Зоогигиена. Аэродинамический расчет в коровнике

Кубанский государственный аграрный университет

факультет ветеринарной медицины

Кафедра паразитологии, ветсанэкспертизы и зоогигиены

Курсовая работа

на тему: Зоогигиена. Аэродинамический расчет в коровнике

Выполнил: ст. Быданов С.В

Проверил: доцент Меренкова Н.В.

Краснодар, 2013г.

1. Особенности микроклимата в конюшне

1.1 Параметры микроклимата животноводческих помещений

Для максимального использования генетического потенциала лошадей, поддержания их здоровья и высокого уровня производительности, необходимо создать оптимальную среду обитания. Комфортные условия - это больше, чем своевременное кормление, тщательный уход и мониторинг здоровья. Необходимо, чтобы системы содержания и кормления соответствовали потребностям животных. Кроме того, для достижения наилучшего конечного результата чрезвычайно важным является правильное устройство конюшни.

Большинство новых технологий, применяемых при строительстве зданий, обеспечивают, прежде всего, повышение общей эффективности, производительности, энергосбережения и удобства управления.

Микроклиматом животноводческих помещений называется совокупность физических и химических факторов воздушной среды, сформировавшаяся внутри этих помещений. К важнейшим факторам микроклимата относятся: температура и относительная влажность воздуха, скорость его движения, скорость его движения, химический состав, а также наличие взвешенных частиц пыли и микроорганизмов. При оценке химического состава воздуха определяют прежде всего содержание вредных газов: углекислого, аммиака, сероводорода, окиси углерода, присутствие которых снижает сопротивляемость организма к заболеваниям.

Факторами, влияющими на формирование микроклимата, являются также: освещённость, температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций, определяющая точку росы, величина лучистого теплообмена между этими конструкциями и животными, ионизация воздуха и др. [6]

Зоотехнические и санитарно-гигиенические требования по содержанию животных и птицы сводится к тому, чтобы все показатели микроклимата в помещениях строго поддерживались в пределах установленных норм [1].

Эти нормы назначают с учётом технологических условий и определяют допустимое колебания температуры, относительной влажности воздуха, скорости движения воздушных потоков, а также указывают предельно допустимое содержание в воздухе вредных газов [2].

При правильном содержании животных и оптимальной температуре воздуха концентрация клоачных газов и количество влаги в воздухе помещения не превышает допустимых величин.

В общем случае обработка приточного воздуха включает: очистку от пыли, уничтожение запахов (дезодорация), обезвреживание (дезинфекция), нагревание, увлажнение, осушение, охлаждение. При разработке технологической схемы обработки приточного воздуха стремятся сделать этот процесс наиболее экономичным, а автоматическое регулирование наиболее простым.

Кроме того, помещения должны быть сухими, тёплыми, хорошо освещёнными и изолированными от внешнего шума.

Из всех факторов микроклимата наиболее важную роль играет температура воздуха в помещении, а также температура полов и других поверхностей, т.к. она непосредственно влияет на терморегуляцию, теплообмен, на обмен веществ в организме и другие процессы жизнедеятельности.

Освещённость тоже является важным фактором микроклимата. Естественное освещение наиболее ценно для животноводческих помещений, однако в зимний период, а также поздней осенью его недостаточно. Нормальное освещение животноводческих помещений обеспечивается при соблюдении нормативов естественной и искусственной освещённости.

Естественное освещение оценивается световым коэффициентом, выражающим отношение площади оконных проёмов к площади пола помещения.

Оптимально необходимые параметры тепла, влаги, света, воздуха не постоянны и изменяются в пределах, не всегда совместимых не только с высокой продуктивностью животных и птицы, но иногда и её здоровьем и жизнью. Чтобы параметры микроклимата соответствовали определённому виду, возрасту, продуктивности и физиологическому состоянию животных и птицы при различных условиях кормления, содержания и разведения, его необходимо регулировать с помощью технических средств.

Оптимальный и регулируемый микроклимат - это два различных понятия, которые в то же время взаимосвязаны. Оптимальный микроклимат - цель регулируемый - средство для её достижения. Регулировать микроклимат можно комплексом оборудования.

Практически под микроклиматом помещений понимают регулируемый воздухообмен, т.е. организованное удаление из помещений загрязненного и подачу в них чистого воздуха через систему вентиляции. С помощью системы вентиляции поддерживают оптимальный температурно-влажностный режим и химический состав воздуха; создают в различные периоды года необходимый воздухообмен; обеспечивают равномерное распределение и циркуляцию воздуха внутри помещений для предотвращения образования "застойных зон"; предупреждают конденсацию паров на внутренних поверхностях ограждений (стены, потолки и др.); создают в животноводческих и птицеводческих помещениях нормальные условия для работы обслуживающего персонала.

1.2 Влияние химического состава воздуха на продуктивность сельскохозяйственных животных

Животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ и водяные пары. В 100 объёмных частях воздуха (без водяных паров) содержится: азота 78,13 части, кислорода 20,06 части, гелия, аргона, криптона, неона и других инертных (недеятельных) газов 0,88 части, углекислого газа 0,03 части. При оптимальной температуре воздуха 500-килограммовая лошадь выделяет в сутки 10-15 кг водяных паров [4].

