Расчет теплового баланса

 

В неотапливаемых помещениях основным источником выделяемого тепла являются животные или птица.

Расход тепла в помещениях складывается из его потерь на:

а) нагрев воздух, подаваемого в помещение системой вентиляции;

б) испарение влаги с ограждающих конструкций и

в) потери через ограждающие конструкции.

Тепловой баланс помещения можно выразить в виде равенства:

 

Wж = Wв + Wи + Wогр,

 

где Wж - количество свободного тепла, выделяемого животными, ккал/ч;

Wв - расход тепла на нагрев воздуха, подаваемого в помещение системой вентиляции, ккал/ч;

Wи - расход тепла на испарение влаги с поверхности ограждающих конструкций, ккал/ч;

Wогр - потери тепла через ограждающие конструкции, ккал/ч.

Количество свободного тепла, выделяемого животными в помещении, определяется по формуле 32:

 

Wж = Wн х К, (32)

 

где Wн - количество свободного тепла, выделяемого всеми животными в помещении в течение 1 часа при нормативной температуре воздуха помещения.

 

Wж = (250 × 124 + 250 × 170 + 500 × 185) × 0,92 = 152720 ккал/ч.

 

Расход тепла на нагрев воздуха, подаваемого в помещение системой вентиляции, рассчитывается по формуле 33:

 

Wв = 0,31 х L х (tв - tн), (33)

 

где Wв - расход тепла на нагрев воздуха, подаваемого в помещение системой вентиляции, ккал/ч;

0,31 - теплоемкость воздуха, ккал/м³;

L - часовой объем вентиляции, м³/ч.

 

Wв = 0,31 ккал/м³ × 20236 м³/ч х (17°С - (-20°С)) = 232107 ккал/ч.

 

Расход тепла на испарение влаги с поверхности ограждающих конструкций рассчитывается по формуле 34:

 

Wи = Qи х 0,595, (34)

 

где 0,595 - затраты тепла на испарение 1 г влаги, ккал/г.

 

Wи = 8661,5 г/ч х 0,595 ккал/г = 5153,6 ккал/ч.

 

Потери тепла через ограждающие конструкции рассчитывается по формуле 35:

 

Wогр = ∑FKогр х (tв - tн), (35)

 

где ∑FKогр - общие теплопотери через ограждающие конструкции в расчете на 1ºС, ккал/ч.

Общие теплопотери через ограждающие конструкции в расчете на 1ºС включают собственно теплопотери через ограждающие конструкции и теплопотери при обдувании здания ветром и рассчитываются по формуле 36:

 

∑FKогр = ∑FK + ∑FKвет, (36)

 

где ∑FK - собственно теплопотери через ограждающие конструкции, ккал/ч;

∑FKвет - теплопотери при обдувании здания ветром, ккал/ч. Эта величина принимается равной 13 % от количества теплопотерь через стены, окна и ворота и рассчитывается по формуле 37:

 

∑FKвет = (FKстен + FKокон + FKворот) х 0,13, (37)

 

где FKстен, FKокон и FKворот - теплопотери соответственно через стены, окна и ворота.

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции в расчете на 1ºС приводим в виде таблицы 5.

 

Таблица 5 - Потери тепла через ограждающие конструкции в расчете на 1ºС.

Ограждающие конструкции	Площадь ограждающих конструкций (F), м2	Коэффициент теплопередачи (К), ккал/м2∙ч·град	F х K, ккал/ч·град
Перекрытие	2268	0,79	211,72
Окна	226,8	2,5	567
Ворота	32,4	2	64,8
Стены без учета площади окон и ворот	748,8	0,84	629
Пол:
1 зона	576	0,4	230,4
2 зона	528	0,2	105,6
3 зона	496	0,1	49,6
4 зона	684	0,06	41,04
∑FK			1709,16

 

Расчет площади ограждающих конструкций:

 

площадь перекрытия - 126 м × 18 м = 2268 м².

площадь ворот - 4 шт. × (2,7 м × 3,0 м) = 32,4 м².

площадь окон - 226,8 м².

площадь стен без учета площади ворот и окон - (126 м + 18 м) × 2 × 3,5 м - 32,4 м² - 226,8 м² = 748,8 м².

площадь первой зоны пола (S1) - 126 м ×2 м×2 +18 м × 2 м × 2 = 576 м².

площадь второй зоны пола (S2) - (126 м - 4 м) × 2 м × 2 + (18 м - 8 м) × 2 м × 2 = 528 м².

площадь третьей зоны пола (S3) - (126 м - 8 м) × 2 м × 2 + (18 м - 12 м) × 2 м × 2 = 496 м².

площадь четвертой зоны пола (S4) - (126 м - 12 м) × (18 м-12 м) = 684 м².

 

Общая площадь пола по зонам равна:

 

Sобщ = S1 + S2 + S3 + S4 = 576 м² + 528 м² + 496 м² + 684 м² = 2284 м².

∑FKвет = (629 ккал/ч·град + 567 ккал/ч·град + 64,8 ккал/ч·град) × 0,13

= 163,9 ккал/ч·град.

