6.Расчет теплового баланса

Тепловой баланс животноводческих помещений рассчитывается с целью оп­ределения возможности обеспечения в них оптимального микроклимата, особенно в холодное время года (январь).

Тепловой баланс - это соотношение прихода (теплопродукции) и расхода (теплопотери) тепла в животноводческом помещении.

Температурный режим складывается в помещении под влиянием тепловыде­лений животных (если помещение не отапливается) и тепла вносимого отопитель­ными и вентиляционными системами (если они предусмотрены), а также теплопотерь на обогрев поступающего воздуха, через ограждения здания и испарения влаги.

Поэтому тепловой баланс можно представить в виде следующей фор­мулы:

Q жив. = Q вен. + Q исп. + Q о.зд., где

Q жив. - количество тепла, поступающего в помещение от животных, ккал/ч;

Q вен. - количество тепла, расходуемое на нагревание вентиляционного возду­ха, ккал/ч;

Q исп. - количество тепла, необходимое на испарение влаги с пола, кормушек, оборудования здания, ккал/ч;

Q о.зд. - количество тепла, которое теряется через ограждающие конструкции здания в наружную атмосферу, ккал/ч.

Для расчета теплового баланса овчарни на 400 голов берем следующее данные:

Внутренние размеры овчарни: длина - 52 м, ширина -11м, высота в коньке крыши - 3,8 м, высота стены – 2,4 м.

Стены овчарни из обыкновенного кирпича на легком растворе в 2 кирпича толщиной 0,525 м. Окна одинарные размером 2,35 х 1,2 м, количество их 12. Ворота деревянные двойные размером 2,8 х 3 м, их 4 и одни размером 2,2 х 2,2 м; одни двери деревянные размером 2,2 х 1,2. Перекрытие – настил из деревянных пластин толщиной 5 см. с толщиной утеплителя 120 мм. Температура в помещении +5°С, относительная влажность - 75%. Район Брест, средняя температура наружного воздуха в январе –

-4,4°С и средняя абсолютная влажность наружного воздуха в январе 3,15 г/м3

Поголовье животных в овчарне:

1 группа -овцематки, живой массой 50 кг их количество 400 голов;

1. Расчет прихода тепла в помещении.

Расчет количества тепла, выделяемого животными, ведут по таблице "Количество тепла, углекислого газа и водяного пара, выделяемых сельскохозяйствен­ными животными и птицей" по графе "свободное тепло". От одной овцематки поступает тепла 123 ккал\ч

Следовательно, от всех животных в помещение поступит свободного тепла

Q жив. = 400 х 123 = 49200 ккал/ч).

Приход тепла в зимнее время года от солнечной радиа­ции и других источников (электролампочки и др.) незначителен и в расчет не принимается.

2. Расчет расхода тепла в помещении.

2.1. Расчет количества тепла, идущего па обогревание вентиляционного (наруж­ного) воздуха.

Q вен. = 0,24 х G х ∆t , где

где 0,24- теплоемкость воздуха, т.е. количество тепла в ккал, расходуемое на нагревание 1 кг воздуха на ГС, ккал/кг/град;

G - количество воздуха в кг, удаляемого из помещения вентиляцией или по­ступающего в него в течение часа в январе месяце, кг/ч;

∆t - разность между температурой воздуха внутри помещения и наружного воздуха, °С.

При расчете G, во-первых проводят корректировку расчета объема венти­ляции на самый холодный месяц (январь)

Q 30800

L =--------- =---------------------- =3464,7

q1-qянв. 4,8975 –(-4,4)

Во-вторых, необходимо объемные единицы перевести в весовые. 1 м воздуха при температуре 5°С и среднем барометрическом давлении 760 мм рт.ст. весит 1, 265 кг (таблица "Объемная масса воздуха (м3/кг) при различной температуре и различ­ном барометрическом давлении").

G = 3464,7 х 1,265 =4382,8455 кг/ч

At=5°C-(-4,4°C) = 9,4 °С.

Расход тепла на обогревание поступающего воздуха будет равен

Q вен. = 0,24 х 4382,8455х 9,4 = 9887,7 ккал/ч

2.2. Расчет расхода тепла на испарение влаги с поверхности пола и других ограждений (Q исп.) производят путем умножения количества испаряющейся с пола и других ограждений влаги на 0,595 ккал, т.е. на количество тепла в ккал, расходуемого на испарение 1 г влаги.

