Розрахунок системи вентиляції для тваринницьких приміщень

Курсовий проект на тему:

Розрахунок системи вентиляції для тваринницьких приміщень

Зміст

Введення

1. Вибір розрахункових параметрів

1.1 Розрахункові параметри зовнішнього повітря

1.2 Розрахункові параметри внутрішнього повітря

2. Розрахунок повітрообміну

3. Вибір схем приточної і витяжної систем вентиляції

4. Визначення потужності системи опалення

5. Підбор устаткування приточного центра

6. Розрахунок аерації

Список літератури

Введення

У цивільних, промислових, а також тваринницьких будинках повітря повинне бути досить чистим і помірковано вологим. Підтримка параметрів внутрішнього повітря на необхідному рівні, видалення із приміщення забрудненого повітря й подача чистого повітря — основні завдання вентиляції.

Вентиляція являє собою сукупність заходів і пристроїв, що забезпечують розрахунковий повітрообмін у приміщеннях житлових, промислових і тваринницьких будинків.

Створення оптимального мікроклімату має першорядне значення для забезпечення продуктивності тварин при менших витратах кормів.

На частку забезпечення оптимального мікроклімату тваринницьких приміщень доводиться від 50 до 75% річного енергоспоживання на технологічні потреби ферми.

Про значимість процесу створення мікроклімату свідчить те факт, що потреба тваринництва країни тільки на забезпечення цього процесу становить приблизно 14. .15 млн. т умовного палива.

При розробці системи забезпечення оптимального мікроклімату однієї з основних завдань є організація необхідного повітрообміну у тваринницьких приміщеннях. Особливе значення при цьому здобуває розрахунок витрати повітря, що подається або, що видаляється при вентиляції приміщень. Зміст тварин у холодних, сирих і погано вентильованих приміщеннях приводить до зниження продуктивності, збільшенню витрат кормів. Завдання даного курсового проекту — розрахунок і організація системи приточної і витяжної вентиляції для одного із тваринницьких приміщень.

1. Вибір розрахункових параметрів

1.1 Розрахункові параметри зовнішнього повітря

Кліматичні дані м. Суми відповідно до норм забезпеченості визначають по Снип 2.04.05−91* «Опалення, вентиляція й кондиціювання». При розрахунку вентиляції приймаються параметри трьох розрахункових періодів року: теплого, перехідного й холодного. Як розрахункові параметри зовнішнього повітря (табл. 1) для будинків сільськогосподарського призначення варто приймати:

параметри, А — для систем вентиляції в теплий період;

параметри Б — для систем опалення й вентиляції, що виконує функції опалення, у холодний період;

у перехідний період варто приймати температуру повітря, .

Таблиця 1. Параметри зовнішнього повітря

1.2 Розрахункові параметри внутрішнього повітря

Параметри внутрішнього повітря для проектування вентиляції у тваринницьких будинках у холодний і перехідний періоди приймаються по Додатку 1 «Опалення й вентиляція тваринницьких комплексів і ферм» укладач А. И. Кирюшатов для конкретного об'єкта будівництва. У теплий розрахунковий період температура усередині приміщення приймається на вище розрахунковій зовнішній для забезпечення відводу тепла. Дані по параметрах внутрішнього мікроклімату наведені в табл. 2.

Таблиця 2. Параметри внутрішнього повітря для змісту КРС

Тепломісткість і вологовмісти визначаються для відповідних значень температур, відносної вологості й тепломісткості. Припустима концентрація вуглекислого газу вибирається по Додатку 1 «Опалення й вентиляція тваринницьких комплексів і ферм» .

2. Розрахунок повітрообміну

Для забезпечення оптимального мікроклімату у тваринницьких приміщеннях однієї з основних завдань є організація необхідного повітрообміну, визначення витрати повітря, що подається або, що видаляється при вентиляції приміщень. Витрата повітря розраховується окремо для холодного, перехідного й теплого періодів. Кількість вентиляційного повітря визначається виходячи з даних про виділення в приміщенні водяних пар, газів, надлишкової теплоти (у перехідний і теплий періоди) і з урахуванням вимог до складу повітряного середовища усередині приміщень.

