Отопление и вентиляция коровника на 400 голов

    Костромская Государственная Сельскохозяйственная Академия 

    Кафедра безопасности жизнедеятельности и  теплоэнергетики 
 
 
 
 
 

    Пояснительная записка к курсовой работе по теме:

    “Отопление  и вентиляция коровника на 400 голов” 
 
 
 

Выполнил: студент  3 курса 2 группы факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства  

Руководитель:

Шабалина  Людмила Николаевна 
 
 
 
 
 

 Кострома  
Содержание 

    Введение                                                                                                        4

    Краткое описание объекта                                                                         5

       1. Определение расчетного воздухообмена                                         6

       2. Расчет теплового баланса помещения                                              8

       3. Выбор калорифера                                                                            13

       4. Аэродинамический расчет воздуховода  и выбор вентилятора   15

       5. Расчет вытяжной вентиляции                                                          19

      Список литературы                                                                                  20 
Введение

    В данном курсовом проекте ведется  расчет теплоснабжения коровника на 400 голов беспривязного содержания в боксах с подпольным навозохранением.

    Проект  состоит из пяти разделов:

    – определение расчетного воздухообмена;

    – расчет теплового баланса помещения;

    – выбор калорифера;

    – аэродинамический расчет воздуховода  и выбор вентилятора;

    – расчет вытяжной вентиляции.

    Расчетно-пояснительная  записка содержит также список использованной литературы, краткое описание объекта. 

 

    Краткое описание объекта

    В данной пояснительной записке производится расчет отопления и вентиляции для  коровника на 400 голов боксового  беспривязного содержания с подпольным навозохранением. В коровнике содержаться лактирующие коровы с удоем 15 литров и живой массой 400 килограмм.

    Объект  расположен в Тульской области.

    Расчетная отопительная температура  –27 °С.

    Расчетная вентиляционная температура  –14 °С.

    Атмосферное давление 99 кПа.

    Относительная влажность воздуха 82 %.

    Протяженность с северо-запада на юго-восток.

    Стены коровника выполнены из керамзитобетонных  панелей,окрашенных извесковым раствором, в пристройках кирпичные сплошной кладки, перегородки кирпичные.

    Кровля  коровника из асбоцементных волнистых листов, в помещении для раздачи грубых кормов – рулонная.

    Полы  бетонные, цементные, деревянные. Над  траншеями навозохранения – чугунные решетки.

    Вентиляция  приточная с механическим побуждением.

    Отопление воздушное совмещенное с приточной вентиляцией. 
1. Определение расчетного воздухообмена.  

    Необходимый воздухообмен при повышенной концентрации углекислого газа в помещении определяется по формуле

  ,                                                    (1.1)           

где  V_CO2 – количество углекислого газа, выделяемого в помещении, м³/ч;

    С_Н=0,3 л/м³ [2] – концентрация углекислоты в наружном приточном воздухе;

    С_В=2,5 л/м³ [2]– допустимая концентрация углекислого газа в воздухе помещения;

,                                              (1.2)

где С_Ж=143 л/ч [2] – норма выделения углекислоты одним животным;

    n_Ж=400 – количество животных;

    k_j=1.03 – коэффициент выделения животными углекислоты, зависящий от влажности внутри помещения.

    Количество  углекислого газа, выделяемого в  помещении

    

 

    _{Подставив численные значения в формулу (1.1), получится  численное значение расчетного воздухообмена  по углекислому газу}

 

    _{Воздухообмен  при условии удаления из помещения избыточной влаги находится  по формуле [2]}

  ,                                         (1.3)

где W – масса  водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч;

    d_В =3 г/кг – влагосодержание внутреннего воздуха находится по H-d-диаграмме для температуры t_В=3°С и влажности воздуха f_В=70 %;

    d_Н=0.4 г/кг – наружного приточного воздуха определяется по H-d-диаграмме для температуры t_Н=-27°С и влажности воздуха f_Н=82 %;

    r – плотность воздуха при температуре помещения, кг/м³ .