Находящийся в воздухе в газообразном состоянии азот не используется животными: сколько вдыхает азота столько же и выдыхает. Из всех газов животные усваивают только кислород (О2).

Сравнительно постоянен атмосферный воздух и по содержанию в нём углекислого газа (СО2) (колебания в пределах0,025-0,05%). Но в выдыхаемом животными воздухе содержится его значительно больше, чем в атмосфере. Максимально допустимая концентрация СО2 в скотных дворах 0,25%. В течение часа лошадь в среднем выделяет 101-115 л углекислого газа. При увеличении допустимой нормы дыхание и пульс животного сильно учащается, а это, в свою очередь, отрицательно влияет на его здоровье и продуктивность. Поэтому регулярная вентиляция помещений - важное условие нормальной жизнедеятельности.

В воздухе плохо проветриваемых животноводческих помещений можно обнаружить довольно значительную примесь аммиака (NH3) - газа с едким запахом. Этот ядовитый газ образуется при разложении мочи, кала, грязной подстилки. Аммиак в животноводческих помещениях накапливается при разложении азотсодержащих соединений. Основным источником его образования являются моча и жидкие фекалии. Больше аммиака выделяется при повышенной температуре. Аммиак вызывает у животных коньюктивиты, а также воспаления слизистых оболочек дыхательных путей. Вдыхание его даже нетоксических доз ослабляет сопротивляемость организма, подготовляя почву для различных заболеваний, ухудшает течение анемий, бронхопневмоний, желудочно-кишечных заболеваний молодняка. При поступлении через легкие в кровь аммиак превращает гемоглобин эритроцитов в щелочной гематин, вследствие чего наблюдаются признаки анемии. Аммиак в процессе дыхания оказывает прижигающее действие; он легко растворяется в воде, поглощается слизистыми оболочками носоглотки, верхних дыхательных путей, конъюнктивой глаза, вызывая сильное их раздражение. В таких случаях у животных появляется кашель, чихание слезотечение и другие болезненные явления. Допустимая норма аммиака в воздухе скотных дворов 0,026%.

При гниении кала в результате разложения его в жижеприёмниках и в других местах в воздухе помещений при плохом их проветривании накапливается сероводород (H2S), представляющий собой сильно ядовитый газ с запахом тухлых яиц. Появление сероводорода в помещении - сигнал о плохом санитарном состоянии животноводческих помещений. Вследствие этого возникает целый ряд нарушений в состоянии организма: воспаление слизистых оболочек, кислородное голодание, нарушение функции нервной системы (паралич дыхательного центра и центра управления кровеносных сосудов) и др. Всасываясь в кровь, сероводород связывает железо, входящее в соединение с гемоглобином, что приводит к нарушению окислительных процессов, общему отравлению организма

Пыль. По происхождению пыль в животноводческих помещениях бывает минеральная и органическая. Больше содержится органической пыли, которая образуется при раздаче кормов, уборке помещений, чистке животных. Попадая в органы дыхания, пыль вызывает раздражение, зуд и воспаление, тем самым способствует внедрению возбудителей инфекций.

Содержание пыли в воздухе помещений допускается для взрослых животных - 1,0-1,5 мг/м3, для молодняка - 0,5-1,0 мг/м3.

Микроорганизмы. В воздухе животноводческих помещений имеются различные микроорганизмы (патогенные, условно-патогенные, непатогенные). Концентрация большого поголовья животных на ограниченной территории создает условия для увеличения бактериальной обсемененности воздуха. По видовому составу микроорганизмы относятся в основном к сапрофитной микрофлоре. В воздухе помещений содержится много кокков, спор плесневых грибов, часто встречаются кишечная и синегнойная палочки, стафилококки, стрептококки и др. при наличии больных животных, а также скрытых бацилло- и вирусоносителей в воздухе находятся возбудители паратифа, пастереллеза, пуллороза, листерелеза, туберкулеза, ящура и др. для санитарно-гигиенической оценки в воздухе определяют: общее количество микроорганизмов, обсемененность кишечной палочкой, наличие гемолитических стрептококков и содержание спор грибов.

Для снижения микробной обсемененности применяют влажную и аэрозольные дезинфекции, используют ультрафиолетовые бактерицидные лампы, обеспечивают организованную вентиляцию.

1.3 Влияние физических свойств воздуха на организм животного

Огромное влияние на организм, в частности на процессы теплообразования, постоянно протекающие во всех клетках тела, оказывает температура окружающей среды. Низкая температура внешней среды усиливает обмен веществ в организме, задерживает отдачу внутреннего тепла; высокая - наоборот. При высокой температуре воздуха отдача организмом внутреннего тепла во внешнюю среду осуществляется в процессе дыхания через лёгкие, а также путём теплоизлучению через кожу. Во втором случае тепло излучается в форме инфракрасных лучей. При повышении температуры воздуха до температуры тела животного излучение с поверхности кожи прекращается. Поэтому в помещение скотного двора важно поддерживать нормальный микроклимат, причём колебания температуры не должны превышать 3°.

