Расчет электротермических установок животноводческих помещений

Расчет электрокалориферной установки

Расчет тепловой нагрузки животноводческих помещений

Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса.

.

где Фог, Фв и Фж — соответственно тепловые потоки теряемые через ограждения, на нагрев вентиляционного воздуха и тепловой поток, поступающий от животных, Вт Тепловой поток через ограждения можно определить по выражению.

.

где qо — удельная тепловая характеристика помещения, характеризует количество теплоты, теряемого наружной поверхностью помещения 1 м³ при разнице температур наружного и внутреннего воздуха 1 оС, Вт/(м3оС), (приложение Г.1); Vн — объем помещения по наружному обмеру, м3; tв и tн — соответственно температуры наружного и внутреннего воздуха, оС.

Тепловой поток теряемый на нагрев приточного воздуха.

.

где L — расчетный воздухообмен помещения, м3/ч; св — удельная теплоемкость воздуха, св =1 кДж/(кгоС); - расчетная плотность воздуха после калорифера, кг/м3.

Расчетный воздухообмен определяют из условия понижения концентрации углекислоты и водяных паров в воздухе помещения.

Расход приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле.

где 1,2 — коэффициент, учитывающий количество СО2, выделяемое подстилкой при ее разложении; с количество СО2, выделяемое одним животным (птицей), л/ч; (приложения Г. 2, Г.4); n — количество животных (птицы) в помещении; с1- предельно допустимая концентрация СО2 в воздухе помещения, л/м3; (в коровниках, телятниках и птичниках с1 не более 2,5 л/м3, в свинарниках — 2,0 л/м3); с2- концентрация СО2 в наружном воздухе. В сельской местности с2 = 0,3… 0,4 л/м3.

Расход приточного воздуха, необходимого для удаления водяных паров, находят по формуле.

где W — масса влаги, выделяющейся в помещении, г/ч; dв и dн — влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха, г/кг; - расчетная плотность воздуха в помещении, кг/м3.

Плотность воздуха зависит от температуры и атмосферного давления.

.

где p — расчетное барометрическое давление в данном районе, кПа; t — расчетная температура воздуха, оС; 99,3 — расчетное барометрическое давление для Центрального района России, кПа.

Значения dв и dн определяют при помощи Hd-диаграммы для влажного воздуха (по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха.

Суммарные выделения влаги в помещении для животных подсчитывают по формуле.

(3.7).

Влагу, выделяемую животными, определяют по выражению.

.

где N — количество половозрастных групп; ni — число животных с одинаковым выделением водяных паров (в i-й половозрастной группе); Wi — выделение водяных паров одним животным, г/ч, (приложение Г.2); ktкоэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животными водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения (приложение Г.3).

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.).

.

где — коэффициент, равный 0,1…0,125 для коровников и телятников, 0,1…0,3 для свинарников. Большие значения относятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при неудовлетворительной работе канализации.

Выделения влаги в птичнике.

.

Масса водяных паров Wпт, выделяемых птицей.

.

где ni — число птиц с одинаковым выделением водяных паров; mi — живая масса одной птицы, кг; wi — выделение водяных паров на 1 кг живой массы птицы, г/ч (приложение Г.4); kt — коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых птицей водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения (приложение Г.5).

Масса влаги Wпом, испаряющейся из помета.

.

где Pпом — среднесуточный выход помета от одной птицы (у взрослых кур яичного направления Pпом = =240 г, кур мясного направления — 290 г, индеек — 430 г, уток — 550 г, гусей — 600 г); z — коэффициент, учитывающий усушку помета (для кур и индеек z = 0,7, для уток z = 0,74).

Массу испаряющейся с мокрых поверхностей помещения влаги Wисп, берут равной Wисп =0,1Wпт.

Необходимый воздухообмен, L, для животноводческого или птицеводческого помещения принимается по наибольшей из двух величин: или .

Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена K.

.

где V — внутренний объем помещения, м3.

Кратность воздухообмена в животноводческих фермах для холодного периода года должна быть K = 3…5, в птичниках K = 10…12.

Тепловой поток, выделяемый животными.

где n — число животных с одинаковым выделением свободной теплоты; qт — поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт, (приложение Г.2); kt — коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животными теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения (приложение Г.3).

Поток свободной теплоты, выделяемой птицей,.

где n — число птиц с одинаковым выделением свободной теплоты; m — живая масса одной птицы, кг, (приложение Г.4); qт — поток свободной теплоты, выделяемый 1 кг живой массы птицы, Вт, (приложение Г.4); kt — коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной птицей теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения, (приложение Г.5).

Величины тепловых потоков, теряемых через ограждения и на подогрев приточного воздуха, а также воздухообмен по влаговыделениям зависят от температуры наружного воздуха. Установленную мощность отопительных установок и подачу вентилятора определяют при минимальной расчетной температуре наружного воздуха tн, соответствующей данной климатической зоне.

