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. Особенно это актуально для регионов с продолжительными периодами холода и в частности для Республики Башкортостан.

В качестве объекта исследований нами был выбран проект конюшни на 50 лошадей.

Для расчета теплового баланса пользуются формулой:

Q_ж= Δt(0,24G + ΣKS) + W_зд  ,

где      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

S - площадь отдельных ограждающих конструкций, м²;

Σ - показатель суммирования произведений КS;

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

В конюшне размером 102м×12м×2,7м, размещены 50 племенных кобыл, 6 ремонтных кобыл и 4 жеребца производителя. Из них 10 жеребых кобыл живой массой 400 кг, 20 жеребых кобыл живой массой 600 кг, 20 подсосных кобыл с приплодом живой массой 600 кг, 3 ремонтные кобылы живой массой 400 кг, 3 ремонтные кобылы живой массой 600 кг, 2 жеребца-производителя живой массой 600 кг и 2 жеребца - производителя живой массой 800 кг. В конюшне стены из легкобетонных камней с щелевыми пустотами, толщиной 509 мм (К=0,82). Перекрытия безчердачного типа из железобетонных плит с рулонной кровлей и утеплителем толщиной 160 мм (К=0,65). В конюшне 64 окна размером 0,8м×0,5м с двойным раздельным остеклением (К=2,3), 2 деревянных сплошных ворот с тамбуром размером 3м×2,7м (К=2,0) и 3 деревянных дверей размером 2,0м×0,9м (К=2,0). Общая площадь оконных проемов - 25,6 м² (64×0,8×0,5), ворот - 16,2м² (3×2,7×2), дверей - 5,4 м² (3×2,0×0,9).

Определяем поступление тепла в помещение от животных

551 кКалл/ч × 10 жеребых кобыл живой массой 400 кг=5510 кКал/ч

717 кКалл/ч × 20 жеребых кобыл живой массой 600 кг=14340 кКал/ч

1192 кКалл/ч × 20 подсосных кобыл с приплодом живой массой 600 кг=23840 кКал/ч

462 кКалл/ч × 3 ремонтные кобылы живой массой 400 кг=1386 кКал/ч

606 кКалл/ч × 3 ремонтные кобылы живой массой 600 кг=1818 кКал/ч

728 кКалл/ч × 2 жеребца-производителя живой массой 600 кг=1456 кКал/ч

884 кКалл/ч × 2 жеребца - производителя живой массой 800 кг=1768 кКал/ч

Итого: 50118 кКал/ч

Таким образом, от всех животных в помещение поступает свободного тепла (Q_ж) 50118кКал/ч.

Используя правую часть формулы, определяем расход тепла помещения:

Теплопотери на обогрев вентиляционного воздуха проводим по формуле:

Q_вент = 0,24ΔtG,

где G часовой объем вентиляционного воздуха в январе (в килограммах)

Lн₂о =  = 9967,3м³/ч

Чтобы рассчитать потери на нагревание этого объема воздуха, необходимо объемные единицы перевести в весовые: 1 м³ воздуха при температуре +5^°С и среднем барометрическом давлении 755мм рт. ст. весит 1,261 кг, следовательно 9967,3 м³ будут весить 12569 кг. На нагревание 1 кг воздуха на один градус затрачивается 0,24 кКал тепла, а на весь объем вентиляционного воздуха будет затрачено 3016,6 кКал. Если учесть, что среднемесячная температура января в нашей климатической зоне -15,1^°С, а оптимальная температура в конюшне +5^°С, то разность температур составит 20,1^°С. Таким образом, расход тепла на вентиляцию составит 60633,7 кКал/ч (3016,6×20,1).

Потери тепла через ограждающие конструкции здания (ΔtΣKS) определяется с учетом условных коэффициентов теплопередачи (К_усл.) разной величины, означающих количества тепла, передается через 1м² поверхности ограждения в течение 1 часа при разности температур в 1^°С, кКал/час·м²·град.

Потери тепла через неутеплённые полы рассчитываются с учётом коэффициента теплопередачи равным 0,2.

В конюшне размером 102м×12м потери тепла через пол будет следующими: 102м×12м×0,2=244,8 кКал/час

Для определения потерь тепла через потолок также надо определить его площадь. В конюшне она равна площади пола, т.е. 1224 м² (102м×12м). Учитывая, что помещение безчердачного типа с перекрытием из железобетонных плит с рулонной кровлей и утеплителем толщиной 160 мм, коэффициент общей теплопередачи равен К=0,65 кКал/час∙м²∙град определяем потери тепла (КS) через потолок: 1224м² × 0,65 = 795.6 кКал/час.

