Свинарник на 160 мест

Примечание: наружные двери и ворота принять деревянными из сосновых досок толщиной 50 мм.

Аннотация

Курсовая работа представлена расчетно-пояснительной запиской на ____ страницах машинописного текста, содержащей 9 таблиц, и графической частью, включающей 1 лист формата А1.

В работе выполнены расчеты теплопотерь через наружные ограждения, теплопоступлений в помещение свинарника, содержащего 160 подсосных свиноматок с поросятами, а также влаговыдлений и газовыделений в данном помещении. Также, определены расходы вентиляционного воздуха в холодный, теплый и переходной периоды года и тепловая мощность отопительно-вентиляционной системы, рассчитаны воздуховоды системы вентиляции, подобраны калориферы и вентиляторы.

Содержание

Введение

1. Составление исходных данных

2. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

2.1 Расчет термического сопротивления теплопередаче

2.2 Определение требуемого термического сопротивления теплопередаче

2.3 Сравнение действительных термических сопротивлений с требуемыми

2.4 Расчет площадей отдельных зон пола

2.5 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

3. Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена

3.1 Холодный период года

3.1.1 Воздухообмен в холодный период

3.2 Переходный период года

3.2.1 Воздухообмен в переходный период

3.3 Теплый период года

3.3.1 Воздухообмен в теплый период года

4. Выбор системы отопления и вентиляции

5. Расчет и выбор калориферов

6. Аэродинамический расчет воздуховодов

7. Вытяжные шахты

8. Выбор вентилятора

9. Энергосбережение

Литература

Введение

Теплоснабжения 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

По литературе [2] из таблицы 1.1 выписываем данные соответствующие своему варианту в таблицу 1.

Таблица 1. Расчетные параметры наружного воздуха.

Для переходного периода принимаем температуру наружного воздуха  и энтальпию .

По литературе [2] из таблицы 10.2 выписываем параметры внутреннего воздуха в таблицу 2.

Таблица 2. Расчетные параметры внутреннего воздуха.

Здесь  - расчетная температура внутреннего воздуха, ;

 - относительная влажность, %;

 - ПДК углекислого газа в зоне содержания поросят (удельная допустимая концентрация углекислого газа), , принимаем из таблицы 10.4 [2].

Таблица 3. Выделение теплоты, влаги и углекислого газа.

Таблица 4. Температурные коэффициенты.

Для расчета термических сопротивлений теплопередаче для стен, перекрытий и дверей необходимо знать технические 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

2.1 Расчет термического сопротивления теплопередаче

Термическое сопротивление теплопередаче, , для стен, покрытий, перекрытий, дверей и ворот:

,

где  - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограничивающей конструкции, ;

 - термическое сопротивление теплопроводности отдельных слоев, ;

 - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, ;

 - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограничивающей поверхности, .

Проводим расчет для наружных стен.

Рассчитываем заполнение помещения животными, :

,

где  - масса одной животного,  ( = 200, =10),

 - количество животных ( =160,=1280);

 - площадь помещения,  (A = 24080 ).

;

Так как, заполнение животными помещения  и принимаем для стен и потолков  и для наружных стен .

Термическое сопротивление отдельных слоев, :

,

где  - толщина слоя, ;  - теплопроводность материала слоя, ; железобетон:

;

минераловата:

;

железобетон:

.

.

.

Проводим расчет для покрытий и перекрытий.

; .

доска сосновая:

;

рубероид:

;

минераловатные плиты:

;

доска сосновая:

;

Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек R_{В. П},  определяем по таблице 3.5 [2].

R_{В. П} = 0,1428

,

.

Проводим расчет для наружных дверей и ворот.

; .

сосновые доски:

.

.

Проводим расчет для остекления.

Термическое сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов принимаем равным нормированным значениям (стр.32 [2]).

Принимаем остекление в деревянных раздельных переплётах:

.

Проводим расчет для различных зон пола.