Джерелами забруднень повітря у тваринницьких приміщеннях є Телята. Норми виділення ними вільної теплоти, вуглекислого газу й водяних пар визначаються по Додатку 6 «Опалення й вентиляція тваринницьких комплексів і ферм» і наведені в таблиці 3.

Таблиця 3. Кількість шкідливості, виділюване одною твариною

1. Розрахунок повітрообміну в холодний період.

Витрата вентиляційного повітря, , визначається з умови видалення волого виділень і вуглекислого газу:

(1)

де — волого виділення усередині приміщення,; - вологовміст внутрішнього й зовнішнього повітря,; - обсяг вуглекислого газу, що виділився усередині приміщення,; - концентрація вуглекислого газу гранично припустима усередині приміщення й концентрація вуглекислого газу в зовнішнім повітрі, .

Волого виділення усередині приміщення, , визначаємо по вираженню:

(2)

де — волого виділення тваринами, з мокрої підлоги, додаткові, .

Волого виділення тваринами визначаємо:

(3)

де — волого виділення одною твариною,; - кількість тварин.

Волого виділення з мокрих підлог визначаємо:

(4)

де — площа змоченої поверхні,; - поверхнева щільність волого виділень із площі змоченої поверхні,, залежить від температури й відносної вологості навколишнього повітря й приймається по «Вентиляція виробничих будинків агропромислового комплексу» укладач А.К. Батьківщин.

Додаткові волого виділення у тваринницьких приміщеннях приймаємо як від виділень всіма тваринами:

У такий спосіб волого виділення усередині приміщення, , по формулі (2) становлять:

Кількість повітря на асиміляцію волого виділень:

Обсяг вуглекислого газу, що виділився усередині приміщення визначаємо:

де — виділення вуглекислого газу одною твариною, .

Гранично припустима концентрація визначається по Додатку 1 «Опалення й вентиляція тваринницьких комплексів і ферм» і становить у зовнішнім повітрі приймаємо Отже витрата повітря на видалення вуглекислого газу по формулі (1) дорівнює, і не міняється для трьох розрахункових періодів:

Також визначаємо мінімальна витрата повітря на 1 живої маси тварин:

(5)

де — мінімальна витрата повітря на 1 живої маси,; - загальна маса тварин, .

За розрахункову витрату повітря приймаємо найбільший, вона виявляється достатнім і для видалення із приміщення інших шкідливих виділень: сірководню, аміаку й пилу.

2. Розрахунок повітрообміну в перехідний період Витрата вентиляційного повітря, , визначається з умови видалення волого виділень, вуглекислого газу, надлишкової теплоти:

(6)

де — надлишкові тепловиділення,; - вологовміст внутрішнього й зовнішнього повітря, .

Теплова потужність тепло надлишків визначається як:

(7)

де — теплова потужність від сонячної радіації, ;

— теплова потужність виділень схованої теплоти тваринами, ;

— теплова потужність тепловтрат через зовнішні огородження, ;

— теплова потужність виділень вільної теплоти тваринами, ;

— теплова потужність від освітлювальних приладів, .

Розрахунок від сонячної радіації робимо по формулі:

(8)

де — коефіцієнт залежний від типу скла і його особливостей — для одинарного приймаємо 1,45; - щільність теплового потоку через засклену поверхню,, приймається по таблиці 3.2 «Опалення й вентиляція тваринницьких комплексів і ферм»; - площа поверхні скла,; - коефіцієнт, що залежить від конструкції перекриттів — для покриттів приймаємо 1; - площа горизонтальної проекції перекриття,; - термічний опір теплопередачі перекриття,; - еквівалентна різниця температур, — для України; - еквівалентна різниця температур залежно від конструкції й кольору зовнішньої поверхні покриття,, приймається по таблиці 3.3 «Опалення й вентиляція тваринницьких комплексів і ферм» .

.

Схована теплота є частиною загальної теплоти, що виділяється тваринами, і залежить від їх волого виділень:

(9)

де — схована теплота паротворення водяних пар,, приймається .

Тепловтрати через зовнішні огородження визначаються по вираженню:

(10)

де — питомі втрати,, для даного виду приміщень приймається; - обсяг приміщення по зовнішньому обмірюванню, .

Теплова потужність виділень вільної теплоти тваринами визначаємо:

(11)

де — виділення вільний теплоти одною твариною, .

