Курсовая работа: Отопление и вентиляция животноводческих зданий
Название: Отопление и вентиляция животноводческих зданий Раздел: Рефераты по физике Тип: курсовая работа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту на тему: «Отопление и вентиляция животноводческих зданий» Введение Теплоснабжение является составной частью инженерного обеспечения сельского хозяйства. Повышение продуктивности в животноводстве и растениеводстве, укрепление кормовой базы, повышение сохранности сельскохозяйственной продукции, улучшение условий жизни сельского населения неразрывно связано с теплоснабжением. 8% от всех работающих в сельскохозяйственной отрасли заняты в теплоснабжении. Специализация производства в животноводстве повышает требования к микроклимату. Содержание животных в холодных и плохо вентилируемых помещениях приводит к снижению продуктивности на 15–40%, расход кормов увеличивается на 10–30%, заболевания молодняка увеличиваются в 2–3 раза. Продуктивность в животноводстве по 1/3 определяется условиями содержания. Большую роль играет поддержание микроклимата в современных коровниках. Он способствует максимальной продуктивности, наилучшей сохранности и интенсивному росту молодняка. Для поддержания микроклимата на животноводческих фермах и комплексах принимают ОВС, посредством которых подают подогретый воздух в верхнюю зону помещения, предусматривая дополнительную подачу наружного воздуха в теплый период года через вентбашни. Удаляют воздух из помещения либо при помощи вентбашень, либо через окна и вытяжные шахты. В холодный и переходной периоды воздух удаляют из помещения через вентбашни при неработающих осевых вентиляторах. В теплый период требуемое количество воздуха подают вентбашнями, при этом удаляют воздух из помещения через фрамуги окон и из навозных каналов. 1. Составление исходных данных Из приложения Г /1/ выписываем расчетные параметры наружного воздуха в таблицу 1. Таблица 1 Расчетные параметры наружного воздуха
Примечание: tн.о. -средняя температура наиболее холодной пятидневки; t – средняя температура наиболее теплой пятидневки. Для переходного периода принимаем температуру наружного воздуха и энтальпию /1/. В таблицу 2 записываем параметры внутреннего воздуха /2/. Таблица 2 Расчетные параметры внутреннего воздуха
Примечание: – расчетная температура внутреннего воздуха, ; – относительная влажность, %; - предельно-допустимая концентрация (ПДК) углекислого газа в зоне содержания животных, (таблица 10.4 /2/). В таблицу 3 записываем выделение вредности животными /2/. Таблица 3 Выделение теплоты, влаги и углекислого газа свиньями
В таблицу 4 выписываем температурные коэффициенты /2/. Таблица 4 Температурные коэффициенты для свиней
Для расчета термических сопротивлений теплопередаче для стен, перекрытий и дверей необходимо знать теплотехнические характеристики строительных материалов и конструкций. Из таблицы 1.12 /2/ выписываем необходимые данные в таблицу 5. Таблица 5 Теплотехнические характеристики строительных материалов и конструкций
2. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции Определяем термическое сопротивление теплопередаче наружных стен, перекрытий, дверей и ворот, : , где – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограничиваю- щей конструкции, ; – толщина слоя материала, м; - коэффициент теплопроводности материала (принимаем по таблице 5), ; – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки (таблица 3.5 /2/),; – коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограничивающей конструкции (принимаем =23 . Для перекрытий и дверей принимаем =8,7 /2/. Значение для наружных стен принимаем в зависимости от заполнения животными 1м2 пола. Рассчитываем заполнение помещения животными, : , где – масса одного животного, ; – количество животных; – площадь помещения, ; ; Так как заполнение животными помещения , то принимаем для стен и потолков /2/. Тогда термическое сопротивление теплопередаче для: – наружных стен =; – перекрытия =1,99 – дверей и ворот =. Рассчитываем термическое сопротивление теплопередаче отдельных зон пола: , где – сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола,; – толщина утепляющего слоя,; – теплопроводность утепляющего слоя,. Сопротивление теплопередаче принимаем равной (стр. 39 /2/): ─для I зоны: ─для II зоны: ─для III зоны: ─для IV зоны: ; ; ; . Определяем требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен и перекрытия,: , где – расчетная температура внутреннего воздуха в холодный период, ; – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года,; – нормативный температурный перепад (принимаем по таблице 3.6 /2/),; – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по отношению к наружному воздуху (принимаем n=1 /2/). Значение нормативного температурного перепада следующее: – для наружных стен =+=18–13,5=4,5; – для перекрытия =0,8*(+)=0,8*(18–13,5)=3,6; где температуру точки росы принимаем из приложения /1/ при и – . Значение расчетной температуры наружного воздуха принимают в зависимости от тепловой инерции наружного ограждения (стр. 33 /2/). Тепловая инерция ограничивающей конструкции: , где – расчетный коэффициент теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции (таблица 5), ; – для наружных стен ; – для перекрытия . Исходя из полученного выражения, в качестве расчетной температуры наружного воздуха принимаем: – для наружных стен при 4<<7 среднюю температуру наиболее холодных трех суток равную ; – для перекрытия при <4 среднюю температуру наиболее холодных суток равную ==-31. Следовательно, находим требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен и перекрытия: . . Аналогично определяем требуемое термическое сопротивление наружных дверей: – ; – =+=18–13,5=4,5; – ; Принимаем термическое сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов равным: для двойного остекления в деревянных переплетах . Требуемое сопротивление теплопередаче окон для производственных и вспомогательных промышленных предприятий с влажным или мокрым режимом (таблица 3.7 /2/) следующее: , т. к. - =18 – (-25)=43. Сравниваем расчетные термические сопротивления ограждающих конструкций с требуемыми термическими сопротивлениями. Исходя из того, что требуемое термическое сопротивление должно быть меньше расчетного термического сопротивления, проверяем соблюдение санитарно-гигиенических норм: ─для наружных стен: ; ; – условие не выполняется. ─для перекрытия: ; ; – условие выполняется. ─для наружных дверей и ворот: ; ; – условие не выполняется. ─для световых проемов: ; ; – условие выполняется. В целом делаем вывод о том, что расчетные термические сопротивления ограждающих конструкций меньше требуемых, кроме перекрытия и световых проемов (т.е. удовлетворяют санитарно гигиеническим нормам). Значит, двери и наружные стены нуждаются в дополнительном утеплении. Производим разбивку пола на отдельные зоны: Определяем площади зон пола: ; ; ; ; Рассчитываем тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции: , 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. – зоны пола. Площадь окна: ; Площадь всех окон: ; Тепловой поток теплопотерь для окон: – обращённых на юго-восток ; – обращенных на северо-запад: ; Тепловой поток теплопотерь для стен: – обращённых на юго-восток: ; – обращенных на северо-запад: ; Тепловой поток теплопотерь для различных зон пола: ; ; ; ; Находим площадь потолка: ; Тепловой поток теплопотерь для перекрытия: ; 3. Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена. 3.1 Холодный период года Определяем влаговыделения животными, : , где - температурный коэффициент влаговыделений (таблица 4); – влаговыделение одним животным (таблица 3), ; – число животных. ; Дополнительные влаговыделения с открытых водяных поверхностей: , Суммарные влаговыделения в помещении: . Рассчитаем количество , выделяемого животными, : , где - температурный коэффициент выделений и полных тепловыделений; - количество , выделяемого одним животным, . ; Определим тепловой поток полных тепловыделений, : , где – тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 3), . ; Тепловой поток теплоизбытков, : , где ФТП – поток теплопотерь (SФТП таблица 6). Угловой коэффициент (тепловлажностное отношение), : . Произведем расчет расхода вентиляционного воздуха, , из условия удаления выделяющихся: – водяных паров: , где – суммарные влаговыделения внутри помещения, ; – плотность воздуха, ; и - влагосодержания внутреннего и наружного воздуха, . Из диаграммы влажного воздуха по рис. 1.1 /2/ определим и : , (при 18 и ); , (при и ). . – углекислого газа: , где – расход углекислого газа, выделяемого животными в помещении,; – ПДК углекислого газа в помещении (таблица 2), ; - концентрация углекислого газа в наружном (приточном) воздухе,, (принимаем 0,4 , стр. 240 /2/). . ─расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена: , где – норма минимального воздухообмена на 1ц живой массы, ; – живая масса животного, кг; n – количество животных. . В качестве расчетного значения расхода воздуха в холодный период принимаем наибольший, т.е. . 3.2 Переходный период года. Определяем влаговыделения животными: ; Дополнительные влаговыделения в переходной период составляют 10% от общего влаговыделения. Определим суммарные влаговыделения: . Тепловой поток полных тепловыделений: ; Тепловой поток теплопотерь ; где и – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в переходный период, :, принимаем ,; . Тепловой поток теплоизбытков, : , где – тепловой поток полных тепловыделений животными в переходный период, ; . Определим угловой коэффициент, : . Влагосодержание внутреннего воздуха: . Влагосодержание наружного воздуха определим по - диаграмме при параметрах и ,. . Рассчитаем расход вентиляционного воздуха, , из условия удаления водяных паров: . В качестве расчетного воздухообмена принимаем , т. к. . 