При любой температуре животные лучше себя чувствует и лучше продуцируют в условиях сухого воздуха. Теплоотдача при сухом воздухе и высокой температуре осуществляется организмом путём потоотделения и испарения влаги через лёгкие в процессе дыхания. При низких же температурах сухой воздух способствует снижению теплоотдачи. Важную роль в жизнедеятельности организма играет солнечная инсоляция. Под действием солнечных лучей в организме усиливается обмен веществ, лучше, в частности, осуществляется снабжение органов и тканей кислородом, усиливается отложение в них питательных веществ - белков, кальция, фосфора. Под действием солнечных лучей в коже образуется витамин D. Солнечный свет, обезвреживая болезнетворные микроорганизмы, создаёт для животных благоприятные условия, повышает устойчивость их организма против инфекционных заболеваний. При недостаточном солнечном освещении животное испытывает световой голод, вследствие чего в организме возникает ряд нарушений. Отрицательно влияет на организм и слишком высокая солнечная инсоляция, вызывая ожоги и, а нередко солнечный удар.

Солнечные лучи интенсифицируют рост волос, усиливают функцию кожных желёз (потовых и сальных), при этом утолщается роговой слой, уплотняется эпидермис, что очень важно для усиления сопротивляемости организма. В зимний стойловый период следует организовать регулярные прогулки животных и практиковать их искусственное ультрафиолетовое облучение (при соблюдении необходимых предосторожностей). Ультрафиолетовые лучи обладают большой биологической активностью и бактерицидностью. В закрытых помещениях наблюдается недостаток природных ультрафиолетовых лучей, поэтому с целью профилактики необходимо применять облучение животных, при этом повышаются их сохранность, продуктивность, снижается заболеваемость и падеж. Для ультрафиолетового облучения применяют различные лампы. Животных облучают один раз в 2-3 дня. Расстояние от спины животного до облучателя должно соответствовать заданным параметрам в инструкции к лампам.

Важное значение имеет влажность воздуха в помещении. При высокой влажности и температуре и слабом движении воздуха в помещении сильно сокращается теплоотдача, вследствие чего наступает перегревание организма, а это может привести к тепловому удару. Особенно неблагоприятное воздействие оказывает высокая влажность на молодых и ослабленных животных. Сырость в помещениях способствует сохранению различных микроорганизмов и созданию благоприятных условий для передачи возбудителей заболеваний воздушно-капельным путем. При таких условиях снижается аппетит у животных, продуктивность, устойчивость к заболеваниям, появляется вялость слабость. Отрицательно влияет высокая влажность воздуха при низкой температуре: она вызывает потерю организмом большого количества тепла. На восполнение этих потерях животному требуется дополнительное количества корма. Для обеспечения оптимальной влажности (70-75%) в помещениях необходимо создать нормальный воздухообмен, своевременно удалять навоз и жижу, строить полы из влагонепроницаемого материала, не допускать пустот между настилом пола и грунтом, течи воды из поилок, применения только влагоемкой подстилки.

Скорость движения воздуха воздействует на теплорегуляцию организма животных. При высокой влажности и высокой температуре движение воздуха не охлаждает организм, а приводит к его перегреванию. При низких температурах повышенная скорость движения воздуха вызывает охлаждение организма животных. [5].

Несоблюдение требований микроклимата в помещениях приводит к уменьшению приростов массы 20-30%, увеличению отхода молодняка до 5-40%, к расходу дополнительного количества кормов, сокращению срока службы оборудования, машин и самих зданий, снижению устойчивости животных к разным заболеваниям.

Ионизация воздуха. Она благоприятно влияет на организм и улучшает микроклимат в помещениях. Аэроионизация в 2-4 раза снижает количество пыли и микроорганизмов, на 5-8% - относительную влажность воздуха, повышает обменные процессы в клетках и тканях организма.

Уровень шума. В животноводческих помещениях при работе механизмов и оборудования (при доении, подготовке кормов, кормораздаче, уборке навоза, вентиляции и др.) создается шум. Высокий уровень шума отрицательно влияет как на животных, так и на обслуживающий персонал.

микроклимат конюшня продуктивность вентиляционный

1.4 Энергосбережение систем поддержания микроклимата

В современных условиях резкого повышения стоимости энергоресурсов и кормов значение таких систем многократно возрастает. Даже незначительная ежедневная экономия корма или экономия энергоресурсов приводит по итогам месяца в значительной экономии финансовых ресурсов и рабочего времени. Это, сегодня, дает решающие конкурентные преимущества на рынке. Полностью автоматизированные комплексные системы вентиляции и контроля , в основу которых положены правильные расчеты с учетом специфики животных и конкретного хозяйства, является залогом надежности и максимально высоких результатов производства. Большое значение в настоящее время в связи с подорожанием энергоносителей приобрел вопрос снижения энергозатрат на отопление и вентиляцию ферм. Расходы на потребляемую энергию в отопительный период года (октябрь-апрель) сопоставимы с расходами на кормление животных. Поэтому вопрос снижения энергозатрат в технологических процессах формирования нормативного микроклимата в животноводческих помещениях занимает особое место.

