ФГОУ  ВПО Костромская ГСХА

    Кафедра безопасности жизнедеятельности и  теплоэнергетики 
 
 
 
 
 

Расчетно-пояснительная  записка

к курсовой работе по теплотехнике

на  тему

‘‘Коровник  для 300 коров беспривязного  содержания’’ 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент 733 группы

факультета  электрификации и  автоматизации с/х

Масиев  С.Б

Руководитель: Смирнов А.Н 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Кострома 2011 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Содержание 

Введение…………………………………………………………………….….…3

Краткая характеристика помещения……………………………..….….4

1.Определение  расчетного воздухообмена…………………………..….5

1.1  Определение воздухообмена по  углекислоте………………………….….5

1.2   Расчет  воздухообмена по влаговыделениям………………………….…..5

2. Расчет теплового  баланса помещения…………………………………6

3. Выбор систем вентиляции  и отопления…………………………...…12

4. Подбор калориферов  воздушного отопления,  совмещенного с  приточной системой  вентиляции.………………………………….....12

5. Расчет воздуховодов  и подбор вентилятора  для приточной  системы вентиляции.………………………………………...……………15

6. Расчет вытяжной  вентиляции……………………………………...…..22

Список  использованной литературы…………………………………….23 
 
 
 
 
 

Введение

    В общем энергетическом балансе сельских районов ведущая роль принадлежит  тепловой энергии. Она расходуется  на отопление производственных, жилых  и общественных зданий, создание микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, при тепловой обработке  кормов и на многие другие цели.  

    Создание  и поддержание оптимального микроклимата в животноводческих помещениях комплексов и ферм, на птицефабриках - один из определяющих факторов в обеспечении здоровья животных и птицы, их воспроизводительной  способности и получения от них  максимума продукции при высокой  рентабельности производства. Это имеет  также важное значение для продления  срока службы конструкций зданий, улучшение эксплуатации технологического оборудования и условий труда  обслуживающего персонала. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Краткое описание объекта

В данной пояснительной  записке производится расчет отопления  и вентиляции для здания ремонтного молодняка на 300 голов беспривязного  содержания. В коровнике содержаться 300 телят  в возрасте от 1 до 3 месяцев.

      Объект  расположен в городе Ярославле.

      Атмосферное давление 99 кПа.

      Протяженность с северо-запада на юго-восток.

      Стены ремонтного молодняка несущие выполнены  из кирпича.

      Кровля  ремонтного молодняка из асбоцементных  волнистых листов.

      Полы  бетонные, цементные, деревянные.

Фундаменты  под стены – ленточные из бутового камня, под колонны – сборные  железобетонные башмаки.

      Колонны и балки – сборные железобетонные. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Определение расчетного воздухообмена.

    1.1 Необходимый воздухообмен при повышенной концентрации вредных газов (обычно СО₂) в помещении определяем по формуле:

    Q_газа = V_СО2 /(С_В - С_Н)        (1.1)

V_СО2 – объём выделившегося в помещении вредного газа (л/ч) и он равен:

  V_СО2 = с∙n          (1.2)

С_В – допустимая концентрация вредного газа в воздухе помещения (л/м³); С_Н  – концентрация вредного газа в приточном воздухе (для углекислоты С_Н = 0,3 л/м³); где с - количество СО₂ , выделяемое одним животным (л/ч);  n - число животных в помещении;

    С_В = 2,5 л/м³;    С_Н = 0,3 л/м³;    с = 56 л/ч;   n = 300

    Часовой объем приточного воздуха Q_газа по формуле (1.1) равен:

    Q_газа = (56∙300)/(2,5-0,3) = 7636,4 м³/ч

    1.2 Часовой объём приточного воздуха Qw(м³/ч), необходимого для растворения водяных паров, находят по формуле:

    Qw = W / [(d_в-d_н)r]      (1.3)

    где W - масса водяных паров, выделяющихся в помещении (г/ч); d_в и d_н - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха (г/кг сух. воздуха), r - плотность воздуха при температуре помещения (кг/м³).

    Влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха определим по Hd-диаграмме

    при  t_в = 3°С  и =85%          d_в = 4 г/кг. сух. воздуха  

    при  t_н = -27°С и = 86%         d_н = 0,5 г/кг. сух. воздуха   

Суммарные влаговыделения в помещении для  животных рассчитывается по формуле:

_{W=WЖ· n·10%·1      (1.4)}

где n=300 – количество животных с одинаковым выделением водяных  паров;

W_Ж=100 г/ч– масса влаги выделяемой одним животным;

испарение влаги  с мокрых поверхностей помещения  составляет 10% влаговыделений животных.

     Подставив в формулу (1.4) значения величин, массаводяных паров, выделяющихся в помещении  будет равна

W=100·300·1=30000 г/ч

     Плотность сухого воздуха в зависимости  от температуры и барометрического давления определяется по формуле:

     ρ=(346/273+t_В) · (Р_Б/99.3),      (1.5)

где  t_B=3°C – температура внутреннего воздуха;

P_Б=99 кПа – барометрическое давление.

ρ=(346/273+3) · (99/99.3)=1.246 кг/м³

Подставив в  формулу (1.3) значения величин, станет известно значение воздухообмена  по избыточной влажности

Q_W=78300/(4-0.5) ·1.246=17955 м³/ч

Т.к значение воздухообмена по избыточной влаге  больше значения воздухообмена по углекислоте, то воздухообмен по избыточной влаге  берется за расчетный воздухообмен.        Q_РАСЧ=Q_W                 (1.6)

Кратность воздухообмена определяется по формуле:

К=Q_РАСЧ/V_п       (1.7)

где Q_РАСЧ= 17955 м³/ч – расчетный воздухообмен;

V_п=3553 м³ – объем помещения;

К=17955/3553=5 

2.Расчет теплового баланса помещения

    Тепловую  мощность (Вт) системы отопления  помещений для содержания животных определяют по уравнению теплового  баланса:

    Ф_от = Ф_огр + Ф_в + Ф_исп - Ф_ж                  (2.1)

      где Ф_огр - поток теплоты, теряемой помещением через наружные ограждения; Ф_в - поток теплоты , идущий на нагрев приточного воздуха ; Ф_исп -  поток теплоты , расходуемой на испарение влаги с мокрых поверхностей животноводческого помещения ;  Ф_ж- поток свободной теплоты, выделяемой животными. 
 

    При расчете тепловых потерь (Вт) помещением  учитывают основные суммарные потери через все наружные ограждающие  конструкции помещения и добавочные суммарные теплопотери:

    Ф_огр =Ф + Ф_доб               (2.2)

    Основные  потери теплоты через отдельные  ограждения определяют по формуле:

Ф =                (2.3)

    где Ro - общее сопротивление теплопередаче ограждения, м²∙ºС/Вт; F - площадь ограждения, м² ; t_в и t_н – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, ºС; n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху (n = 1). 

    Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:

    Ro = Rв++Rн                        (2.4)

    где Rв - термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности  ограждения, м²°С/Вт; - сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев m-слойного ограждения толщиной (м), выполненных из материалов с теплопроводностью , Вт/(м°С); Rн – термическое сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждения (для наружных стен и бесчердачных покрытий Rн = 0,043 Вт/(м°С), для перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами

Rв = 0,086 Вт/( м°С).

    Определяем  термические сопротивления перекрытий

Стена состоит  из:

Обыкновенного глиняного кирпича =0.510 м, =0.76 Вт/(м_*^оС);

штукатурка из известкового-песчаного раствора =0.01 м, =0.76 Вт/(м_*^оС)

      R_Н=0.043 м²°С/Вт

      R_В=0.115 м²°С/Вт   

Определим Rо.ст для стены

R₀=0.115+0.510/0.76+0.01/0.76+0.043=0.8422 м²*°С/Вт

Окна  с двойными переплетами спаренные (двойное остекление)

    Rо.ок = 0,34 м²°С/Вт                                                                                      Площадь окна  равна Fокн. = 11.52 м²