Теплота від освітлювальних приладів розраховується з використанням потужності ламп, що доводиться на одиницю площі підлоги й прийнятої, визначається по формулі:

(12)

де — площа підлоги, .

Теплова потужність визначаємо по формулі (7):

Явні тепло надлишки становлять:

При цьому тепло волого відношення має вигляд:

.

Волого виділення усередині приміщення, , у перехідний період становлять, рівні волого виділення у холодний період, не змінилися параметри внутрішнього повітря.

По діаграмі, по параметрах внутрішнього й зовнішнього повітря знаходимо вологовміст, відповідно рівні .

Кількість повітря на видалення волого виділень визначаємо по формулі (6):

Кількість повітря на асиміляцію тепло виділеній:

Також визначаємо мінімальна витрата повітря на 1 живої маси тварин:

За розрахункову витрату повітря приймаємо найбільший, вона виявляється достатнім і для видалення із приміщення інших шкідливих виділень: сірководню, аміаку й пилу.

3. Розрахунок повітрообміну в теплий період Витрата вентиляційного повітря, , визначається з умови видалення волого виділень, вуглекислого газу, надлишкової теплоти. Розрахунок поступлень від сонячної радіації робимо по формулі (8):

.

Схована теплота є частиною загальної теплоти, що виділяється тваринами, і залежить від їх волого виділень:

Волого виділення тваринами визначаємо по формулі (3):

Волого виділення з мокрих підлог визначаємо по формулі (4):

.

Додаткові волого виділення у тваринницьких приміщеннях приймаємо як від виділень всіма тваринами:

У такий спосіб по формулі (2) волого виділення усередині приміщення, , становлять:

Теплову потужність виділень вільної теплоти тваринами визначаємо по вираженню (11):

Тепловтрати через зовнішні огородження визначаються по формулі (10):

Теплову потужність визначаємо по формулі (7):

Явні тепло надлишки становлять:

При цьому відношення має вигляд:

.

По діаграмі, по параметрах внутрішнього й зовнішнього повітря знаходимо вологовміст, відповідно рівні

Кількість повітря на видалення волого виділень визначаємо по формулі (6):

Кількість повітря на асиміляцію тепло видаленій (6):

Також визначаємо мінімальна витрата повітря на 1 живої маси тварин:

За розрахункову витрату повітря приймаємо найбільший, вона виявляється достатнім і для видалення із приміщення інших шкідливих виділень: сірководню, аміаку й пилу.

3. Вибір схем приточної і витяжний систем вентиляції

Для основних приміщень тваринницьких будинків організація вентиляції залежить від призначення приміщення й виду тварин. Телятники для прив’язного змісту молодих телят рекомендується обладнати системою вентиляції за наступною схемою:

у холодний і перехідний періоди — подача підігрітого повітря у верхню зону розосередженими струменями. Видалення повітря з верхньої зони через шахти в перекритті й з нижньої зони через гнойові канали в розмірі 30% припливу.

У теплий період — природний приплив через віконні прорізи. Природна витяжка через віконні прорізи й механічна через гнойові канали в розмірі 30% зимового припливу.

У приміщеннях для змісту худоби передбачається створення підпору повітря шляхом перевищення припливу над витяжкою в розмірі 10−20%, здійснення природної вентиляції як аварійної.

План приточної вентиляції представлений на форматі 1. Система складається із двох галузей, розташованих на висоті 2,5 м від рівня підлоги. Роздача повітря відбувається через ґрати розміром 100×100.

Для подачі повітря із заданими параметрами центр обладнають фільтром і калорифером, розрахунок яких приводиться далі. Необхідний напір і витрата в системі створюється відцентровим вентилятором. Запобігання перетікання повітря із приміщення забезпечує утеплений клапан. Для зменшення звукового навантаження використовують звукоі віброізоляцію. Розрахунок всіх тридцятимільйонних частин приточного центра наведений у главі 4 даного проекту.

4. Визначення потужності системи опалення

Теплова потужність системи опалення розраховується на підставі теплового балансу тваринницького приміщення, складеного для холодного періоду:

(13)

де — теплова потужність, що витрачається на підігрів приточного повітря,; - теплова потужність тепловтрат через зовнішні огородження,; - теплова потужність, що витрачається на нагрівання повітря,; - теплова потужність, що витрачається на випар вологи з відкритих водних і змочених поверхонь,; - теплова потужність виділень вільної теплоти тваринами,; - теплова потужність від освітлювальних приладів, .