При возведении зданий для содержания сельскохозяйственных животных необходимо помнить об энергосбережении. Особенно этому следует уделять внимание при выборе систем вентиляции и контроля микроклимата и преимущественно использовать оборудование, которое обеспечивает экономию энергоресурсов, просто в управлении и в то же время имеет достаточно эффективные производственные показатели. Такие системы ориентированы на потребление самых дешевых источников энергии, а вентиляция близка к естественной. [9]

Система микроклимата в животноводческом помещении должна быть функциональной, малоэнергоемкой, надежной в эксплуатации, нематериалоемкой, простой в обслуживании и недорогой в изготовлении. Практика показала, что такая система микроклимата окупает себя за 4-6 мес. только за счет дополнительной продукции, полученной от животных. Если же учесть такие факторы, как значительное уменьшение отхода молодняка, расхода корма на единицу продукции, заболеваемости обслуживающего персонала, увеличение срока хозяйственного использования животных и т. д., то экономический эффект окажется более значительным.

При низкой температуре в животноводческих помещениях повышается расход кормов и снижается привес животных. Практика показывает, что уменьшение температуры помещения на 1 градус ниже зоны температурного комфорта увеличивает расход энергии на 5-6 процентов.

Расчеты показывают, что стоимость кормов, энергию которых животные вынуждены тратить на выработку биологического тепла и согревание окружающего воздуха, в 3-4 раза превышает стоимость топлива, требуемого для обогрева помещений до нужной температуры.

Оптимальный микроклимат в животноводческих помещениях достигается путем устройств вентиляции, канализации, применения влагопоглащающей подстилки (солома, торф, опилки). В ряде случаев необходим обогрев помещений. С этой целью применяют теплогенераторы, калориферы различных систем, работающие на горячей воде, жидком топливе и электричестве.

Создание оптимального микроклимата в значительной степени зависит от того, насколько тщательно оборудованы тамбуры, пригнаны и утеплены ворота, оконные проемы. Тамбуры зданий должны быть оборудованы двойными утепленными воротами и воздушными завесами, препятствующие проникновению холодного наружного воздуха. Ворота лучше делать раздвижными.

В решении продовольственной проблемы страны главным стратегическим направлением является интенсификация процессов сельскохозяйственного производства, сопровождающаяся неуклонным ростом эффективности животноводства. Современные животноводческие технологии предъявляют высокие требования к параметрам среды (микроклимату), в которой содержатся животные.

По мнению технологов, продуктивность животных на 50-60% определяется кормами, на 15-20% - уходом и на 10-30% - микроклиматом животноводческого помещения. Существующие системы и средства поддержания микроклимата обладают рядом недостатков и несовершенны: имеется значительный отход поголовья (до 10-15%), наблюдается снижение (на 7-10%) его продуктивности. Велики энергозатраты на отопление и вентиляцию, которые к тому же неполностью обеспечивают санитарные условия труда обслуживающего персонала.

1.5 Системы поддержания микроклимата в конюшнях

Наиболее важным фактором регулирования микроклимата является воздухообмен. Если воздух в животноводческих помещениях не обменивается с наружным, в нем накапливаются водяные пары, агрессивные газы, пыль и микроорганизмы. Такой воздух приобретает вредные свойства. Обмен воздуха в помещениях может происходить естественным путем или при помощи искусственной вентиляции - механическим способом.

Для осуществления естественной вентиляции в животноводческих помещениях следует делать не только вытяжные шахты в потолке, но и приточные каналы в стенах. Вытяжные трубы должны иметь высоту 4-6 м, а чтобы в помещение не попадали осадки - заканчиваться дефлектором с крышкой. Площадь каждой вытяжной трубы - не менее 70х70 см, а приточных каналов - 20х20 см. Приточные каналы следует располагать в продольных стенах в шахматном порядке, площадь их должна составлять 70-80% от площади вытяжных труб.

Причинами неудовлетворительной работы естественной вентиляции могут быть строительные недоделки (щелистость, недостаточное утепление труб), плохая теплоизоляция здания, несвоевременное открывание и закрывание клапанов в вытяжных и приточных каналах. Естественную вентиляцию применяют как правило, в помещениях для содержания взрослых животных.

Наиболее эффективной вентиляцией в животноводческих помещениях является механическая с подогревом приточного наружного воздуха в зимний период. Вентиляционно-отопительные системы должны работать во все периоды года, с той лишь разницей, что в теплые дни подогрев воздуха уменьшают или полностью прекращают.