∑FKогр = 1709,16 ккал/ч·град + 163,9 ккал/ч·град = 1873,1 ккал/ч·град.

Wогр = 1873,1 ккал/ч·град х (17°С - (-20°С)) = 69304,7 ккал/ч.

Полученные значения подставляем в равенство теплового баланса:

152720 ккал/ч = 232107ккал/ч + 5153,6ккал/ч + 69304,7 ккал/ч

152720 ккал/ч ≠ 306565,3 ккал/ч

 

Расчеты показали, что теплопотери превышают поступление тепла, следовательно тепловой баланс отрицательный.

Имеющийся дефицит тепла определяется по формуле 38:

 

Dt = Wв + Wи + Wогр - Wж, (38)

где Dt - дефицит тепла, ккал/ч.

Dt = 232107ккал/ч + 5153,6ккал/ч + 69304,7ккал/ч - 152720ккал/ч = 153845,3 ккал/ч.

 

Существующий дефицит тепла можно компенсировать путем подогрева наружного воздуха, подаваемого в помещение системой вентиляции с искусственным побуждением воздуха. При этом исходят из того, что 1 кВт/ч электроэнергии эквивалентен 860 ккал/ч тепловой энергии. Количество электроэнергии в кВт/ч, которое необходимо затратить для покрытия существующего дефицита тепла, определяется по формуле 39:

 

Р = Dt / 860, (39)

 

где Р - количество электроэнергии в кВт/ч, которое необходимо затратить для покрытия существующего дефицита тепла.

 

Р = 153845,3 ккал/ч / 860 = 179кВт/ч.

Заключение

 

1. Обоснование выбора системы вентиляции

Расчеты часового объема показали, что в помещении необходимо установить систему вентиляции с естественным побуждением воздуха, рассчитанной по образующимся в помещении водяным парам. Если бы использовалась система вентиляции, рассчитанная по меньшему значению, т.е. по выделяемому углекислому газу, то параметры микроклимата, в частности концентрация углекислого газа, не соответствовали бы нормативу.

Допустим, что LН2О = LСО2,тогда LН2О = С / (с1 - с2), а с1 = С / LН2О + с2

 

с1 = 39865/14438+0,03 = 2,79, что превышает нормативное значение.

 

2. Расчет температуры нулевого баланса

Для определения минимальной разности температур внутреннего и наружного воздуха, при которой количество поступающего в помещение тепла равно его расходу в течение одного часа, по формуле рассчитывается значение температуры нулевого баланса:

 

∆tнб = (Wж - Wи) / (ΣFKогр + 0,31 х L),

 

где Δtнб - температура нулевого баланса, ºС.

 

∆tнб = (152720 - 5153,6) / (1873,1+0,31×20236) = 18,1 ºС.

 

При наличии дефицита тепла, величина температуры нулевого баланса всегда будет меньше, чем истинная разница между температурами внутреннего и наружного воздуха.

Используя формулу ∆t = tв - tн, и подставляя в нее вместо значения ∆t значение ∆tнб, по формуле рассчитывается минимальная температура наружного воздуха при которой возможна естественная вентиляции помещения без подогрева подаваемого в него воздуха:

 

tн = tв - ∆tнб.

tн = 17 - 18,1 = - 1,1 ºС.

 

Температура воздуха внутри помещения при подаче в него наружного воздуха с температурой, указанной в задании, рассчитывается по формуле:

 

tв = ∆tнб + tн.

tв = 18,1-20 = - 1,9 ºС.

 

3. Расчет основных параметров системы вентиляции с искусственной тягой воздуха

Подогрев подаваемого в помещение воздуха при помощи электрокалориферов возможен только при установки вентиляционной системы с искусственным побуждением тяги воздуха. Чтобы не допустить попадание в помещение через нетехнологические отверстия пыли и микроорганизмов в летний период и холодного воздуха в зимний, объем подаваемого системой вентиляции должен быть на 10-15 % больше удаляемого. Часовой объем вентиляции с искусственным побуждением воздуха рассчитывается по формуле:

 

Lиск = L + L х 0,10,

 

где: Lиск - часовой объем вентиляции с искусственным побуждением тяги воздуха, м³/ч.

 

Lиск =20236 + 20236 × 0,10 = 22259,6 м³/ч.

 

Кратность воздухообмена вентиляционной системы с искусственным побуждением тяги воздуха рассчитывается по формуле:

 

Nкр = Lиск / V,

Nкр =22259,6/7938 = 3 раза/ч.

 

Величина теплопотерь на нагрев воздуха, подаваемого системой вентиляции с искусственным побуждением тяги воздуха, рассчитывается по формуле:

 

Wв. иск = 0,31 х Lиск х (tв - tн),

 

где: Wв. иск - теплопотери на нагрев воздуха, подаваемого системой вентиляции с искусственным побуждением, ккал/ч.

 

Wв. иск = 0,31 х 22259,6 х (17+20) = 255317,6 ккал/ч.

