Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ объектов

1. Расчет воздухообмена

Воздушная среда животноводческих помещений должна соответствовать требованиям санитарно-гигиенических норм. Воздух с высокой концентрацией вредных примесей необходимо удалять из помещения и заменять чистым атмосферным воздухом.

Естественный воздухообмен не всегда может обеспечить достаточную вентиляцию. Поэтому, животноводческие и птицеводческие помещения оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, подающей в них свежий воздух и одновременно удаляющей загрязненный воздух.

Объем приточного воздуха определяют из расчета уменьшения концентрации углекислоты и водяных паров до допустимых пределов. При таком воздухообмене происходит поглощение и других вредных выделений (аммиака, сероводорода, пыли), содержащихся в помещении в значительно меньших количествах.

Часовой объем приточного воздуха, м³/ч, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле:

(1.1)

Где:

с - количество СО₂, выделяемое одним животным (птицей), л/ч;

n - количество животных (птицы) в помещении;

С₁ - предельно допустимая концентрация СО₂ в воздухе помещения, л/м³;

С₂- концентрация СО₂ в наружном воздухе. В сельской местности С₂ = 0,3 - 0,4 л/м³.

.

Часовой объем приточного воздуха, м³/ч, необходимого для растворения водяных паров находят по формуле:

(1.2)

Где:

W - масса влаги, выделяющейся в помещении, г/ч;

d_в и d_н - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха, г/кг;

- плотность воздуха в помещения, кг/м³.

.

Плотность воздуха зависит от температуры и атмосферного давления:

(1.3)

.

Значения d_в и d_н определяют при помощи Hd-диаграммы для влажного воздуха по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха. Суммарные выделения влаги, г/ч, в помещении для животных подсчитывают по формуле:

(1.4)

.

Влагу, выделяемую животными, определяют по выражению:

 (1.5)

Где:

N - количество половозрастных групп;

n_i - число животных с одинаковым выделением водяных паров (в i-й половозрастной группе);

W_i - выделение водяных паров одним животным, г/ч;

k_t - коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животными водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения.

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.)

(1.6)

Где:

- коэффициент, равный 0,1...0,125 для коровников и телятников, 0,1-0,3 для свинарников. Большие значения относятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при неудовлетворительной работе канализации.

.

Необходимый воздухообмен L, м³/ч, для животноводческого или птицеводческого помещения принимается по наибольшей из двух величин: или .

Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена K, 1/ч:

 (1.17)

Где:

V_п - внутренний объем помещения, м³.

.

.

Кратность воздухообмена в животноводческих фермах для холодного периода года должна быть K = 3...5.

Т. к. К=0,9 ,что не соответствует допустимому пределу, поэтому L находим так: L=K*Vn=3*2494.8=7484.4

2. Расчет тепловой мощности систем отопления

2.1 Тепловой баланс

Животноводческие и птицеводческие помещения в холодный период года необходимо отапливать. В производственных помещениях преимущественное применение получило воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией.

Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса:

(1.8)

Где:

- тепловые потоки Вт, теряемые помещением соответственно через наружные ограждения, на нагрев приточного воздуха, испарение влаги в помещении, нагрев инфильтрирующегося воздуха и поступающих извне кормов;

- тепловые потоки, Вт, поступающие в помещение соответственно от животных или птицы, электрооборудования, средств местного электрического обогрева и глубокой подстилки.

Поток теплоты теряемой через наружные ограждения складывается из основных потерь теплоты , через все ограждающие конструкции (стены, потолок, пол, окна, двери) и добавочных тепловых потерь :

(1.9)

Основные потери теплоты через отдельные ограждения определяют по формуле:

(1.10)

Где:

F_i - площадь ограждения, которую вычисляют с точностью до 0,1 м²;

t_в и t_н - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, ^оC;

R_оi - общее термическое сопротивление i - го ограждения, м^2оС/Вт;

n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций:

(1.11)

Где:

R_в - термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, м^2оС/Вт;

- сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев m-слойного ограждения толщиной _i, м, выполненных из материалов с теплопроводностью _i Вт/(м^оС);

R_н - термическое сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждения, м^2оС/Вт.