На микроклимат в животноводческих помещениях влияют конструкция и состояние полов. Пол должен быть водонепроницаемым и теплым, не допускается наличие неровностей и углублений. Уклон пола делается в сторону канализационных лотков (навозного транспортера) - на каждый метр 1,5-2 см. при устройстве и замене деревянных полов нельзя допускать пустот между досками и поверхностью глиняного основания, иначе под полом будет скапливаться жижа, а ее гниение и разложение создадут неблагоприятные санитарно-гигиенические условия. Заслуживают внимания полы с настилом из резиновых плит, с полимерцементным настилом, пустотелые керамические и керамзито-битумные. Для утепления пола и создания гигиенических условий можно применять маты резиновые и изготовленные из безвредных синтетических смол. Можно использовать решетчатые полы, но при этом необходимо учитывать форму решеток, ширину верхней грани и щели, которые зависят от вида и возраста животных [6].

В настоящее время считают, что для условий Западной Европы с умеренным и прохладным климатом наиболее приемлемы, являются закрытые хорошо вентилируемые конюшни. Лошади хорошо переносят низкую температуру, если их содержать в сухом стойле и не допускать сквозняков.

Рис. 1.1 Схема приточного канала

Основными составляющими технологии содержания лошадей при разработке проектов таких зданий условно считается: воздух, кормление и комфортные условия для животных. Как правило, стены выполнены из легких конструкций. Приток воздуха регулируется подъемом шторки из сетчатого или сплошного легкого полимерного материала установленной на оконных проемах.

Рис. 1.2 Схема воздуховода

На таких фермах достаточно широко распространен вариант организации притока воздуха через узкий канал устроенный в месте примыкания кровли к стенам.

От прямого воздействия потока холодного наружного воздуха, места отдыха коров продольных стен защищены утепленной панелью воздуховода. Интенсивность воздухообмена регулируется клапаном. Система допускает применение автоматизированного управления интенсивностью воздухообмена в зависимости от температуры в зоне размещения коров.

Вытяжка воздуха осуществляется через аэрабор в коньке крыши полностью или частично открытого типа.

Рис 1.3 Схема аэрофора

Рис 1.4 Схема работы аэробора

Большие возможности для оптимизации микроклимата помещений представляют аэраборы с изменяющимся сечением вытяжного канала. Величина потока загрязненного воздуха регулируется подъемом V-образной деки специальной штангой или изменением положения клапана (рис. 1.5).

Рис 1.5 Принцип регулирования воздухообмена

Специалисты голландского учебного центра «Ай-Пи-Си Лайвасток» отмечают, что для поддержания требуемого микроклимата в помещениях с собственной вентиляцией следует учитывать основные направления ветра и соотносить их с расположением дверных проемов. Рассматривая проблему модернизации комплексов по производству молока Т. Танненберг (2001) также обращает внимание на то, что концепции свободной вентиляции с открытым коньком, обычные для Западной Европы, должны быть апробированы в условиях низких температур и в зависимости от положения зданий по отношению к ветру.

2. Расчет расхода вентиляционного воздуха

2.1 Выбор расчетных параметров

Принимаем расчетные параметры наружного воздуха в соответствии с СНиП 23-01-99 для г. Краснодара для холодного периода:

- средняя относительная влажность в 13 часов самых холодных суток;

- средняя температура самых холодных суток;

- средняя температура наиболее холодной пятидневки - для проектирования отопления;

- средняя температура за отопительный период;

 суток - продолжительность отопительного периода.[1]

Нормы параметров внутреннего воздуха приняты по [5]

.2 Расчет и выбор системы вентиляции

При правильном содержании животных и оптимальной температуре воздуха концентрация клоачных газов и количество влаги не превышают допустимых значений. Концентрация паров от выделений животных в воздухе помещения сверх допустимой отрицательно сказывается на состоянии здоровья животных и их продуктивности. Кроме влаги и газов, в воздухе животноводческих помещений находятся частицы пыли и микроорганизмы. Загрязненный микроорганизмами воздух может стать источником заражения всего стада. Поэтому на фермах оборудуют приточную и вытяжную вентиляцию.

Максимальное количество воздуха, необходимое для вентиляции помещения в зимний период, определяется по влажности и газосодержанию. Потребный часовой расход воздуха ,необходимый для растворения водяных паров [3]

вл=;                                                                                 (2.1)

где W- количество влаги внутри помещения, г/ч;- влагосодержание вне помещений, г/кг;- влагосодержание внутри помещений, г/кг.

=W1 +W2                                                                             (2.2)

где W1 - количество влаги, выделяемой при дыхании животным, г/ч;- количество влаги, выделяемой кормом, подстилкой.

=0,14 W1                                                                              (2.3)=nWжkykt                                                                              (2.4)

где n- поголовье животных;

Wж- количество влаги, выделяемой при дыхании одним животным, г/ч;,kt - коэффициенты, учитывающие изменение влагосодержания в зависимости от температуры и влажности воздуха, ky =1,5, kt.=1,03[8]

Потребный часовой расход воздуха, необходимый для удаления углекислоты:

Lco2=;                                                                                 (2.5)

где k-выделение углекислоты одним животным, л/ч, [3];

С1 и С2- содержание углекислоты в воздухе вне и внутри помещений, л/м3. [3]

Предельно допустимое содержание углекислоты в воздухе для содержания молодняка и взрослых животных - не более 0,25%. Нормы выделения от одного животного теплоты, углекислоты и водяных паров приведены в [ 5]

Результаты расчета сводятся в таблицу 2.1

В качестве расчетного принимается минимальный воздухообмен

При невозможности обеспечения нормируемых параметров естественным путем проектируют вентиляцию с искусственным либо смешанным побуждением.