Теплова потужність, що витрачається на підігрів приточного повітря, , включена в тепловий баланс приміщення, до застосовуємо повітряне опалення, сполучене із загальобмінною вентиляцією, визначається по формулі:

(14)

де — теплоємність повітря,; - щільність повітря,; - витрата повітря, що йде на вентиляцію тваринницького приміщення,; - температура внутрішнього й зовнішнього повітря відповідно, .

Витрата вентиляційного повітря визначається з умови асиміляції волого виділень і видалення вуглекислого газу в главі 1.

Витрата теплоти, що йде на нагрівання вентиляційного повітря визначаємо по формулі (14):

Тепловтрати через зовнішні огородження визначаються за укрупненими показниками по вираженню (10):

Втрати тепла на нагрівання инфильтрующего повітря через огородження визначаємо по формулі:

(15)

де — загальна витрата повітря,, обумовлений по формулі:

(16)

де — сумарна площа поверхні зовнішніх огороджень,; - витрата повітря через вікна,, що розраховується при одинарному склі як:

де — частка скла поверхні зовнішнього огородження; - висота приміщення, .

Коефіцієнт інфільтрації вибирається по «Вентиляція виробничих будинків агропромислового комплексу» по :

де — швидкість вітру, прийнята як розрахункова зимова, .

Витрата повітря й втрати тепла на його нагрівання становлять по формулах (15) і (16):

і

Теплова потужність, що витрачається на випар вологи, визначається по рівнянню,

де — схована теплота паротворення водяних пар, .

Теплова потужність виділень вільної теплоти тваринами визначаємо по формулі (11):

Теплову потужність системи опалення, , розраховуємо по формулі (13):

.

При цьому відношення має вигляд:

.

5. Підбор устаткування приточного центра

1. Підбор калорифера

При виборі схеми калориферної установки необхідно врахувати, що по техніко-економічних міркуваннях масова швидкість повітря приймається для пластинчастих калориферів 7…10…10

Необхідна площа живого перетину калорифера для проходу повітря визначається:

де — масова швидкість повітря, .

По технічних характеристиках підбираємо калорифер КПС-П № 10.

Швидкість теплоносія в трубках калорифера визначаємо:

де — теплоємність і щільність теплоносія; - температура теплоносія в що подає й зворотному трубопроводі,; - площа живого перетину трубок,. Для зменшення швидкість плину теплоносія для нормованих 0,2−0,5 з'єднуємо два калорифери КПС-П № 10 паралельно по теплоносії. Необхідна поверхня нагрівання, визначається:

(17)

де — коефіцієнт теплопередачі,; - середня температура теплоносія. t_ср1= - середня температура повітря,, t_ср2=

Необхідну поверхню нагрівання, визначаємо по вираженню (17):

.

2. Підбор фільтра

Фільтр підбирається по продуктивності, розрахованої для холодного періоду, що становить, а також по ступені очищення й пропонованим до нього вимогам (ступінь очищення, рід забруднювачів, що вловлюються, і т.д.). Для тваринницького приміщення застосовуємо фільтр зі ступенем очищення 55% (фільтр III класу очищення), основним забруднювачем якого є пил розміром 10−50 напівтемний.

Фільтри ФяГ складаються з рамки, що виготовляється з картону або оцинкованої сталі, усередині якої покладений фільтруючий матеріал у вигляді гофри, що опирається з боку виходу повітря на сітку гофрованої (хвилеподібної) форми.

Фільтри типу ФяГ призначені для очищення зовнішнього й рециркулярного повітря в системах приточної вентиляції й кондиціювання для приміщень різного призначення: побутових адміністративних і промислових будинків.

У процесі експлуатації фільтрів варто контролювати їхній аеродинамічний опір за показниками манометра, приєднаного до штуцерів, улаштованим у стінках камер до й після фільтрів.

При досягненні перепаду тиску, що рекомендується для даного фільтра, або виходячи з розташовуваного тиску в системі, фільтри необхідно заміняти.

