Расчет теплового баланса помещений и рекомендации при отрицательном тепловом балансе

Пониженная температура воздуха в помещениях для животных в сочетании с высокой влажностью и повышенной подвижностью его даже при вполне удовлетворительном кормлении снижает молочную продуктивность коров на 30−40%, привесы откармливаемых животных — на 40−50% и привесы растущего молодняка — на 25−35%.

В организме всех теплокровных животных в процессе обмена веществ идет постоянное и непрерывное образование тепла в результате тех химических реакций, которые происходят в организме в процессе использования энергии корма. Благодаря непрерывному теплообразованию у животных поддерживается постоянная температура тела. Наряду с образованием тепла в организме происходит и непрерывное выделение — потеря его в окружающий воздух, так называемая теплоотдача. Тепло расходуется и на нагревание поступающих в пищеварительные органы корма и воды, а также вдыхаемого холодного воздуха.

В зависимости от поступления солнечной энергии на земную поверхность температура воздуха, окружающего животных, может очень резко изменяться: от -50−60° до +60−65°. На температуру воздуха влияет и высота местности над уровнем моря, рельеф местности, облачность и движение воздуха (ветра).

Для защиты сельскохозяйственных животных от пониженных или резко повышенных температур, а также от атмосферных осадков, ветра и ярких солнечных лучей возводят животноводческие постройки.

Нагревание воздуха в помещениях зависит от тепла, выделяемого животными, тепла, образующегося при разложении органических веществ подстилки микроорганизмами, и отопления.

Температура окружающего воздуха может усилить или ослабить выработку тепла в организме. Низкие температуры (около 0°) увеличивают теплоотдачу, поэтому для сохранения постоянной температуры тела в организме усиливается обмен веществ путем повышения окислительных" процессов и дополнительного образования тепла.

Воздействие низких температур, выходящих за пределы возможностей терморегуляции организма, приводит к обмораживаниям частей тела (уши, хвост) или к заболеваниям, связанным с переохлаждением, а иногда и к смерти.

При температурах воздуха выше 25° отдача тепла из организма замедляется. Накапливающийся его избыток ведет к перегреванию организма (гипертермии) и к снижению окислительных, процессов, а, следовательно, к уменьшению образования тепла. При перегревании организма отмечают такие болезненные состояния, как солнечный или тепловой удары, а также снижение сопротивляемости к инфекционным заболеваниям (например, у телят к диплококковой инфекции).

Усиленная теплоотдача происходит при движении окружающего воздуха. Постоянное соприкосновение с телом более холодного воздуха ведет к переохлаждению организма.

Расчет теплового баланса.

Для проведения расчета теплового баланса телятника с родовым отделением находим:

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов, Вт/(м*К):

Кладка из глиняного кирпича на цементо-песчанном растворе — 0,81.

Раствор цементно-песчаный — 0,93.

Раствор известково-песчаный — 0,81.

Раствор сложный (цемент, известь, песок) -0,87.

Сосна и ель вдоль волокон — 0,35.

Дуб вдоль волокон — 0,41.

Плиты минераловатные — 0,06.

Листы асбестоцементные — 0,41.

Стекло оконное — 0,76.

Керамзитобетон на кварцевом песке и керамзиторенобетон — 0.92.

Теперь найдем термическое сопротивление отдельного (R, м²* К / Вт) Где:

— толщина материального слоям Л — кооэфициент теплопроводности, Вт/(м*K).

Термическое сопротивление несущих стен:

R=0,375*0.81+ (0,1 * 0,81) *2 = 16.5 м²* К / Вт Термическое сопротивление потолка:

R=0.08*0,35 + 0.1 * 0,06 + 0,015 *0.87 = 0.028+0.006+0,013=0,047 м²* К / Вт Термическое сопротивление пола:

R=0.22*0,92 + 0.1 * 0.87=0,281 м²* К / Вт Термическое сопротивление ворот:

R=0.05*0.41 = 0,235 м²* К / Вт Термическое сопротивление окон:

R=(0.1*0.35+0.006 *0.76)* 2 = 0.07 м²* К / Вт По справочным материалам находим коэффициент к расчетной разности температур:

Для чердачного перекрытия 0,9.