3.3 Теплый период года Определяем влаговыделения животными, : , где - температурный коэффициент влаговыделений; – влаговыделение одним животным, ; – число животных. ; Испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей: ; Суммарные влаговыделения: . Определим тепловой поток полных тепловыделений, : , где - тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 3), ; kt ’’’ =0,86 – температурный коэффициент полных тепловыделений (таблица 4). ; Тепловой поток от солнечной радиации, . , где – тепловой поток через покрытие, ; – тепловой поток через остекление в рассматриваемой наружной стене, ; – тепловой поток через наружную стену, . , где =1512 – площадь покрытия (таблица 6); =1,99- термическое сопротивление теплопередаче через покрытие (таблица 6); = 17,7 – избыточная разность температур, вызванная действием солнечной радиации для вида покрытия – тёмный рубероид, (стр. 46 /2/). . Тепловой поток через наружную стену (за исключением остекления в этой стене): , где =228,9 – площадь наружной стены, ; =0,76 – термическое сопротивление теплопередаче наружной стены, . – избыточная разность температур: для СЗ 6,1; для ЮВ 10,6 , (таблица 3.13) ─для стены с СЗ стороны: ; ─для стены с ЮВ стороны: ; Принимаем в качестве расчетного тепловой поток через наружную стену ЮВ ориентации, через которую наблюдается максимальное теплопоступление. Тепловой поток через остекление, : , где – коэффициент остекления (), (стр. 46 /2/); – поверхностная плотность теплового потока через остекленную поверхность, , (ЮВ: ; таблица 3,12 /2/); =73,5 – площадь остекления. . . Тепловой поток теплоизбытков, : , . Угловой коэффициент, : . Влагосодержание внутреннего воздуха: . Влагосодержание наружного воздуха определяем по - диаграмме (рис. 1.1 /2/) при параметрах и -. Расход вентиляционного воздуха, , в теплый период года из условия удаления выделяющихся: ─водяных паров: . . ─расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена: . В качестве расчетного значения расхода воздуха в теплый период принимаем наибольший, т.е. . Результаты расчетов сводим в таблицу 7. Таблица 7 Результаты расчета тепловоздушного режима и воздухообмена
4. Выбор системы отопления и вентиляции. На свиноводческих 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, : , 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. 6 /2/). Тепловой поток на нагревание приточного воздуха, : , где – расчетная плотность воздуха (); – расход приточного воздуха в холодный период года, (); – расчетная температура наружного воздуха, (); – удельная изобарная теплоемкость воздуха (). . Тепловой поток на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, : , . Тепловой поток явных тепловыделений, : , где – температурный коэффициент явных тепловыделений; – тепловой поток явных тепловыделений одним животным, ; – число голов. ; Определим температуру подогретого воздуха, : , где – наружная температура в зимний период года, ; . Для пленочных воздуховодов должно соблюдаться условие санитарно – гигиенических требований: – в нашем случае удовлетворяет. Принимаем две отопительно-вентиляционные установки мощностью и расходом Дальнейший расчет ведем для одной ОВ установки. 5. Расчет и выбор калориферов В системе вентиляции и отопления устанавливаем водяной калорифер. Теплоноситель – горячая вода 70 – 150. Рассчитаем требуемую площадь живого сечения, , для прохода воздуха: , где – массовая скорость воздуха, , (принимается в пределах 4–10 ). Принимаем массовую скорость в живом сечении калорифера: . . По таблице 8.10 /2/ по рассчитанному живому сечению выбираем калорифер марки КВСБ №10 со следующими техническими данными: Таблица 8 Технические данные калорифера КВСБ №10
Принимаем два калорифер в ряду. Уточняем массовую скорость воздуха: . Определяем скорость горячей воды в трубках: ; где -удельная теплоемкость воды; - плотность воды; Определяем коэффициент теплопередачи, : , где – коэффициент, зависящий от конструкции калорифера; – массовая скорость в живом сечении калорифера, ; и – показатели степени. Из таблицы 8.12 /2/ выписываем необходимые данные для КВСБ №10: ; ; ; ; . . Определяем среднюю температуру воздуха, : . Определяем среднюю температуру воды, :
