Руководитель: Синица С.И.
Примечание: наружные двери и ворота принять деревянными из сосновых досок толщиной 50 мм.
Курсовая работа представлена расчетно-пояснительной запиской на ____ страницах машинописного текста, содержащей 9 таблиц, и графической частью, включающей 1 лист формата А1.
В работе выполнены расчеты теплопотерь через наружные ограждения, теплопоступлений в помещение свинарника, содержащего 160 подсосных свиноматок с поросятами, а также влаговыдлений и газовыделений в данном помещении. Также, определены расходы вентиляционного воздуха в холодный, теплый и переходной периоды года и тепловая мощность отопительно-вентиляционной системы, рассчитаны воздуховоды системы вентиляции, подобраны калориферы и вентиляторы.
Теплоснабжения является составной частью инженерного обеспечения сельского хозяйства. Повышение продуктивности в животноводстве и растениеводстве, укрепление кормовой базы, повышение сохранности сельскохозяйственной продукции, улучшение условий жизни сельского населения неразрывно связано с теплоснабжением.8% от всех работающих в сельскохозяйственной отрасли заняты в теплоснабжении.
Специализация производства в животноводстве повышает требования к микроклимату. Содержание животных в холодных и плохо вентилируемых помещениях приводит к снижению продуктивности на 15-40%, расход кормов увеличивается на 10-30%, заболевания молодняка увеличиваются в 2-3 раза. Продуктивность в животноводстве по 1/3 определяется условиями содержания.
Большую роль играет поддержание микроклимата в современных коровниках. Он способствует максимальной продуктивности, наилучшей сохранности и интенсивному росту молодняка.
Для поддержания микроклимата на животноводческих фермах и комплексах принимают ОВС, посредством которых подают подогретый воздух в верхнюю зону помещения, предусматривая дополнительную подачу наружного воздуха в теплый период года через вентбашни. Удаляют воздух из помещения либо при помощи вентбашень, либо через окна и вытяжные шахты. В холодный и переходной периоды воздух удаляют из помещения через вентбашни при неработающих осевых вентиляторах. В теплый период требуемое количество воздуха подают вентбашнями, при этом удаляют воздух из помещения через фрамуги окон и из навозных каналов.
По литературе [2] из таблицы 1.1 выписываем данные соответствующие своему варианту в таблицу 1.
Таблица 1. Расчетные параметры наружного воздуха.
По литературе [2] из таблицы 10.2 выписываем параметры внутреннего воздуха в таблицу 2.
Таблица 2. Расчетные параметры внутреннего воздуха.
Таблица 3. Выделение теплоты, влаги и углекислого газа.
Таблица 4. Температурные коэффициенты.
Для расчета термических сопротивлений теплопередаче для стен, перекрытий и дверей необходимо знать технические характеристики строительных материалов и конструкций. Из таблицы 1.12 [2] выписываем необходимые данные в таблицу 5.
Таблица 5. Теплотехнические характеристики строительных материалов и конструкций.
Термическое сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов принимаем равным нормированным значениям (стр.32 [2]).
Рассчитываем требуемые по санитарно-гигиеническим требованиям термические сопротивления теплопередаче для наружных стен, покрытий и перекрытий, наружных дверей и ворот.
ношению к наружному воздуху.
В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимают в зависимости от тепловой инерции
наружного ограждения (стр.33 [2]):
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]):
В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимаем среднюю температуру наиболее холодных суток:
.
Принимаем сопротивление теплопередаче окон для производственных и вспомогательных промышленных предприятий с влажным или мокрым режимом (таблица 3.7 [2]):
Исходя из того, что требуемое термическое сопротивление должно быть меньше расчетного термического сопротивления, проверяем соблюдение санитарно-гигиенических норм:
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.
Рис.1. Зоны пола рассчитываемого помещения.
;
;
,
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.
№ помещения
|
,
|
Характеристики ограждений
|
,
|
Доли добавочных
теплопотерь
|
|
Тепловой поток теплопотерь
,
|
Наименование
|
Ориентация
|
Размер
,
|
,
|
,
|
на ориентацию
|
на инфильтрацию
|
прочие
|
1
|
20
|
Д. о.
|
С-З
|
|
60,48
|
0,42
|
42
|
0,1
|
0,3
|
-
|
1,4
|
8467,2
|
Д. о.
|
Ю-В
|
|
60,48
|
0,42
|
42
|
0,05
|
0,3
|
-
|
1,35
|
8164,8
|
Н. с.
|
С-З
|
|
263,52
|
1,279
|
42
|
0,1
|
0,3
|
-
|
1,4
|
12114,9
|
Н. с.
|
Ю-В
|
|
263,52
|
1,279
|
42
|
0,05
|
0,3
|
-
|
1,35
|
11682,2
|
П. т.
