Отопление и вентиляция ремонтного молодняка на 300-голов

                                                                                                                                       

Министерство  сельского хозяйства  и продовольствия РФ

Департамент кадровой политики и образования

Костромская государственная  сельскохозяйственная

академия

 

 

Факультет электрификации и автоматизации сельского хозяйства

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовом

проекту по теме:

«Отопление  и вентиляция ремонтного молодняка  на 300-голов»

 

 

 

Выполнил: студент  3 курса 4 группы факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства

Джахонгири Карим

Руководитель:

Смирнов А.Н 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Кострома 2012

                                    Содержание

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

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

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

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

1.2 Расчет воздухообмена  по  влага выделениям………………………….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 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 помещения

В данной пояснительной  записи производится расчет отопления  и вентиляции для  телятника  на 300 голов боксового беспривязного  содержания с подпольным навозохранением. В коровнике содержатся телята в возрасте до

1-месяцов  с живой  массой 40 кг.

Объект расположен в  Московский области.

Расчетная отопительная температура  –26 С.

Расчетная вентиляционная температура  -15 С.

Атмосферное давление 99 кПа.

Относительная влажность  воздуха75 %.

Протяженность с северо-запада на юго-восток.

Стены телятника выполнены  из керамзитобетонных панелей, окрашенных известковым раствором, в пристройках  кирпичные сплошной кладки, перегородки  кирпичные.

Кровля телятника 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.

  Телятник имеет размеры длину 90 м и ширину 18 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   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;

cпомещения;

        С_Ж=23 л/ч [2] – норма выделения углекислоты одним животным;

n_Ж=300 – количество животных;

k_j=0,85 – коэффициент выделения животными углекислоты, зависящий от влажности внутри помещения.

Количество углекислого  газа, выделяемого в помещении

  _(1.2)

                                 Vco₂=23 300 0.85=5865

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

 

                                  Qco₂=5865/2.5-0.3=2666 м³/ч

1.1 Расчет воздухообмена  по влаговыделениям

Часовой обьем приточного воздуха Qw(м³/ч), необходимого для растворения водяных паров, находят по формуле [2,с. 73]:

Qw=W/[(d_в-d_н)r ]                                                       (1.3)

где W-масса влаги, выделяющейся 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 воздуха определим по Hd-диаграмме

при t_в=15 С  и =75%          d_в=7,4 г/кг. сух. воздуха   [1, табл. 7.1]

при t_н=-26 С и = 85%         d_н=0,5 г/кг. сух. воздуха    [3]

Плотность воздуха находят по формуле [2. с. 60]:

346/(273+t_в) P_Б/99.3                                                                   (1.4)

  346/(273+15) 99/99.3=1,2 кг/м³

Масса влаги, выделяющейся в помещении складывается из влаги Wж-выделяемой животными и влаги испарения Wисп [2, с. 126]:

W=Wж+Wисп                                                                         (1.5)       

Влагу, выделяемую животными, определяют по формуле [2, с. 126]:

Wж= nWk_t ,                                                                              (1.6)

где n-число животных с одинаковым выделением водяных паров;

W-выделение водяных  паров одним животным (г/ч); k_t-коэффи-циент, учитывающий изменение количества выделяемых животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

n=300,   W=74г/ч ,                                                          [1, прил. 7]

k_t=1,24                                                                            [1, прил. 8]

Wж=(300 74) 1,24=27528 г/ч

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др) [2. с. 127]:

Wисп= Wж,                                                                                (1.7)             

где -коэффициент, равный 0,1...0,25 для телятников.