3. Расчет системы вентиляции

3.1 Выбор расчетной схемы системы вентиляции

Скорость течения воздуха на головных участках воздуховодов принимается до 10 м/с и 0,5-1 м/с на дальних концевых, при этом стремимся к снижению затрат необходимого количества энергии на перемещение и одновременно чтобы воздуховоды не были дорогими при изготовлении и громоздкими для установки в помещениях. По способу побуждения наметились основные системы механической вентиляции конюшен:

Сверху - вниз-вверх (классическая схема вентиляции);

Сверху - вверх;

Сверху - вниз;

Снизу - вверх;

Снизу - вверз-вниз;

Снизу-сверху - вверх.

Сверху -вверх и снизу - вверх - вентиляция повышенного давления - приток с механическим побуждением, вытяжка - естественная.

Сверху-вниз и сверху - вниз-вверх - система вентиляции равного давления - приток и вытяжка с механическим побуждением.

Снизу - вверх-вниз и снизу - сверху - вверх - система вентиляции, у которой приток с механическим побуждением, вытяжка механическая и естественная. Иногда встречается система вентиляции пониженного давления - вытяжка с механическим побуждением, приток - естественный.

Проведенный анализ литературы по обеспечению эффективности систем вентиляции конюшен, позволили детально рассмотреть основные требования, которые предъявляются к воздухораспределительным устройствам с учетом особенностей данного производства. Эти требования сводятся к следующим: 1 Необходимо стремиться к тому, чтобы приточный воздух не создавал в обитаемой зоне сквозняков и одновременно застойных зон, которые комплексно оценивают подвижностью воздуха, содержанием вредных газов и разностью температур приточного воздуха, обдуваемого непосредственно поверхность тела животного и воздуха в помещении.

Можно рекомендовать максимальную подвижность воздуха в зоне расположения животных при температуре окружающего воздуха 10 С равной зимой 0,5 м/с и 1,0 м/с летом с рабочей разностьютемператур 2,8С.

В Для обеспечения лучших условий теплообмена животных при высоких температурах воздуха tв25С необходимо обеспечить равномерное распределение свежего воздуха по всему объему логова с повышенными скоростями.

Желательно, чтобы конструкция воздухораспределителя допускала возможность автоматического регулирования при минимальном аэродинамическом сопротивлении

Воздухораспределитель не должен занимать полезную площадь логов и мешать обслуживающему персоналу в уходе за животными, а также исключать деформацию и загрязнение рабочих органов лошадьми. [2]

Для зимнего периода содержания животных предпочтительна система верху-вниз, позволяющая при централизованном притоке обеспечить оптимальные параметры микроклимата в рабочей зоне. Загрязненный воздух рекомендуется удальять как из верхней зоны через вытяжные шахты, так и из нижней. В результате для дальнейших расчетов нами предлагается две схемы вентиляции производственных помещений конюшни применительно к региональным климатическим условиям, условиям размещения животных и оптимальному энергопотреблению:

1. Классическая схема вентиляции конюшни (притчонная система с механическим побуждением, подача воздуха через воздуховоды, вытяжка - естественная через вениляционные шахты);

2. Смешанная схема вентиляции конюшни (притчонная система с механическим побуждением, подача воздуха осевыми вентиляторами, вытяжка - естественная через вениляционные шахты).

Расчетная схема системы вентиляции конюшни принята механическая приточно-вытяжная согласно требованиям к проектированию конюшен НТП-АПК 1.10.01.001-00 и ВНТП 645/1618-92.

3.2 Расчет элементов системы вентиляции

Радиус действия шахт не превышает 8-10 метров. В зданиях шириной до 18 м устанавливается один ряд вытяжных шахт. Количество шахт в ряду по длине

N= шт

Принимаем к установке 5 шахт. Скорость движения воздуха в вытяжной шахте высотой 2 м принимается

, м/с

Ориентировочный диаметр патрубка дефлектора равен

, м                                                         (3.1)

где д - скорость воздуха в патрубке дефлектора за счет гравитационного напора

, м/с                        (3.2)

- длина патрубка дефлектора, 1 м; ξ - суммарный коэффициент местных сопротивлений вытяжного воздуховода. Принимаем к установке 5 шахт БВВ 7,1 диаметром 0,745 м

Рисунок 3.1 Шахта вытяжная вентиляционная

.2.1 Расчет классической схемы вентиляции

Для наиболее распространенной схемы воздухораспределения сверху-вниз раздача воздуха производится плоскими струями выше рабочей зоны с обеспечением полного заполнения ее обратным потоком при нормируемых параметрах воздуха. Обратный поток образуется при стеснеии струй ограждения помещения или при встречном потоке струй. При гладих потолках струя формируется настилающей на потолок с выпуском воздуха на выстоте более 0,85 от уровня пола

Нр >0,85 Нп                                                                                  (3.3)

В помещениях с совмещенными покрытиями выпуск воздуха организуется ненастилающими струями при

Нр >0,75 Нп                                                                                  (3.4)

При этом исключение возможности врывания струи в рабочую зону со скоростями выше нормируемых обеспечивается выбором расстояния по вертикали от верхнего уровня рабочей зоны Нрз до оси распределителя Нрас

Нрас≥ 0,3√Sп                                                                                 (3.5)

Sп - площадь сечения помещения, приходящиеся на одну струю, м2.

