Расчет вентиляции коровника вместимостью 2800 голов

Содержание

1. Определение теплопоступлений и теплопотерь при расчете вентиляции

2. Определение влагопоступлений в помещение

. Построение процесса тепловлагообмена в h-d диаграмме

. Определение воздухообмена при условии удаления из животноводческого помещения углекислого газа и избыточной влаги

. Организация приточной вентиляции

. Подбор вентилятора

Список используемой литературы

Исходные данные

Район строительства - Ярославская область. Вместимость коровника - 2800 голов. Средняя живая масса животных -600кг. Средний уровень лактации - 20 литров/сутки. Содержание привязное, без подстилки.

Здание бесчердачное, одноэтажное, прямоугольной формы, размерами в плане 72 х 18 м; высота боковых стен - 3,3 м,. высота до конька крыши - 3,7 м. Стены несущие- из керамзитобетона, оштукатуренная изнутри и с наружной стороны цементно-песчаной смесью

Покрытие - из керамзитобетонной на перлитовом песке плита и цементно-песчаной стяжки. Пароизоляция покрытия - пергамин , монолитный полистирол . Выравнивающий слой - армированная цементно-песчаная стяжка. Гидроизоляция-асфальтобетон

Полы - деревянные щиты поверху бетона на щебне.

На каждой из продольных стен расположено 24окна размером 0,8 х 0,8 м, а на каждой из торцовых стен - по 2 воротам размером 2,4 х 2м м.Уборка навоза - транспортером. Поилки -ПА-1.

1. Определение теплопоступлений и теплопотерь при расчете вентиляции

Алгебраическую сумму теплопоступлений и теплопотерь в животноводческом помещении в зимний и летний периоды при расчете вентиляции находим соответственно по уравнениям 1.1. и 1.2:

- зимний и переходный периоды:

(1.1)

летний период:

(1.2)

Определим составляющие этих уравнений.

Тепловыделения, согласно уравнению(1.3) составляют:

в зимний период:

(1.3)

где: n - количество животных, шт;

- количество общей теплоты, выделяемой одним животным, кДж/ч;

- коэффициент изменения тепловыделений, зависящий от температуры внутреннего воздуха;

- коэффициент, учитывающий фактическое заполнение помещения животными, =0,8-1,1;

- коэффициент, учитывающий изменение тепловыления в состоянии покоя, =0,70-0,085.

кВт

в летний период:

кВт

Теплопоступления от технологического оборудования определяем по уравнению 1.4:

, кВт (1.4)

где: - установленная мощность данного типа электродвигателей, кВт;

- КПД двигателей;

- коэффициент использования установленной мощности электродвигателей =0,75 - 0,95;

- коэффициент суточной загрузки, = 0,5 - 0,8;

- коэффициент одновременности работы электродвигателей, = 0,6 - 0,95.

кВт

Теплопоступления от осветительных приборов: можно не учитывать ввиду наличия в животноводческом помещении окон.

Теплопоступления от солнечной радиации рассчитываются по уравнению (1.5):

, кДж/ч (1.5)

где: - коэффициент теплопередачи покрытия,( Вт/мK);

- поправочный коэффициент, paвный: 1- для бесчердачных покрытий и 0,75- для чердачных покрытий;

- площадь покрытия , или его горизонтальная поверхность для наклонных кровель, м;

- эквивалентные разности температур, зависящие от местности расположения производственного помещения, массивности покрытий и их цвета;

- коэффициент, зависящий от типа остекления;

- количество теплоты, передаваемое радиацией в течении 1 часа через 1 м остекленения, кДж/(ч м);

- площадь остекления, м.

Подсчитываем коэффициент теплопередачи покрытия:

, (1.6)

где - толщина i -го слоя материала стен, покрытий, м;

-коэффициент теплопроводности i-го слоя, м;

-коэффициент теплоотдачи от внутреннего воздуха к поверхности стены, ;

-коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены к наружному воздуху, .

,

кВт.

Площадь покрытия =72*18=1296

Площадь остекления=0.8*0,6*24=11,52

Всего поступлений в помещение:

а) в холодный период:

кВт;

б) в теплый период:

кВт.

По уравнению (1.7) определяем теплопотери в зимний период:

, (1.7)

где: - теплопотери, соответственно, через стены, покрытие, двери, окна, пол.

Коэффициент теплопередачи стен:

,

Расчетная зимняя температура наружного воздуха для зоны Москвы составляет=233,3 К, температура внутреннего воздуха равна = 283 К. Среднюю скорость ветра за январь для Московской области принимаю равной = 6 м/с, следовательно, коэффициент =1,1.

