Лабораторная работа № 6

ТЕМА: «РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ»

Цель: освоение методики расчета теплового баланса животноводческого помещения.

План

1. Определение количества тепла (теплопродукция), поступающего от животных в помещение за 1 час.

2. Расчет расхода тепла на нагрев воздуха в процессе вентиляции.

3. Расчет площади ограждающих конструкций.

4. Определение потерь тепла через ограждающие конструкции.

4. Расчет потерь тепла в процессе испарения влаги.

5. Определение баланса тепла в помещении.

6. Расчет дельта Т нулевого теплового баланса.

Глоссарий

Выучите определение следующих понятий и назначение устройств: тепловой баланс, свободное тепло, коэффициент удельной теплоемкости воздуха, дельта Т, коэффициент общей теплопередачи, ограждающие конструкции, дельта Т нулевой тепловой баланс, электрокалорифер.

Тепловой баланс рассчитывают при проектировании помещений, выборе материалов для ограждающих конструкций, определении количества недостающего или избыточного тепла, выборе мощности отопительных систем. Расчет теплового баланса помещения позволяет оценить теплозащитные свойства ограждающих конструкций, соответствие их климатической зоне, установить пути потери тепла, предусмотреть меры по улучшению теплового режима в помещении.

В не отапливаемых животноводческих помещениях основным источником тепла являются сами животные, размещенные в них. Расход тепла складывается из его затрат на нагревание воздуха в процессе вентиляции, потерь через ограждающие конструкции помещения и на испарение влаги (с потолка, стен, пола, подстилки, поилок).

Расчет теплового баланса свинарника проводят по формуле 7:

(7)

где: - теплопродукция животных, ккал/ч;

- расход тепла на обогрев вентилируемого воздуха, ккал/ч;

- потери тепла через ограждающие конструкции, ккал/ч;

- потери тепла в процессе испарения влаги, ккал/ч.

Если левая часть уравнения (приход тепла) больше правой (расход тепла), то в помещении образуется избыток тепла, если меньше - наблюдается недостаток тепла. При равенстве обеих частей уравнения в помещении создается тепловое равновесие.

Теплопродукция животных. В процессе обмена веществ в организме животных образуется тепло, значительная часть которого выделяется в окружающее пространство. Это тепло называется общим. Из общего тепла 25-27 % расходуется на нагревание выдыхаемого воздуха и на испарение влаги кожей и легкими (связанное тепло). Остальное тепло, выделяемое во внешнюю среду, называется свободным. Оно и учитывается при расчете теплового баланса.

Количество выделяемого животными тепла зависит от их вида, возраста, живой массы, продуктивности. Используя эти данные, определяют поступление тепла в помещение от всех животных в течение часа.

Расход тепла на нагрев вентилируемого воздуха рассчитывается по формуле 8:

(8)

где: -расход тепла на обогрев вентилируемого воздуха, ккал/час;

0,24 – коэффициент удельной теплоемкости воздуха, ккал/кг/град;

- масса вентилируемого воздуха, кг/ч;

- разность между температурой внутри помещения и температурой наружного воздуха, ºС.

Часовой объем вентиляции в зимний период составляет 29300 м³/ч. Объемные величины переводим в весовые. 1м³ воздуха при температуре 18^ºС и барометрическом давлении 755 мм рт. имеет объемную массу в 1,205 кг. Отсюда, масса 29300 м³ воздуха равна 35306,5 кг. Тогда

Определяем теплопотери через ограждающие конструкции (пол, стены, перекрытия, окна, двери, ворота), используя формулу:

(9)

где: Q_o – потери тепла через ограждающие конструкции, ккал/ч;

К – коэффициент общей теплопередачи для каждой ограждающей конструкции, ккал/м²·град·ч;

F – площадь ограждающих конструкций, м²;

- показатель, что все произведения К на F суммируются;

- разность между температурой, которая должна поддерживаться в помещении, и температурой атмосферного воздуха.

Рассчитаем площадь ограждающих конструкций:

окон =64,8 м²

ворот =33 м²

дверей =9,9 м²

продольных стен

торцевых стен

При расчете теплового баланса площадь пола определяем по зонам.

