по таблицам составляет q= 750 Вт

Коэффициент Кt, учитывающий изменение тепловыделений в зависимости от температуры воздуха в помещении, по данным таблиц приt=10°CKt=l,0

Тогда по формуле для потока свободной теплоты, выделяемой животными находим

Фж=180 · 750 ∙ 1 =113500 Вт

Теперь можно определить тепловую мощность системы отопления и вентиляции

Фот=46733+148015,5+11158,5+14020-113500=106427 Вт

В коровнике устраивают воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией. Две одинаковые приточные системы с подогревом воздуха в калориферах работающих на паре или воде, устанавливают в торцевых частях здания.

Общий тепловой поток на технологические нужды коровника:

Общий тепловой поток на пастеризацию молока

Фтп.м = 0,278 · mм ∙ см ∙ (t´´м- t´), (21)

где mм – масса пастеризуемого молока. При суточном удоеmс = 11 кг для одной коровы (по Саратовской области)mм = 180 · 11 = 1980 кг; см = 3,94 кДж/ (кг ∙ ºС) – теплоемкость молока; t´´м – температура молока после пастеризации равна 85 ºС; t´ - температура молока до пастеризации равна 5 ºС

Фтп.м = 0,278 · 1980 ∙ 3,94 ∙ (85 - 5)·10³/3600 = 48194 Вт

В летнее время Фтп.м = 0,278 · 1980 ∙ 3,94 ∙ (85 - 5)·10³/3600 = 48194 Вт

Поток теплоты (Вт), расходуемый на пропаривание молочных фляг

Фтф = 0,278 · dф ∙n∙hn, (22)

где dф = 0,2 кг – расход пара на пропаривание одной фляги;n– количество фляг. При суточном удое 1980 кг и емкости одной фляги 35 кг, необходимое число фляг 57 шт.,hn- энтальпия пара.

Тогда

Фтф = 0,278 · 0,2 ∙ 57 ∙ 2700 / 3,6 = 2377 Вт

Общий тепловой поток

Фт = Фтп.м + Фтф = 48194 + 2377 = 50571 Вт