Сопротивление теплопередаче полов:

,

где  - сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола,;

 - толщина утепляющего слоя,;

 - теплопроводность утепляющего слоя,.

Сопротивление теплопередаче принимаем:

для I зоны:

для II зоны:

для III зоны:

для IV зоны:

;

;

;

2.2 Определение требуемого термического сопротивления теплопередаче

Рассчитываем требуемые по санитарно-гигиеническим требованиям термические сопротивления теплопередаче для наружных стен, покрытий и перекрытий, наружных дверей и ворот.

Требуемое сопротивление теплопередаче, , наружных стен, покрытий и перекрытий:

,

где  - расчетная температура внутреннего воздуха, ;

 - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года,;

 - нормативный температурный перепад между внутренним воздухом и

внутренней поверхностью ограничивающей конструкции, ;

 - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по от-

ношению к наружному воздуху.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимают в зависимости от тепловой инерции  наружного ограждения (стр.33 [2]):

при  - абсолютно минимальную температуру;

при  - среднюю температуру наиболее холодных суток;

при  - среднюю температуру наиболее холодных трех суток;

при  - среднюю температуру наиболее холодной пятидневки.

Тепловая инерция ограничивающей конструкции:

,

где  - расчетный коэффициент теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции (таблица 5), .

Проведем расчет для наружных стен.

.

Исходя из полученного выражения в качестве расчетной температуры наружного воздуха, принимаем среднюю температуру наиболее холодных трех суток.

.

Нормативный температурный перепад принимаем исходя из типа помещения (производственное помещение с влажным режимом, таблица 3.6 [2]):

.

Температуру точки росы  принимаем из приложения  [1] при  и  - . Коэффициент  определяем по его нормированным значениям: .

.

Проводим расчет для покрытий и перекрытий.

.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимаем среднюю температуру наиболее холодных суток: .

Нормативный температурный перепад:

 (таблица 3.6 [2]).

Коэффициент  определяем по его нормированным значениям: .

.

Проводим расчет для световых проемов.

Принимаем сопротивление теплопередаче окон для производственных и вспомогательных промышленных предприятий с влажным или мокрым режимом (таблица 3.7 [2]):

.

Проводим расчет для наружных дверей и ворот.

.

Нормативный температурный перепад:

.

.

.

2.3 Сравнение действительных термических сопротивлений с требуемыми

Исходя из того, что требуемое термическое сопротивление должно быть меньше расчетного термического сопротивления, проверяем соблюдение санитарно-гигиенических норм:

для наружных стен:

;

;

 - удовлетворяет.

для покрытий и перекрытий:

;

;

 - удовлетворяет.

для наружных дверей и ворот:

;

;

 - не удовлетворяет.

для световых проемов:

;

;

 - удовлетворяет.

В целом делаем вывод о том, что расчетные термические сопротивления ограждающих конструкций больше требуемых, кроме дверей (т.е. удовлетворяют санитарно гигиеническим нормам). Однако двери нуждаются в дополнительном утеплении.

2.4 Расчет площадей отдельных зон пола

;

;

2.5 Расчет 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 - пол.

Таблица 6. Расчет теплопотерь.

3. Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена

3.1 Холодный период года

Влаговыделения животными, :

,

где  - температурный коэффициент влаговыделений (таблица 4);

 - влаговыделение одним животным (таблица 3), ;

 - число животных.

;

Дополнительные влаговыделения в зимний период составляют 10% от общего влаговыделения:

,

Суммарные влаговыделения:

.

Рассчитаем количество , выделяемого животными, :

,

где  - температурный коэффициент выделений  и полных тепловыделе-

ний;

 - количество , выделяемого одним животным, .

;

Определим тепловой поток полных тепловыделений, :

,

где  - тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 3), .

;

Тепловой поток теплоизбытков, :

,

где Ф_ТП - поток теплопотерь (SФ_ТП таблица 6).

