Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Отопление и вентиляция телятника на 340 телят

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 курсовому проекту

на тему ‘‘Отопление и вентиляция телятника на 340 телят’’

Выполнил: студент 733 группы

Калязимов Е А

Руководитель: Шабалина Л.Н.

Кострома 2012

Cодержание:

Введение

Исходные данные.________________________________________

Краткая характеристика помещения_______________________

1.Определение расчетного воздухообмена.___________________

Расчет воздухообмена по влаговыделениям._______________________

1.2 Определение воздухообмена по углекислоте.______________________

2. Расчет теплового баланса помещения.__________________

2.1 Определение тепловых потерь через наружные

ограждения помещения.____________________________________________

2.2 Определение теплового потока, расходуемого на

испарение влаги с мокрых поверхностей._______________________________

2.3 Определение теплового потока на нагрев

инфильтирующегося воздуха.________________________________________

2.4 Определение теплового потока , выделяемого животными.____________

2.5 Определение теплового потока, расходуемого на нагрев

приточного воздуха._______________________________________________

3. Выбор систем вентиляции и отопления.___________________

4. Подбор калориферов воздушного отопления,

совмещенного с приточной системой вентиляции. ___________

5. Расчет воздуховодов и подбор вентилятора

для приточной системы вентиляции. _______________________

6. Расчет вытяжной вентиляции .__________________________

Используемая литература. ________________________________

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

Ферма является телятником на 340 телят привязного содержания. Район расположения фермы Владимирская область. По направлению к сторонам света ось телятника направлена с запада на восток. Телятник подсоединен к централизованной системе отопления.

Телятник имеет размеры длину 90 м и ширину 18 м.

1. Определение расчетного воздухообмена

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] (1.1.1)

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

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

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

346/(273+t_в) (1.1.2)

346/(273+15)=1,201 кг/м³

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

W=Wж+Wисп (1.1.3)

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

Wж= nWk_t, (1.1.4)

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.

n₁=200, n₂=140

W₁=177г/ч , W₂=344г/ч [1, прил. 7]

k_t=1,24 [1, прил. 8]

Wж=(200 177+140 344) 1,24=103614,4 г/ч

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

Wисп=Wж, (1.1.5)

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

При расчете принимаем =0,175

Wисп=0,175 103614,4=18132,5 г/ч

Влаговыделение в помещении для коров по формуле (1.1.3):

W=103614,4+18132,5=121746,9 г/ч

Часовой обьем приточного воздуха Qw равен по формуле (1.1.1):

Qw=121746,9/[(7,4 - 0,4 ) 1,201]=14691,5 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 , м²С/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, м²С/Вт; - сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев m-слойного ограждения толщиной (м), выполненных из материалов с теплопроводностью , Вт/( мС).

Определяем термическиские сопротивления перекрытий

Несущие стены выполнены из:

1) кирпичная кладка из обыкновенного глинянного кирпича

0,4м =0,76 Вт/( мС) [1,с. 7]

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

Определим Rо.ст

Rн=0,043 м²С/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 м²С/Вт [1,с. 7]

Rо.ст=0,115+0,4/0,76 +0,015/0,84 +0,043=0,702 м²С/Вт

Окна с двойными переплетами раздельные (двойное остекление)

Rо.ок=0,38 м²С/Вт [1,с. 8]

Наружные ворота деревянные двойные

Rо.в=0,43 м²С/Вт [1,с. 8]

Перекрытие выполнено из:

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

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

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

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

Rн=0,086 м²С/Вт [1,с. 6]

Rв=0,115 м²С/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 м²С/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/( мС)

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

=0,23 Вт/(мС)

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

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/(мС), R_н.п.- сопротивление теплопередаче неутепленного пола (м²С/Вт) по зонам разбивки пола: R_н.п.I=2,15 м²С/Вт , R_н.п.II=4,3 м²С/Вт , R_н.п.III=8,6 м²С/Вт , R_н.п.IV=14,2 м²С/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 м²С/Вт

для II зоны R_у.п.II=4,3+0,92=5,22 м²С/Вт

для III зоны R_у.п.III=8,6+0,92=9,52 м²С/Вт

для IV зоны R_у.п.IV=14,2+0,92=15,12 м²С/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 +15С, 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=0,278Qc(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/(кгС); 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/( м²С) ; 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= -11,5С

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

Ф_к.у / Ф=110633,8/95797,35=1,157

Условие выполняется, следовательно калорифер выбран правильно.

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

Определяем подачу вентилятора Q_в (м³/ч) для данного помещения по формуле [1, cтр. 35]:

Q_в= k_пQ(273+t)/(273+tв) (5.1)

где k_п- поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах; t- температура воздуха, проходящего через вентилятор, С; tв- температура воздуха в рабочей зоне помещения, С.

Отопление и вентиляция телятника на 340 телят 📙 Курсовая → 🆔 170344