Тепловой баланс животноводческих помещений рассчитывается с целью определения возможности обеспечения в них оптимального микроклимата, особенно в холодное время года (январь).
Тепловой баланс — это соотношение прихода (теплопродукции) и расхода (теплопотери) тепла в животноводческом помещении.
Потери тепла в помещениях для сельскохозяйственных животных зависят:
1. От величины поверхности здания, толщины стен и покрытий, качества строительных материалов, разности температур атмосферного воздуха и воздуха в помещении;
2. От количества наружного воздуха, подаваемого в помещения;
3. От влияния охлаждения помещений ветрами и расположения зданий по отношению к сторонам света.
На данных теплового баланса основывается выбор того или иного устройства всех ограждающих конструкций при проектировании и строительстве, а также выбор обогревательных установок и расчет их количества
Тепловой баланс бывает:
нулевой — если приход тепла равен расходу тепла (температура и влажность воздуха в помещении будет на уровне нормативной);
отрицательный — если расход тепла больше прихода тепла (температура будет ниже нормативной, а влажность выше нормы);
положительный — если приход тепла больше расхода тепла (температура выше нормы, влажность ниже нормы).
Температурный режим складывается в помещении под влиянием тепловыделений животных (если помещение не отапливается) и тепла вносимого отопительными и вентиляционными системами (если они предусмотрены), а также теплопотерь на обогрев поступающего воздуха, через ограждения здания и испарения влаги.
Поэтому тепловой баланс можно представить в виде следующей формулы неравенства:
Q жив. = количество животных × свободное тепло от одного животного
Q помещ.=∆t×(L×0,31+∑FK)+Wзд+13%∑FKстен, окон, ворот где
Q помещ. — количество тепла, уходящего из помещения за час, ккал/ч;
Q жив. — количество тепла, поступающего в помещение от животных за час, ккал/ч;
∆t -разность между температурами воздуха внутри помещения и наружного воздуха, °С;
L — часовой объем вентиляции (по водяным парам), м 3 /ч
0,31 — тепло, затраченное на обогрев 1 м 3 воздуха, вводимого через вентиляцию в расчете на 1°С, ккал;
F — площадь, ограждающих конструкций, м 2 ;
К — коэффициент общей теплопередачи через ограждающие конструкции. ккал/м 2 ч град (таблицы 22-25);
∑FK — сумма произведений F на К, так как коэффициент теплопередачи каждой отдельной части ограждений умножается на площадь F, а затем все эти произведения суммируются, пол, потолок, стены, окна, ворота;
Wзд — расход тепла на испарение влага с поверхности пола и других ограждений, ккал/ч;
13%∑FKстен, окон, ворот — потери тепла, связанные с обдуванием внешних конструкций, ккал/ч, они рассчитываются следующим образом:
FK – стен
FK – окон =∑ *∆t= 100%, отсюда ∑Fk стен, окон, ворот — 100%
FK – ворот х — 13%
левая часть формулы характеризует приход тепла, а правая часть — теплопотери.
Приход тепла в неотапливаемых помещениях определяется количеством тепла, выделяемым размещенными в нем животными. Расход тепла слагается из:
1)тепла, идущего на обогревание вентиляционного воздуха;
2)тепла, которое теряется через ограждающие конструкции в наружную атмосферу;
3)тепла, идущего на испарение влаги с поверхности пола и других конструкций;
4)теплопотерь, связанных с обдуванием внешних ограждений.
Для расчета теплового баланса необходимо произвести:
1.Расчет количества тепла, выделяемого животными (Qжив), ведут по таблице ГОСТов (приложения, таб. 15)
2.Определение разности между температурой внутреннего и наружного воздуха (∆t);
3.Определение количества воздуха в м 3 , удаляемого из помещения при помощи вентиляции за час, подсчитывается по формуле расчета объема вентиляции по водяным парам или углекислоте.
4.Определение коэффициента общей теплоотдачи (К). Это количество тепла в ккал, передающееся в наружный воздух за час через 1 м 2 данной конструкции ограждения при разнице между внутренней и наружной температурами 1°. Значение коэффициента приводятся в таблицах 16, 17, 18 приложения.