Потери теплоты через полы рассчитывают ориентировочно. Не утепленными считаются полы, расположенные непосредственно на грунте, если они состоят из нескольких слоев материалов теплопроводностью каждого 1,2 Вт/(м^2оС).

Утепленными считаются полы, утепляющий слой которых имеет _у.с < 1,2 Вт/(м^2оС).

Потери теплоты через не утепленные полы вычисляют по зонам - полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам. Сопротивление теплопередаче R_о для первой зоны составляет 2,15, для второй - 4,3, для третьей - 8,6, для остальной площади пола - 14,2 м^2оС/Вт. Площадь участков пола, примыкающих к углам в первой двухметровой зоне, вводится в расчет дважды, т.е. по направлению обеих наружных стен, образующих угол.

Сопротивление утепленных полов теплопередаче:

(1.12)

Где:

R_п - сопротивление теплопередаче неутепленного пола, м^2оС/Вт;

_у.с и _у.с - толщина утепляющего слоя, м, и теплопроводность утепляющего слоя, Вт/(м^оС).

Сопротивление теплопередаче полов, расположенных на лагах, определяют по условию R_у.п /0,85.

Тепловые потери (или поступления теплоты) через ограждения между смежными помещениями учитывают в том случае, если разность температур внутреннего и воздуха этих помещений превышает 5 ^оС.

Добавочные потери теплоты, Ф_доб, через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна вычисляют в процентах от основных потерь теплоты.

Потери теплоты, Вт, на нагревание воздуха, инфильтрирующегося через притворы окон, дверей и ворот, Ф_инф, для помещений производственных зданий можно принимать в размере 30% основных потерь теплоты через все ограждения. Для жилых зданий:

 (1.13)

Где:

L_н - нормативный воздухообмен, принимаемый равным 3 м³/ч на 1 м² жилой площади, м/ч;

- плотность воздуха, принимаемая равной 1,2 кг/м³;

С_р - удельная изобарная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг^оС);

t_н.в - расчетная зимняя вентиляционная температура наружного воздуха;

F_п - площадь пола жилой комнаты, м².

При расчете тепловых потерь отапливаемыми помещениями жилых домов из суммы основных и добавочных тепловых потерь следует вычитать бытовые тепловыделения из расчета 21 Вт на 1 м² площади пола:

Ф_быт =21 * F_п

Поток теплоты, расходуемой на нагрев приточного воздуха, определяют по выражению:

(1.14)

Где:

L - расчетный воздухообмен помещения, м³/ч;

- плотность воздуха при расчетной температуре t_в, кг/м³.

Для климатических зон с расчетной зимней температурой воздуха -10 ^оС и выше t_н принимают равной расчетной зимней вентиляционной температуре t_н.в, для остальных районов - расчетной отопительной температуре. Поток теплоты, расходуемой на испарение влаги, , с мокрых поверхностей животноводческого помещения:

 (1.15)

Где:

2,49 - скрытая теплота испарения воды, кДж/г.

Поток свободной теплоты, выделяемой животными,

(1.16)

Где:

n - число животных с одинаковым выделением свободной теплоты;

q - поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт;

k_t - коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животными теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

а) Рассчитаем сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций:

.

.

.

б) Сопротивление утеплённых полов теплопередаче, т.к. пол покрыт досками, считается что пол утепленный:

- доски из сосны толщиной 0,05м:



.

в) Окна имеют конструкцию двойные переплёты спаренные.

г) Двери изготовим двойные:

д) Потолок из ж/б перекрытий (плит) =0,07м:

3. Расчет калориферов воздушного отопления

Для воздушного отопления и вентиляции животноводческих, птицеводческих и других производственных помещений применяются калориферы. По виду теплоносителя они подразделяются на паровые, водяные и электрические.