Длина помещения для содержания КРС составляет 80 м. Примем, что продольные стороны здания ориентированы соответственно: одна - на юг, другая - на север; торцовые стороны, следовательно, ориентированы на запад и восток.

Площадь каждой, из продольных стен с учетом размещения на них окон и дверей составляет:

м

Площадь каждой из торцовых стен:

м

Площадь покрытия равна сумме площадей двух скатов, обращенных соответственно продольным стенам на юг и север:

м

Коэффициент =1 для стен покрытия. Коэффициент для продольной стены, окон, дверей и ската крыши, обращенных на юг равен 1,0; на север -1,1; для торцовых стен =1,05.

Теплопотери через стены составляют:

,

=1,2

Вт

Вт

Суммарные теплопотери через стены: 39,15 кВт.

Теплопотери через окна составляют:

=3,1

кВт

кВт

Суммарные теплопотери через окна: =4,12 кВт.

Теплопотери через двери и ворота:

кВт

кВт

Вт

Суммарные теплопотери через двери и ворота: =1,8 кВт.

Теплопотери через покрытие составляют:

кВт.

Найдем теплопотери через пол.

Разбиваем всю площадь пола на четыре зоны шириной 2м каждая, считая от наружных стен:

,

где - термические сопротивления каждой зоны,

Сопротивление теплопередаче утепленных полов рассчитывается, по формуле (1.9):

, (1.9)

где - термическое сопротивление i-ой зоны неутепленного пола,

- толщина утепляющего слоя, м;

- коэффициент теплопроводности утепляющего слоя,

- термическое сопротивление i-ой зоны утепленного пола, .

Сумма теплопотерь через ограждения в зимний период:

Принимаем, что в летний период температура воздуха в коровнике на 5 К выше, чем снаружи:

,

где - 296,1 К - cреднеиюльская температура в 13-00 часов дня в районе Московской области.

Термическое сопротивление ограждающих конструкций в зимний и летний периоды постоянно, а поскольку тепловой поток через них пропорционален разности температур воздуха внутри и снаружи помещения , то, следовательно, можно записать:

(1.10)

где К - перепад температур в зимний период;

К.

Расход телоты на нагрев инфильтрующего воздуха в зимний период определяем при условии, что помещение расположено боковой стороной относительно господствующего направления ветра. Ворота и двери на торцевой стене здания закрыты тамбурами. В связи с этим считаем, что инфильтрация воздуха в помещении коровника происходит только через окна и двери, расположенные на продольной его стене.

, кВт (1.11)

Массовая теплоемкость воздуха .

Мaccy инфильтрующегося воздуха определяем по формуле (1.12):

(1.12)

где - длина (периметр) притворов дверей, ворот, окон, м.

- подсчитывается для окон, дверей, ворот, расположенных на полупериметре наружных стен здания, обращенных к господствующим ветрам;

- коэффициент, принимаемый в зависимости от характера притвора.

Для окон одинарных с металлическими переплетами =1; для дверей и ворот =2;

- масса воздуха, поступающего через щель длиной 1 м, зависящая от скорости ветра.

При скорости ветра 1,2,3,4,5 м/с, следует принимать, соответственно, 5,6; 9.1; 11,2; 12,6; 17,6.

кВт

Определяем теплоизбытки в зимний период по уравнению (1.13):

(1.13)

Определяем теплоизбытки в летний период по уравнению (1.14):

(1.14)

.

. Определение влагопоступлений в помещение

Общие влагопоступления в помещение согласно уравнению (2.1) складываются из влаги, испаряющейся с открытых и смоченных поверхностей и из водяных паров, выделяемых животными:

(2.1)

где: - влага, испаряемая со свободной поверхности, кг/ч;

- влага, испаряемая со смоченное поверхности, кг/ч;

- водяные пары, выделяемые животными, кг/ч;

Найдем составляющие этого уравнения для зимнего и летнего периодов.

, влага, испаряющаяся с открытой водной и смоченной поверхностей помещения, кг/ч.

Величину можно рассчитать по формуле (2.2):

, (2.2)

где: - влаговыделения c 1 м свободной водной поверхности или со смоченной поверхности, кг/ч;

- соответственно площади свободной водной поверхности и смоченной поверхности, м.

Смоченной поверхностью считается вся поверхность глубокой подстилки, вертикальные стены навозных лотков до водного зеркала, площадь помещения на расстоянии 50 см от каждого из навозных лотков, вся поверхность пола, на которой применяется гидросмыв, вся площадь решетчатого пола. Свободной (открытой) водной поверхностью считается водное зeркало навозных лотков и поилок.