Таблиця 4. Технічні вимоги й характеристики

Фільтри працездатні й зберігають свої технічні характеристики при температурі очищеного повітря від — 40 °C до +70°С. Навколишнє середовище повітря не повинні містити агресивних газів і пар.

Параметри фільтрів визначалися відповідно ДО ДЕРЖСТАНДАРТУ Р 51 251 — 99 «Посібника з випробування й оцінки повітряних фільтрів для систем приточної вентиляції й кондиціювання повітря Таблиця 5. Характеристика підібраного фільтра

У даному приміщенні встановлюємо 2 фільтри ФяГ 3 (4) 059.

3. Підбор утепленого клапана Клапани повітряні утеплені призначені в якості клапанів у вентиляційних системах. Клапан складається з корпуса (з оцинкованої сталі), усередині якого на підшипниках ковзання встановлені поворотні лопатки, Тэнов (потужністю 0,4 кВт) і приводи (ручного й електричного).

Кожна лопатка має перетин. Клапани можуть використовуватися для режимів «відкрите-закрите «або плавного регулювання кількості повітря. Як виконавчий механізм може використовуватися ручний привід, привід фірми «Belimo «.

Клапани призначені для використання в системах вентиляції й кондиціювання повітря й можуть застосовуватися для регулювання кількості повітря й газових сумішей, агресивність яких, стосовно оцинкованої сталі, не вище агресивності повітря, з температурою до 80 °C, не утримуючого пилу й інших твердих домішок у кількості більше 100 мг/м 3, а також липких речовин і волокнистих матеріалів.

Клапани призначені для експлуатації в умовах помірного клімату (В) категорії розміщення 1 за ДСТ 15 150, і для експорту в умовах помірного (В) і тропічного (Т) клімату категорії розміщення 1 за ДСТ 15 150−69.

4. Підбор вентилятора Вентилятор вибирається на основі гідравлічного розрахунку. Визначаємо кількість пристроїв, що роздають, виходячи з умови рівності швидкості руху повітря в жалюзійних ґратах і швидкості на останній ділянці.

Загальна площа жалюзійних ґрат:

де — швидкість руху повітря в жалюзійних ґратах, .

Кількість жалюзійних ґрат:

де — площа живого перетину жалюзійних ґрат,. Для РС-Г 425×75 становить .

Витрата повітря на останній ділянці:

Швидкість повітря на останній ділянці:

де — діаметр каналу, .

Тому що система має дві галузі, то кількість ділянок на кожній з них становить 38. На аксонометричній схемі робимо розбивку ділянок — відрізків з постійним перетином і витратою. За розрахунковий напрямок приймаємо найбільш протяжне.

Втрати на ділянці складаються із втрат на тертя й втрат напору в місцевих опорах на ділянці.

В інженерній практиці втрати тиску на тертя визначають по формулі:

(17)

де — коефіцієнт обліку шорсткості стінок і швидкості повітря, для сталевих трубопроводів приймається 1, для цегельних — 2,2; - табличне значення питомі тиски на тертя,; - довжина ділянки, .

Гідравлічні втрати тиску на місцеві опори визначаються по формулі:

(18)

де — сума коефіцієнтів місцевих опорів на ділянці; - динамічний тиск, .

Загальні втрати тиску в мережі для стандартного повітря визначаються по формулі:

(19)

Приведемо приклад розрахунку ділянки 25 — шахта довжиною 0,89 м. Місцеві опори — вхід у шахту (), два повороти потоку (), розширення перетину (). Прийнятий перетин — 375×375, швидкість на ділянці - 5,6, динамічний тиск, питомі опори. У такий спосіб повне падіння опору на ділянці № 25 становить по формулі (19):

Розрахунок всіх ділянок зведемо в таблицю 8.

Визначивши втрати тиску у всій системі, які склали, також по витраті визначаємо по каталогах вентилятор ВР 86−77−4, характеристики якого наведені в таблиці 6.

Таблиця 6. Характеристики вентилятора ВР 86−77−4

6. Розрахунок аерації

Аерація — організований природний повітрообмін у приміщенні. Її здійснюють через спеціально передбачені отвори в зовнішніх огородженнях з використанням природних побудників руху повітря — гравітаційних сил і вітру.