 

Величина дефицита тепла и общая мощность электрокалориферной установки рассчитываются по вышеприведенным формулам:

 

Dt = 255317,6 + 5153,6 + 69304,7-152720 = 177055,9 ккал/ч.

Р = 177055,9/860 = 206 кВт/ч.

Выводы и предложения

 

1. Площадь помещения в расчете на одну голову составляет 2,27 м², что превышает нормативный показатель, равный 1,2 м². Для приведения к нормативному показателю площади пола на одну голову животного необходимо увеличить поголовье животных до (2,27/1,2) х 1000 ≈ 1900 голов.

2. Годовая потребность животных в воде составляет всего 20 м³, из них на поение - 10 м³, и 2 м³ горячей воды.

3. Годовой выход навоза составляет 3650 т; для его хранения необходимо иметь навозохранилище площадью 1825 м². Для хранения навоза, получаемого от животных необходимо иметь оборудованную территорию размером 50 м х 37 м.

4. Для обеспечения требуемого уровня естественной и искусственной освещенности в помещении необходимо установить 105 окон размером 1,2 м Х 1,8 м и 850 люминесцентных ламп мощностью 80 Вт и достаточно 85 ламп для дежурного освещения в ночное время.

5. Часовой объем вентиляции по выделяемому углекислому газу равен 20236 м³/ч, по образующимся водяным парам - 14438. Следовательно необходимо установить систему вентиляции по выделяемому углекислому газу, в противном случае в помещении будет излишек углекислого газа, что неблагоприятно отразиться на состоянии здоровья животных. Кратность воздухообмена - 3 раз/ч. Уровень воздухообмена в расчете на одну голову - 20,24 м³/ч, на ц живой массы - 30 м³/ч. Это (полностью соответствует, не соответствует, превышает) нормативному показателю, равному______м³/ч.

Для приведения к нормативному показателю уровня воздухообмена на одну голову животных или единицу живой массы необходимо ______________количество воздуха, поступающего в помещение; часовой объем вентиляции согласно норме воздухообмена должен составлять ______м³/ч.

Для обеспечения требуемого уровня воздухообмена с естественной тягой воздуха в помещении необходимо установить 36 приточных каналов сечением 0,2 м Х 0,3 м и 3 вытяжных труб сечением 1,0 м Х 1,0 м. Такая система вентиляции может использоваться при температуре наружного воздуха не ниже минус 1,1 ºС. При ее дальнейшем понижении, температура воздуха в помещении будет резко снижаться, достигнув минус 1,9 ºС при наружной температуре минус 20 ºС.

6. Тепловой баланс помещения отрицательный. Дефицит тепла составляет 153845,3 ккал/ч. Для его устранения требуется установить электрокалориферную установку мощностью 179 кВт/ч.

Для повышения температуры воздуха в помещении до оптимального значения необходимо использовать обогревательные установки или электрокалориферы. Их можно установить только при использовании механической системы вентиляции. Анализируя кратность воздухообмена, и учитывая дефицит тепла, она должна отвечать следующим требованиям: производительность - 22259,6 м³/ч; мощность электрокалориферной установки - 206 кВт/ч.

Кроме этого, перед наступлением холодного периода необходимо провести ряд мероприятий, направленных на утепление здания: утеплить окна и двери.

Список литературы

 

1. Волков Г.К. Гигиена выращивания здорового молодняка / Г.К. Волков // Ветеринария. - 2003 - №1 - с.3-6.

2. Гершун В.И., Бойко И.А. Практикум по ветеринарной гигиене: Учебное пособие / В.И. Гершун, И.А. Бойко. - БелГСХА, 1995. - 224 с.

3. Карташова А.Н. Гигиена животных: Практикум / А.Н. Карташова. - Минск: НВЦ Минфина, 2007. - 292 с.

4. Кобозев В.И. Зоогигиена с основами ветеринарии: Учебное пособие / В.И. Кобозев, Л. Л Жук. - Мн.: Ураджай, 2001. - 421 с.

5. Кузнецов А.Ф. Гигиена животных / А.Ф. Кузнецов, М.С. Найденский, А.А. Шуканов, Б.Л. Белкин. - М.: "Колос", 2001. - 368 с.

6. Кузнецов А.Ф. Гигиена содержания животных: Справочник / А.Ф. Кузнецов. - СПб.: Издательство "Лань", 2003. - 640 с.

7. Онегов А.П. и др. Гигиена сельскохозяйственных животных / А.П. Онегов. и др. - М.: "Колос", 1977. - 400 с.

8. Семенюта А.Т. Гигиена содержания крупного рогатого скота / А.Т. Семенюта. - М., "Колос", 1972. - 490 с.

9. Таламов Г.А., Хмелевский Б.Н. Санитария кормов: Справочник / Г.А. Таламов, Б.Н. Хмелевский. - М.: Агропромиздат, 1991. - 303 с.

10. Чикалев А.И. Зоогигиена с основами проектирования животноводческих объектов: Учебное пособие / А.И. Чикалев. - СПб.: Издательство "Лань", 2006. - 224 с.

11. www.fadr. msu.ru

12. http://www.fermer.ru/sovet/zhivotnovodstvo/21640