Принимаем относительную влажность внутреннего воздуха в летний и зимний периоды равной =70 - 85%. Для подсчета площади смоченной поверхности принимаем в коровнике 4 навозных лотков общей длиной 280 м, ширина лотков 0,2 м, глубина лотков до водного зеркала 0,15 м.

Тогда:

м2,

где 0,5 - ширина смоченной поверхности по обе стороны лотка, м.

для зимнего периода.

Для определения площади водной поверхности принимаем число поилок ПА-1 - 175 шт, (из расчета: одна поилка на две коровы), площадь свободной поверхности одной поилки 0,038 м2

м2

для зимнего периода.

Влагопоступления за счет испарения в зимний период составляет:

, кг/ч (2.3)

кг/ч

Определяем выделения водяных паров животными в зимний период по уравнению (2.4):

, кг/ч (2.4)

кг/ч

Суммарные влагопоступления в зимний период:

Аналогично подсчитываем влагопоступления в летний период.

,

Испарения влаги в летний период составляют:

кг/ч

Найдем выделения паров животными в летний период:

, кг/ч (2.5)

кг/ч

Суммарные влагопоступления в летний период:

3. Построение процесса тепловлагообмена в h-d диаграмме

Для определения температуры приточного воздуха в зимний период найдем угловой коэффициент тепловлагообмена по соотношению(3.1):

, кДж/кг влаги (3.1)

кДж/кг влаги.

Значения параметров наружного воздуха: = - 25°С; = 85% и на H-d -диаграмме влажного воздуха, наносим точку 1. Ее параметры: = - 25°С; = 85%; = 0,8 г/кг с.в.; = - 24 кДж/кг с.в. По выбранным ранее параметрам внутреннего воздуха (= I0°C , = 5,3 г/кг с.в.; = 70%, наносим на H-d диаграмме точку 2. Из точки 2 проводим луч процесса с угловым коэффициентом , характеризующий тепловлагообмен приточного воздуха по мере прохождения его через помещение. Из точки 1 проводим вертикальную линию 1-3, изображающую процесс нагрева воздуха в калорифере. Находим на диаграмме точку 3, характеризующую параметры приточного воздуха, ей соответствуют: температура = 3,5°С, влагосодержание = 0,8 г/кг с.в., энтальпия =5,8 кДж/кг с.в.

Определение температуры приточного воздуха по H-d - диаграмме (зимний период):

Рис. 1

Определяем угловой коэффициент тепловлагообмена в летний период:

(3.2)

кДж/кг влаги.

Принимаем значения параметров наружного воздуха в летний период - в Ярославской области: = 19,3°С; = 50% и наносим на H-d -диаграмме т. 1, ей соответствуют влагосодержание = 7,0 г/кг с.в., энтальпия =39 кДж/кг с.в.

Из т.1 проводим луч процесса 1-2 с угловым коэффициентом до пересечения с изотермой =27,1°С, принятой ранее. Точка пересечения характеризует параметры внутреннего воздуха в летний период: влагосодержание = 10 г/кг с.в., энтальпия =53 кДж/кг с.в., =45%.

Определение параметров внутреннего воздуха по H-d - диаграмме (зимний период):

Рис. 2

4. Определение воздухообмена при условии удаления из животноводческого помещения углекислого газа и избыточной влаги

Расход воздуха, необходимый для удаления избытка углекислоты, рассчитываем по уравнению (4.1), принимая концентрацию СО равной: в наружном (приточном) воздухе Сн =0,3 л/м, в удаляемом из помещения воздухе С =2,5 л/м.

Находим плотности наружного и внутреннего воздуха в зимний период:

,

где - плотность воздуха при нормальных физических условиях;

М - 28,96 кг/кмоль- масса 1 кмоля воздуха.

Газовыделения одним животным:

Потребный воздухообмен до удалению углекислого газа в зимний период:

(4.1)

где - количество углекислоты, выделяемое одним животным, л/ч;

- соответственно, предельно допустимая концентрация СО в помещении и концентрация СО в наружном воздухе, принимаемая, как правило, равной Сн =0,3 л/м3;

- плотности воздуха при температурах внутреннего и наружного воздуха, кг/м3.

Предельно-допустимое содержание СО в помещении, принимаемое для КРС равным 2,5 л/м3.

Определяем подробный воздухообмен в зимний период для удаления избытков влаги по уравнению (4.2), который одновременно обеспечивает удаление избыков теплоты:

(4.2)

где параметры =5,3 г/кг с.в. и =0,8 г/кг с.в., определены по Н-d-диаграмме влажного воздуха.