Наружные  ворота деревянные двойные

    Rо.в=0,43 м²°С/Вт         

Определяем  основные теплопотери

  Западная  и Восточная стена (одинаковые)

  Ворота

    Площадь ворот с западной и восточной  стороны (2-е ворот): Fз.в= Fв.в = 3·2.3·2=13.8 м²

    Теплопотери (n = 1):  Фз.в = Фв.в = 13.8/0.43· (3+27) ·1=963.79 Вт

    Окна

         Площадь окон с западной и  восточноц стороны (2 окна): F_З.О=F_В.О=0.6·1.2·2=1.44 м²

Теплопотери (n = 1):  Ф_З.О=Ф_В.О= 1.44/0.34· (3+27) ·1=127 Вт

Стены

  Площадь западной и восточной стены:Fз.ст.=Fв.ст.= 18·4.5-F_З.О-F_З.В=65.8 м²

  Теплопотери (n = 1): Ф_З.СТ= Ф_В.СТ=65.8/0.8422· (3+27) ·1=2344 Вт 

  Южная стена

Двери

  Площадь дверей с южной стороны (4 двери):F_Д=4·2 .5·1=10 м²

  Теплопотери: Ф_Д =10/0.215· (3+27)=1395 Вт

Окна

      Площадь окна (12 окон):F_О =12·1.2·0.6=8.64 м²

  Теплопотери (n = 1): Ф_О=8.64/0.34· (3+27) ·1=762 Вт

Стены

  Площадь южной стены:F_СТ=48·4.5-F_Д-F_О=197 м²

  Теплопотери (n = 1): Ф_СТ=197/0.841· (3+27) ·1=7027 Вт 

  Северная  стена

Окна

      Площадь окна (16 окон):F_О =16·1.2·0.6=11.52 м²

  Теплопотери (n = 1): Ф_О=11.52/0.34· (3+27) ·1=1016 Вт

Стены

  Площадь северной стены:F_СТ=48·4.5-F_О=205 м²

  Теплопотери (n = 1): Ф_СТ=205/0.841· (3+27) ·1=7313 Вт

  Крыша

  F_КР = 1848=864 м² 

     Перекрытие: железобетонные плита =0.25 м, =0.115 Вт/(м_*^оС);

            Кровля: Асбоцементные волнистые  листы =0.007 м, =0.49 Вт/(м_*^оС);

R_Н=0.086 м²°С/Вт

R_В=0.115 м²°С/Вт

Определим Rо.ст для крыши

  Rо.ст = 0.115 + 0.25/0.115 + 0.007/0.49+0.086 = 2.4м²°С/Вт 

Теплопотери (n = 1): Фкр = 864/2.43· (3+27) ·1=10800 Вт 

Пол 

Рис.1 План разбивки пола

 

Находим площади зон 

F_I = 48∙2·2 + 18∙2·2 = 264 м²

F_II = 44·2·2+14·2·2 = 232 м²

F_III = 40·2·2+10·2·2= 200 м²

F_IV = 864-696= 168 м²

Теплопотери через пол по формуле (2.0):

Фпол = (264/2.15+232/4.3+200/8.6+168/14.2)∙351 = 7420 Вт 

Основные Ф через все строительные ограждающие конструкции помещения (двери, стены, окна, крыша , пол).

Ф= Фз.в + Фв.в + Фю.д + Фз.ок + Фв.ок + Фз.ст + Фв.ст + Фю.ст + Фс.ст +

+ Фс.ок + Фю.ок + Фкр + Фпол

Ф = 963.792 + 1395 + 1272 + 23442 + 7027+ 7313+1016+762+10800+7420= 35583Вт 

Определяем  добавочные теплопотери:

Потери  по сторонам света:

Передняя  сторона выходит на север – 10%

Левая сторона выходит на запад – 5%

Правая  сторона выходит на восток – 10%

Дополнительные  теплопотери будут равны :

Фдоб.ст = Фз.ст∙0,05 + Фв.ст∙0,1 + Фс.ст∙0,1

Фдоб.ст = 2344∙0,05 + 2344∙0,1 + 8313∙0,1 = 1065 Вт

Фдоб.ок = Фс.ок∙0,1+Фв.ок·0.1+Фз.ок·0.05

Фдоб.ок = 1016∙0,1+127 ·0.1+127·0.05=125 Вт 

Добавочные  теплопотери через наружные двери  принимают равными 80% от основных, одинарные - 65%.

