IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Создание нормального температурно-влажностного режима в помещениях для животных в различные периоды года решается главным образом путем расчета теплового баланса помещений, что особенно актуально в климатических условиях Республики Башкортостан с довольно продолжительным осенне-зимним сезоном.

Для расчета теплового баланса использовали формулу:  

Q_ж= Δt(0,24G + ΣKS) + W_зд  ,                                            

 Q_ж  -  поступление свободного тепла от животных, кКал/ч;

Δt - разность между оптимальной температурой воздуха помещения и  среднемесячной температурой наружного воздуха самого холодного месяца зоны, ^°С;

G - количество воздуха, удаляемого из помещения или поступающего в него в течении 1 ч, кг;

0,24 - количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг воздуха на 1^°С, кКал/кг·град;

К - коэффициент теплопередачи через ограждение конструкции, кКал/м² ч град

F - площадь отдельных ограждающих конструкций, м²;

Σ - показатель суммирования произведений КF;

W_зд - расход тепла на испарение влаги с поверхности пола и других ограждений, кКал/ч.

В коровнике размером 72м×21м×3м, размещены 200 коров, из них 20 коров живой массой 400 кг и удоем 10 л, 50 коров живой массой 500 кг и удоем 10 л, 80 коров живой массой 600 кг и удоем 15 л, 20 коров живой массой 400 кг стельных сухостойных и 30 коров живой массой 600 кг стельных сухостойных. Температура воздуха в помещении + 10^°С, наружного - 14,6^°С, стены из обыкновенного красного кирпича на тяжелом растворе толщиной в 2 кирпича, штукатурка внутренняя односторонняя толщиной 1,5см. Перекрытия чердачного типа из железобетонных плит с утеплителем толщиной 250мм. Покрытия - волнистые асбест - цементные листы по обрешетке. В коровнике 36 окон размером 0,8м×1,5м с двойным раздельным остеклением и 4 деревянных сплошных ворот с тамбуром размером 3м×2,7м Общая площадь оконных проемов - 43,2м², ворот - 32,4м² .

Определяем поступление тепла в помещение от животных

605 кКал/ч × 20 коров живой массой 400 кг удоем 10л = 12100 кКал/ч

682 кКал/ч × 50 коров живой массой 500 кг удоем 10л = 34100 кКал/ч

623 кКал/ч × 880 коров живой массой 600 кг удоем 15кг = 65840 кКал/ч

569 кКал/ч × 20 коров живой массой 400 кг стельной сухости = 11380 кКал/ч

733 кКал/ч × 30 коров живой массой 600 кг стельной сухости = 21990 кКал/ч 

Итого: 145410 кКал

Таким образом, от всех животных в помещение поступает свободного тепла (Q_ж) 145410 кКал/ч.

Определяем расход тепла помещения: теплопотери на обогрев вентиляционного воздуха проводим по формуле:

Q_вент = 0,24ΔtG,                                           

где G часовой объем вентиляционного воздуха в январе составляет 22050 м³.

Чтобы рассчитать потери на нагревание этого объема воздуха, необходимо объемные единицы перевести в весовые: 1 м³ воздуха при температуре +10^°С и среднем барометрическом давлении 755мм рт. ст. весит 1,239 кг, следовательно 22050 м³ будут весить 27319,95 кг. На нагревание 1 кг воздуха на один градус затрачивается 0,24 кКал тепла, а на весь объем вентиляционного воздуха будет затрачено 6556,78 кКал. Если учесть, что среднемесячная температура января в зоне Уфы -14,6^°С, а оптимальная температура в коровнике +10^°С, то разность температур составит 24,6^°С. Таким образом, расход тепла на вентиляцию составит 161296,78 кКал/ч.

Потери тепла через ограждающие конструкции здания (ΔtΣKS) определяется с учетом условных коэффициентов теплопередачи (К усл.)

В помещении внутренняя длина 68 м., ширина 21м, расчет потерь пола через пол будет следующим:68м × 21м = 1428 м², К_усл. = 0,20.

Потери тепла через пол составляют 1428 м²×0,20 = 285,6 кКал/ч/град.

Для определения потерь тепла через потолок надо определить его площадь. В стойловом помещении она равна площади пола, т.е. 1428м² (68 м × 21м) коэффициент общей теплопередачи (К) равен 0,77 кКал/час∙м²∙град: 1428м² × 0,77 = 1099,56 кКал/час.

Коэффициент общей теплопередачи через окна в нашем случае равен 2,3 кКал/час∙м²∙град, отсюда теплопотери через окна составляют 99,36 кКал/час (43,2 м²×2,3).

Аналогично рассчитываются потери тепла через ворота:32,4м²×2,0 кКал/ч∙м²∙град = 64,8 кКал/час.

При расчете потерь тепла через стены учитывают «чистую» площадь стен с вычетом площади окон и ворот:

Площадь стен (68м×3м)×2+(21м×3м)×2-(43,2 м² +32,4 м²) = 458,4 м². Коэффициент теплопередачи через стены в нашем случае 1,06 кКал/час∙м²∙град. Таким образом, потери тепла через стены равны:458,4 м²×1,06 = 485,9 кКал/час.

Общие потери тепла коровника через ограждающие конструкции при разнице температур в 1ºС составляют 2035,22 кКал/час, при разнице же температур 24,6ºС теплопотери составят 50066,4 кКал/час.

Кроме того, в зависимости от ориентации здания по сторонам света и от расположения его к направлению господствующих ветров помещение дополнительно теряет еще примерно 13% тепла через вертикальные ограждение конструкции - окна, ворота и стены. В данном примере это составляет (99,36+64,8+485,9) × 0,13 = 84,5 кКал/час, а при ∆t=24,6 это значение составит 2078,7 кКал/час.

Таким образом, общие потери тепла через ограждение конструкции составляют 52145,1 кКал/час (50066,4 + 2078,7).

Далее необходимо определить теплопотери на испарение влаги с пола и увлажненных поверхностей помещения (W_зд). Из расчета объема вентиляции мы знаем, что дополнительно поступает 9702г. водных паров. Известно, что на испарение 1г. воды расходуется 0,595 кКал/час, следовательно, теплопотери на испарение всей влаги в помещении составляют:  9702×0,595 = 5772,69 кКал/час.

Суммируя все потери тепла в помещении, в т.ч.:

• на обогрев вентиляционного воздуха 161296,78 кКал/час;
• через ограждающие конструкции здания 52145,1 кКАл/час;
• на испарение влаги с пола и других поверхностей 5772,69 кКал/час, получим общие теплопотери 219214.57 кКал/час.

Тепловой баланс помещения подразумевает равенство поступления тепла и его потерь. Следовательно, чтобы оценить тепловой баланс, надо сравнить поступление тепла 145410 кКал/час и потери его 219214.57 кКал/час. Из этого сравнения можно сделать вывод, что тепловой баланс данного помещения отрицательный (219214,57 - 145410), т.е. что теряется тепла из помещения на 73804,54 кКал/час больше, чем поступает.

Таким образом, можно сделать вывод, что в результате отрицательного теплового баланса температура в помещении будет ниже зоогигиенических требований, соответственно потери тепла в помещении необходимо будет компенсировать за счет дополнительного обогрева помещений, особенно при температурах наружного воздуха ниже -14⁰С. Это можно сделать, установив в систему вентиляции электрокалориферы или генераторы на дизельном топливе.

Код для цитирования: Скопировать