Угловой коэффициент (тепловлажностное отношение), :

.

3.1.1 Воздухообмен в холодный период

Произведем расчет 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 20 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,

, (принимают 0,3 - 0,5 , стр.240 [2]).

.

расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена: , где  - норма минимального воздухообмена на 1ц живой массы, ;  - живая масса животных, .

- масса всех животных.

.

В качестве расчетного значения расхода воздуха в холодный период принимаем наибольший, т.е.

.

3.2 Переходный период года

Для переходного режима года влаговыделения животными:

;

Дополнительные влаговыделения в переходной период составляют 10% от общего влаговыделения.

Определим суммарные влаговыделения:

.

Тепловой поток полных тепловыделений:

Тепловой поток теплоизбытков, :

,

где  - тепловой поток полных тепловыделений животными в переходный период, ;

 - тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции в переходный период, .

,

где  и  - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в переходный период, .

; ;

;

.

.

Определим угловой коэффициент, :

.

3.2.1 Воздухообмен в переходный период

Рассчитаем расход вентиляционного воздуха, , из условия удаления водяных паров:

.

Влагосодержание внутреннего воздуха:

.

Влагосодержание наружного воздуха  определим по  - диаграмме при параметрах  и .

.

.

.

Для переходного периода года рассчитывается воздухообмен только для удаления водяных паров:

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),  k_t^’’’ =1.1- температурный коэффициент полных тепловыделений (таблица 4).

Тепловой поток теплоизбытков, :

,

где  - тепловой поток от солнечной радиации, .

,

где  - тепловой поток через покрытие, ;

 - тепловой поток через остекление в рассматриваемой наружной

стене, ;

 - тепловой поток через наружную стену, .

,

где =2700 - площадь покрытия (таблица 6);

 =1,2787 - 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 остекление, :

,

где  - коэффициент остекления (), (стр.46 [2]);

 - поверхностная плотность теплового потока через остекленную

поверхность, , (С-З: ; Ю-В: , таблица 3,12 [2]); =263,52 - площадь остекления.

.

Тепловой поток через наружную стену (за исключением остекления в этой стене):

,

для стены А

где =263,52 - площадь наружной стены, ;

=1,279 - термическое сопротивление теплопередаче наружной стены, .

 - избыточная разность температур, , (таблица 3.13)

;

для стены В

=263,52 ; =1,0561 ; =7,7,

 ;

=719,7 (кВт).

.

Угловой коэффициент, :

.

3.3.1 Воздухообмен в теплый период года

Расход вентиляционного воздуха, , в теплый период года из условия удаления выделяющихся:

водяных паров:

.

Влагосодержание наружного воздуха  определим по  - диаграмме (рис.1.1 [2]) при параметрах  и .

.

Влагосодержание внутреннего воздуха:

.

.

расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена: , где  - норма минимального воздухообмена на 1ц живой массы, ;  - живая масса животного, .

, .

В качестве расчетного значения расхода воздуха в теплый период принимаем наибольший, т.е. .

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 зимний период года, ();

 - расчетная температура наружного воздуха, ();

 - удельная изобарная теплоемкость воздуха ().

.

Тепловой поток на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, :

,

где  - расход испаряемой влаги для зимнего периода, .

.

Тепловой поток явных тепловыделений, :

,

где  - температурный коэффициент явных тепловыделений;  - тепловой поток явных тепловыделений одним животным, ;  - число голов.

;

Ввиду того, что в здании две венткамеры устанавливаем две ОВС мощностью:

;

Подача воздуха одной ОВС:

;

Определим температуру подогретого воздуха, :

,

где  - наружная температура в зимний период года, ;

.

Для пленочных воздуховодов должно соблюдаться условие:

 - в нашем случае удовлетворяет.

5. Расчет и выбор калориферов

В системе вентиляции и отопления устанавливаем водяной калорифер. Теплоноситель - горячая вода.

