Расчет отопительно-вентиляционной системы свинарника-откормочника на 1200 голов

1

1. Расчет отопительно-вентиляционной системы свинарника-откормочника на 1200 голов

1.1 Составление расчета строения отопительно-вентиляционной системы коровника на 1200 голов

Наружные стены
Тип (материал)	Толщина, мм
Силикатный кирпич	510
Наружная штукатурка	30
Керамзитобетонные панели:
железобетон	60
керамзитобетон	120
Плитный полистирол	80

Перекрытия
Тип (материал)	Толщина, мм
Листы асбестоцементные	15
Плита железобетонная	35
Пенопласт	50
Минераловатная плита	120

Полы
Тип (материал)	Толщина, мм
Керамзитобетон	150
Цементная стяжка	25

Заполнение световых проёмов
Двойное остекление в деревянных раздельных переплетах

Теплоноситель
Горячая вода 70-115

Область район
Гродненская

Примечание: наружные двери и ворота принять деревянными из сосновых досок толщиной 50 мм.

По литературе [1] из таблицы 1.1. выписываем расчетные параметры наружного воздуха в таблицу 4.1.1.1.

Таблица 1.1. Расчетные параметры наружного воздуха.

Область	Температура наиболее холодных суток t**, 0C	Холодный период (параметры Б)	Теплый период (параметры А)
		***,	,	,	,
Гродненская	-26	-22	-21,5	21,8	49,5

Для переходного периода принимаем температуру наружного воздуха и энтальпию .

По литературе [1] из таблицы 10.1 выписываем параметры внутреннего воздуха в таблицу 4.1.1.2.

Таблица 1.2.Расчетные параметры внутреннего воздуха.

Помещение	Период года	Параметры воздуха	ПДК ,
		,	, %
Помещение для содержания животных	Холодный	18	75	2,0
	Переходный	18	75	2,0
	теплый	26	75	2,0

Здесь - расчетная температура внутреннего воздуха, ;

- относительная влажность, %;

- ПДК углекислого газа в зоне содержания животных(удельная допустимая концентрация углекислого газа), ,принимаем из таблицы 10.4[1] .

Таблица .1.3.Выделение теплоты, влаги и углекислого газа (таблица 10.6 [1]).

Группа животных	Живая масса	Тепловой поток тепловыделений,	Влаговыделения,	Выделения,
		Полных	явных
Свинарник	80	298	214	123	38,7

Таблица 1.4.Температурные коэффициенты (таблица 10.8 [1])

Периоды года	Температура ,	Температурные коэффициенты
		Тепловыделений	Влаговыделений,	Выделений,
		полных	Явных
Холодный	18	0,92	0,75	1,35	0,93
Переходный	18	0,92	0,75	1,35	0,93
Теплый	26,2	0,86	0,41	2,1	0,86

Для расчета термических сопротивлений теплопередаче для стен, перекрытий и дверей необходимо знать технические характеристики строительных материалов и конструкций. Из таблицы 1.12 [1] выписываем необходимые данные в таблицу 1.5.

Таблица 1.5 Теплотехнические характеристики строительных материалов и конструкций.

Наименование материала	,	Расчетные коэффициенты при условиях эксплуатации
		Теплопроводности, Б	Теплоусвоения, Б
Плитный полистирол	150	0,06	0,99
Известково-песчаный раствор	1600	0,87	10,90
Кирпичная кладка	1800	0,93	11,09
Асбестоцементный лист	1800	0,52	8,12
Минераловатная плита	350	0,11	1,72
Сосна поперек волокон	500	0,18	4,54
Железобетон	2500	0,064	0,99
Пенопласт	125	1,86	17,88
Керамзитобетон	1800	0,92	12,53

1.2 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Расчет термического сопротивления теплопередаче.

Термическое сопротивление теплопередаче, , для стен, покрытий, перекрытий, дверей и ворот:

, (1)

где - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограничивающей конструкции, ;

- термическое сопротивление теплопроводности отдельных слоев, ;

- термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, ;

- коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограничивающей поверхности, .