Компановка сети приточных воздуховодов представляет собой следующее. Так как ширина здание менее 12 м, принимаем один центральный воздуховод. Забор воздуха осуществляется через выасывающий воздуховод канальным вентилятором без выделения отдельного помещения на венткамеру посередине здания конюшни. При расчете сети учитываем потери давления в вентиляционном оборудовании, а естественным давлением пренебрегаем. Расчет воздуховодов сводится к определению размеров их сечений и потерь давления на участках с постоянным расходом воздуха и представлены в табличной форме (таблице 3.1).[17]

Потребная площадь сечения воздуховода

, м2                                                                                (3.6)

где  - часовой расход воздуха в сечении воздуховода, м3/ч,- скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с.

Потери давления на участках воздуховода

, Па                                                                                (3.7)

где R - удельные потери давления на трение, определяются по формуле Дарси

- потери давления в местных сопротивлениях

, Па                                                                             (3.9)

d - диаметр круглого воздуховода или эквивалентный по скорости диаметр прямоугольного воздуховода со сторонами а*в

, м                                                                                              (3.10)

ρвоз - плотность перемещаемого воздуха. Принимается из зависимости

, м                                                                                (3.11)

- температура воздуха на участке, ºС

Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Коэффициент сопротивления трения для всех областей турбулентного режима движения определяется по формуле Альтшуля

                                                                           (3.12)

где kэ - абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности воздуховода, м. Для воздуховода из листовой стали kэ = 0,0001 м.

 - число Рейнольдса; γ - кинематическая вязкость воздуха. При температуре t = 36,4 ºС соответствует γ = 16,96*10-6 м2/с. [8]

Таблица 3.1 - Аэродинамический расчет воздуховодов системы приточной вентиляции

Рисунок 3.2 Аэродинамическая характеристика вентилятора ВР80 75

Отсюда полное требуемое давление с учетом запаса на непредвиденные сопротивления в сети в размере 10% составляют для приточной системы

                                                                          (3.13)

ΔрП1= 1,1 1089= 1197 Па,

Действительная подача вентилятора

, м3/ч                                                                       (3.14)

Действительная подача вентилятора для приточной системы

, м3/с

По аэродинамической характеристике принимаем вентилятор радиальный ВР 80 75 5,0 мощностью 3,0 , частота вращения 1500 об/мин

3.2.1 Расчет смешенной схемы вентиляции

Основными составляющими данной схемы составляют вентиляторы оконные, монтаж которых осуществляется в стенные проёмы по всей длине. Они легко регулируются в автоматическом режиме.

Определение необходимого количества оконных вентиляторов марки ВО-7,1-380 с максимальной производительностью 700 м3/ч

 шт.

Принимаем - 12 шт., расположенные в двы ряда

Действительная подача вентиляторов для приточной системы

, м3/ч

Принимаем 12 осевых вентиляторов серии ВО-7,1-380 конструктивного исполнения по ГОСТ 15150-90 и изготовленных по ТУ 4861-005-42907872-01 для приточных систем (0,25 кВт, 930 об/мин) в количестве 12 комплектов.

.3 Исследование воздушных потоков в помещениях для содержания лошадей

Стремление к созданию системы вентиляции обладающей минимальными потерями давления и созданию равномерного скоростного поля в рабочей зоне помещения привело к применению вентиляционных агрегатов установленных непосредственно в помещении.

В вентиляционном агрегате воздух поступает в помещение, при этом турбулентно перемешивается, на некотором расстоянии от агрегата течение имеет характер близкий к течению потенциального потока.

В случае вентиляции с помощью вдува свежего выдува через вентиляционные шахты, представляется возможным рассматривать воздушный поток в рамках потенциальной задачи.

Переход от пятиугольника (бесчердачные помещения), представленного на рисунке 3.1 к четырехугольнику возможен в силу вариационного принципа [16], суть которого, применительно к данной задаче, заключается в том, что увеличение верхнего угла до 180° изменит характеристики внутри контура, но эти изменения вдали от крыши будут несущественны.

У приточных отверстий, для описания течения, как правило, используется струйная модель.

При расположении вентиляционных агрегатов вдоль помещения и большом количестве впускных отверстий задачу можно решить в плоской постановке.

На математической модели (рисунок 3.2) рассмотрим правую половину помещения, поскольку картина течения симметрична.

Рисунок 3.2 - Математическая модель помещения

Как известно, потенциальное течение описывается уравнением Лапласа

.                                                                          (3.15)

где φ - потенциал течения, который находится построением функции Грина в прямоугольнике ОСДЕ

.                                                           (3.16)

В таком случае задача сводятся к нахождению функции, гармоничной в прямоугольнике ОСДЕ (кроме окрестности точек А, В).

