Обоснование и расчет теплового баланса

Правильно решить вопросы оптимизации микроклимата в каждом конкретном помещении помогает расчет его теплового баланса еще на стадии проектирования, а затем строительства и эксплуатации помещения.

Под тепловым балансом помещения следует понимать количество тепла, которое поступает (без учета отопления) и теряется из него в единицу времени. Цель расчета теплового баланса - определить достаточно ли тепла, выделяемого животными для обеспечения нормального температурного режима в неотапливаемом помещении, если недостаточно, то сколько, т.е. определяется дефицит тепла.

В животноводческих помещениях приходная часть тепла складывается из тепла, выделяемого всеми животными данного помещения и из тепла, выделяемого обогревательными приборами, а расходная часть тепла: 1)из тепла, расходуемого на обогрев приточного холодного воздуха (∆t×L×0,24), 2)из тепла, расходуемого на обогрев ограждающих конструкций здания (∆t×∑К×F), 3)из тепла, расходуемого на испарение влаги с ограждающих конструкций (Wзд).

Тепловой баланс животноводческого помещения рассчитывают по формуле:

Q_ж=∆t(L×0,24 + ∑К×F) + Wзд, где

Q_ж – количество тепла, выделяемое всеми животными за 1 час, ккал/ч;

∆t - разность температур атм.воздуха и помещения

L - количество воздуха, поступающий в помещение за 1 час, кг;

0,24 - количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг воздуха на 1 °С, ккал/кг;

К - коэффициент теплопотери через ограждающие конструкции здания (приложение 15);

F - площадь ограждающих конструкций;

Wзд,- количество тепла, расходуемое на испарение влаги с поверхности ограждающих конструкций, ккал/ч.

Расчет. Определяем приходную часть тепла в помещение от животных.

1 корова живой массой 600 кг, с удоем 10 кг выделяет 757 ккал/ч, а 40 коров - 30280 ккал/ч;

1 корова живой массой 500 кг, с удоем 10 кг выделяет 682 ккал/ч, а 15 коров - 10230 ккал/ч;

1 сухостойная корова живой массой 600 кг выделяет 733 ккал/ч, а 15 коров - 10995 ккал/ч.

Следовательно, от всех животных в помещение поступит свободного тепла (Q_ж) 51505 ккал/ч- приходная часть тепла.

Определяем расход тепла на обогрев приточного холодного воздуха (∆t×L×0,24). Для этого нужно знать часовой V вентиляции по водяному пару для самого холодного периода –7924 м³/ч. Для перевода количества поступающего в помещение воздуха за 1 час, выраженного в м³/ч в кг пользуемся прилож.16. Отсюда следует, что при t в коровнике +10ºC и атмосферном давлении 755 мм рт.ст. коэффициент для перевода = 1,239, следовательно, масса всего вентиляционного воздуха равна:

L= 7924 м³/ч*1,239=9817,8 кг

Если для нагрева 1 кг воздуха на 1ºC требуется 0,24 ккал/ч, то для нагрева всего вентиляционного воздуха потребуется 9817,8*0,24= 2356,3 ккал/ч

∆t= +10ºC- (-5ºC)= +15ºC

для нагрева воздуха от -5ºC до +10ºC будет затрачено

2356,3ккал/ч*15ºC=35344,5 ккал/ч

Таким образом, для обогрева всего приточного вентиляционного воздуха

∆t×L×0,24 требуется 35344,5 ккал/ч.

Определяем расход тепла на обогрев ограждающих конструкций здания.

ворота 4 (3*3)

двери 3 (1,2*2,1)

окна 26 (2,2*2)

стены 2 стороны (80*4)

стены 2 стороны (21*4)

Таблица 6

Определение теплопотери через ограждающие конструкции

Таким образом, на обогрев ограждающих конструкций здания от -5ºC до +10ºC расходуется 38253 ккал теплоты за 1 час. При этом необходимо учесть, что помещение теряет за счет обдувания ветрами 13% тепла от теплопотерь на обогрев ограждающих конструкций, что составит

х= (38253 ккал/ч*13%)/100%=4972,89 ккал/ч

Определяем общий расход тепла на обогрев ограждающих конструкций

38253 ккал/ч+4972,89 ккал/ч=43225,89 ккал/ч - общий расход тепла на обогрев ограждающих конструкций с учетом обдувания ветров.3

Определяем количество тепла, расходуемого на испарение влаги с ограждающих конструкций. Установлено, что с поверхности ограждающих конструкций испаряется 10% влаги от общего количества влаги, выделяемого всеми животными, находящимися в данном помещении.

34360г/ч - 100%

х - 10%

отсюда х= (34360г/ч*10%)100%=3436 г/ч

Установлено, что на испарение 1г влаги затрачивается 0,595 ккал/ч

1г - 0,595 ккал/ч

3436г - х

х= (3436г*0,595ккал/ч)/1г=2044,42 ккал/ч (Wзд)

На испарение влаги с ограждающих конструкций здания расходуется 2044 ккал теплоты за 1 час.

Определяем тепловой баланс:

Q_ж=∆t(L×0,24 + ∑К×F) + Wзд

Приходная часть: Q_ж = 51505 ккал/ч

Расходная часть:

∆t×L×0,24+∆t×∑К×F+ Wзд =35344,5 ккал/ч+43225,89 ккал/ч +2044,42 ккал/ч =80614,81 ккал/ч

Тепловой баланс= 51505-80614,81=-29109,81 ккал/ч

Расчет показывает, что расходная часть тепла превышает приходную часть на 29109,81 ккал/ч, что свидетельствует об отрицательном тепловом балансе.

Определяем нулевой баланс:

∆t= (51505-2044)/( 9817,8*0,24+2550,2)=49461/3232,7=15,08 ºC

Эта разница между t воздуха в помещении и t наружного воздуха не должна превышать 10,08ºC

15,08ºC-5ºC=10,08ºC

Таким образом, если t атм.воздуха будет -5ºC, то в помещении эта t будет 10,08ºC. При понижении t атм.воздуха t в коровнике еще понизится, следовательно есть необходимость подогрева приточного воздуха электрокалориферами. При t в коровнике максимальная влажность водяных паров 9,17 г/м³

9,17 - 100%

х – 70%

отсюда х= (9,17*70%)100%=6,42 г/м³

При t в помещении 10,08ºC, максимальная влажность водяных паров находим по приложению 13 (=9,47 г/м³).

Если учесть, что абсолютная влажность воздуха останется на постоянном уровне 6,42г/м³ , а максимальная влажность при t=10,08ºC составит 9,47г/м³, то относительная влажность:

R=A/E*100%=6,42г/м³/9,47г/м³*100%=67,7%- соответствует зоогигиеническим нормам.

Однако при более низких t воздуха влажность может повышаться. Поэтому необходимо:

1- проводить подогрев холодного вентиляционного воздуха

2- применять влагопоглащающие подстилки

3- не расходовать без надобности лишнее количество воды

4- своевременно убирать навоз