Проводим расчет для наружных стен.

Рассчитываем заполнение помещения животными, :

, (2)

где - масса одной животного, (m = 80)

- количество животных (n = 1200);

- площадь помещения, (A = 1681,2 ).

;

Так как, заполнение животными помещения принимаем для стен и потолков и для наружных стен .

Термическое сопротивление отдельных слоев, :

, (3)

где - толщина слоя, ;

- теплопроводность материала слоя, ;

Керарамзитобетонная панель:

Железобетон:

;

Керамзитобетон:

;

Плитный полистирол:

.

.

Стена кирпичная

- Кирпичная кладка:

.

Внутренняя штукатурка:

.

. (4)

Проводим расчет для покрытий и перекрытий.

; .

Минераловатная плита:

;

Пенопласт:

;

Асбестоцементный лист:

;

Железобетонная плита:

;

.

Проводим расчет для наружных дверей и ворот.

; .

Сосновые доски:

.

.

Проводим расчет для остекления.

Термическое сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов принимаем равным нормированным значениям (стр.32 [1]). Принимаем:

.

Проводим расчет для различных зон пола.

Сопротивление теплопередаче пола:

, (5)

где - сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола,;

- толщина утепляющего слоя, ;

- теплопроводность утепляющего слоя,.

Сопротивление теплопередаче принимаем (стр.39[3]):

для I зоны: ;

для II зоны: ;

для III зоны: ;

- для Iv зоны : ;

;

;

;

.

Определение требуемого термического сопротивления теплопередаче.

Рассчитываем требуемые по санитарно-гигиеническим требованиям термические сопротивления теплопередаче для наружных стен, покрытий и перекрытий, наружных дверей и ворот.

Требуемое сопротивление теплопередаче, , наружных стен, покрытий и перекрытий:

, (6)

где - расчетная температура внутреннего воздуха, ;

- расчетная температура наружного воздуха в холодный период года,;

- нормативный температурный перепад между внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограничивающей конструкции, ;

- коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по отношению к наружному воздуху.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимают в зависимости от тепловой инерции наружного ограждения (стр.33 [1]):

при - абсолютно минимальную температуру;

при -среднюю температуру наиболее холодных суток;

при -среднюю температуру наиболее холодных трех суток;

при -среднюю температуру наиболее холодной пятидневки.

Тепловая инерция ограничивающей конструкции:

, (7)

где - расчетный коэффициент теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции (таблица 4.1.1.5), .

Проведем расчет для наружных стен.

.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимают в зависимости от тепловой инерции D наружного ограждения: при - среднюю температуру наиболее холодных суток, которая в нашем случае равна минус 26; при - среднюю температуру наиболее холодных трех суток: .

Нормативный температурный перепад принимаем исходя из типа помещения (производственное помещение с влажным режимом, таблица 3.6 [1]):

- для стен

. (8)

Температуру точки росы принимаем из приложения [10] при и - .

Коэффициент определяем по его нормированным значениям: .

.

.

Проводим расчет для покрытий и перекрытий.

.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимаем среднюю температуру наиболее холодных суток: .

Нормативный температурный перепад:

(таблица 3.6 [1]). (9)

Коэффициент определяем по его нормированным значениям: .

.

Проводим расчет для световых проемов.

.

Принимаем сопротивление теплопередаче окон для производственных и вспомогательных промышленных предприятий с влажным или мокрым режимом (таблица 3.7 [1]): .

Проводим расчет для наружных дверей и ворот.

.

Нормативный температурный перепад:

.

.

.

Сравнение действительных термических сопротивлений с требуемыми.

Исходя из того, что требуемое термическое сопротивление должно быть меньше расчетного термического сопротивления, проверяем соблюдение санитарно-гигиенических норм:

для наружных стен:

панель керамзитобетонная:

; ; -- удовлетворяет.

стена кирпичная:

; ; -- удовлетворяет.

- для покрытий и перекрытий:

; ; -- удовлетворяет.

для наружных дверей и ворот:

; ; -- удовлетворяет.