Воспользуемся одним из методов построения функции Грина, а именно методом отражения. Суть этого метода заключается в размещении в точках, симметричных точкам А0,0 и B0,0 соответственно источников и истоков. В точках Ак,м располагаются источники в точках Вк,м - стоки мощностью Q.

Таким образом, функцию, удовлетворяющую условию (2), можно получить сложением потенциалов от источников и стоков, расположенных соответственно в точках Ак,м и Вк,м

.                                                                      (3.17)

В общем виде потенциал течения от источника (стока), расположенного в точке с координатами Хк, Ут, равен

,                                                       (3.18)

где знак минус соответствует источнику, а знак плюс - стоку.

В нашей задаче координаты соответствующих точек запишутся

;                                                                      (3.19)

;                                                      (3.20)

;                                                           (3.21)

.                                                       (3.22)

Здесь ,  - координаты по оси ОУ соответственно источника и стока. Тогда потенциал течения имеет вид

.          (3.23)

Если источник (сток) располагается внутри контура ОСДВ, координаты , , ,  приобретают структуру

.                                                       (3.24)

Проводя аналогичные рассуждения, можно записать потенциал течения в трехмерном случае, когда источник и стоки выполнены в виде отверстий. При этом потенциал течения имеет вид

.     (3.25)

Здесь і = 1 источник (Q > 0); і = 2 - сток (Q < 0); ξ, η, l соответственно координаты точек источника и стока; a, в, с - размеры рассматриваемого объема.

В том случае, когда в помещении имеется несколько секций, состоящих из приточных и вытяжных устройств расположенных однотипно, для упрощения расчетов достаточно рассмотреть отдельную секцию.

В случае трехмерной задачи для инженерных расчетов можно принять -1 ≤ l, m, n ≤ 1. При этом количество слагаемых в уравнении будет равно 54.

Скорость, как известно, равна градиенту потенциала, взятому с обратным знаком

.                                                      (3.26)

Функция тока ψ(х, у) в двухмерном случае можно определить из условия (6.21)

dψ = - Vydx + Vxdy.                                                                     (3.27)

В трехмерном потоке нахождение функции ψ представляет собой сложную задачу, однако в рассматриваемом случае не трудно получить необходимые характеристика поля (скорость, изотахи).

В двухмерном случае функция (6.28) становится при этом зависимой от одной переменной, а в трехмерном случае для определения экстремальных характеристик можно рассмотреть течение в плоскости, перпендикулярной полу и проходящей через точку лоточника (стока).

На основе комплексного потенциала в рассматриваемом случае двумерного течения функция тока единичного точечного источника, расположенного в точке с координатами Ак,т, определяется выражением:

,                                                                                  (3.28)

где  - полярный угол точки из прямоугольника ОСДЕ по отношению к точке Ак,т. В декартовых координатах

,                                                          (3.29)

где при вычислении необходимо брать = 0, 1, 2, соответственно для 1, 2, 3 и 4 квадрантов. Аналогично запишется функция тока а для точек Вк, т.

Функция тока соответствующая потенциалу (10), запишется следующим образом

.                                                                   (3.30)

При -1 ≤ к, m ≤ 1 граничная линия тока не будет представлять прямоугольник, а только его приближенную фopму, но полученное решение вполне достаточно для проведения инженерных расчетов.

На рисунке 3.3 приведена гидродинамическая сетка, полученная методом электрогидродинамической аналогии (ЭГДА).

а - поле подвижности воздуха в летний период

б - поле подвижности воздуха в отопительный период

Рисунок 3.3 - Схема потенциальных потоков в элементе помещения

Список используемой литературы

1. Агроклиматический справочник по Краснодарскому краю Краснодар,1961.-261 с.

2. Амерханов Р.А., Гарькавый К.А., Шевчук И.В. Решение задачи воздухообмена в животноводческом помещении: Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Тр. 3-й Международной научно-технической конференции (14-15 мая 2003 г., Москва, ГНУ ВИЭСХ). Часть 3. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2003. - С. 380-385.

3. Амерханов Р.А, Драганов Б.Х. Проектирование систем теплоснабжения сельского хозяйства. -Краснодр,2001.-200 с.

4. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х, Рудобашта С.П. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства.-М: Колос-Пресс, 2002.-с.

5. НТП-АПК 1.10.05.001-01 Нормы технологического проектирования ферм крупного рогатого скота / Минсельхоз РФ. - М.: НИПИагропром, 2001 год

7. СНиП 2.10.03-84 «Животноводческие, птицеводческие и звероводческие здания и помещения» (утв. постановлением Госстроя СССР от 18 июня 1984 г. N 86) (с изменениями от 24 февраля 2000 г.).

8. Шулятьев В.Н. Снижение энергозатрат при обеспечении микроклимата в конюшнях: Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Тр. 3-й Международной научно-технической конференции (14-15 мая 2003 г., Москва, ГНУ ВИЭСХ). Ч. 3. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2003. - С. 366-371.