Микроклимат в коровнике

     Введение 

     Под микроклиматом в животноводческом помещении понимают совокупность физических, химических и биологических факторов оказывающих определенное влияние  на развитие и функционирование организма  животного, и ее физиологическое  состояние. К основным критериям  оценки окружающей среды, где обитает  животное, относятся температура, влажность, скорость движения и химический состав воздуха, содержание в нем механических включений (пыли) и микроорганизмов, освещенность помещения. Температура  воздуха в коровнике должна обеспечивать в организме животного равновесие между теплообразованием и теплоотдачей, то есть находиться в диапазоне, обеспечивающем обмен веществ на постоянном уровне. Хорошая система вентиляции обеспечивает подачу свежего воздуха в помещение. Хорошая система вентиляции должна быть пригодной, надежной и экономичной. Пригодность означает, что система  соответствует особенностям конструкции  здания, в котором установлена, а  также всем требованиям, предъявляемым  к системе. Надежность означает, что  система способна исправно работать в течение запланированного длительного  периода при условии проведения регулярного технического обслуживания.  Экономичность означает, что потери энергии в системе сведены  к минимуму. Система должна обеспечивать экономию во всех отношениях. Система  должна быть как можно более простой, но не проще того. Это значит, что, система, не смотря на максимальную простоту, должна отвечать определенным требованиям  по качеству. Если система слишком  упрощена, то вряд ли можно будет  гарантировать достаточный уровень  качества. Система должна сочетать в себе все три качества — пригодность, надежность и экономичность. Очень  важно правильно сформулировать требования к вентиляционной установке. Не следует экономить, заказывая  систему только для воздухообмена. Система должна обеспечивать очистку  приточного воздуха от загрязняющих веществ. Технически грамотно спроектированная вентиляционная установка способна обеспечивать большой расход воздуха при экономичном потреблении электроэнергии. Очень важными являются такие функции, как утилизация тепла и возможность регулирования расхода воздуха. Традиционно существует три типа технических решений для вентиляционных систем. К ним относятся системы вентиляции с естественной тягой, системы с принудительной вытяжной вентиляцией и системы с приточно-вытяжной вентиляцией. «Естественная тяга» означает, что воздух самостоятельно поднимается по воздуховодам за счет естественных перепадов давления. Теплый воздух естественным путем выходит наружу по вертикальному воздуховоду. За счет этого в здании создается разряжение, заставляющее наружный воздух поступать внутрь через клапаны, форточки или другие отверстия. В течение многих лет этот тип вентиляции был наиболее распространен. Если, не смотря на это, вы хотите оборудовать новое здание вентиляцией с естественной тягой, то следует тщательно выбирать место ее установки. В системах с принудительной вытяжной вентиляцией воздух удаляется при помощи вентиляторов, устанавливаемых в комнатах. Удаляемый воздух заменяется наружным, поступающим внутрь здания через клапаны, форточки или другие отверстия (то есть так же, как в схемах с естественной тягой). Приточная вентиляция - Приточные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха взамен удаленного. Приточный воздух в необходимых случаях подвергается специальной обработке (очистке, нагреванию, увлажнению и т.д.) Вытяжная вентиляция - удаляет из помещения (цеха, корпуса) загрязненный или нагретый отработанный воздух. В общем случае в помещении предусматриваются как приточные, так и вытяжные системы вентиляции. Их производительность должна быть сбалансирована с учетом возможности поступления воздуха в смежные помещения или из смежных помещений.  Приточно-вытяжные вентиляционные системы могут быть выполнены по разным схемам. За прошедшие годы при их проектировании было допущено много просчетов, но в настоящее время исследования показывают, что именно такие системы сочетают в себе низкие затраты на монтаж и низкое энергопотребление, а также обеспечивают хороший микроклимат в помещении. Правильно выполненная приточно-вытяжная система проста, стабильна и отличается функциональной гибкостью. Термин «стабильность» означает, что различного рода воздействия не отражаются на ее работе отрицательно. Например, рабочие характеристики системы не должны измениться, если в помещении открыть окно. В более старых системах такое было невозможно. «Функциональная гибкость» означает возможность регулирования притока наружного воздуха в соответствии с потребностью в нем. Например, если количество людей в помещении увеличивается, то расход приточного воздуха автоматически возрастает. В качестве вентиляционных систем четвертого типа часто рассматривают приточно-вытяжные системы с утилизацией тепла. Эффективные и экономичные технические решения должны обеспечивать утилизацию тепла, регулирование расхода воздуха по потребности, а также фильтрацию воздуха. 