для световых проемов:

; ; -- удовлетворяет.

Так как термические сопротивления ограждающих конструкций больше требуемых, то дополнительных мер по их утеплению не принимаем.

Расчет площадей отдельных зон пола.

а=98100 мм; в=17500 мм.

Рис. 2.1. Зоны пола рассчитываемого помещения.

Разбиваем площадь пола на четыре зоны.

;

;

;

.

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции.

, (10)

где - площадь ограждающей конструкции, ;

- термическое сопротивление теплопередаче, ;

- расчетная температура внутреннего воздуха, ;

- расчетная температура наружного воздуха, ;

- добавочные потери теплоты в долях от основных теплопотерь;

- коэффициент учета положения наружной поверхности по отношению к наружному воздуху.

Н.с. -- наружные стены; Н.д. -- наружные двери; Д.о. -- двойное остекление; Пт -- перекрытия; Пл1, Пл2, Пл3, Пл4 -- пол.

Таблица 2.1 Расчет теплопотерь.

Характеристики ограждений	,	Доли добавочных теплопотерь		Тепловой поток теплопотерь ,
Наименование	Ориентация	,	,		на ориентацию	на инфильтрацию	прочие
Д.о.	З	61,2	0,42	40	0,05	0,3	--	1,35	9245,5
Д.о.	В	69,4	0,42	40	0,05	0,3	--	1,35	10872,6
Н.с.	С	46,1	0,78	40	0,1	0,3	--	1,4	3888,4
Н.с.	Ю	26,9	0,78	40	0,05	0,3	--	1,35	2188,9
Н.с.	Ю	19,2	1,65	40	0,05	0,3		1,35	738,3
Н.с.	В	257,9	1,65	40	0,1	0,3		1,4	10284,7
Н.с.	З	35,4	0,78	40	0,05	0,3		1,35	2879,6
Н.с.	З	227,8	1,65	40	0,05	0,3		1,35	8759,9
Н.д.	С	11,5	0,44	40	0,1	0,3	1,0	1,4	2953,3
Н.д.	Ю	11,5	0,44	40	0,05	0,3	1,0	1,35	2891,8
Н.д.	З	3	0,44	40	0,05	0,3	1,0	1,35	753
П.т.	--	1628,5	2,1	40	--	-	--	1,0	58425,6
Пл.1	--	462,4	2,42	40	--	--	--	1,0	8980,5
Пл.2	--	414,4	4,62	40	--	--	--	1,0	4215,7
Пл.3	--	382,4	8,92	40	--	--	--	1,0	2014,9
Пл.4	--	473,5	14,52	40	--	--	--	1,0	1532,6

1.3 Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена

Холодный период года.

Влаговыделения животными, :

, (11)

где - температурный коэффициент влаговыделений (таблица 4.1.1.4);

- влаговыделение одним животным (таблица 4.1.1.3), ;

- число животных.

;

Дополнительные влаговыделения в зимний период составляют 10% от общего влаговыделения:

, (12)

.

Суммарные влаговыделения:

. (13)

Рассчитаем количество , выделяемого животными, :

, (14)

где - температурный коэффициент выделений и полных тепловыделений;

- количество , выделяемого одним животным, .

;

Определим тепловой поток полных тепловыделений, :

, (15)

где - тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 4.1.1.3), .

;

Тепловой поток теплоизбытков, :

, (16)

где ФТП - поток теплопотерь (ФТП таблица 2.1.) .

Угловой коэффициент (тепловлажностное отношение), :

. (17)

Воздухообмен в холодный период.

Произведем расчет вентиляционного воздуха, , из условия удаления выделяющихся:

водяных паров:

, (18)

где - суммарные влаговыделения внутри помещения, ;

- плотность воздуха, ;

и - влагосодержания внутреннего и наружного воздуха, .

Из диаграммы влажного воздуха по рис.1.1. [1] определим и :

, (при 18 и );

, (при и ).

.