5.Определение расхода тепла на испарение воды с пола и других ограждений (Wзд). Принято определять в процентах к количеству влаги, выделяемой всеми животными, находящимися в данном помещении.
Для расчета теплового баланса коровника на 200 голов берем следующие данные:
Внутренние размеры коровника: длина — 66 м, ширина -21м, высота в коньке крыши — 5,8 м, высота стены — 3 м.
Стены коровника из обыкновенного кирпича на легком растворе в 2 кирпича толщиной 0,525 м. Окна двойные размером 2,35 х 1,2 м, количество их 36. Ворота деревянные двойные размером 2,8 х 3 м, их 4 и одни размером 2,2 х 2,2 м; одни двери деревянные размером 2,2 х 1,2. Потолок совмещен с крышей. Покрытие железобетонное сборное с рулонной кровлей и утеплителем толщиной 0,16 м. Температура в помещении +10°С, относительная влажность — 70%. Район Витебск, средняя температура наружного воздуха в январе — -7,8°С и средняя абсолютная влажность наружного воздуха в январе 2,55 г/м 3 (таблица 14 "Средние показатели температуры и абсолютной влажности в различных пунктах Российской Федерации и Республики Беларусь", стр. 34).
Поголовье животных в коровнике:
1 группа — коровы лактирующие, живой массой 500 кг, среднесуточный удой 10 л, их количество 102 головы;
2 группа — коровы лактирующие, живой массой 600 кг, удой 15 л, их 63 головы;
3 группа — сухостойные коровы живой массой 600 кг, их 27 голов;
4 группа — коровы сухостойные, живой массой 400 кг, их 8 голов.
1. Расчет прихода тепла в помещении.
Расчет количества тепла, выделяемого животными, ведут по таблице "Количество тепла, углекислого газа и водяного пара, выделяемых сельскохозяйственными животными и птицей" по графе "свободное тепло" (приложения – таблица 15). Умножаем количество животных (голов) на выделение свободного тепла от 1 животного.
Таблица 2. Определение количества тепла, выделяемого животными.
| Количество животных, голов | Живая масса, кг | Продуктивность, л | Свободного тепла от 1 животного, ккал/ч | Всего, ккал/ч |
| сухостойные | ||||
| сухостойные | ||||
| ИТОГО |
Следовательно, от всех животных в помещение поступит свободного тепла
Q жив. = 145 756 ккал/ч (69 564 ккал/ч + 51 849 ккал/ч + 19 791 ккал/ч + 4 552 ккал/ч).
В нашем примере дополнительного тепла, поступающего от обогревательного оборудования, нет. Приход тепла в зимнее время года от солнечной радиации и других источников (электролампочки и др.) незначителен и в расчет не принимается.
2. Расчет расхода тепла в помещении. (Приложение, таблицы 22-25, стр. 45-48)
Таблица 3. Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания.
| Название ограждающей конструкции | k | F — площадь | k F |
| Перекрытие | 0,65 | 66*21 =1386 | 900,9 |
| Окна | 2,5 | 2,35 * 1,2*36=101,52 | 253,8 |
| Ворота и двери | 2,0 | 2,8 * 3 * 4=33,6 2,2 * 2,2 =4,84 2,2 * 1,2=2,64 | 82,16 |
| Стены | 1,01 | (66*3+21*3)*2 — (F ворот+Fокон)=379,4 | 383,2 |
| Пол | 0,4 | 66*21=1386 | 554,4 |
| ИТОГО | 2174,45 |
Таким образом, теплопотери через ограждающие конструкции составляют 2174,45 ккал/ час на каждый градус разницы температур между внутренним и наружным воздухом.
В зависимости от расположения здания к направлению господствующих ветров, по сторонам света и рельефу местности, помещение теряет дополнительно за счет обдувания еще 13 % тепла от теплопотерь ограждающих конструкций (стен, окон, ворот, дверей) на каждый градус разницы температур т.е.
Подставляя полученные данные в формулу (2.10), определяем тепловой баланс помещения.
