Наименование материала
|
,
|
Расчетные коэффициенты при условиях эксплуатации
|
Теплопроводности, Б
|
Теплоусвоения, Б
|
Силикатный кирпич
|
1800
|
0,87
|
10,9
|
Глиняный кирпич
|
1800
|
0,81
|
10,12
|
Рубероид
|
600
|
0,17
|
3,53
|
Известково-песчаный раствор
|
1600
|
0,81
|
9,76
|
Сосна поперек волокон
|
500
|
0,18
|
4,54
|
Плиты минераловатные
|
50
|
0,06
|
0,48
|
Рубероид
|
600
|
0,17
|
3,53
|
2. Расчет
теплопотерь через ограждающие конструкции
Определяем термическое
сопротивление теплопередаче наружных стен, перекрытий, дверей и ворот, :
,
где – коэффициент теплоотдачи на внутренней
поверхности ограничиваю-
щей
конструкции, ;
– толщина слоя материала, м;
- коэффициент теплопроводности материала
(принимаем по таблице 5), ;
– термическое сопротивление замкнутой
воздушной прослойки (таблица 3.5 /2/),;
– коэффициент теплоотдачи на наружной
поверхности ограничивающей конструкции (принимаем =23 .
Для перекрытий
и дверей принимаем =8,7 /2/.
Значение для наружных стен принимаем в
зависимости от заполнения животными 1м2 пола.
Рассчитываем
заполнение помещения животными, :
,
где – масса одного животного, ;
– количество животных;
– площадь помещения, ;
;
Так как
заполнение животными помещения , то принимаем для стен и потолков /2/.
Тогда термическое
сопротивление теплопередаче для:
– наружных
стен
=;
– перекрытия
=1,99
– дверей и
ворот
=.
Рассчитываем
термическое сопротивление теплопередаче отдельных зон пола:
,
где – сопротивление теплопередаче
рассматриваемой зоны неутепленного
пола,;
– толщина утепляющего слоя,;
– теплопроводность утепляющего слоя,.
Сопротивление
теплопередаче принимаем равной (стр. 39
/2/):
─ для I зоны:
─ для II зоны:
─ для III зоны:
─ для IV зоны:
;
;
;
.
Определяем требуемое
сопротивление теплопередаче наружных стен и перекрытия,:
,
где – расчетная температура внутреннего
воздуха в холодный период, ;
– расчетная температура наружного
воздуха в холодный период года,;
– нормативный температурный перепад (принимаем
по таблице 3.6 /2/),;
– коэффициент, учитывающий положение
наружной поверхности по отношению к наружному воздуху (принимаем n=1 /2/).
Значение
нормативного температурного перепада следующее:
– для
наружных стен
=+=18–13,5=4,5;
– для
перекрытия
=0,8*(+)=0,8*(18–13,5)=3,6;
где температуру
точки росы принимаем из приложения /1/ при и – .
Значение расчетной
температуры наружного воздуха принимают в зависимости
от тепловой инерции наружного ограждения (стр. 33
/2/).
Тепловая
инерция ограничивающей конструкции:
,
где – расчетный коэффициент теплоусвоения
материала отдельных слоев ограждающей конструкции (таблица 5), ;
– для
наружных стен
;
– для
перекрытия
.
Исходя из
полученного выражения, в качестве расчетной температуры наружного воздуха принимаем:
– для
наружных стен при 4<<7 среднюю температуру
наиболее холодных трех суток равную
;
– для
перекрытия при <4 среднюю температуру
наиболее холодных суток равную
==-31.
Следовательно,
находим требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен и перекрытия:
.
.
Аналогично определяем
требуемое термическое сопротивление наружных дверей:
– ;
– =+=18–13,5=4,5;
– ;
Принимаем термическое
сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов равным:
для двойного
остекления в деревянных переплетах
.
Требуемое
сопротивление теплопередаче окон для производственных и вспомогательных
промышленных предприятий с влажным или мокрым режимом (таблица 3.7 /2/)
следующее: ,
т. к. - =18 –
(-25)=43.
Сравниваем
расчетные термические сопротивления ограждающих конструкций с требуемыми
термическими сопротивлениями.