углекислого газа:

, (19)

где - расход углекислого газа, выделяемого животными в помещении,;

- ПДК углекислого газа в помещении (таблица 4.1.1.2), ;

- концентрация углекислого газа в наружном (приточном) воздухе, ; (принимают 0,3 - 0,5 , стр.240 [1]).

.

расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена:

, (20)

где - норма минимального воздухообмена на 1ц живой массы, ;

- живая масса животных, .

- масса всех животных.

.

В качестве расчетного значения расхода воздуха в холодный период принимаем наибольший, т.е. .

Полученные результаты, а также результаты расчета для переходного и летнего периодов сводим в таблицу 4.1.3.1. :

Таблица 3.1.Результаты расчетов

Период года	Теплопоступления, кВт.	Теплопотери, кВт.	Тепловой поток теплоизбытков, кВт.	Влаговыделения, кг/ч.	Воздухообмен, .
	От животных	От солнечной радиации			От животных	От мокр. пола
З.	332,6	-	130.6	202	199,26	19,93	28800
П.	332,6	-	30.4	302,2	199,26	19,93	28800
Л.	307,5	41,8	-	349,3	309,96	77,49	57600

1.4 Выбор системы отопления и вентиляции

На животноводческих фермах применяют вентиляционные системы, посредствам которых подают подогретый воздух в верхнюю зону помещения по воздуховодам равномерной раздачи. Кроме того, предусматривают дополнительную подачу наружного воздуха в теплый период года через вентбашни.

Тепловая мощность отопительно-вентиляционной системы, :

, (21)

где - тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции, ;

- тепловой поток на нагревание вентиляционного воздуха, ;

- тепловой поток на испарение влаги внутри помещения, ;

- тепловой поток явных тепловыделений животными, .

(табл.2.1.).

Тепловой поток на нагревание приточного воздуха, :

, (22)

где - расчетная плотность воздуха ();

- расход приточного воздуха в зимний период года, ();

- расчетная температура наружного воздуха, ();

- удельная изобарная теплоемкость воздуха ().

.

Тепловой поток на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, :

, (23)

где - расход испаряемой влаги для зимнего периода, .

.

Тепловой поток явных тепловыделений, :

, (24)

где - температурный коэффициент явных тепловыделений;

- тепловой поток явных тепловыделений одним животным, ;

- число голов.

;

В здании устанавливаем две ОВС мощностью:

; (25)

Подача воздуха одной ОВС :

; (26)

Определим температуру подогретого воздуха, :

, (27)

где - наружная температура в зимний период года, ;

.

Для пленочных воздуховодов должно соблюдаться условие:

- в нашем случае удовлетворяет.

1.5 Расчет и выбор калориферов

Для воздушного отопления и вентиляции животноводческих помещений применяются водяные калориферы. Во всех конструкциях калориферов сохраняется один принцип работы: воздух, нагнетаемый вентилятором, проходит через теплообменник, в котором нагревается за счет теплоты горячей воды.

В системе вентиляции и отопления устанавливаем водяной калорифер. Теплоноситель -- горячая вода.

Рассчитаем требуемую площадь живого сечения, , для прохода воздуха:

, (28)

где - массовая скорость воздуха, , (принимается в пределах 4-10 ).

Принимаем массовую скорость в живом сечении калорифера:

.

.

По таблице 8.10 [1] по рассчитанному живому сечению выбираем 2 калорифера марки КВСБ со следующими техническими данными:

Таблица 5.1. Технические данные калорифера КВСБ.

Номер калорифера	Площадь поверхности нагрева ,	Площадь живого сечения по воздуху ,	Площадь живого сечения по теплоносителю
9	22,02	0,455	0,00087

Уточняем массовую скорость воздуха:

. (4.29)

Определяем коэффициент теплопередачи, :

, (30)

где - коэффициент, зависящий от конструкции калорифера;

- массовая скорость в живом сечении калорифера, ;

и - показатели степени.

- скорость воды в трубках,

(31)

где - удельная теплоемкость воды ;

- плотность воды, ;

и - расчетные температуры горячей и обратной воды, ;

- площадь живого сечения трубок, .