Определяем требуемую площадь поверхности теплообмена калориферной установки, : . Определяем число калориферов: , где – общая площадь поверхности теплообмена, ; – площадь поверхности теплообмена одного калорифера, . . Округляем до большего целого значения, т.е. . Принимаем два калорифера. Определяем процент запаса по площади поверхности нагрева: . – удовлетворяет. Аэродинамическое сопротивление калориферов, : , где – коэффициент, зависящий от конструкции калорифера; – показатель степени. . Аэродинамическое сопротивление калориферной установки, : , где =1 – число рядов калориферов; – сопротивление одного ряда калориферов, . . 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. 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, : . Принимаем ближайший диаметр, исходя из того, что полученный равен (стр. 193 /2/). Динамическое давление, : , где - плотность воздуха. . Определяем число Рейнольдса: , где – кинематическая вязкость воздуха, , (табл. 1.6 /2/). ; Коэффициент гидравлического трения: , где – абсолютная шероховатость, , для пленочных воздуховодов принима- ем . . Рассчитаем коэффициент, характеризующий конструктивные особенности воздухораспределителя: , 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, : , где – коэффициент расхода (принимают 0,65 для отверстий с острыми кромками). . Коэффициент, характеризующий отношение скоростей воздуха: , где – скорость истечения через отверстия в конце воздухораспределителя, (рекомендуется ), принимаем . . Установим расчетную площадь отверстий, , в конце воздухораспределителя, выполненных на 1 длины: . По таблице 8.8 /2/ принимаем один участок. Определим площадь отверстий, , выполненных на единицу воздуховода: , где – относительная площадь воздуховыпускных отверстий на участке воздухораспределителя (стр. 202,/2/). . Диаметр воздуховыпускного отверстия принимают от 20 до 80 , примем . Определим число рядов отверстий: , где – число отверстий в одном ряду (); - площадь воздуховыпускного отверстия, . Определим площадь воздуховыпускного отверстия, : . ; ; ; ; Шаг между рядами отверстий, : – для первого участка ,; ; – для последующих участков ; ; ; Определим статическое давление воздуха, : ─в конце воздухораспределителя: ; ─в начале воздухораспределителя: . Потери давления в воздухораспределителе, : . Дальнейший расчет сводим в таблицу 9. Причем, определяем потери давления в результате трения по длине участка, в местных сопротивлениях и суммарные потери по следующим формулам: , , , где R – удельные потери давления на единице длины воздуховода, определяется по монограмме (рис. 8.6 /2/) – коэффициент местного сопротивления (таблица 8.7 /2/). Таблица 9 Расчет участков воздуховода
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 5°С), что наблюдается в холодный период года. Скорость воздуха в поперечном сечении вытяжной шахты, : , где – высота вытяжной шахты между плоскостью вытяжного отверстия и устьем шахты (3–5), (принимаем ); – диаметр, (принимаем ); – расчетная наружная температура, (); – сумма коэффициентов местных сопротивлений. Местное сопротивление определяем по таблице 8.7 /2/: ─для входа в вытяжную шахту: ; ─для выхода из вытяжной шахты: . . . Определяем расчетный расход воздуха через одну шахту, : ; где – площадь поперечного сечения шахты, . Рассчитаем площадь поперечного сечения шахты, : . . Определяем число шахт: , где – расчетный расход воздуха в зимний период, ; – расчетный расход воздуха через одну шахту, . . Принимаем число шахт для всего помещения . 7. Выбор вентилятора Подбор вентилятора производят по заданным значениям подачи и требуемого полного давления. Принимаем вентилятор исполнения 1. Подачу вентилятора определяем с учетом потерь или подсосов воздуха в воздуховоды, вводя поправочный коэффициент к расчетному расходу воздуха для стальных воздуховодов 1,1, : . Определяем полное давление вентилятора, : , где – температура подогретого воздуха, . По подаче воздуха вентилятора и требуемому полному давлению, согласно графику характеристик вентиляторов ВЦ 4–75 (рис. 8.13 /2/), выбираем вентилятор марки: Е 8. 0,95–1. 8. Энергосбережение Наиболее эффективным техническим решением вопроса сокращения расхода тепловой энергии на обеспечение микроклимата, безусловно является использование типа воздуха, удаляемого из животноводческих и птицеводческих помещений. Расчет технико-экономических показателей микроклимата показывает, что применение в системах утилизаторов тепла позволяет сократить расход тепловой энергии на данный технологический процесс более чем в 2 раза. Однако такие системы более металоемкие и требуют дополнительных эксплуатационных затрат электрической энергии на вентиляторы. Использование тепловой энергии в системах вентиляции в основном обеспечивается за счет применения регенеративных и рекуперативных теплообменных аппаратов различной модификации. Литература 1. Отопление и вентиляция животноводческих зданий. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. – Мн. Ротапринт БАТУ. 2001 г. 2. Справочник по теплоснабжению сельского хозяйства/Л.С. Герасимович, А.Г. Цубанов, Б.Х. Драганов, А.Л. Синяков. – Мн.: Ураджай, 1993. – 368 с. |