При расчете принимаем =0,175

Wисп=0,175 27528=4817.4 г/ч

Влаговыделение в помещении для коров по формуле (1.5):

W=27528+4817.4=32345.4г/ч

Часовой обьем приточного воздуха Qw равен по формуле (1.3):

Qw=32345.4/[(7,4 - 0,4 ) 1,2]=3850.64 м³/ч

1.2 Определение воздухообмена  по углекислоте

Часовой обьем приточного воздуха Qсо₂ (м³/ч), необходимого для понижения концентрации углекислоты , вычисляют по формуле [2, с. 126]:

Qсо₂=сn/(c₁-c₂)                                                                       (1.2.1)

где с-количество СО₂ , выделяемое одним животным (л/ч); n-число животных в помещении; с₁-предельно допустимая концентрация СО₂ в воздухе помещения (л/м³); c₂- концентрация СО₂ в наружном воздухе в сельской местности (с₂=0,3...0,4 л/м³).

с1=56 л/м³  , с2=107 л/м³

с₁=2,5 л/м³                                                                                 [2, прил.7]

с₂=0,35 л/м³                                                                               [2, таб. 7.1]

 

Часовой обьем приточного воздуха Qсо₂ по формуле(1.2.1) равен:

Qсо₂=(56 200+107 104)/(2,5-0,35)=12176,7 м³/ч

Необходимый воздухообмен принимаем  по влаговыделениям, т.е.

Q= Qw=14691,5 м³/ч

Правильность расчета проверим по кратности воздухообмена К, пользуясь  формулой [2, с. 75]:

 К=Q/Vп                  (1.2.2)

где Vп-объем помещения.

В животноводческих фермах для холодного  периода года К=3...5.

Объем помещения берем из типового проекта Vп=4374 м³    

К=14691,5/4374=3,36 

Значение К удовлетворяет  заданному диапазону значит расчет воздухообмена выполнен верно.

           2. Расчет теплового баланса помещения

   Тепловую мощность (Вт) системы отопления помещений для содержания животных определяют по уравнению теплового баланса [1, с. 149]:

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 .

 

2.1 Определение тепловых  потерь через наружные ограждения  помещения

 

При расчете тепловых потерь (Вт) помещением  учитывают основные Ф через все строительные ограждающие конструкции помещения (стены , потолок , пол , окна , двери) и добавочные Ф_доп теплопотери [1, с. 5]:

Ф_огр= Ф+ Ф_доп                                                                            (2.1.1)

Основные потери теплоты через отдельные ограждения определяют по формуле [1,с. 5]:

Ф=                                                                                (2.1.2)

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

 

 

 

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции [1, с. 6]:

Ro = Rв+ +Rн                                                                       (2.1.3)

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).

Определяем термическиские сопротивления перекрытий

 

Несущие стены выполнены  из:

1) кирпичная кладка  из обыкновенного глинянного  кирпича 

  0,4м    =0,76 Вт/( м С)                                                   [1,с. 7]

2) штукатурка  0,015м    =0,84 Вт/( м С)                        [1,с. 7]

 

Определим Rо.ст

Rн=0,043 м² С/Вт                                                                           [1,с. 6]

Определим Rв.

Площадь помещения равна Fпом=18 90=1620 м²

Масса животных в помещении М=100 200+140 350=69000 кг

Заполнение животными М/Fпом=69000/1620=42,6 кг/м²

 Rв=0,115 м² С/Вт                                                                          [1,с. 7]

Rо.ст=0,115+0,4/0,76 +0,015/0,84 +0,043=0,702 м² С/Вт

 

Окна с двойными переплетами  раздельные (двойное остекление)

Rо.ок=0,38 м² С/Вт                                                                          [1,с. 8]

 

Наружные ворота деревянные двойные

Rо.в=0,43 м² С/Вт                                                                             [1,с. 8]

 

Перекрытие выполнено из:

1) настил из досок  =0,03м =0,16 Вт/( м С)                              [1,с. 7]

2) минераловатные плиты  =0,12м =0,07 Вт/( м С)                  [1,с. 7]

3) рубероид  =0,003м =0,17 Вт/( м С)                                       [1,с. 7]

4) железобетонные плиты перкрытия  =0,035м   =1,98 Вт/( м С)                                              [1,с. 7]

 

         Rн=0,086 м² С/Вт                                                                              [1,с. 6]