м/с

Из таблицы 8.12 [3] выписываем необходимые данные для КВСБ:

; ; ; ; .

.

Определяем среднюю температуру воздуха, :

. (32)

Определяем среднюю температуру воды, :

. (33)

Определяем требуемую площадь поверхности теплообмена калориферной установки, :

. (34)

Определяем число калориферов:

, (35)

где - общая площадь поверхности теплообмена, ;

- площадь поверхности теплообмена одного калорифера, .

.

Округляем до целого значения, т.е. .

Определяем процент запаса по площади поверхности нагрева:

. (36)

-- удовлетворяет.

Так как запас по поверхности нагрева не превышает 20%, то расчет считается законченным.

Аэродинамическое сопротивление калориферов, :

, (37)

где - коэффициент, зависящий от конструкции калорифера;

- показатель степени.

.

Аэродинамическое сопротивление калориферной установки, :

, (38)

где - число рядов калориферов;

- сопротивление одного ряда калориферов, .

.

1.6 Аэродинамический расчет воздуховодов

В с/х. производственных помещениях используют перфорированные пленочные воздухораспределители. Предусматривают расположение двух несущих тросов внутри пленочной оболочки, что придает воздуховодам овальную форму при неработающем вентиляторе и тем самым предотвращает слипание пленки.

Задача аэродинамического расчета системы воздуховодов состоит в определении размеров поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потери давления во всей системе воздуховодов.

Исходными данными к расчету являются: расход воздуха, длина воздухораспределителя , температура воздуха и абсолютная шероховатость мм (для пленочных воздуховодов).

В соответствии с принятыми конструктивными решениями составляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием вентиляционного оборудования и запорных устройств.

Схему делят на отдельные участки, границами которых являются тройники и крестовины. На каждом участке наносят выносную линию, над которой проставляют расчетный расход воздуха (),а под линией - длину участка (м). В кружке у линии указывают номер участка.

Составляем расчетную схему, которая приведена на рисунке 4.1.6.1.

На схеме выбираем основные магистральные расчетные направления, которые характеризуются наибольшей протяженностью.

Расчет начинаем с первого участка.

Используем перфорированные пленочные воздухораспределители. Выбираем форму поперечного сечения - круглая.

Задаемся скоростью в начальном поперечном сечении:

.

Определяем диаметр пленочного воздухораспределителя, :

. (39)

Рис.6.1. Расчетная аксонометрическая схема воздуховодов.

Принимаем ближайший диаметр, исходя из того, что полученный равен (стр.193 [1]).

Динамическое давление, :

, (40)

где - плотность воздуха.

.

Определяем число Рейнольдса:

, (41)

где - кинематическая вязкость воздуха, , (табл.1.6 [1]).

.

Коэффициент гидравлического трения:

, (42)

где - абсолютная шероховатость, , для пленочных воздуховодов принимаем .

.

Рассчитаем коэффициент, характеризующий конструктивные особенности воздухораспределителя:

, (43)

где - длина воздухораспределителя, .

.

Полученное значение коэффициента меньше 0,73, что обеспечивает увеличение статического давления воздуха по мере приближения от начала к концу воздухораспределителя.

Установим минимальную допустимую скорость истечения воздуха через отверстие в конце воздухораспределителя, :

, (44)

где - коэффициент расхода (принимают 0,65 для отверстий с острыми кромками).

.

Коэффициент, характеризующий отношение скоростей воздуха:

, (45)

где - скорость истечения через отверстия в конце воздухораспределителя, (рекомендуется ), принимаем .

.

Установим расчетную площадь отверстий, , в конце воздухораспределителя, выполненных на 1 длины:

. (46)

Определим площадь отверстий, , выполненных на единицу воздуховода:

, (47)

где - относительная площадь воздуховыпускных отверстий на участке воздухораспределителя ( по [1]).

.

Диаметр воздуховыпускного отверстия примем .

Определим число рядов отверстий:

, (48)

где - число отверстий в одном ряду ();

- площадь воздуховыпускного отверстия, .

Определим площадь воздуховыпускного отверстия, :

. (49)

.