Наибольшее применение в практике благодаря экономичности, компактности и высокой производительности получили водяные и паровые калориферы. Они представляют собой два коллектора, соединенных между собой пакетом стальных трубок, расположенных в несколько рядами по ходу движения воздуха. В верхнем коллекторе расположен входной штуцер для теплоносителя, в нижнем - выходной.

Изготовляют одноходовые и многоходовые калориферы. В одноходовых калориферах теплоноситель движется по всем трубкам параллельно, в многоходовых - последовательно. В одноходовых калориферах применяют теплоносители пар и воду. В многоходовых - только воду.

Для увеличения площади поверхности нагрева на трубки калорифера надевают тонкие стальные пластины или навивают стальную ленту. Изготовленные таким образом калориферы называют пластинчатыми или спирально-навивными.

В производстве нашли применение следующие типы калориферов средней и большой мощности:

- одноходовые пластинчатые КВБ, К3ПП, К4ПП, К3ВП, КПС-П, КПБ-П;

- одноходовые спирально-навивные КФСО, КФБО;

- многоходовые пластинчатые КВС-П, КВБ-П, К3ВП, К4ВП, КВС-П, КВБ-П;

- многоходовые, биметаллические калориферы с накатным алюминиевым КС 4к 0-3, КС 4к 0-4.

Выбирают калориферы по следующей методике.

1. Вычисляют площадь живого сечения калорифера для прохода воздуха:

(1.17)

Где:

f_p - площадь живого сечения калорифера, м², ()_р - расчетная массовая скорость воздуха, кг/(см²).

Фот = Фот / 2=154424,8 * Bm L=L / 2=3742.2

С увеличением массовой скорости повышается коэффициент теплопередачи калорифера, но одновременно возрастает и сопротивление проходу воздуха, что приводит к увеличению расхода электроэнергии на привод вентилятора калориферной установки. По экономическим соображениям массовую скорость ()_р принимают в пределах 4...12 кг/(см²).

По приложением подбирают модель и номер калорифера с площадью живого сечения по воздуху, близкой к расчетной. При параллельной установке нескольких калориферов учитывают их суммарную площадь живого сечения.

Номер калорифера №5 Марка -КФБО. f=0.182м²

2. Для выбранного калорифера вычисляют действительную массовую скорость воздуха:

(1.18)

Где:

f - действительное живое сечение калорифера, м².

Определяют коэффициент теплопередачи k, Вт/м^2оС, для выбранной модели калорифера в зависимости от вида теплоносителя, его скорости (для воды) и массовой скорости нагреваемого воздуха. Расчетные формулы для определения коэффициента теплопередачи приводятся в справочных таблицах.

Скорость воды в трубках калорифера определяют по выражению:

(1.19)

Где:

Ф_от - тепловая мощность системы отопления, Вт, для теплиц Ф_от = Ф_в.о (п. 1.2.1.3);

_в - плотность воды, принимаемая равной 1000 кг/м³;

С_в - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг^оС);

t_г и t_о - температура воды на входе в калорифер и выходе из него, ^оС;

f_тр - площадь живого сечения трубок калорифера для прохода теплоносителя, м².

При параллельном подсоединении n калориферов к трубопроводам теплоносителя расход теплоты на нагрев воздуха в каждом калорифере равен Ф_от/n.

При последовательном подсоединении калориферов в расчет берут весь тепловой поток Ф_от.

3. Определяют действительный поток теплоты, Вт, передаваемый калориферной установкой нагреваемому воздуху:

(1.20)

Где:

k - коэффициент теплопередачи;

F - площадь поверхности нагрева калорифера, м².