перекрытие пола =1944 м²

I зона пола (108×2×2 + 18×2×2)=504 м²

II зона пола (108 - 4) ×2×2 + (18 - 8) ×2×2)=456 м²

III зона пола (108 – 8) ×2×2+(18-12) 2×2)=424 м²

остальная часть пола (1944-1384)=560 м²

Коэффициенты общей теплопередачи определяем с учетом вида ограждающих конструкций, материала (ккал/м²·ч·град):

окна с двойным остеклением - 2,5

двери одинарные - 4,0

ворота деревянные двойные -2,0

стены - 1,01

покрытие - 0,51

пол для I, II и III зон - соответственно 0,4; 0,2 и 0,1

для остальной части пола - 0,06.

Разность внутренней и внешней температуры () равна 37,6º

(18-(-19,6).

Таблица 5 - Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Наименование конструкций	F, м^2	К, ккал/ч·м^2·град	КF, ккал/ч·м^2·град	, ºС	Общие теплопотери
Окна	64,8	2,5		37,6	6091,2
Ворота		2,0		37,6	2481,6
Двери	9,9	4,0	39,6	37,6	1488,96
Стены	686,5	1,01	693,4	37,6
Покрытия		0,51	991,4	37,6	37276,64
Пол:
I зона		0,4	201,6	37,6	7580,2
II зона		0,2	91,2	37,6	3429,1
III зона		0,1	42,4	37,6	1594,2
остальная часть пола		0,06	30,4	37,6
Итого

Теплопотери через ограждающие конструкции составляют 87155 ккал/ч·м²·град.

Теплопотери на испарение влаги определяли по формуле 10:

(10)

где: Q_и – расход тепла на испарение влаги, ккал/ч;

- количество влаги, выделяемой животными в парообразном состоянии, г/ч;

- коэффициент испарения (0,12);

0,595 – количество тепла, необходимое на испарение 1г воды, ккал/ч.

Тогда,

Приведенные расчеты показали, что от животных, размещенных в свинарнике, поступает 240375 ккал/ч тепла. Это тепло расходуется на:

Ø обогрев вентилируемого воздуха – 318606 ккал/ч;

Ø теплопотери через ограждающие конструкции – 87155 ккал/ч;

Ø теплопотери на испарение влаги – 11486,5 ккал/ч.

Общий расход тепла составляет 417247,5 ккал/ч.

Баланс тепла в свинарнике составляет 240375 – 417247,5 = -176872,5 ккал/ч.

При оценке теплового баланса животноводческого помещения важно знать, при какой предельно низкой внешней температуре воздуха возможна работа вентиляции. Это определяется расчетом нулевого теплового баланса (формула 11).

(11)

Подставляем ранее полученные данные в формулу:

Проведенный расчет показывает, что для беспрерывной работы вентиляции разница между температурой воздуха в центре помещения и температурой внешнего воздуха не должна превышать 21,2^º.

Температура воздуха в свинарнике при таком дефиците тепла будет равна: 21,2+(-19,6)=1,6^º, что нельзя допускать по гигиеническим нормативам.

Температура наружного воздуха, при которой возможна работа вентиляции без подогрева, рассчитывается по формуле:

(12)

Тепловой баланс тепла в свинарнике отрицательный, тепла, выделяемого животными не достаточно для поддержания оптимальной температуры. Дефицит тепла 176872,5 ккал/ч.

Таким образом, для обеспечения нормативного микроклимата в свинарнике необходимо предусмотреть его отопление, производительностью176872,5 ккал/ч. Для этого можно использовать электрокалориферы, учитывая, что 1 кВт электроэнергии дает 860 ккал тепла, следовательно, для покрытия дефицита тепла потребуется (176872,5:860) = 206 кВт/ч. Для этого потребуется 7 электрокалориферов мощностью 30 кВт/ч.

Вопросы для обсуждения

1. Физические факторы, влияющие на тепловое равновесие в организме животных.

2. Гигиеническое значение недостатка или избытка тепла в помещении.

3. Источники поступления тепла в помещения для животных.

4. Факторы, влияющие на охлаждение воздуха помещений.

5. Основные требования к устройству отопительных систем в животноводческих помещениях.

6. Принципы расчета теплового баланса животноводческого помещения

7. Основные гигиенические требования к теплотехническим свойствам строительных материалов.

Дата добавления: 2015-11-14