Коэффициент общей теплопередачи через окна равен 2,3 кКал/час∙м²∙град, а площадь оконных проемов - 25,6 м² (64×0,8×0,5), отсюда теплопотери через окна составляют 58,9 кКал/час (25,6 м²× 2,3).

Аналогично рассчитываются потери тепла через ворота: 16,2м²×2,0 кКал/ч∙м²∙град = 32,4 кКал/час и двери: 5,4 м² ×2,0 кКал/ч∙м²∙град град = 10,8 кКал/час

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

 [(102м×2,7м)×2 + (12м×2,7м)×2] - (25,6м² +16,2м²+5,4м²) = 568,4м².

Коэффициент теплопередачи через стены - 0,82 кКал/час∙м²∙град. Таким образом, потери тепла через стены (KS) равны: 568,4 м² × 0,82 = 466,1 кКал/час.

Все приведенные выше расчеты можно свести в следующую таблицу:

Теплопотери через ограждающие конструкции коровника

Название ограждения	Площадь ограждающих конструкций (S), м2	К	КS,  кКал/час
Окна	25,6 м2	2,3	58,9
Ворота	16,2м2	2,0	32,4
Двери	5,4 м2	2,0	10,8
Стены	568,4 м2	0,82	466,1
Потолок	1224м2	0,65	795,6
Пол	1224м2	0,2	244,8
Итого			1608,6

Общие потери тепла конюшни через ограждающие конструкции при разнице температур в 1ºС составляют 1608,6 кКал/час, при разнице же температур 20,1ºС теплопотери составят 32332,86 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 эти потери составят 1484,7 кКал/час (58,9+32,4+10,8+466,1) × 0,13=73,8 × 20,1).

Таким образом, потери тепла через ограждение конструкции составляют 33817,6 кКал/час (32332,86 + 1484,7).

3) Далее необходимо определить теплопотери на испарение влаги с пола и увлажненных поверхностей помещения (W_зд). Из расчета объема вентиляции по влажности видно, что за счет испарения с поверхности воды в поилках, с поверхности полов, кормушек, навозных каналов, проходов и других ограждающих конструкций в воздух помещения за 1 час поступает 2872,4 г. водных паров. Известно, что на испарение 1г. воды расходуется 0,595 кКал/час, следовательно, теплопотери на испарение всей влаги в помещении составляют: 2872,4×0,595 = 1709,1 кКал/час.

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

• на обогрев вентиляционного воздуха 60633,7 кКал/час;
• через ограждающие конструкции здания  33817,6 кКАл/час;
• на испарение влаги с пола и других поверхностей 1709,1 кКал/час, получим общие теплопотери 96160,4 кКал/час.

Зная тепловой баланс помещения, т.е. количество избытка, а чаще недостатка тепла, можно определить, какой же будет температура и влажность воздуха в помещении при расчетных условиях, сколько тепла надо удалить или, наоборот, подать в помещение, чтобы поддержать оптимальные параметры микроклимата. Для этого надо рассчитать ∆t нулевого баланса, т.е. разность температур воздуха внутри помещения и атмосферного, при которой тепловой баланс будет нулевым.

Расчет проводят по формуле:,

Подставляя эту формулу данные, полученные при расчете теплового баланса, получим:

ºС,

т.е. тепловой баланс данной конюшни будет нулевым при разнице температур 10,3ºС.

Зная эту величину, можно рассчитать температуру наружного воздуха, при которой вентиляция в помещении может работать без ограничений:

t_нар = t_вн - ∆t_нб,

где      t _нар.- температура наружного воздуха,^°С

t _вн.  - расчетная температура внутри помещения,^°С.

∆t_нб - разность температур при нулевом балансе тепла, ^°С. 

t _нар.= 5ºС - 10,3ºС = - 5,3ºС

Таким образом при температуре атмосферного воздуха не ниже - 5,3^°С температура воздуха в помещении будет в пределах зоогигиенических норм. При снижении наружной температуры будет падать и температура воздуха внутри помещения, и соответственно в холодный период времени приточный необходимо воздух подогревать.

Код для цитирования: Скопировать