Исходя из того,
что требуемое термическое сопротивление должно быть меньше расчетного
термического сопротивления, проверяем соблюдение санитарно-гигиенических норм:
─ для наружных стен:
;
;
– условие не выполняется.
─ для перекрытия:
;
;
– условие выполняется.
─ для наружных дверей и ворот:
;
;
– условие не выполняется.
─ для световых проемов:
;
;
– условие выполняется.
В целом делаем
вывод о том, что расчетные термические сопротивления ограждающих конструкций меньше
требуемых, кроме перекрытия и световых проемов (т.е. удовлетворяют санитарно
гигиеническим нормам). Значит, двери и наружные стены нуждаются в дополнительном
утеплении.
Производим
разбивку пола на отдельные зоны:
Определяем
площади зон пола:
;
;
;
;
Рассчитываем
тепловой поток 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.
– зоны пола.
Площадь окна:
;
Площадь всех
окон:
;
Тепловой поток
теплопотерь для окон:
– обращённых
на юго-восток
;
– обращенных
на северо-запад:
;
Тепловой поток
теплопотерь для стен:
– обращённых
на юго-восток:
;
– обращенных
на северо-запад:
;
Тепловой поток
теплопотерь для различных зон пола:
;
;
;
;
Находим площадь
потолка:
;
Тепловой поток
теплопотерь для перекрытия:
;
3. Расчет
тепловоздушного режима и воздухообмена.
3.1 Холодный
период года
Определяем влаговыделения
животными, :
,
где - температурный коэффициент
влаговыделений (таблица 4);
– влаговыделение одним животным
(таблица 3), ;
– число животных.
;
Дополнительные
влаговыделения с открытых водяных поверхностей:
,
Суммарные
влаговыделения в помещении:
.
Рассчитаем
количество , выделяемого животными, :
,
где - температурный коэффициент выделений и полных тепловыделений;
- количество ,
выделяемого одним животным, .
;
Определим
тепловой поток полных тепловыделений, :
,
где – тепловой поток полных тепловыделений
одним животным (таблица 3), .
;
Тепловой поток
теплоизбытков, :
,
где ФТП
– поток теплопотерь (SФТП таблица 6).
Угловой
коэффициент (тепловлажностное отношение), :
.
Произведем
расчет расхода 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 18 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,, (принимаем 0,4 , стр. 240 /2/).
.
─ расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального
воздухообмена:
,
где – норма минимального воздухообмена на 1ц
живой массы, ;
– живая масса животного, кг;
n – количество животных.
.
В качестве
расчетного значения расхода воздуха в холодный период принимаем наибольший, т.е.
.
3.2 Переходный
период года.
Определяем влаговыделения
животными:
;
Дополнительные
влаговыделения в переходной период составляют 10% от общего влаговыделения.
Определим
суммарные влаговыделения:
.
Тепловой поток
полных тепловыделений:
;
Тепловой поток
теплопотерь
;
где и – расчетные
температуры внутреннего и наружного воздуха в переходный период, :,
принимаем ,;
.
Тепловой поток
теплоизбытков, :
,
где – тепловой поток полных тепловыделений
животными в переходный
период, ;
.
Определим
угловой коэффициент, :
.
Влагосодержание
внутреннего воздуха:
.
Влагосодержание
наружного воздуха определим по - диаграмме при параметрах и ,.
.
Рассчитаем
расход вентиляционного воздуха, , из условия удаления
водяных паров:
.
В качестве
расчетного воздухообмена принимаем ,
т. к. .
3.3 Теплый
период года
Определяем
влаговыделения животными, :
,
где - температурный коэффициент
влаговыделений;
– влаговыделение одним животным, ;
;
Испарение влаги
с открытых водных и смоченных поверхностей:
;
Суммарные
влаговыделения:
.
Определим
тепловой поток полных тепловыделений, :
,
где - тепловой поток полных тепловыделений
одним животным (таблица 3), ;
kt’’’ =0,86 – температурный коэффициент полных тепловыделений
(таблица 4).
;
Тепловой поток
от солнечной радиации, .
,
где – тепловой поток через покрытие, ;
– тепловой поток через остекление в
рассматриваемой наружной
стене, ;
– тепловой поток через наружную стену, .