Количество влаги, испаряющейся с пола и ограждающих конструкций зда­ния, определяем в виде процентной надбавки от количества влаги, выделяемой всеми животными, находящимися в данном помещении. Эта величина составляет 2800 г/ч .

Q исп. - 2800 х 0,595 = 1666 ккал/ч.

2.3. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции здания проводится по формуле:

Q о.зд. = ∑k*F*∆t , где

∑ - показатель того, что все произведения k x F суммируются;

к - коэффициент общей теплопередачи материала (в ккал/ч/м2/град);

F - площадь ограждающей конструкции, м2;

∆t - разность между температурой внутреннего и наружного воздуха, °С.

Теплопотери через ограждающие элементы здания определяют, дифференци­ровано: стен, окон, ворот и дверей, пола, чердачного перекрытия, так как их площадь и коэффициенты теплопередачи разные.

Коэффициент общей теплопередачи (к) отдельных конструкций находят в таблице. Площадь ограждающих конструкций рассчитывается следующим образом:

1. Площадь потолка (помещение с чердачным перекрытием) - путем умножения внутренних размеров длины и ширины помещения. Площадь совмещенного (бесчердачного перекрытия) - путем умножения ширины покрытия на его длину и на количество сторон покрытия.

2. Площадь стен (помещение с чердачным перекрытием) - путем умножения на­ружного периметра помещения на высоту стен с учетом толщины потолка (со­вмещенного покрытия) за минусом площади окон и ворот.

3. Площадь пола - по зонам:

1 зона - до 2 метров от стен;

2 зона - от 2 метров до 4 метров; ' юна - от 4 метров.

При этом, в первой 2-х метровой зоне площадь пола примыкающая к углам наружных стен, учитывается дважды, т.е. при определении площади этой зоны бе­рут полностью длину обеих наружных стен, образующих углы (по внутреннему периметру). Для удобства расчетов цифровой материал целесообразно свести в таблицу.

Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания
Название ог­раждающей конструкции	к	F	k F	At	Теплопо­тери, ккал/ч
Перекрытие	0,45	11 х 52 = 572м2	257,4	9,4	2419,56
Окна	5	2,35x1,1x12 =31,02м2	155,1	9,4	1457,94
Ворота и двери	2,0	2,8 х 3x4 = 33,6 м2= 2,2 х 2,2 х 1 = 4,84 м2 2,2 х 1,2 х 1 --2,64м2 33,6+ 4,84+2,64 = 41,08 м2	82,16	9,4	772,304
Стены	1,0	11+(0,525х2) = 12,05 м-нар.шир. 52 + (0,525 х2) =53,05 м-нар.дл. 53,05 х (2,4 +0,12) х 2 = 133,686 м, (12,05 х2,4х2)=57,84 м3 133,686+57,84=191,526м2 191,526-(31,02+41,08) = 119,426 м2	119,426	9,4	1122,6044
Пол	0,4	(52x2x2) +(11 х2х2) = 208 +44 = 252м2	100,8	9,4 9,4	947,52
1 зона
2 зона	0,2	[ (52-4) х 2 х2] + [(11 -8) х 2 х2 ] = 192 + 12 = 204м2	40,8		383,52
3 зона	0,1	(52-8) х(11-8)=132м2	13,2	9,4	124,08
			768,886		7228,2484

Таким образом, теплопотери через ограждающие конструкции составляют 7228,2484ккал/ час.

В зависимости от расположения здания к направлению господствующих ветров, по сторонам света и рельефу местности, помещение теряет дополнительно за счет обдувания еще 13 % тепла от теплопотерь ограждающих конструкций (стен, окон, ворот, дверей), т.е. (1122,6044 +1457,94 +772,304 ) х 0,13 = 435,87 ккал/ч..Следовательно, общий расход тепла, необходимого на нагрев всех ограж­дающих конструкций овчарни составит:

7228,2484ккал/ч + 435,87ккал/ч = 7664,1184 ккал/ч.

все теплопотери в помещении: на обогрев вентиляционного воздуха – 9887,7 ккал/ч, на испарение влаги с поверхности пола и ограждаю­щих конструкций 1666 ккал/ч, на обогрев ограждающих конструкций – 7664,1184 ккал/ч. Расход тепла равен 19217,8184 ккал/ч.

Подставляя полученные данные в формулу теплового баланса ,определяем тепловой ба­ланс помещения. 49000 ккал/ч = 9887,7 ккал/ч + 7664,1184 ккал/ч + 1666 ккал/ч

Расчет показывает, что теплопоступления тепла превышает расход на 29782,1816ккал/ч, что свидетельствует о положительном тепловом балансе овчарни. Допускаются отклонения ± 10% к расчет­ным данным.