При последовательной установке калориферов учитывают их суммарную площадь поверхности нагрева.

t`_ср - средняя температура теплоносителя, ^оС. Для воды:

t`_ср = (t_г + t_о) / 2

Если теплоноситель - насыщенный пар с избыточным давлением до 29,4 кПа, то t`<sub>ср</sub> = 100<sup>о</sup>С. При большем давлении t` _ср принимают равной соответствующей температуре насыщения пара.

t_ср - средняя температура нагреваемого воздуха, ^оС.

Температуру воздуха после калорифера t_к для помещений без тепло избытков принимают равной расчетной внутренней температуре t_к = t_в, для помещений с тепло избытками.

Выбор калорифера считается правильным, если:

(1.21)

При последовательной установке n одинаковых калориферов сопротивление проходу воздуха равно:

4. Расчет систем вентиляции

4.1 Вентиляция

Вентиляцией называют совокупность мероприятий и устройств, обеспечивающий расчетный воздухообмен в помещениях жилых, общественных и производственных зданий.

Вентиляционная система - это совокупность устройств для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха.

По назначению системы вентиляции подразделяются на приточные и вытяжные, обеспечивающие обменную или местную вентиляцию.

Системы вентиляции, подающие воздух в помещение, называют приточными, а удаляющие загрязненный воздух из помещения - вытяжными.

По способу побуждения движения воздуха различают системы с естественной и принудительной вентиляцией. В естественных системах воздух поступает в помещение и удаляется из него вследствие разности плотности воздуха внутри помещения и снаружи, а также под влиянием ветра.

Наиболее эффективны принудительные (механические) системы вентиляции, в которых воздух приводится в движение при помощи вентиляторов, работающих в режиме нагнетания (приточные системы) или разрежения (вытяжные системы).

По характеру распределения приточного воздуха различают механические системы вентиляции с рассредоточенной и сосредоточенной подачей. В первом случае воздух подают в помещение с помощью воздуховодов, равномерно размещенных внутри помещения и снабженных отверстиями.

Во втором - воздух нагнетают в помещение в виде струй.

В производственных зданиях устанавливают металлические воздуховоды, в жилых - неметаллические, изготовленные из строительных конструкций, в административных и общественных - воздуховоды из строительных конструкций и металла.

Круглые воздуховоды рекомендуется предусмотреть следующих диаметров 100, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 мм.

При проектировании системы вентиляции с механическим побуждением должны быть учтены следующие требования:

1. скорость движения воздуха в магистральных линиях должна быть в пределах 10...15 м/с; в ответвлениях и на выходе в помещение - 6-9 м/с;

2. высота выпуска воздуха над уровнем пола 1,8-2,5 м;

3. воздушные струи не должны встречать на своем пути строительные конструкции или другие препятствия;

4. дальнобойность струи должна соответствовать длине обслуживаемой зоны помещения.

4.2 Расчет естественной вытяжной вентиляции

Простейшей схемой естественной вентиляции в животноводческом помещении является шахтная вентиляция. Такая система вентиляции может обеспечить гигиеническое состояние воздуха в помещении в зимнее время при температуре наружного воздуха до - 10^ОС.

Площадь сечения всех вытяжных шахт при естественной тяге:

(1.22)

Где:

_ш - скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с.

Скорость воздуха:

 (1.23)

Где:

h - высота вытяжной шахты, м, равная вертикальному расстоянию от приемного отверстия до устья шахты. Для обеспечения надежной вентиляции значение h должно быть не менее 3 м;

t_н.в - расчетная вентиляционная температура наружного воздуха, ^оС.

Число вытяжных шахт:

(1.24)

Где:

f - площадь живого сечения одной шахты, м, (в типовых проектах животноводческих помещений обычно принимают вытяжные шахты квадратного сечения со стороной квадрата 400, 500, 600 и 700 мм или прямоугольного сечения).

4.3 Аэродинамический расчет воздуховодов приточной вентиляции

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

Расчету воздуховодов предшествует графическое изображение на плане здания элементов системы вентиляции - каналов и воздуховодов, воздухозаборных и вытяжных шахт, приточных и вытяжных установок.