Q помещ.=∆t×(L×0,31+∑FK)+Wзд+13%∑FKстен, окон, ворот
Q помещ.=17,8×(28630,6×0,31+2174,45)+5785,8+1664,1=204138,8 ккал/час
Q жив. =145756 ккал/час
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
2.1 Основные виды вредных выделений в гражданских и производственных зданиях
При рабочем процессе на самочувствие человека и его производительность труда влияют вредные выделения (в технической литературе часто называемые «вредности»). Каждый вид вредного выделения имеет свой источник и негативно воздействует на конкретный орган организма человека или на систему тканей человеческого организма.
2.2 Поступление теплоты в помещения гражданских и производственных зданий
Они поступают в окружающую среду в виде явной и скрытой теплоты. Явное тепло отдаётся окружающей среде в результате конвективного и лучистого теплообмена. Скрытое тепло – представляет теплосодержание водяных паров, испаряющихся с поверхности тела и лёгких человека.
Оптимальный температурно-влажностный режим в животноводческих помещениях зависит от теплового баланса данного помещения.
Правильно рассчитанный тепловой баланс помещения позволяет создать необходимый температурно-влажностный режим и поддерживать его на определённом уровне.
Тепловой баланс определяется приходом (поступлением) и расходом тепла в данном помещении.
Тепловой баланс положительный, если приход тепла больше его расхода, и отрицательный, когда расход тепла больше его прихода.
Животноводческие помещения подразделяются на:
— неотапливаемые, где температурно-влажностный режим поддерживается только за счёт тепла, выделяемого животными;
— отапливаемые, где температурно-влажностный режим поддерживается не только за счёт тепла, выделяемого животными, но и за счёт дополнительных источников тепла (отопление, совмещённое с вентиляцией, тепло от отопительных приборов и т.п.).
Приход тепла складывается из тепла, выделяемого животными; тепла, поступающего от отопительных систем (в зимний и переходный период года); тепла, поступающего от солнечной радиации (в основном, в летний период года).
Расход тепла— тепло, затрачиваемое на нагрев приточного вентиляционного воздуха; теплопотерь через ограждающие конструкции здания; тепла, затрачиваемого на испарение влаги с открытых водных поверхностей и смачиваемых поверхностей в помещении.
Тепловой баланс рассчитывается из условий холодного периода года по формулам:
— для неотапливаемых помещений
— Qотоп — тепло, поступающее в помещения от системы отопления, ккал/час.
Свободное тепло, выделяемое животными, равно:
— qжив св — количество свободного тепла, выделяемое одним животным определённого пола, живой массы и продуктивности с учётом поправочного коэффициента в зависимости от внутренней температуры воздуха помещения (определяется по таблицам 24 и 25 приложения 3) ккал/час;
— n — количество животных, голов.
Тепло, затрачиваемое на нагрев воздуха, поступающего в помещения, определяется по формуле:
— L — часовой объём вентиляции, м 3 (рассчитывается по формуле 1);
— ∆t — разница между температурой наружного воздуха и темпeратурой воздуха внутри помещения, °С;
— 0,31 — теплоёмкость воздуха (средний коэффициент затраты тепла на подогревание 1 м 3 приточного воздуха на 1°С за 1 час).
— Qисп — тепло, затрачиваемое на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей помещения.
Количество влаги, испаряющейся с пола, стен, потолка, кормушек, поилок и пр., принято определять в процентах к количеству влаги, выделяемой животными, находящимися в данном помещении. Для расчёта теплового баланса находим процентную надбавку на поступление влаги, испаряющейся со смоченных поверхностей, к общему количеству влаги, выделяемой животными в холодный период года.
Qисп рассчитывается по формуле 10.
Потери тепла через ограждения здания (Qогр), рассчитываются по формуле 9.
Для удобства расчётов все теплопотери через ограждения сводятся в таблицу 1.
| Таблица 1 | |||||
| Ограждения | Площадь, F(м 2 ) | Коэффициент теплопередачи, К= 1/Rтр | Kx F | Разность температур, ∆t = tвн – tнар | Теплопотери, Q = KxFx∆t |
| Стены наружные (за минусом площади окон и дверей, ворот) | |||||
| Окна *: -одинарные; -двойные | |||||
| Ворота** | |||||
| Двери*** | |||||
| Покрытие | |||||
| Полы | |||||
| Всего: | ∑KxF | ∑Q | |||
| * — в случае отсутствия данных площадь остекления принимают по ОПСП; ** — в случае отсутствия данных размеры ворот принимают: ширина — 3,0 м; высота — 2,4-2,7м; *** — в случае отсутствия данных размеры дверей принимают: ширина — 0,8-1,8м; высота -1,8м. |
При подсчёте теплопотерь через вертикальные ограждения (стены, окна, ворота, двери) следует ввести поправочный коэффициент 1,13, учитывающий инфильтрацию (8%) и воздействие ветра (5 %) через вертикальные ограждения.