Таким образом, расчетный воздухообмен по удалению тепловлагоизбытков больше воздухообмена по удалению углекислого газа, поэтому именно он должен бытъ обеспечен в зимний период.

С учетом того, что воздух при движении его в воздуховоде дополнительно нагреется на 1°С, принимаем температуру воздуха на выходе из калорифера равной 2,5°С.

Находим кратность воздухообмена в зимний период пo уравнению (4.3):

(4.3)

где

Поскольку n > 1 , то принимается приточно-вытяжная вентиляция с принудительной подачей воздуха в помещение.

Воздухообмен в летний период рассчитываем из условия одновременного удаления из животноводческого помещения тепловлагоизбытков по уравнениям (4.2) и (4.4):

, кг/ч (4.4)

Как видно из результатов вычислений и , они находятся в удовлетворительном соотношении, что подтверждает правильность вычислений. Берем среднее значение воздухообмена для летнего периода: =385573,2 кг/ч.

Кратность воздухообмена в летний период составляет:

где

5. Подбор калориферной установки

Определим затраты теплоты на подогрев вентиляционного воздуха в калорифере от - 25°С до +2,5°С по уравнению (5.1):

(5.1)

Примем, что источником теплоснабжения служит котельная на буром угле, типовой проект 903-1-172 тип с шестью водогрейными котлами "Энергия -ЗМ", теплопроизводительностью 4,16 МВт, теплоноситель - вода с температурой 95°С, общая сметная стоимость котельной около 100 тыс.рублей; разработчик - ГПИ "Сантехпроект".

Для выбора калориферов задаемся массовой скоростью и определяем предварительную площадь живого сечения калориферной установки по воздуху. В животноводческом помещении предполагается монтировать, две равных по производительности параллельно действующих установки, т.е. производительность одной установки составляет , а необходимый тепловой поток равен .

Найдем расчетную площадь живого сечения одной калориферной установки по воздуху по уравнению (5.2):

, (5.2)

Принимаем к установке 4 калорифера KВБ № 11. Площадь живого сечения по воздуху одного калорифера составляет , площадь поверхности нагрева - 54,6 м2, площадь живого сечения по теплоносителю.

Определим по уравнению (5.3) действительную массовую скорость воздуха, соответствующую :

, (5.3)

Находим скорость воды в трубках калорифера по уравнению (5.4):

, м/с (5.4)

где = 980 кг/м3 - плотность воды;

= 4,19 кДж/кгК - удельная массовая теплоемкость воды;

- соответственно температура воды на входе в калорифер и на выходе из него, °С.

При и значение коэффициента теплопередачи калорифера: К=23,64 .

Определяем по уравнению (5.5) количество последовательно устанавливаемых калориферов:

, шт (5.5)

где: - площадь поверхности нагрева калорифера, м;

- средняя температура теплоносителя, °С.

Для воды в качестве теплоносителя принимают:

°С (5.6)

Среднюю температуру нагреваемого воздуха находим по формуле (5.7):

, °С (5.7)

Принимаем к установке в одной воздушной линии 4 калорифера (всего n = 8 калориферов).

Определяем фактическую тепловую мощность калориферной установки:

(5.8)

Запас тепловой мощности калориферной установки:

. Организация приточной вентиляции

Так как в зимний период , то за исходный воздухообмен принимаем с некоторым запасом = 122977,8=123100 м3/ч. Принимаем к расчету следующую схему вентиляционной сети (рис. 3).

Рис. 3 Расчетная схема приточной вентиляции коровника

Вентиляционных камер две, каждая из которых смонтирована в специальной пристройке в середине продольных стен и обслуживает - либо правую, либо левую части коровника. Расход вентиляционного воздуха каждой из установок составляет м3/ч. От каждого из распределительных воздуховодов, проложенных поперек помещения (рис. 3), отходят по три участка длиной 55м каждый и отстоящих (между осями) на 8,0 м друг от друга и на 5,0 м от внутренних стен. Таким образом, распределительная часть воздуховода имеет три участка (обозначим их цифрами 1,2,3) длиной, соответственно, 5м, 8м, 8м. Поскольку участки воздуховодов длиной 55 м каждый имеют равномерную раздачу, то, следовательно, расход воздуха на первом участке распределительного воздуховода (участок I) равен 61550 м3/ч, на втором (участок 2) - 61550-20000= 41550 м3/ч, на третьем - 21550 м3/ч.

Принимаем скорость движения воздуха на участке I равной 14 м/с, на участке 2 - 12,5 м/с, на участке 3 - 8 м/с; на участках равномерной раздачи приточного воздуха (обозначим их по ходу воздуха 4,5,6) примем скорость воздуха равной - 6 м/с. Результаты гидравлического расчета воздуховода сведены в нижеследующую таблицу.