 

   

Характеристика  объекта

 

     Животноводческие  фермы - это специализированные сельскохозяйственные предприятия, предназначенные для  выращивания скота и производства продукции животноводства. Каждая ферма  представляет собой единый строительно-технологический  комплекс, включающий в себя основные и подсобные производственные, складские  и вспомогательные постройки  и сооружения.

     К основным производственным постройкам и сооружениям относят помещения  животных, родильные отделения, выгульные  и выгульно-кормовые площадки, доильные помещения с преддоильными площадками и пункты искусственного осеменения.

     Подсобными производственными считают помещения для ветеринарного обслуживания животных, автовесы, сооружения водоснабжения, канализации, электро- и теплоснабжения, внутренние проезды с твердым покрытием и огражден ферм.

     Складские сооружения включают склады кормов, подстилки  и инвентаря, навозохранилища, площадки или навесы для хранения средств  механизации.

     К вспомогательным сооружениям относят  служебные и бытовые помещения - зоотехническая контора, гардеробные, умывальная, душевая, туалет.

     Молочно-товарные фермы проектируют из сблокированных построек, в которых объединены помещения основного, подсобного и вспомогательного назначения. Это делают с целью повышения компактности застройки ферм, а также сокращения протяженности всех коммуникаций и площади ограждения зданий и сооружений во всех случаях, когда это не противоречит условиям технологического процесса и техники безопасности, санитарным и противопожарным требованиям и целесообразно по технико-экономическим соображениям. Например, доильное отделение при беспривязном содержании располагают в блоке с коровниками или между коровниками, а преддоильную площадку-накопитель размещают перед входом в доильный зал.

     Выгульно-кормовой двор и выгульную площадку проектируют, как правило, вдоль южной стены  помещения для содержания скота. Кормушки рекомендуется размещать  с таким расчетом, чтобы при  их загрузке транспорт не заезжал  на выгульно-кормовые дворы.

     Хранилища кормов и подстилки размещают  так, чтобы обеспечить кратчайший путь, удобство и простоту механизации  подачи кормов к местам кормления, а подстилки - в стойла и боксы.

     Пункт искусственного осеменения сооружают  в непосредственной близости от коровников или блокируют с доильным отделением, а родильное отделение, как правило, с телятником. При привязном содержании скота с использованием линейных доильных установок условия размещения построек и сооружений фермы остаются те же, что и при беспривязном, но при этом доильное отделение заменяется молочным, а вместо выгульно-кормовых дворов при коровниках устраивают выгульные площадки для скота. Технологическая связь отдельных помещений и их размещение выполняются в зависимости от технологии и способа содержания скота и назначения зданий.

Обзор решений обеспечения  микроклимата

 

     Многолетний опыт показывает, что одним из непременных условий для здоровой жизнедеятельности стада является создание на молочной ферме системы вентиляции, которая соответствовала бы своими техническими характеристиками характеристикам объекта. Качественный микроклимат оказывает значительное влияние на здоровье коров и телят, соответственно, на все количественные и качественные показатели состояния стада. Учитываться должны не только данные температуры и относительной влажности, важной является комплексная оптимизация составляющих микроклимата, а именно систем вентилирования, отопления и охлаждения.

       

     Рисунок 2.3.6. Крышная вентиляция 

     

     Рисунок 2.3.7. Поперечная вентиляция

     

     Рисунок 2.3.8. Поперечная комбинированная вентиляция. 
 