 Rв=0,115 м² С/Вт                                                                              [1,с. 7]

Определим  Rо.пер по формуле (2.1.3):

Rо.пер=0,115+0,03/0,16+0,12/0,07+0,003/0,17+

+0,035/1,98+0,086=2,139 м² С/Вт

 

Определяем основные теплопотери

 

          Фасад  А-Г

Площадь ворот

Fв=2 2,3 2,1=9,66 м²    (количество ворот: 2)

 Теплопотери через ворота

n=1                                                                                                       [1, с. 5]

Фв=9,66 43 1/0,43=966 Вт

 

Площадь стены

Fст=18 2,7-9,66=38,94 м²

 

Теплопотери через cтены

n=1                                                                                                         [1, с. 5]

Фс=38,94 43 1/0,702=2385,2 Вт

 

Ф_А-Г= Фв + Фс =966+2385,2=3351,2 Вт

 

Фасад 1-16

Площадь окон

Fок=28 2 1,2=67,2 м²    (количество окон: 28)

Теплопотери через окна

n=1                                                                                                            [1, с. 5]

Фок=67,2 43 1/0,215=13440 Вт

Площадь стены

Fст=90 2,7- 67,2=175,8 м²

Теплопотери через cтены

Фс=175,8 43 1/0,702=10768,4 Вт

 

Ф_1-16= Фок + Фс =13440+10768,4=24208,4 Вт

 

Фасад Г-А

Ф_Г-А= Ф_А-Г =3351,2 Вт

 

Фасад 16-1

Ф_16-1= Ф_1-16=24208,4 Вт

 

Определение тепловых потерь через перекрытие

Площадь перекрытия

Fпер=18 90=1620 м²

n=0,4

Фпер=1620 43 0,4/2,139=13026,6 Вт

 

Определяем тепловые потери через  пол

Состав пола:

1) керамзитобетон на  керамзитовом песке ( =600 кг/м³)

=0,08м    =0,2 Вт/( м С)

2) щебень из доменого  шлака ( =800 кг/м³)  =0,12 м

=0,23 Вт/(м С)

 

Пол утепленный т.к. _у.с<1,16 Вт/(м С).

 

 

 

 

Сопротивление утепленных полов теплопередаче [2, стр.6]                       

R_у.п.= R_н.п.+                                                            (2.1.4)

где _у.с и _у.с - толщина утепляющего слоя (м) и теплопроводность утепляющего слоя ,Вт/(м С), R_н.п. - сопротивление теплопередаче неутепленного пола (м² С/Вт) по зонам разбивки пола:      R_н.п.I=2,15 м² С/Вт , R_н.п.II=4,3 м² С/Вт , R_н.п.III=8,6 м² С/Вт , R_н.п.IV=14,2 м² С/Вт

 

Разбиваем пол на зоны шириной по 2 м.

 

Рис.1 План разбивки пола

 

 

 

 

 

Находим площади зон 

F_I=4(18+90)=432 м²

F_II=4(86+10)=384 м²

F_III=4(82+6)=352 м²

F_IV=6 78=468 м²

 

Вычисляем термические  сопротивления для каждой зоны по формуле (2.1.4):

для I зоны R_у.п.I=2,15+0,08/0,2+0,12/0,23=3,07 м² С/Вт

для II зоны R_у.п.II=4,3+0,92=5,22 м² С/Вт

для III зоны R_у.п.III=8,6+0,92=9,52 м² С/Вт

для IV зоны R_у.п.IV=14,2+0,92=15,12 м² С/Вт

 

Теплопотери через пол по формуле (2.1.2):

Фпол=(432/3,07+384/5,22+352/9,52+468/15,12) 43 1=12138,9 Вт

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

Ф=2(3351,2+24208,4)+13026,6+12138,9=80284,7 Вт

Определяем дополнительные теплопотери

1) По расположению  здания относительно сторон света

Здание  расположено  следующим образом:

 фасад А-Г – на  запад

 фасад 1-16 – на  север

 фасад Г-А – на  восток

 фасад 16-1 – на  юг

 