,
где =1512 – площадь
покрытия (таблица 6);
=1,99-
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 наружную стену (за исключением остекления в этой стене):
,
где =228,9 – площадь наружной стены, ;
=0,76 – термическое сопротивление
теплопередаче наружной стены, .
– избыточная разность температур: для
СЗ 6,1; для ЮВ 10,6 ,
(таблица 3.13)
─ для стены с СЗ стороны:
;
─ для стены с ЮВ стороны:
;
Принимаем в
качестве расчетного тепловой поток через наружную стену ЮВ ориентации, через
которую наблюдается максимальное теплопоступление.
Тепловой поток
через остекление, :
,
где – коэффициент остекления (), (стр. 46 /2/);
– поверхностная плотность теплового
потока через остекленную
поверхность, , (ЮВ: ; таблица 3,12 /2/);
=73,5 – площадь
остекления.
.
.
Тепловой поток
теплоизбытков, :
,
.
Угловой
коэффициент, :
.
Влагосодержание
внутреннего воздуха:
.
Влагосодержание
наружного воздуха определяем по - диаграмме (рис. 1.1 /2/) при
параметрах и -.
Расход
вентиляционного воздуха, , в теплый период
года из условия удаления выделяющихся:
─ водяных паров:
.
.
─ расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального
воздухообмена:
.
В качестве
расчетного значения расхода воздуха в теплый период принимаем наибольший, т.е. .
Результаты
расчетов сводим в таблицу 7.
Таблица 7 Результаты расчета тепловоздушного
режима и воздухообмена
Наименование
помещения
|
Периоды
года
|
Наружный
воздух
|
Внутренний
воздух
|
Влаговыделения, кг/ч
|
|
|
|
|
от животных
|
от обор. и с пола
|
итого
|
|
Холодный
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переходный
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплый
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплопоступления, кВт
|
Теплопо-
тери
через
огражд.,
кВт
|
Избыточ-
ная теп-
лота,
кВт
|
Угловой
коэф.,
кДж/кг
|
Расход
вентил.
воздуха
м3/ч
|
Темпе-
Ратура
приточн.
воздуха
|
От животных
|
От оборудования
|
От солнеч. радиации
|
Итого
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 холодный
период года, ();
– расчетная температура наружного
воздуха, ();
– удельная изобарная теплоемкость
воздуха ().
.
Тепловой поток
на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, :
,
.
Тепловой поток
явных тепловыделений, :
,
где – температурный коэффициент явных
тепловыделений;
– тепловой поток явных тепловыделений
одним животным, ;
– число голов.
;
Определим
температуру подогретого воздуха, :
,
где – наружная температура в зимний период
года, ;
.
Для пленочных
воздуховодов должно соблюдаться условие санитарно – гигиенических требований:
– в нашем случае удовлетворяет.
Принимаем две
отопительно-вентиляционные установки мощностью
и расходом
Дальнейший расчет
ведем для одной ОВ установки.
5. Расчет и
выбор калориферов
В системе
вентиляции и отопления устанавливаем водяной калорифер. Теплоноситель – горячая
вода 70 – 150.
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 КВСБ №10 со
следующими техническими данными:
Таблица 8
Технические данные калорифера КВСБ №10
Номер калорифера
|
Площадь поверхности нагрева ,
|
Площадь живого сечения по воздуху ,
|
Площадь живого сечения трубок,
|
10
|
28,11
|
0,581
|
0,00087
|
Принимаем два калорифер
в ряду.
Уточняем
массовую скорость воздуха: .
Определяем
скорость горячей воды в трубках:
;
где -удельная
теплоемкость воды;
- плотность воды;
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 КВСБ №10:
; ; ; ; .
.
Определяем
среднюю температуру воздуха, :
.
Определяем
среднюю температуру воды, :
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. .
Принимаем два
калорифера.
Определяем
процент запаса по площади поверхности нагрева:
.
– удовлетворяет.
Аэродинамическое
сопротивление калориферов, :
,
где – коэффициент, зависящий от конструкции
калорифера;
– показатель степени.
.
Аэродинамическое
сопротивление калориферной установки, :
,
где =1 – 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.
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 принима-
ем .
.
Рассчитаем
коэффициент, характеризующий конструктивные особенности воздухораспределителя:
,
где – длина воздухораспределителя, .