    Суммарные влаговыделения в помещении для  животных рассчитывается по формуле [3]

      ,                                                    (1.4)

Влагу, выделяемую животными, определяют по формуле [3]

     ,                                                             (1.5)

где n=400 – количество животных с одинаковым выделением водяных  паров;

    w=458 г/ч [3] – выделение водяных  паров одним животным;

    k_t=1.16 [3] – коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения;

    k_j=1.03 – коэффициент выделения животными водяного пара, зависящий от влажности внутри помещения.

    Подставив в формулу (1.5) значения величин, масса  выделяемой влаги будет равна 

 

    Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения определяется по формуле [3]

     ,                                                           (1.6)

где x=0.1 – коэффициент, зависящий от подстилки, канализации и др.

 

    Плотность сухого воздуха в зависимости  от температуры и барометрического давления определяется по формуле [2]

     ,                                                       (1.7)

где  t_B=3°C – температура внутреннего воздуха;

    P_Б=99 кПа – барометрическое давление.

    

  

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

 

    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                                                                               (1.8)

    Кратность воздухообмена определяется по формуле

,                                                              _(1.9)

где Q_РАСЧ= 56772 м³/ч – расчетный воздухообмен;

    V=8948 м³ – объем коровника;

 
_{2. Расчет теплового  баланса помещения.}

      _{Рис.1. Ориентация  здания по сторонам  света.} 

    _{Помещение для содержания коров  имеет размеры 106.75х18.6х2.45 м и помещение для раздачи грубых кормов 9.2х18х6.5 м. Потолки в коровнике отсутствуют. Полный объем помещения 8948 м³. Расположение коровника с северо-запада на юго-восток.  Стены коровника выполнены из керамзито-бетонных панелей толщиной d=0.31 м с теплопроводностью l=0.2 Вт/(м×°С) [2] покрыты известковым раствором толщиной d=0.0012 м с теплопроводностью l=0.76 Вт/(м×°С). Кровля осуществлена волнистой асбофонерой толщиной d=0.008 м теплопроводностью l=0.35 Вт/(м×°С) [2] с утеплителем на минеральной вате толщиной d=0.08 м теплопроводностью l=0.07 Вт/(м×°С) [2]. Полы деревянные с прослойкой из битумной  мастики на утрамбованном грунте или чугунные решетки.}

    _{Стены помещения для  раздачи грубых кормов выполнены из красного кирпича толщиной d=0.51м. Кровля четыре слоя рубероида d=0.006  теплопроводностью l=0.17 Вт/(м×°С) [2] на битумной мастике по цементной стяжке d=0.015 м теплопроводностью l=0.84 Вт/(м×°С) [2]. Утеплитель–жесткие минерало-ватные плиты толщиной d=0.08 м теплопроводностью l=0.07 Вт/(м×°С) [2]. Полы в помещении цементные толщиной d=0.025 м по бетону d=0.1 м на утрамбованной почве.}

    _{Поток теплоты, теряемой помещением, складывается из основных потерь теплоты через  все его наружные ограждения и добавочных теплопотерь [3]}

,                                           (2.1) 
 

      Основные потери теплоты складываются  из потерь через наружные стены,  окна, двери, крышу и пол. 

    _{Общая площадь поверхности 50 оконных блоков с  двойным раздельным остеклением} 

 

    Значение  сопротивления теплопередачи окон [2] 

    R₀=0.38 м²*°С/Вт

    Потери  тепла через ограждение вычисляются  по формуле [3]

     ,                                                  (2.2)

где R₀ – общее сопротивление теплопередаче ограждения, м²*°С/Вт;

    F=F_ОК – площадь поверхности ограждения, м²;

    t_В и t_Н – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха,°С;

    n –  коэффициент, зависящий от положения  наружного ограждения по отношению  к наружному воздуху.