     

     Рисунок 2.3.9. Крышная диффузная вентиляция

 

     Рисунок 2.3.10. Туннельная вентиляция 

     Применение  данного вида вентиляции возможно в сочетании с ранее упомянутыми вариантами. 

     

     Рисунок 2.3.11 

     

     Рисунок 2.3.12 

 

   

3. Технологические расчеты

3.1 Расчет микроклимата

 

     Исходные  данные:

     Количество  животных - 400 голов

     Температура наружного воздуха - - 15⁰С

     Относительная влажность наружного воздуха  - 80%

     Определим расход воздуха на удаление избыточной углекислоты СО₂ по формуле 3.2.1: 

      (3.2.1) 

     где: К_СО2 - количество СО₂ выделяемое животными м³/час  

     ( ); 

     С₁ - предельно допустимая концентрация СО₂ в воздухе;

     С₂ - содержание СО₂ в наружном воздухе; 

       

     Определим кратность воздухообмена по углекислому газу определим по формуле 3.2.2: 

     

(3.2.2) 

     где: V - объем 1 помещения в м³ ( );

 

     Определим расход воздуха на удаление влаги  по формуле 3.2.3: 

      (3.2.3) 

     где: W - выделение влаги внутри помещения;

     W₁ - влага выделяемая дыханием животного W1=350 г/час;

     W₂ - влага выделяемая с поилок и пола, W₂=59,46 г/час;

     d₂ - содержание влаги в воздухе помещения;

     d₂ - содержание влаги в наружном воздухе;

     φ₂, φ₁ - относительная влажность внутреннего и наружного воздуха;

     m - количество животных; 

       

     Кратность воздухообмена по формуле 3.2.2: 

       

     Определение количества тепла, теряемого на вентиляцию по формуле 3.2.4: 

      (3.2.4) 

     где: t_в - температура воздуха внутри помещения, t_в=10⁰С;

     t_н - температура наружного воздуха, t_н= - 15⁰С;

     ρ_в - плотность воздуха, ρ_в=1,248 кг/м³; 

       

     Определение количества тепла, теряемого через  стенки помещения по формуле 3.2.5: 

      (3.2.5) 

     где: К_о - коэффициент теплоотдачи на 1 голову;

     m - количество голов; 

       

     Определение количества тепла выделяемого животными  по формуле 3.2.6: 

      (3.2.6) 

     где: m - количество животных;

     g - количество тепла выделяемого одним животным =2380 кДж/ч 

       

     Определение потребной производительности калорифера для определения отопления помещений  по формуле 3.2.8: 

      (3.2.9)

       

     Из расчета видно, что калорифер не нужен.

     Выбор и определение необходимого количества вентиляторов 3.2.9: 

      (3.2.9) 

     где: L - необходимый расход воздуха;

     Q - производительность вентилятора; 

       

     Площадь сечения шахт при естественной тяге по формуле 3.2.10: 

      (3.2.10) 

     где: V - скорость движения воздуха, рассчитывается по формуле 3.2.11: 

      (3.2.11)

     где: h - высота вытяжной шахты; 

     

       
 
 
 

     Число вытяжных шахт по формуле 3.2.12: 

      (3.2.12) 

     где: f - площадь сечения вытяжной шахты; 

       

     Диаметр воздуховода, м 

     d= = 0,7м

     Необходимое давление, развиваемое вентилятором, Па

      = 137,7 кПа

     p- плотность воздуха 1,248кг/м³

     V_в – скорость воздуха в трубопроводе 12…15 м/с

     Λ – коэффициент сопротивления движению воздуха в трубе 0,02…0,03

     L – длина трубопровода на прямолинейном участке

     D – диаметр воздуховода 

     Расчетная мощность электродвигателя для привода  вентилятора, Вт

      = кВт

     Полученную  расчетную мощность двигателя увеличим на 20% в итоге получим N=3,15+0,25*3,15=3,93=4кВт