Таким образом, потери тепла через ограждения ∑Qогр примут, следующий вид:
Тепло, поступающее в помещение от системы отопления, определяется по технической характеристике применяемой системы или по техническим характеристикам отопительного оборудования.
При расчёте теплового баланса неотапливаемого помещения необходимо определить температуру воздуха при найденном тепловом балансе, т.е. определить температуру воздуха помещения, когда расход тепла будет равен его приходу, т.е. определить ∆t нулевого баланса, которая рассчитывается по формуле:
— Qжив св — определяется по формуле 17;
— Qиcп — определяется по формуле 10;
— L — часовой объём вентиляции, м 3 ;
— ∑ К ∙ S — определяется по формуле 19.
Определённая таким образом ∆t представляет собой разность между температурой воздуха в помещении и температурой наружного воздуха при данных условиях (сложившийся тепловой баланс)
Вычитая из полученной величины температуру наружного воздуха получаем расчётную температуру воздуха помещения. Сравнивая полученный результат с нормативной температурой для данной половозрастной группы животных, приведённой в нормах технологического проектирования, делается заключение о соответствии микроклимата в проектируемом помещении гигиеническим требованиям и обосновываются мероприятия по его нормализации (при tвн ниже нормативных значений необходимо предусматривать отопление, при tнар выше нормативных значений следует предусматривать дополнительную вентиляцию).
РАСЧЁТ ДЕФИЦИТА ТЕПЛА
Если количество тепла, которое теряется из помещения, будет превышать количество поступающего тепла (в холодное время года в большинстве зон страны), то в помещении создаётся дефицит тепла, не позволяющий обеспечивать требуемые (нормативные) параметры микроклимата.
Дефицит тепла (ДТ ) рассчитывается по формуле:
— Qжив св — свободное тепло, выделяемое животными, находящимися в помещении, при данной температуре воздуха помещения, (ккал/час), рассчитывается по формуле 17;
— Qисп — тепло, затрачиваемое на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей помещения, ккал/час, рассчитывается по формуле 10;
— L — часовой объём вентиляции (м3), рассчитывается по формуле 1;
— 0,31 — теплоёмкость воздуха (средний коэффициент затраты тепла на подогревание 1 м3 приточного воздуха на 1°С за 1 час);
— ∑ K∙S — берётся из таблицы 1, итоговая сумма графы 4;
— ∆t — разница между температурой наружного воздуха в холодный период и температурой воздуха (норматив по НТП см. таблицу 1 приложения 3) внутри помещения, °С.
Рассчитав дефицит тепла, можно рассчитать мощность и количество отопительных агрегатов.
Пример: При расчёте теплового баланса помещения для содержания животных (например, коровника на 200 коров)выявлен дефицит тепла в размере 51600 ккал/час
При расчёте мощности электрокалорифера исходят из положения, что 1 кВт электроэнергии при его использовании даёт возможность получить 860 ккал тепла. В нашем случае для возмещения дефицита тепла в размере 51600 ккал требуется: 51600 : 860 = бОкВт/ч. Промышленность выпускает электрокалориферы мощностью 60 кВт/ч. Таким образом, поставив в систему приточной вентиляции 1 электрокалорифер мощностью 60 кВт/ч, мы перекрыли дефицит тепла.
В случае, если хозяйство не имеет возможности получить дополнительные электрические мощности, дефицит тепла можно перекрыть путём применения теплогенераторов, работающих на дизельном топливе. Теплотворная способность 1 кг дизельного топлива составляет 12000 ккал.
Таким образом, для покрытия имеющегося дефицита тепла нам необходимо затратить: 51600 : 12000 = 4,3 кг/час дизельного топлива, сжигая его в теплогенераторе.