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 КПБ со следующими техническими данными:

Таблица 7. Технические данные калорифера КВСБ.

Уточняем массовую скорость воздуха:

.

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 КВББ:

; ; ; ; .

 (м/с)

.

Определяем среднюю температуру воздуха, :

.

Определяем среднюю температуру пара (таблица 1,8 [2]) : . 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. .

Определяем процент запаса по площади поверхности нагрева:

.

 - удовлетворяет. Аэродинамическое сопротивление калориферов, :

,

где  - коэффициент, зависящий от конструкции калорифера;

 - показатель степени.

.

Аэродинамическое сопротивление калориферной установки, :

,

где  - 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.

Составляем расчетную схему:

Рис.2. Расчетная аксонометрическая схема воздуховодов.

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 принимаем .

.

Рассчитаем коэффициент, характеризующий конструктивные особенности воздухораспределителя:

,

где  - длина воздухораспределителя, .

.

Полученное значение коэффициента   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:

.

Принимаем один участок.

Определим площадь отверстий, , выполненных на единицу воздуховода:

,

где  - относительная площадь воздуховыпускных отверстий на участке воздухораспределителя ( по [1]).

.

Определим число рядов отверстий:

,

где  - число отверстий в одном ряду ();

 - площадь воздуховыпускного отверстия, .

Определим площадь воздуховыпускного отверстия, :

.

.

Шаг между рядами отверстий, :

.

Определим статическое давление воздуха, :

в конце воздухораспределителя:

;

в начале воздухораспределителя:

.

Потери давления в воздухораспределителе, :

.

Дальнейший расчет сводим в таблицу. Причем:

,

,

,

где R - удельные потери давления на единице длины воздуховода, определяется по монограмме (рис.8.6 [2])

 - коэффициент местного сопротивления (таблица 8.7 [2])

скорость воздуха в жалюзийной решетке

Таблица 8. Расчет участков воздуховода.

7. Вытяжные шахты

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 (эквивалентный (0.8,0.9,1)) шахты,  (принимаем );

 - расчетная наружная температура,  ();

 - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Местное сопротивление определяем по таблице 8.7 [1]:

для входа в вытяжную шахту: ;

для выхода из вытяжной шахты: .

, .

Определяем число шахт:

,

где  - расчетный расход воздуха в зимний период, ;

 - расчетный расход воздуха через одну шахту, .

Определяем расчетный расход воздуха через одну шахту, :

,

где  - площадь поперечного сечения шахты, .

Рассчитаем площадь поперечного сечения шахты, :

.

.

.

Принимаем число шахт для всего помещения

8. Выбор вентилятора

Подбор вентилятора производят по заданным значениям подачи и требуемого полного давления.

В системах вентиляции и воздушного отопления с/х производственных зданий устанавливают радиальные (центробежные) вентиляторы марок В. Ц 4-75, В. Ц 4-76 и В. Ц 4-46, осевые вентиляторы марок В-06-300 и ВО.

Радиальные вентиляторы изготавливают по схемам конструктивного исполнения 1 и 6. Вентиляторы исполнения 1 более компактны и удобны при эксплуатации, с меньшим уровнем шума.

Подачу вентилятора определяем с учетом потерь или подсосов воздуха в воздуховоды, вводя поправочный коэффициент к расчетному расходу воздуха для стальных воздуховодов 1,15, :

.

Определяем требуемое полное давление вентилятора, :

,

где  - температура подогретого воздуха,

=1 - при нормальном атмосферном давлении.

.

По подаче воздуха вентилятора и требуемому полному давлению, согласно графику характеристик вентиляторов ВЦ 4-75 (рис.8.16 [2]), выбираем вентилятор марки: Е 6,3-100-1.

В соответствии с выбранным ранее калорифером и выбранным теперь вентилятором заполняем таблицу характеристик отопительно-вентиляционной системы:

Таблица 9. Характеристика отопительно-вентиляционной системы.