     Произведем  расчет по максимально низкой температуре  наружного воздуха которая равна -30 градусов 
 

     Определение количества тепла, теряемого на вентиляцию по формуле 3.2.4: 

      (3.2.4) 

     где: t_в - температура воздуха внутри помещения, t_в=10⁰С;

     t_н - температура наружного воздуха, t_н= - 30⁰С;

     ρ_в - плотность воздуха, ρ_в=1,248 кг/м; 

       

     Определение количества тепла, теряемого через  стенки помещения по формуле 3.2.5: 

      (3.2.5) 

     где: К_о - коэффициент теплоотдачи на 1 голову;

     m - количество голов; 

       

     Определение количества тепла выделяемого животными  по формуле 3.2.6: 

      (3.2.6) 

     где: m - количество животных;

     g - количество тепла выделяемого одним животным =2380 кДж/ч 

       

     Определение потребной производительности калорифера для определения отопления помещений  по формуле 3.2.8: 

      (3.2.9)

     

     _{Расчеты показывают, что для  помещения необходим  калорифер. Произведем расчеты.}

     Расчет  системы отопления.

     При k 3 обычно принимают вентиляцию с естественным побудителем, а при k>3 - с искусственным побудителем. Кратность воздухообмена без подогрева воздуха должна быть не более 5.

     Для того чтобы определить тепловую мощность, необходимую для подогрева наружного воздуха воспользуемся формулой: 

     Ф_в= 0,278Lpc(t_в – t_н)= 0,278*16617,69*1,248*1(10-(-30))=23кВт

     Мощность  вентилятора 3,15=4 кВт

     Мощность  калорифера 23 кВт 

     Исходя  из выше вычисленных формул и расчётов, выбираем вентилятор ВО – 5,6 в количестве 2 штук (таблица 7 Приложения) и двигатели Д80АВ6П (таблица 9 Приложения) в количестве 2 штук, для каждого из вентиляторов. Так же выбираем электрокалориферы серии СФО (таблица 8 Приложения) мощностью до 25 кВт в количестве 2 штуки для одного помещения и комплект приточно-вытяжных установок типа ПВУ-9(таблица 10 Приложения) в количестве 8 штук на весь коровник для обеспечения оптимального микроклимата в любое время года. 

       Заключение

       В данном курсовом проекте я произвел расчет микроклимата для коровника привязного содержания на 400 голов. В ходе выполнения курсового проекта я закрепил и углубил знания, полученные при изучении дисциплины «Методика и технология животноводства».

       При выполнении курсового проекта овладел  методикой и получил навыки самостоятельного решения конкретных инженерных задач, связанных с обеспечением микроклимата, проектированием зданий сельхоз назначения.

       В результате расчетов я определил, что для обеспечения микроклимата в коровнике необходимо применить 2 вентилятора на один скотный двор мощностью по 4 кВт каждый и 2 калорифера мощностью 25 кВт.

 

   

       Библиографический список 

   

1. Ерошенко, Г.П., Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации электрооборудования [текст]: / Ерошенко, Г.П. Пястолов, А. А.  –М. – Агропромиздат 1988.
2. Ерошенко, Г. П. Эксплуатационные свойства электрооборудования.[Текст] : /Г.П. Ерошенко – Саратов : Издательство СГУ, 1984.
3. Егорушкин В. Е. Основы теплотехники и теплоснабжения сельскохозяйственных предприятий. [Текст]: / В. Е. Егорушкин, - Москва: КолосС, 1982г.
4. Гусев, В.М. Теплоснабжение и вентиляции [Текст]: / В.М. Гусев - Ленинград: Стройиздат. 1975.
5. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок (с изменениями и дополнениями), 2003.
6. Дегтерев Г.П. «Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электрификация и механизация животноводства», М, МСХА, 2002.
7. Карташов Л.П. «Механизация, электрификация и автоматизация животноводства», М, «Колос», 1997, с изменениями.