Для определения необходимой мощности отопления и подачи вентилятора при более высоких температурах строят отопительную и вентиляционную характеристики помещения при изменении наружной температуры от tн до +8 оС. Результаты расчетов по выражениям (3.1 — 3.15) сводят в расчетную таблицу (приложение Д.1).

По характеристикам определяют необходимое количество включенных секций и подачу вентилятора при текущей температуре наружного воздуха.

Пример построения отопительной и вентиляционной характеристик приведен в приложении Г. 6.

Общую мощность системы отопления определяют по выражению.

.

где — к.п.д. калорифера, = 0,90…0,98.

Количество и мощность калориферных установок выбирают из следующих соображений: в животноводческом помещении устанавливают не менее двух калориферных установок для обеспечения надежности отопления и равномерного распределения приточного воздуха в помещении; мощность одного электрокалорифера должна быть в пределах 10…40 кВт. При мощностях меньших 10 кВт расчетное количество калориферов оказывается слишком большим, а при мощностях более 40 кВт возникают значительные трудности при конструктивном расчете калорифера. Мощность калорифера.

.

подача одного вентилятора.

.

где n — количество электрокалориферных установок; kп — поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах (для стальных, пластмассовых и асбоцементных воздуховодов длиной до 50 м — 1,1, в остальных случаях — 1,15). По величине подачи вентиляторов проводят аэродинамический расчет системы воздуховодов приточной вентиляции. Задачи аэродинамического расчета состоят в определении размеров поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потерь давления во всей системе воздуховодов. Примеры расчетов приведены в [3].

3.1.2 Выбор вентиляторов Вентиляторы различают по номерам, показывающим диаметр рабочего колеса в дециметрах. Все вентиляторы одной серии или типа по своим размерам геометрически подобны друг другу и имеют одинаковую аэродинамическую схему.

Вентиляторы подбирают по подаче и полному давлению, которое должен развивать вентилятор.

Расчетное полное давление, Hв, которое должен развивать вентилятор, складывается из потерь давления в вентиляционной системе, H, и потерь давления в калорифере, hк.

(3.19).

Аэродинамическое сопротивление электрокалорифера, содержащего три секции ТЭНов составляет 250 Па.

Подбирают вентиляторы по аэродинамическим характеристикам, показывающим графическую зависимость их полного давления, подачи, частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса или по таблицам (приложение Г.8). По условиям допустимого уровня шума для животноводческих и птицеводческих помещений окружная скорость рабочего колеса не должна превышать 40 м/с для центробежных, и 45 м/с для осевых вентиляторов. Необходимую мощность на валу электродвигателя для привода вентилятора подсчитывают по формуле.

где в — КПД вентилятора, принимаемый по его характеристике; п — КПД передачи (при непосредственной насадке колеса вентилятора на вал электродвигателя п =1, для муфтового соединения п = 0,98, для клиноременной передачи п = 0,95).

Установленную мощность электродвигателя определяют по формуле.

где kз — коэффициент запаса мощности, принимают для центробежных вентиляторов kз = 1,1…1,3.

Электродвигатель выбирают по каталогу.

Пример 3. Рассчитать мощность системы отопления коровника на 200 голов привязного содержания. Средний уровень удоя за лактацию 10 л, средняя живая масса 400 кг. Размеры коровника по наружному обмеру: длина 80 м, ширина 20 м, высота стен 2,5 м, высота по коньку 5 м. Длина стойлового помещения 70 м. Толщина стен 0,3 м, перекрытий — 0,2 м. Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха: tн = -30 оС, н = 85%, tв = 10 оС, в = 75%, барометрическое давление 99,3 кПа.

Решение.

Объем помещения по наружному обмеру.

Тепловой поток через ограждения. Удельная тепловая характеристика коровника q0 = 0,174 Вт/(м3оС) (приложение Г.1).

Воздухообмен по углекислоте.

Количество СО2, выделяемое одним животным с = 87 л/ч (приложение Г.2).

Воздухообмен по влаговыделениям.

Масса влаги, выделяемая одним животным W = 265 г/ч.

Влага, выделяемая животными.

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей.

Суммарные влаговыделения.

Влагосодержание наружного и внутреннего воздуха определяем по Hd-диаграмме. При tн = -30 оС, н = 85%, dн = 0,4 г/кг, при tв = 10 оС, в = 75%, dв = 5,6 г/кг.

Плотность воздуха в помещении.

Воздухообмен, необходимый для удаления водяных паров.

Принимаем воздухообмен по углекислоте, как наибольший.

Внутренний объем помещения.

Кратность воздухообмена.

.

что соответствует нормам.

Тепловой поток, теряемый на нагрев приточного воздуха.

Тепловой поток, поступающий от одного животного qт = 463 Вт.

Общий тепловой поток, выделяемый животными.

Тепловой поток системы отопления.

Расчет отопительной и вентиляционной характеристик сведем в таблицу (приложение Д.1).

Отопительная и вентиляционная характеристики приведены в приложении Г. 6. Из отопительной характеристики видно, что отопление коровника необходимо начинать при температуре наружного воздуха ниже — 4 оС.

Общая мощность системы отопления.

Мощность одного калорифера.

Подача одного вентилятора.