Фдоб.в = 0,8∙Фв∙2+0,65∙Фд

Фдоб.в = 0,8∙963.79∙2+0,65∙1395= 2449 Вт

Дополнительные  потери теплоты на нагревание наружного  воздуха, инфильтрующегося притворы окон, дверей и ворот принимаем 30% от основных теплопотерь через все ограждения.

Финф = 0,3∙Ф

    Финф= 0,3∙35583 = 10675 Вт

    Таким образом добавочные теплопотери  через ограждения

    Фдоб= Фдоб.ст + Фдоб.ок + Фдоб.в + Финф

    Фдоб =1065+125+2449+10675=14314 Вт

Qогр =35583 +14314 = 49897 Вт 
 
 

3. Выбор систем вентиляции и отопления

    _{В  коровнике  устанавливаем  воздушное отопление, совмещенное с  вентиляцией. Вентиляцию берем приточно-вытяжную. Подогрев воздуха  производится в калориферах. Поскольку помещение  имеет большие  размеры, подберём две  независимых системы  воздуховодов, в каждой из которых две  ветви трубопроводов. Подача воздуха в  помещение  осуществляется двумя вентиляторами (по одному  в каждой системе воздуховодов). Вентиляторы и  калориферы размещаем  в вентиляционных камерах с западной и восточной сторон здания.}

4.Подбор калориферов воздушного отопления, совмещенного с приточной системой вентиляции

    Калориферы  - это приборы для подогрева  воздуха в системах воздушного отопления, механической вентиляции, кондиционировании  воздуха и в сушильных установках. В зависимости от вида теплоносителя  они подразделяются на паровые, водяные  и электрические.

    Подбор  калориферов выполняем в следующем  порядке:

Определяем  тепловой поток идущий на нагрев воздуха

Фв = 0,278∙Q∙ρ∙с_р∙(tк – tн)(2.2)

где V– объёмный расход воздуха, м³/ч;

ρ – плотность воздуха при температуре tк, кг/м³;

с_р = 1 кДж /(кг∙°С) – удельная изобарная теплоёмкость воздуха;

t_к – температура воздуха после калорифера, °С;

t_н – начальная температура воздуха, поступающего в калорифер, °С

Фв = 0.278∙17955∙1.25∙(3+27) = 187181 Вт

Вычисляем площадь живого сечения (м²) калорифера для прохода воздуха:

    f_р= Q∙ρ / 3600∙(vρ)_p(2.3)

    где (vρ)_p - расчетная массовая скорость воздуха, принимаемая равной 4...12 кг/(с м²);

    f_р= 17955∙1.25 / 3600∙11 = 0.555 м²

Подбираем по таблице модель и номер калорифера с площадью сечения по воздуху  близкой расчетной. 
 

Калорифер квб-№10

Площадь живого сечения по воздуху которого f = 0.558 м²

Площадь живого сечения по теплоносителю f_т= 0,0107 м²

Площадь поверхности нагрева F = 47.8м²

Для выбранного калорифера вычисляем действительную массовую скорость воздуха:

    vρ = Q∙ρ / 3600∙f(2.4)

    vρ  = 179551.25 / 36000.558 = 11 кг/см²

Определяем  скорость воды (м/с) в  трубках калорифера:

    w= Фв/[10³∙ρ_в∙с_в∙(t_Г – t_О) f_тр](2.5)

    где ρ_в – плотность воды, принимаемая равной 1000 кг/м³; с_в – удельная теплоёмкость воды, равная 4,19 кДж /(кг∙°С); f_тр- площадь живого сечения трубок калорифера для прохода теплоносителя, м² ; t_Г и t_О - температуры воды на входе в калорифер и выходе из него, С.