.
Полученное
значение коэффициента меньше 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:
.
По таблице 8.8
/2/ принимаем один участок.
Определим
площадь отверстий, , выполненных на единицу воздуховода:
,
где – относительная площадь
воздуховыпускных отверстий на участке
воздухораспределителя
(стр. 202,/2/).
.
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, :
– для
первого участка
,;
;
– для
последующих участков
;
;
;
Определим
статическое давление воздуха, :
─ в конце воздухораспределителя:
;
─ в начале воздухораспределителя:
.
Потери давления
в воздухораспределителе, :
.
Дальнейший
расчет сводим в таблицу 9. Причем, определяем потери давления в результате
трения по длине участка, в местных сопротивлениях и суммарные потери по
следующим формулам:
,
,
,
где R – удельные
потери давления на единице длины воздуховода, определяется по монограмме (рис. 8.6
/2/)
– коэффициент местного сопротивления
(таблица 8.7 /2/).
Таблица 9
Расчет участков воздуховода
Номер участка
|
,
|
,
|
,
|
,
|
,
|
,
|
,
|
|
,
|
,
|
,
|
1
|
4200
|
41,5
|
500
|
0,196
|
6,5
|
–
|
–
|
–
|
25,35
|
–
|
126,41
|
2
|
4200
|
4,4
|
500
|
0,196
|
6,5
|
0,8
|
3,52
|
0,65
|
25,35
|
16,48
|
20
|
3
|
8400
|
1,6
|
630
|
0,312
|
8
|
0,96
|
1,54
|
-0,1
|
38,4
|
-3,84
|
-2,3
|
4
|
1680
|
3
|
800
|
0,502
|
10
|
1,05
|
3,15
|
3,2
|
60
|
192
|
195,15
|
калорифер
|
16800
|
–
|
–
|
–
|
–
|
–
|
–
|
–
|
–
|
72,4
|
Жал. Реш.
|
16800
|
–
|
–
|
–
|
5
|
–
|
–
|
2
|
15
|
30
|
30
|
|
итого:
|
441,66
|
Расчет вытяжных
шахт естественной вентиляции производят на основании расчетного расхода воздуха
в холодный период года. Работа вытяжных шахт будет более эффективной при
устойчивой разности температур внутреннего и наружного воздуха (не менее 5°С), что наблюдается в холодный период года.
Скорость
воздуха в поперечном сечении вытяжной шахты, :
,
где – высота вытяжной шахты между
плоскостью вытяжного отверстия и
устьем шахты (3–5),
(принимаем );
– диаметр, (принимаем
);
– расчетная наружная температура, ();
– сумма коэффициентов местных
сопротивлений.
Местное
сопротивление определяем по таблице 8.7 /2/:
─ для входа в вытяжную шахту: ;
─ для выхода из вытяжной шахты: .
.
.
Определяем
расчетный расход воздуха через одну шахту, :
;
где – площадь поперечного сечения шахты, .
Рассчитаем
площадь поперечного сечения шахты, :
.
.
Определяем
число шахт:
,
где – расчетный расход воздуха в зимний
период, ;
– расчетный расход воздуха через одну
шахту, .
.
Принимаем число
шахт для всего помещения .
7. Выбор
вентилятора
Подбор
вентилятора производят по заданным значениям подачи и требуемого полного
давления.
Принимаем
вентилятор исполнения 1.
Подачу
вентилятора определяем с учетом потерь или подсосов воздуха в воздуховоды,
вводя поправочный коэффициент к расчетному расходу воздуха для стальных
воздуховодов 1,1, :
.
Определяем
полное давление вентилятора, :
,
где – температура подогретого воздуха,
.
По подаче
воздуха вентилятора и требуемому полному давлению, согласно графику
характеристик вентиляторов ВЦ 4–75 (рис. 8.13 /2/), выбираем вентилятор марки:
Е 8. 0,95–1.
8. 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. Ротапринт
БАТУ. 2001 г.
2. Справочник по
теплоснабжению сельского хозяйства/Л.С. Герасимович, А.Г. Цубанов, Б.Х. Драганов,
А.Л. Синяков. – Мн.: Ураджай, 1993. – 368 с.