Табл.1. Результаты гидравлического расчета воздуховодов.

№ уч.V, м/чl,мv, м/сd, ммR, Па/мRl, Па, Па, ПаZ, ПаRl+Z, Па16155051412502,5311,752,3250575586,75241550812,510802,3318,640,21903856,64321550889801,058,40,2601220,46215505589801,0557,7550,756030453102,75Итого:3766,54

Определяем диаметры воздуховодов по уравнению (6.1):

, м (6.1)

где: - массовый расход воздуха, кг/ч;

- плотность воздуха, кг/ м;

- скорость воздуха на i-ом участке воздуховода, м/с.

Участок №1: м

Участок №2:

Участок №3:

Равномерная раздача воздуха по длине помещения обеспечивается выходными отверстиями на участках 4 - 6, расположенных на расстоянии 2м друг от друга. т.е. на каждом из участков будет отверстий. Задавшись скоростью воздуха на выходе из отверстий 5 м/с, определим по уравнению (6.2) площадь сечения отверстия, наиболее удаленного от вентилятора, т.е. на участке 6 (рис. 3):

(6.2)

где: n - число отверстий, шт;

v - скорость воздуха на выходе из отверстия,м/с.

Проверим, удовлетворяет ли число отверстий в воздуховоде неравенству (6.3):

(6.3)

где: = 0,65 - коэффициент расхода.

По номограмме для круглых воздуховодов (рис.4) определяем потери давления на трение в наиболее протяженной ветви (участки 1-2-3-6). Для этого на осях номограммы находим точки, соответствующие скоростям воздуха v (м/с) на участках 1,2,3,6 и диаметрам этих воздуховодов. На пересечении перпендикуляров к координатным осям находим величины потерь на трение . Для скоростей , на верхней шкале номограммы находим значения динамических давлений потока при t=0 °С для рассматриваемых участков воздуховода.

Поскольку температура приточного воздуха, как правило, отличается от 0 °С, то динамическое давление потока корректируют обычно по формуле (6.4) :

(6.4)

В моем случае температура приточного воздуха незначительно отличается от 0°С и проводить корректировку нет необходимости. Результаты расчетов помешаем в табл.1.

Определяем коэффициенты местных сопротивлений:

Участок № 1: 1.Вход в жалюзийную решетку с поворотом потока: = 2;

. Диффузор у вентилятора, =0,15;

. Отвод круглого сечения, =0,15.

сумма местных сопротивлений участка №1 равна=2,3 .

Участок №2: внезапное сужение сечения =0,2 .

Участок №3: внезапное сужение сечения: =0,2.

Участок №6: 1. Внезапное сужение сечения: =0,2;

. Отвод 90° круглого сечения =0,15;

. Выходные отверстия общим числом 28 шт:= 1,8 х 28=50,4.

Вычисляем значения ; результаты заносим в таблицу 1.

Принимаем скорость воздуха на выходе из отверстий сети равной 6,5 м/с, находим потерю динамического напора с выходящим из отверстий воздухом:

, Па (6.5)

Па

Находим гидравлическое сопротивление четырех последовательно соединенных калориферов :

Па

Находим полное давление, которое должен развивать вентилятор с учетом запаса в 10%:

. Подбор вентилятора

Подачу вентилятора определяем с учетом расчетного воздухообмена (123100 м3/ч) в зимний период, с учетом подсосов (Кп =1,1) и температур воздуха, проходящего через вентилятор, и в рабочей зоне помещения:

, м (7.1)

м

Мощность на валу электродвигателя для привода вентилятоpa определяем по формуле:

, кВт (7.2)

кВт

Выбираем центробежный вентилятор со шкивом для ременного приводa Ц4-70 №16 с подачей от 1600 до 133000 м3/ч, развивающего полное давление до 2000 Па, мощность электродвигателя 35 кВт.

теплопоступление влага вентиляция

Список используемой литературы

1. Рудобашта С.П., Сидоренков Ф.Т., Илюхин М.С. Теплоснабжение агропромышленных комплексов, М.:1986.

. Захаров А.А. Применение тепла в сельском хозяйстве, М.: 1980.

. Антонов П.П. Микроклимат на фермах и комплексах, М.: Россельхозиздат, 1976.

. Отопление и вентиляция животноводческих комплексов и ферм. БИМСХ, Минск, 1983.

. Драганов Б.Х., Есин В.В., Зуев В.П., Применение теплоты в сельском хозяйстве, Киев, Высшая школа, 1982.