    w = 187181/ [10³∙1000∙4.19∙25∙0.0107]= 0.18м/с

Определяем  фактический тепловой поток (Вт), передаваемый калориферной установкой нагреваемому воздуху  по формуле:

    Ф_к= kF(t`_ср- t_ср)(2.6)

где k-коэффициент теплопередачи, Вт/( м²*С) ; F-площадь поверхности нагрева калорифера,м²;

    t`_ср- средняя температура теплоносителя, С;

    t_ср=(t_к+t_н)/2 - средняя температура нагреваемого воздуха, С;

t_г и t_о- температура воды на входе в калорифер и выходе из него, С; 

    Для теплоносителя воды

    t`_ср=(t_г+t_о)/2

    t`_ср=(95+70)/2=82.5С

    t_ср=(3-27)/2= -12С

    Ф_к = 28.9∙47.8∙(82.5+12) = 130544 Вт

    Проверим  условие запаса по теплоотдаче Ф_к= (1,15...1,2)Фв

    Ввиду того, что один калорифер не обеспечивает необходимой теплоотдачи, принимаем  к последовательной установке 2 калорифера того же номера, таким образом:

    Ф_к.у. = 2∙Ф_к = 2∙130544= 261088Вт

    Определим запас по теплоотдаче:

    (Ф_к.у. – Фв)/ Фв = ((261088–187181)/187181)·100% = 39% 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Расчет воздуховодов  и подбор вентилятора  для приточной  системы вентиляции.

    Расчёт  ведём также для половины здания, так как оно симметрично

    Подачу  вентилятора Q_в (м³/ч) для данного помещения принимают по значению расчётного воздухообмена Q с учётом подсосов воздуха в воздуховодах:

    Q_в = k_п∙Q(273+t) / (273+tв)(5.1)

    где k_п- поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах

    (k_п = 1,1); t - температура воздуха, проходящего через вентилятор, С;

    tв  - температура воздуха в рабочей  зоне помещения, С.

    Принимаем k_п=1,1

     Q_в = 1,18978(273-27)/(273+3) = 8803м³\ч

Разбиваем вентиляционную сеть на отдельные участки с постоянным расходом воздуха. Получаем три участка.

Определяем диаметры воздуховодов по формуле:             d_i = (Q_i/ 900πυ_i)^1/2(5.2)

    где Q_i- расход воздуха через i-ый воздуховод (м³/ч); υ_i- скорость воздуха в i-ом воздуховоде (м/с)

    Скорость  движения воздуха в магистралях - 10...15 м/с

                                                     в ответвлениях - 6...9 м/с

    Принимаем скорость движения воздуха на участках :

    1 участок - 9 м/с

    2 участок - 15 м/с

    3 участок - 9 м/с

      Вычисляем диаметры воздуховодов

    d₁ =d₃ = (4402 / (900∙3,14∙9))^1/2 = 0,412 м = 412мм

    d₂ = (8803/ (900∙3,14∙15))^1/2 = 0,456 м = 456 мм

    Определяем  площади сечения воздуховодов

    F = pd²/4(5.3)

    F₁ = F₃=3,140,412²/4= 0,133м²

    F₂=3,140,456²/4= 0,163м²

    Подсчитываем  площади выходных отверстий для  участков 1 и 3 наиболее удаленных от вентилятора. Принимаем расстояние между отверстиями 2 м, а скорость воздуха на выходе из отверстия 6 м/с.

    Определяем  площади наиболее удаленного отверстия  по формуле:

    f₁ =f₃=Q₁ / (3600nv)(5.4)

    где Q₁ - расход воздуха через рассчитываемый воздуховод, м³/ч; n - число отверстий ;v- скорость воздуха на выходе из отверстий, м/с.

    f₁ = f₃ = 4402/(3600446) = 0,005 м²

    Число отверстий в воздуховоде должно удовлетворять неравенству 

    n<1+F/(m∙ f_i)

    где  m = 0,65- коэффициент расхода; F – площадь сечения воздуховода.

    44< 1+0,558/(0,650,005) = 47.21

    44 < 47.21 - удовлетворяет, следовательно, количество отверстий выбрано правильно.