Дополнительные теплопотери  будут равны [2, стр.7]:

фасад А-Г – 5% от основных 

Ф=0,05 3351,2=167,6 Вт

 фасад 1-16 – 10% от  основных

Ф=0,1 24208,4=2420,8 Вт

 фасад Г-А – 10% от основных

Ф=0,1 3351,2=335,1 Вт

 фасад 13-1 – 0%

Ф_доб1=167,6+2420,8+335,1=2923,5 Вт

2) Добавочные теплопотери через наружные ворота с тамбуром между ними  принимают равными 80% от основных через них.

Ф_доб2=0,8 Ф_в

Ф_доб2=0,8 966=1545,6 Вт

3) Добавочные потери теплоты  на инфильтнрацию 30% от основных

Ф_доб3= Ф_инф=0,3 Ф

Ф_доб3=0,3 80284,7=24085,4 Вт

Таким образом теплопотери через  ограждения

Ф_доп= Ф_доб1+ Ф_доб2+ Ф_доб3

Ф_доп= =2923,5+1545,6+24085,4=28554,5 Вт

Ф_огр=80284,7+28554,5=108839,2 Вт

 

2.2 Определение теплового  потока, расходуемого на испарение  влаги с мокрых поверхностей

Поток теплоты, расходуемой на иcпарение влаги с  мокрых поверхностей животновотческого помещения [2, стр. 132]:

Ф_исп=0,692 Wисп                                                                                    (2.2.1)

Ф_исп=0,692 18132,5=12547,7,5 Вт

 

 

 

2.3 Определение теплового  потока, выделяемого животными

Поток свободной теплоты, выделяемой животными определяем по формуле [2.стр 132]:

Ф_ж=nqk_t                                                                                                                                                    (2.4.1)

где n - число животных с одинаковым выделением свободной  теплоты ; q-поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт ; k_t -коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животным теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

Принимаем

q₁=309 Вт - для телят, живой массой 100 кг [2, прил. 19]

q₂=599 Вт - для телят, живой массой 350 кг [2, прил. 19]

k_t=0,85 - при температуре воздуха в помещении +15 С, для крупного рогатого скота [2, прил. 20]

Ф_ж=(200 309+140 599) 0,85=123511 Вт

 

2.4 Определение теплового  потока, расходуемого на нагрев  приточного воздуха

Поток теплоты, расходуемой  на нагрев приточного воздуха определяем по формуле[2, cтр. 131]:

Ф_в=0,278Q c(t_в-t_н),                                                                           (2.5.1)

где Q - расчетный воздухообмен помещения, м³/ч ; -плотность воздуха при расчетной температуре tв внутри помещения, кг/м³ ; c-удельная изобарная теплоемкость воздуха, равная 1 кД/(кг С); tн=tо.п (расчетная отопительная температура).

tо.п= -28 С    [3]

Ф_в=0,278 14691,5 1,201 (15+28)=210922,3 Вт

 

Тепловая мощность системы  отопления  помещения по формуле (2.1) равна:

Ф_от=108839,2+210922,3+12547,7-123511=208798,2 Вт

 

 

 

 

 

3. Выбор систем вентиляции  и отопления

Помещение для содержания животных оборудуют механической вентиляцией  с подогревом приточного воздуха  в холодный период года и передачей  его в верхнюю зону.

Кроме этого имеется естественная приточная вентиляция через вентильные проемы в верхней части стен или перекрытия. Вытяжная вентиляция этих помещений так же как и приточная осуществляется естественным путем.

Естественная - из верхней  зоны через вентиляционные шахты.

Устраиваем в коровнике воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией . Две одинаковые приточные системы с подогревом воздуха в калориферах, работающих на паре, устанавливаем в торцевых частях здания.