    _{Основные  потери теплоты через  окна}

 

    Т.к. половина окон расположена с северо-восточной стороны, то принимаются добавочные потери, равные 10% от потерь через окна. Тогда потери через окна с учетом дополнительных потерь

   

    Общая поверхность одинарных дверей  F_Д1=46.9 м², толщина которых d_Д=0.1 м, R₀=0.215 м²×°С/Вт [2]. Площадь двойных дверей с тамбуром F_Д2=6 м², сопротивление теплопередаче R₀=0.43 м²×°С/Вт [2].   Потери тепла через двери  составят

 

      Т.к. часть дверей обращены  на северо-восток и северо-запад,  добавочные потери через них  составят  10% от основных через  данное заграждение [2]

 

Полные потери через двери составят 

   

    Площадь поверхности наружных стен коровника  и помещения для раздачи грубых кормов

 

    Значение  сопротивления теплопередачи наружных ограждений  определяется по формуле 

         ,                                         (2.3)

где   R_B=0.086 м²*°С/Вт [2] – сопротивление тепловосприятию, т.к заполнение помещения составляет 82 кг/м²;

    R_Ti – сопротивление теплопроводности отдельных слоев m-слойного ограждения;

    R_Н=0.043 м– сопротивление теплоотдаче.

    Для стен коровника сопротивление теплопередаче

    

   м²×°С/Вт

    Для стен пристройки сопротивление теплопередаче 

    

 м²×°С/Вт

    Основные  теплопотери через стены коровника  составят

 

    Т.к. имеется вде наружные стены то дополнительные потери через стены  составят 5% от основных, дополнительные потери составят 10% через северо-восточную и северо-западную стены, дополнительные потери 5% составят через юго-восточную стену [2]. Все дополнительные потери составят

 

    Полные  потери тепла через наружные стены 

    

 

    Площадь поверхности покрытия коровника и пристройки

 

    Термическое сопротивление тепловосприятию перекрытия R_B=0.115 м²×°С/Вт [2]. Термическое сопротивление теплоотдачи наружной поверхности покрытия R_H=0.043 м²×°С/Вт [2].

Сопротивление покрытия коровника 

    

   м²×°С/Вт

Сопротивление покрытия помещения для раздачи

     

  м²×°С/Вт

    Общие потери через кровлю составят

    

 Вт,

    В общем случае сопротивление теплопередаче  ограждения определяется по формуле  

    Потери  теплоты через неутепленные полы вычисляются по зонам – полосам шириной 2 м, параллельных наружным стенам (рис.2.).

     

    Рис.2. Зоны полов.

     

    Т.к. потери во второй и третьей зонах  компенсируются за счет тепловыделений от хранящегося под полом навоза, то расчет теплопотерь ведется только в первой и четвертой зонах. Сопротивление  теплопередаче считается как  для неутепленных полов [3]:

    – для первой зоны  R_П=2.15 м²×°С/Вт;

    – для четвертой зоны R_П=14.2 м²×°С/Вт.

Суммарные теплопотери  по всем зонам пола

 

 

      Общие теплопотери через все  ограждения 

 

                                                                                                     

    Определение теплоты, расходуемой на нагрев приточного воздуха, производится по формуле

     ,                                                (2.4)

где  Q=Q_РАСЧ= 56777 м³/ч – расчетный воздухообмен помещения;

    r=1.25 кг/м³ – плотность воздуха при расчетной температуре t_B=3°С внутри помещения;

    с=1 кДж/(кг×°С) – удельная изобарная теплоемкость воздуха;

    t_H=-27°С – температура наружного воздуха.

    Значение  теплоты, расходуемой на нагрев приточного воздуха

    

                                 

    Определение расхода теплоты на испарение влаги.

    Поток теплоты, расходуемой на испарение  влаги с мокрых поверхностей помещения

      ,                                              (2.4)

где 2.49 – скрытая  теплота испарения, кДж/г;

    W_ИСП= 21888.7 г/ч – объем испаряющейся влаги.