Поголовье животных в тепляке:

1 группа -овцематки, живой массой 50 кг их количество 200 голов;

1. Расчет прихода тепла в помещении.

Расчет количества тепла, выделяемого животными, ведут по таблице "Количество тепла, углекислого газа и водяного пара, выделяемых сельскохозяйствен­ными животными и птицей" по графе "свободное тепло". От одной овцематки поступает тепла 123 ккал\ч

Следовательно, от всех животных в помещение поступит свободного тепла

Q жив. = 200 х 123 = 24600 ккал/ч).

Приход тепла в зимнее время года от солнечной радиа­ции и других источников (электролампочки и др.) незначителен и в расчет не принимается.

2. Расчет расхода тепла в помещении.

2.1. Расчет количества тепла, идущего па обогревание вентиляционного (наруж­ного) воздуха.

Q вен. = 0,24 х G х ∆t , где

где 0,24- теплоемкость воздуха, т.е. количество тепла в ккал, расходуемое на нагревание 1 кг воздуха на ГС, ккал/кг/град;

G - количество воздуха в кг, удаляемого из помещения вентиляцией или по­ступающего в него в течение часа в январе месяце, кг/ч;

∆t - разность между температурой воздуха внутри помещения и наружного воздуха, °С.

При расчете G, во-первых проводят корректировку расчета объема венти­ляции на самый холодный месяц (январь)

Q 15400

L =--------- =---------------------- =1158,76

q1-qянв. 8,89–(-4,4)

Во-вторых, необходимо объемные единицы перевести в весовые. 1 м воздуха при температуре 15°С и среднем барометрическом давлении 760 мм рт.ст. весит 1, 222 кг (таблица "Объемная масса воздуха (м3/кг) при различной температуре и различ­ном барометрическом давлении").

G = 1158,76 х 1,222 =1416,01 кг/ч

At=15°C-(-4,4°C) = 19,4 °С.

Расход тепла на обогревание поступающего воздуха будет равен

Q вен. = 0,24 х 1416,01х 19,4 = 6593,03 ккал/ч

2.2. Расчет расхода тепла на испарение влаги с поверхности пола и других ограждений (Q исп.) производят путем умножения количества испаряющейся с пола и других ограждений влаги на 0,595 ккал, т.е. на количество тепла в ккал, расходуемого на испарение 1 г влаги.

Количество влаги, испаряющейся с пола и ограждающих конструкций зда­ния, определяем в виде процентной надбавки от количества влаги, выделяемой всеми животными, находящимися в данном помещении. Эта величина составляет 2800 г/ч .

Q исп. - 15400 х 0,595 = 9163 ккал/ч.

2.3. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции здания проводится по формуле:

Q о.зд. = ∑k*F*∆t , где

∑ - показатель того, что все произведения k x F суммируются;

к - коэффициент общей теплопередачи материала (в ккал/ч/м2/град);

F - площадь ограждающей конструкции, м2;

∆t - разность между температурой внутреннего и наружного воздуха, °С.

Теплопотери через ограждающие элементы здания определяют, дифференци­ровано: стен, окон, ворот и дверей, пола, чердачного перекрытия, так как их площадь и коэффициенты теплопередачи разные.

Коэффициент общей теплопередачи (к) отдельных конструкций находят в таблице. Площадь ограждающих конструкций рассчитывается следующим образом:

1. Площадь потолка (помещение с чердачным перекрытием) - путем умножения внутренних размеров длины и ширины помещения. Площадь совмещенного (бесчердачного перекрытия) - путем умножения ширины покрытия на его длину и на количество сторон покрытия.

2. Площадь стен (помещение с чердачным перекрытием) - путем умножения на­ружного периметра помещения на высоту стен с учетом толщины потолка (со­вмещенного покрытия) за минусом площади окон и ворот.

3. Площадь пола - по зонам:

1 зона - до 2 метров от стен;

2 зона - от 2 метров до 4 метров; ' юна - от 4 метров.

При этом, в первой 2-х метровой зоне площадь пола примыкающая к углам наружных стен, учитывается дважды, т.е. при определении площади этой зоны бе­рут полностью длину обеих наружных стен, образующих углы (по внутреннему периметру).

Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания
Название ог­раждающей конструкции	к	F	k F	At	Теплопо­тери, ккал/ч
Перекрытие	0,45	11 х 52 = 572м2	257,4	19,4	4943,56
Окна	5	2,35x1,1x12 =31,02м2	155,1	19,4	3008,94
Ворота и двери	2,0	2,8 х 3x4 = 33,6 м2= 2,2 х 2,2 х 1 = 4,84 м2 2,2 х 1,2 х 1 --2,64м2 33,6+ 4,84+2,64 = 41,08 м2	82,16	19,4	1593,91
Стены	1,0	11+(0,525х2) = 12,05 м-нар.шир. 52 + (0,525 х2) =53,05 м-нар.дл. 53,05 х (2,4 +0,12) х 2 = 133,686 м, (12,05 х2,4х2)=57,84 м3 133,686+57,84=191,526м2 191,526-(31,02+41,08) = 119,426 м2	119,426	19,4	2316,87
Пол	0,4	(52x2x2) +(11 х2х2) = 208 +44 = 252м2	100,8	19,4 19,4	19555,52
1 зона
2 зона	0,2	[ (52-4) х 2 х2] + [(11 -8) х 2 х2 ] = 192 + 12 = 204м2	40,8		791,52
3 зона	0,1	(52-8) х(11-8)=132м2	13,2	19,4	256,08
			768,886		14916,39

Таким образом, теплопотери через ограждающие конструкции составляют 14916,39ккал/ час.

В зависимости от расположения здания к направлению господствующих ветров, по сторонам света и рельефу местности, помещение теряет дополнительно за счет обдувания еще 13 % тепла от теплопотерь ограждающих конструкций (стен, окон, ворот, дверей), т.е. (2316,87 +3008,94 +1593,91 ) х 0,13 = 5919,72 ккал/ч..Следовательно, общий расход тепла, необходимого на нагрев всех ограж­дающих конструкций тепляка составит:

14916,39ккал/ч + 5919,72ккал/ч = 20836,11 ккал/ч.

все теплопотери в помещении: на обогрев вентиляционного воздуха – 6593,03 ккал/ч, на испарение влаги с поверхности пола и ограждаю­щих конструкций 9163 ккал/ч, на обогрев ограждающих конструкций – 20836,11 ккал/ч. Расход тепла равен 36592,03ккал/ч.

Подставляя полученные данные в формулу теплового баланса ,определяем тепловой ба­ланс помещения. 24600 ккал/ч = 6593,03 ккал/ч + 20836,11 ккал/ч + 9163 ккал/ч

Расчет показывает, что расход тепла превышает теплопоступления на 11992,03ккал/ч, что свидетельствует об отрицательном тепловом балансе овчарни. Допускаются отклонения ± 10% к расчет­ным данным.

При расчете теплового баланса в помещении очень важно определить, какая же температура воздуха будет внутри помещения при найденном балансе. Поэтому нужно определить разницу между температурой воздуха в помещении и темпера­турой наружного воздуха, при которой приход тепла в помещении будет равен его расходу, т.е. определить ∆t нулевого баланса по следующей формуле:

Ожив – Qисп.

∆t нб=----------------------

0,24 х G х ∑k*F

Подставляем ранее полученные данные в формулу

24600 -9163

∆t нб=---------------------- = 13,93

0,24 х 1416,01 + 768,886

Следовательно, разность между температурой наружного воздуха и темпера­турой внутри помещения равна 13,93°С, так как средняя январская температура в районе Бреста - -4,4°С, то температура воздуха в помещении будет равна (13,93°С -4,4°С)=9,53С, что не соответствует зоогигиеническим требованиям. Приведенные расчеты показывают, что температура воздуха в тепляке зи­мой будет снижаться ниже принятой на 5,47 °С.

Сохранение нормального температурно-влажностного режима в помещении возможно при:

A)обеспечении надежной работы системы канализации;

Б) систематическом применении веществ, поглощающих влагу;

B)обеспечении снижения общих теплопотерь через внешние ограждения.

Если эти требования невыполнимы, то единственным выходом остается по­догрев приточного вентиляционного воздуха, применив для этой цели отопительно-вентиляционные устройства (таблица "Вентиляционно-отопительное обору­дование, рекомендуемое для комплектации систем обеспечения микроклимата жи­вотноводческих помещений").

Известно, что 1 кВт электроэнергии дает 860 ккал тепла. Для покрытия де­фицита тепла требуется11992,03: 860 = 13,95 кВт/ч электроэнергии. Поэтому не­обходимо установить один электрокалорифер тина СФОА - 16 с. мощностью наг­ревателей 15 кВт (период работы 56 минут в час).