Шаг между рядами отверстий, :

. (50)

Определим статическое давление воздуха, :

в конце воздухораспределителя:

; (51)

в начале воздухораспределителя:

. (52)

Потери давления в воздухораспределителе, :

. (53)

Дальнейший расчет сводим в таблицу. Причем :

, , , (54)

где R - удельные потери давления на единице длины воздуховода, определяется по монограмме (рис. 8.6 [1])

- коэффициент местного сопротивления (таблица 8.7 [1])

скорость воздуха в жалюзийной решетке

Таблица 6.1.Расчет участков воздуховода.

Номер участка	,	,	,	,	,	,	,		,	,	,
1	7200	44	710	0,396	6	-	-	-	21,6		58
2	7200	5	710	0,396	6	0,5	2	0,36	21,6	7,8	9,8
3	14400	9	800	0,503	7,5	0,6	5,4	1,97	33,8	66,6	72,0
Калорифер	14400	-	-	-	-	-	-	-	-	-	153,8
Жал. реш.	14400	-	-	-	5	-	-	2	15	30	30
	итого:	543,6

1.7 Расчет вытяжных шахт

Расчет вытяжных шахт естественной вентиляции производят на основании расчетного расхода воздуха в холодный период года. Работа вытяжных шахт будет более эффективной при устойчивой разности температур внутреннего и наружного воздуха (не менее 5С), что наблюдается в холодный период года.

Скорость воздуха в поперечном сечении вытяжной шахты, :

, (55)

где - высота вытяжной шахты между плоскостью вытяжного отверстия и устьем шахты (3-5), (принимаем );

- диаметр (эквивалентный (0.8,0.9,1)) шахты, (принимаем );

- расчетная наружная температура (принимаем );

- сумма коэффициентов местных сопротивлений .

Местное сопротивление определяем по таблице 8.7 [1]:

для входа в вытяжную шахту: ;

для выхода из вытяжной шахты с дефлектором: .

.

.

Определяем число шахт:

, (56)

где - расчетный расход воздуха в зимний период, ;

- расчетный расход воздуха через одну шахту, .

Определяем расчетный расход воздуха через одну шахту, :

, (57)

где - площадь поперечного сечения шахты, .

Рассчитаем площадь поперечного сечения шахты, :

. (58)

.

.

Принимаем число шахт для всего помещения .

1.8 Выбор вентилятора

Подбор вентилятора производят по заданным значениям подачи и требуемого полного давления.

В системах вентиляции и воздушного отопления с/х. производственных зданий устанавливают радиальные (центробежные) вентиляторы марок В.Ц 4-75, В.Ц 4-76 и В.Ц 4-46, осевые вентиляторы марок В-06-300 и ВО.

Подачу вентилятора определяем с учетом потерь или подсосов воздуха в воздуховоды, вводя поправочный коэффициент к расчетному расходу воздуха для стальных воздуховодов 1,1 , :

. (59)

Определяем требуемое полное давление вентилятора, :

, (60)

где - температура подогретого воздуха,

=1 - при нормальном атмосферном давлении.

.

По подаче воздуха вентилятора и требуемому полному давлению, согласно графику характеристик вентиляторов ВЦ 4-75 (рис. 8.16 [1]), выбираем вентилятор марки: Е 8.095-1б.

В соответствии с выбранным ранее калорифером и выбранным теперь вентилятором заполняем таблицу характеристик отопительно-вентиляционной системы (таблица 4.1.8.1.).

Таблица 8.1 Характеристика отопительно-вентиляционной системы.

Кол. систем	Наименование помещения	Тип установки	Вентилятор
			тип	номер	исполнение	положение	,	,	,
2		Е8.095-1б	ВЦ 4-75	8	1	Лев.	15840	522,3	965
Электродвигатель	Воздухонагреватель (калорифер)
Тип	,	,	Тип	Номер	Кол-во	Тем-ра нагрева	Мощность,	,
						от	до
АИР112М4	5,5	965	КВСБ	9	2	-22	8,5	76,1	83,7