    Расход  теплоты на испарение влаги

 

    Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха  равны 30% от  потерь теплоты через  все наружные ограждения

 

    Поток свободной теплоты, выделяемой животными 

     ,                                                              (2.5)

где n=400 – количество животных;

    q=799 Вт [2] – поток свободной теплоты,  выделяемой одним животным;

    k_t=1.16 [2] – коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животным теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

    Поток свободной теплоты, выделенной животными, составит

    

 

    _{Избыточное  тепловыделение}

    _{ФИЗБ=ФЖ–ФОГР–ФИНФ=370736–96903.4–28861=244971.6 Вт} 

    _{Тепловая  мощность системы  отопления и вентиляции}

    

 

      

    _{В коровнике  устанавливаем  воздушное отопление, совмещенное с  вентиляцией. Система подогрева воздуха в калориферах, работающих на воде, состоит из четырех калориферов. Воздуховоды расположены с юго-западной стороны здания.}

 

    _{3. Выбор калорифера.}

    _{Предварительная массовая скорость воздуха  в калорифере берется  равной (vr)Р=9 м/с и определяется расчетная площадь живого сечения для калорифера [2]}

      ,                                               (3.1)

 

    Т.к. площадь живого сечения велика, то необходимо взять четыре калорифера при параллельной работе (по ходу воздуха). Тогда площадь живого сечения каждого калорифера будет равна f_P/4=0.548 м².

    В таблице калориферов [2] данной площади  больше всех соответствует КВБ №10

    – площадь поверхности нагрева F=47.8 м²;

    – площадь живого сечения по воздуху f=0.558 м²;

    – площадь живого сечения по теплоносителю f_Т=0.0107 м².

    Действительная  массовая скорость воздуха для данного  калорифера уточняется по формуле [2]

                                                             (3.2)

    

кг/(с×м²)

    Скорость  воды в трубках калорифера определяется по следующей формуле [2]

     ,                            (3.3)

где r_В=1000 кг/м³ – плотность воды;

    с_В=4.19 кДж/(кг×°С) – удельная теплоемкость воды;

    t_Г =95°С и  t₀=70°С – температура воды на входе в калорифер и выходе из него;

    f_Т=0.0107 м² – площадь живого сечения трубок калорифера для прохода теплоносителя .

      Четыре калорифера подключены  параллельно к трубам теплоносителя,  поэтому каждый калорифер обеспечивает  четверть теплового потока (0.25×Ф) на нагрев воздуха.

    Т.к. в коровнике присутствует избыточное тепловыделение, то температура после калорифера подбирается по Нd-диаграмме и не будет соответствовать температуре внутри коровника. Температура воздуха после калорифера  t_К=–2 °С. 

    Скорость  движения воды в калорифере составит

    

 м/с  

    Действительный поток теплоты, передаваемый калориферной установкой нагреваемому воздуху [2]

     ,                                                        (3.4)

где k=23.7 Вт/(м²×°С) [2] – коэффициент теплопередачи;

    F=47.8 м² – площадь нагрева калорифера;

    t’_CP=(t_Г+t₀)/2=(95+70)/2=82.5 °С – средняя температура воды;

    t_СР=(t_К+t_Н)/2=(-2-27)/2=-14.5 °С – средняя температура нагреваемого воздуха.

    Поток теплоты, выделяемой четырьмя калориферами, подключенных параллельно к  трубопроводам, равен

%

    _{Запас по теплоотдаче составляет 19 %, значит калорифер выбран правильно.}

 

    4. Аэродинамический  расчет воздуховода и выбор  вентилятора. 

    Подачу  вентиляторов принимается по значению расчетного воздухообмена с учетом подсосов воздуха в воздуховодах. Т.к. подача воздуха в помещение  будет осуществляться двумя вентиляторами, то берется половина расчетного воздухообмена [2]