Дальнейшие вычисления будем вести в расчете на одну приточную систему, которая должна обеспечить воздухообмен в помещении для животных в объеме Q/2=14691,5/2=7345,8 м³/ч при подаче теплового потока в количестве Ф_от=208798,2/2=104399,1 Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

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

 

Расчитываем площадь  живого сечения (м²) калорифера для прохода воздуха по формуле [2, стр.92]:

f_р=Q /[3600(v )_p]                                                                     (4.1)

где (v )_p-расчетная массовая скорость воздуха, принимаемая равной 4...12 кг/(с м²) ; - плотность воздуха при температуре t_k (кг/м³).

Определим температуру  воздуха после калорифера по избыточной теплоте при помощи Hd - диаграммы.

Избыточный тепловой поток Ф_изб (Вт) вычисляем по формуле [2, стр.74]:

Ф_изб=Ф_т- Ф_огр                                                                                   (4.2)

где Ф_т - поток теплоты, выделяющейся в помещении от различных источников; Ф_огр- тепловой поток, теряемый через наружные ограждения.

Ф_изб=123511-108839,2=14671,8 Вт

Определяем тепловлажностное отношение по формуле [2, стр.74]:

=3600Ф_изб/W                                                                             (4.3)

=3600 14671,8/121746,9=433,8 кДж/кг

В виду того что не имеем  возможности определить температуру  после калорифера при помощи Hd –  диаграммы, принимаем :

t_k=12 С

Принимаем (v )_p=11 кг/(с м²). Тогда по формуле (4.1):

f_р=9020,4 1,23/(3600 11)=0,28 м²

Подбираем по таблице  модель и номер калорифера с площадью сечения по воздуху близкой к  расчетной [2, таб. 5.5]

Калорифер К3ПП -6

Площадь живого сечения  по воздуху которого f=0,295 м²

Площадь живого сечения  по теплоносителю f_тр=0,0076 м²

Площадь поверхности  нагрева F=25,3 м²

Для выбранного калорифера вычисляем действительную массовую скорость воздуха по формуле [2, стр.92]:

v =Q /(3600f)                                                                           (4.4)

v =9020,4 1,23/(3600 0,295) =10,45 кг/(с м²)

Определяем скорость воды (м/с) в трубках калорифера [2, стр.92]:

w= Ф/[4,19 10⁶(tг-to) f_тр]                                                              (4.5)

где Ф - тепловой поток, расходуемый  на нагрев воздуха, Вт; f_тр- площадь живого сечения трубок калорифера по теплоносителю, м² ; tг и to - температуры воды на входе в калорифер и выходе из него, С.

Принимаем tг=95 С и tо=70 С

w=95797,35/[4,19 10⁶ (95-70)0,0076] =0,012 м/с

Определяем фактический тепловой поток (Вт), передаваемый калориферной установкой нагреваемому воздуху по формуле [2, стр.93]:

Ф_к=кF(t’_ср-t_ср)                                                                                     (4.6)

где к - коэффициент теплопередачи, Вт/( м² С) ; F - площадь поверхности нагрева калорифера, м²; t_ср- средняя температура нагреваемого воздуха, С: t_ср=(t_к+t_н)/2;  t’_ср- cредняя температура теплоносителя, С.

Для теплоносителя воды

t’_ср=(t_г+t_о)/2

t’_ср=(95+70)/2=82,5 С

t_ср=(8-31)/2= -11,5 С

Рассчитываем коэффициент  теплопередачи для калорифера К3ПП при скорости движения воды в трубках  равной 0,12 м/с по формуле [2, таб. 5.6]:

к=А(v )ⁿw^m                                                                                                 (4.7)

где А=16,4; n=0,289; m=0,158

к=16,4 10,45^0,2890,12^0,158=23,3 Вт/м² С

Ф_к=23,3 25,3(82,5+11,5)=55316,9 Вт

Поскольку один калорифер  не обеспечивает необходимой теплоотдачи, принимаем два калорифера того же номера, установленных последовательно. Теперь теплоотдача калориферной установки:

Ф_к.у.=2 Ф_к

Ф_к.у.=2 55316,9=110633,8 Вт

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