Для торцовой стены граничащей с тамбуром 0,7.

Расчет теплового баланса проводим по формуле.

Q_ж=Q_огр+Q_вент+Q_исп

Где.

Q_ж — поступление теплоты от животных, Вт (кДж/ч).

Q_огр — теплопотери через ограждающие конструкции с учетом дополнительных теплопотерь на обдувание ветром, инфильтрацию воздуха, Вт (кДж/ч).

Q_вент — расход теплоты на вентиляцию Вт (кДж/ч).

Q_исп — расход теплоты на испарение влаги с мокрых поверхностей, Вт (кДж/ч) Сначала рассчитываем поступление теплоты (Q_ж) от всех коров:

От телят 50 кг -22 головы * 122 Вт = 2464 Вт От телят 100 кг — 60 голов * 230 Вт = 13 800 Вт От телят 120 кг — 100 голов * 255 Вт = 25 500 Вт От лактирующих коров с удоем 15 л — 22 головы *905 Вт = 19 910 Вт Итого: 61 674 Вт Расчет теплопотерь здания через ограждающие конструкции (Q_огр, Вт) проводим по формуле.

Qогр=?KF (Тв-Тн) n.

Где К-коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К).

F — площадь каждого элемента ограждающих конструкций, м²

T_в — температура внутреннего воздуха расчетная, ^оС (К) Т_н — температура наружного воздуха расчетная, ^оС (К).

n — поправочный коэффициент, учитывающий расположение ограждения по отношению к наружному воздуху.

Прежде всего необходимо вычислить площадь ограждающих конструкций.

Расчет площади ограждающих конструкций.

После этого рассчитаем коэффициент теплопередачи [K, Bт /(м² *К) по формуле Где.

• 1; 0,115; 0,043 — постоянные величины;
• ? — толщина материала, м

Л — теплопроводность материала, Вт/(м²*К) Подставляя цифровые значения в формулу, получим:

Для торцовых и продольных стен:

К=.

Для перекрытия:

K =.

Расчет потерь теплоты через ограждающие конструкции при разности температур между внутренними и наружным воздухом находим путём умножения коэффициента теплопередачи на площадь каждой конструкции.

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции.

Затем находим разность температур между внутренним и наружным воздухом в самую холодную пятидневку ДT=15 — (-20)=35K.

Рассчитываем основные теплопотери через ограждающие конструкции.

Q_осн=3237,48 * 35 = 113 311,8 Вт Теплопотери дополнительные принимаем в размере 13% от основных теплопотерь через вертикальные ограждающие конструкции, граничащие с наружным воздухом (обдувание, инфильтрация воздуха через окна, двери, ворота, стены продольные).

Q_доб = (235,98 + 46 +4314.06) * 35*0.13=20 911,9 Вт Общие теплопотери через ограждающие конструкции составят:

Q_общ= 113 311,8 + 20 911,9 = 134 223,8 Вт Расход теплоты на вентиляцию определяем по формуле.

Q_вент = 0.278 L * 1.25 (Т_в-Т_н).

Ранее было рассчитано, что воздухообмен зимой должен составлять 3569,7 м³/ч.

Q_вент= 0.278 * 3569,7*1,25*35=43 416 Вт Поступление влаги с мокрых поверхностей (W) приняли в размере 20% от выделяемых животными в виде паров, что составило 5080,88 г./ч.

Расход теплоты на испарение влаги с мокрых поверхностей составит.

Q_исп= 0.278 * 2,3 * 5080,88 = 3248,7 Вт Где 2,3 — расход теплоты на испарение 1 г воды с поверхности, Вт.

Далее составляем тепловой баланс, Вт Теплопотери:

Через ограждающие конструкции — 134 223,8.

На вентиляцию — 43 416.

На испарение влаги — 3248,7.

Итого — 180 888,5.

Поступление теплоты от животных — 61 674.

Требуется ввести теплоты — 119 214.5 Вт Для подачи тепла рекомендуется провести отопление, ввести подогрев воздуха из вентиляции, утеплить стены телятника.