В соответствии с принятыми конструктивными решениями составляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием вентиляционного оборудования и запорных (регулирующих) органов. Схему делят на отдельные расчетные участки, границами которых обычно являются тройники или крестовины. Каждый расчетный участок указывают выносной горизонтальной линией, над которой проставляют расчетный расход воздуха L м³/ч, а под линией - длину участка l, м. В кружке у линии записывают номер участка.

4.3.1 Расчет воздуховодов для сосредоточенной раздачи воздуха

Минимальное число воздушных струй m, при параллельном выпуске воздуха зависит от отношения ширины помещения B к высоте H. При B/H < 4 - один выпуск, при B/H 4 - два выпуска.

Дальнобойность струи воздуха:

(1.25)

Где:

c - поправочный коэффициент, зависящий от максимальной допустимой скорости воздуха в рабочей зоне и соотношения ширины и высоты помещения.

F_об = B * H / m

- площадь поперечного сечения помещения, обслуживаемого одной струей, м²;

a - коэффициент турбулентности струи (обычно 0,07-0,12).

По величине дальнобойности струи и соотношению длины L, ширины B и высоты H помещения выбирают схему расположения выпускных воздуховодов.

Диаметр выпускного насадка, м, - по формуле:

 (1.26)

Где:

L_стр - расход воздуха через один насадок, м³/ч.

Диаметр воздуховодов:

(1.27)

Где:

L_i - расход воздуха через рассчитываемый воздуховод, м³/ч;

- скорость воздуха на выходе из отверстия, м/с.

Диаметр воздуховодов:

Диаметр выпускного насадка:

Принимаем диаметры равными:

d₁=300мм;

d₂=350мм;

d_в=170мм.

4.3.2 Расчет потерь давления

Потери давления определяют в наиболее протяженной ветви вентиляционной системы по выражению:

 (1.28)

Где:

1,1 - запас давления на непредвиденные сопротивления;

R - удельная потеря давления на трение, Па/м;

l - длина участка воздуховода, м;

Z - потери давления в местных сопротивлениях участка воздуховода, Па;

p - динамическое давление на выходе из сети, Па.

Удельную потерю давления на трение можно рассчитать по формуле:

(1.29)

Где:

- коэффициент трения в воздуховоде, принимается равным 0,02-0,03;

- скорость воздуха на расчетном участке, м/с.

Потери давления в местных сопротивлениях:

(1.30)

Где:

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Динамическое давление на выходе из сети:

(1.31)

Где:

_в - скорость воздуха на выходе из сети, м/с.

Таблица:

№	L, м3/ч	l, м	V, м/с	d, мм	R, Па/м	Rl, Па		РД, Па	Z, Па	Rl+Z, Па
1	7484,4	5	13	450	4,5	22,5	2,3	101,4	233,2	255,7
2	3742,2	7	10	360	3,3	23,1	0,3	60	18	41,4
296,8

4.4 Выбор вентиляторов для приточной вентиляции

Вентиляторами называют устройства, предназначенные для подачи воздуха в помещения при напоре не более 15 кПа. По принципу работы и конструктивным особенностям они подразделяются на осевые и центробежные.

Вентиляторы различают по номерам, показывающим диаметр рабочего колеса в дециметрах. Все вентиляторы одной серии или типа по своим размерам геометрически подобны друг другу и имеют одинаковую аэродинамическую схему.

Вентиляторы подбирают по подаче и полному давлению, которое должен развивать вентилятор.

Подачу вентиляторов L_в, м³/ч, для данного помещения принимают по значению расчетного воздухообмена L с учетом подсосов воздуха в воздуховодах:

(1.32)

Где: воздухообмен тепловой отопление

k_п - поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах (для стальных, пластмассовых и асбоцементных воздухопроводов длиной до 50 м - 1,1, в остальных случаях - 1,15);

t - температура воздуха, проходящего через вентилятор, ^оС.

Размещено на Allbest.ru