1. Розрахунок аерації в теплий період Визначимо витрату повітря, необхідного для забезпечення нормованої температури в робочій зоні (для літнього періоду):

(20)

де — коефіцієнт температурного розподілу, показує яка частка тепла надходить у робочу зону, приймається 0,8.

Повний перепад тисків:

(21)

де — відстань від середини віконного прорізу до верхнього зрізу шахти (3 м); - щільність зовнішнього й внутрішнього повітря, відповідно, кг/м³. У розрахунках системи вентиляції приймаємо температуру зовнішнього повітря в літній і перехідний період по дійсних умовах. Надлишковий тиск на рівні середини віконного прорізу (прорізу в стіні):

. (22)

Температура повітря, що йде:

Швидкість повітря на припливі через віконні прорізи не повинна перевищувати 0,3−0,5 м/с.

Виходячи із цієї умови розрахуємо необхідну кількість прорізів (вікон):

. (23)

Надлишковий тиск у шахті:

(24)

Швидкість повітря на рівні зрізу шахти:

(25)

де Уж — сума коефіцієнтів місцевих опорів; h₁ — висота шахти, м.

Сумарна площа шахт і їхня кількість:

(26)

2. Розрахунок аерації в перехідний період Витрата на аерацію в перехідний період зменшується на 30% від подаваного обсягу в холодний період, що видаляється через гнойові канали.

Визначимо витрата повітря, необхідний для забезпечення нормованої температури в робочій зоні (для літнього періоду), по формулі (20):

Кількість повітря, що видаляється через шахти:

Кількість теплоти, що видаляється через шахти:

Повний перепад тисків, визначаємо по формулі (21):

У розрахунках системи вентиляції приймаємо температуру зовнішнього повітря в літній і перехідний період по дійсних умовах. Надлишковий тиск на рівні середини віконного прорізу (прорізу в стіні) визначаємо по вираженню (22):

.

Температура повітря, що йде:

Швидкість повітря на припливі через віконні прорізи не повинна перевищувати 0,3−0,5 м/с.

Виходячи із цієї умови розрахуємо необхідну кількість прорізів (вікон) по вираженню (23):

.

Надлишковий тиск у шахті знаходимо по формулі (24):

Швидкість повітря на рівні зрізу шахти визначаємо по формулі (25):

Сумарна площа шахт і їхню кількість знаходимо по вираженню (26):

Висновок

У даному курсовому проекті відповідно до завдання була запроектована система опалення й вентиляції телятника для телят старше 4-х місяців на 110 голів м. Суми. Були розраховані шкідливості в приміщенні, й тепловтрати. Був зроблений розрахунок повітря обміну у зимовий, перехідний і літній періоди року. Було підібране встаткування для приточної камери: калорифер марки КПС-П № 10 і вентилятор ВР-86−77−4.

Була розрахована аерація будинку й аеродинаміка для літнього й перехідного періодів року: підібрані кількість і розміри витяжних шахт, віконних прорізів, що забезпечують видалення шкідливості із приміщення, де втримуються тварини.

Повітря подається через повітря хід із приточними ґратами, перетином 100 100.

Усього на один приточний центр — 114 ґрат.

У літній і перехідний періоди, для компенсації тепло надлишків необхідно організувати аерацію. Діаметр шахти становить 0,8 м. Улітку аерація здійснюється через прорізи в стінах; необхідно відкрити 44 вікна, а віддаляється через шахти; необхідне число шахт 36 штук.

У перехідний період приплив повітря здійснюється через 26 відкритих вікон, а віддаляється необхідна кількість повітря через шахти, необхідне число шахт 27 штук.

Список літератури

1. Снип 2.04.05−91* Опалення, вентиляція й кондиціювання.

2. Богословський В. М. Опалення й вентиляція. — К., 2007

3. Драганов Б. Х. Теплотехніка й застосування теплоти в сільському господарстві - К., 2007

4. Драганов Б. Х. Курсове проектування по теплотехніці й застосуванню теплоти в сільському господарстві: — К., 2003

5. Кирюшатов А.І. Опалення й вентиляція тваринницьких комплексів і ферм. Методичні вказівки до курсового й дипломного проектування. — К., 2007

6. Отцов О. К. Вентиляція виробничих будинків агропромислового комплексу. — К., 1997