|
-
|
|
2700
|
1,5417
|
42
|
-
|
|
-
|
1
|
73555,2
|
Пл.1
|
-
|
|
640
|
2,12688
|
42
|
-
|
-
|
-
|
1
|
12638,2
|
Пл.2
|
-
|
|
624
|
4,32688
|
42
|
-
|
-
|
-
|
1
|
6057
|
Пл3
|
-
|
|
592
|
8,62688
|
42
|
-
|
-
|
-
|
1
|
2882,15
|
Пл.4
|
-
|
|
828
|
14,22688
|
42
|
-
|
-
|
-
|
1
|
2444,4
|
|
|
119922,898
|
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 ФТП
- поток теплопотерь (SФТП
таблица 6).
Угловой коэффициент (тепловлажностное отношение),
:
.
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.
.
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,
:
.
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:
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),
kt
’’’
=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,
:
.
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.
.
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.
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.
Номер калорифера
|
Площадь поверхности нагрева
,
|
Площадь живого сечения по воздуху
,
|
площадь живого сечения по теплоносителю
|
10
|
28,11
|
0,581
|
0,00116
|
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,
.
.
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.
Номер участка
|
,
|
,
|
,
|
,
|
,
|
,
|
,
|
|
,
|
,
|
,
|
1
|
3916,25
|
66
|
560
|
0,0022
|
6
|
0,62
|
40,92
|
0,4
|
12,59
|
5,036
|
45,956
|
2
|
916,25
|
6
|
560
|
0,0025
|
6
|
0.62
|
3,78
|
1
|
12,59
|
12,59
|
16,31
|
3
|
7832,5
|
5
|
600
|
0,0029
|
8
|
1,6
|
8
|
1,3
|
38,4
|
49,92
|
57,92
|
Калорифер
|
7832,5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
130,68
|
Жал. реш.
|
7832,5
|
-
|
-
|
-
|
5
|
-
|
-
|
2
|
15
|
30
|
30
|
|
итого:
|
280,866
|
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 (эквивалентный (0.8,0.9,1)) шахты,
(принимаем
);
- расчетная наружная температура,
(
);
- сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Местное сопротивление определяем по таблице 8.7 [1]:
для входа в вытяжную шахту:
;
для выхода из вытяжной шахты:
.
,
.
Определяем число шахт:
,
где
- расчетный расход воздуха в зимний период,
;
- расчетный расход воздуха через одну шахту,
.
Определяем расчетный расход воздуха через одну шахту,
:
,
где
- площадь поперечного сечения шахты,
.
Рассчитаем площадь поперечного сечения шахты,
:
.
.
.
Принимаем число шахт для всего помещения
Подбор вентилятора производят по заданным значениям подачи и требуемого полного давления.
В системах вентиляции и воздушного отопления с/х производственных зданий устанавливают радиальные (центробежные) вентиляторы марок В. Ц 4-75, В. Ц 4-76 и В. Ц 4-46, осевые вентиляторы марок В-06-300 и ВО.
Радиальные вентиляторы изготавливают по схемам конструктивного исполнения 1 и 6. Вентиляторы исполнения 1 более компактны и удобны при эксплуатации, с меньшим уровнем шума.
Подачу вентилятора определяем с учетом потерь или подсосов воздуха в воздуховоды, вводя поправочный коэффициент к расчетному расходу воздуха для стальных воздуховодов 1,15,
:
.
Определяем требуемое полное давление вентилятора,
:
,
где
- температура подогретого воздуха,
=1 - при нормальном атмосферном давлении.
.
По подаче воздуха вентилятора и требуемому полному давлению, согласно графику характеристик вентиляторов ВЦ 4-75 (рис.8.16 [2]), выбираем вентилятор марки: Е 6,3-100-1.
В соответствии с выбранным ранее калорифером и выбранным теперь вентилятором заполняем таблицу характеристик отопительно-вентиляционной системы:
Таблица 9. Характеристика отопительно-вентиляционной системы.
Обозначение
|
Кол. систем
|
Наим-е помещения
|
Тип установки
|
Вентилятор
|
тип
|
номер
|
исполнение
|
положение
|
,
|
,
|
,
|
|
2
|
Свинарник
|
Е 6,3-100-1.
|
ВЦ 4-75
|
6,3
|
1
|
Л
|
9007
|
281,04
|
935
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначение
|
Электродвигатель
|
Воздухонагреватель (калорифер)
|
Примечание
|
Тип
|
,
|
,
|
Тип
|
Номер
|
Кол-во
|
Тем-ра нагрева
|
Мощности,
|
,
|
от
|
до
|
|
4А90L6
|
1,5
|
935
|
КВСБ
|
10
|
1
|
-22
|
20,4
|
|
22,605
|
|
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.
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.