Теплопотери помещения

Курсовой проект

Из приложения Г [1] выписываем расчетные параметры наружного воздуха (таблица 1).

Таблица 1. Расчетные параметры наружного воздуха.

Область

Температура наиболее холодных суток

Холодный период

Теплый период

,

,

,

,

Витебская

-31

-25

-24,4

21,6

49,4

Для переходного периода принимаем температуру наружного воздуха и энтальпию .

По литературе [2] из таблицы 10.1 выписываем параметры внутреннего воздуха в таблицу 2. теплопотеря вентиляционный воздух мощность

Таблица 2. Расчетные параметры внутреннего воздуха.

Помещение

Период года

Параметры воздуха

ПДК

,

,

, %

Помещение для молодняка КРС

Холодный

10

75

2,5

Переходный

15

40-75

2,5

Теплый

26,6

40-75

2,5

где — расчетная температура внутреннего воздуха, ;

  • относительная влажность, %;
  • ПДК углекислого газа в зоне содержания животных (удельная допустимая концентрация углекислого газа), , принимаем из таблицы 10.4 [2] .

В таблицу 3 выписываем выделения теплоты, влаги и углекислого газа животными (таблица 10.5 [2]).

Таблица 3. Выделение теплоты, влаги и углекислого газа.

Группа животных

Живая масса,кг

Теплоты,

Влаги,

,

полных

явных

Молодняк КРС в возрасте до 15 месяцев.

400

811

584

334

97

В таблицу 4 выписываем температурные коэффициенты (таблица 10.7 [2]).

Таблица 4. Температурные коэффициенты для животных.

Периоды года

Температура ,

Температурные коэффициенты

тепловыделений

выделений

влаговыде-лений

полных

явных

холодный

10

1

1

1

1

переходный

15

1

0,9

1,1

1,26

теплый

26,6

1,075

0,654

1,466

2,156

Для расчета термических сопротивлений теплопередаче для стен, перекрытий и дверей необходимо знать технические характеристики строительных материалов и конструкций. Из таблицы 1.12 [2] выписываем необходимые данные в таблицу 5.

Таблица 5. Теплотехнические характеристики строительных материалов и конструкций.

Наименование материала

,

Расчетные коэффициенты при условиях эксплуатации Б

Теплопроводности,

Теплоусвоения,

Кладка из керамического пустотного кирпича

1200

0,52

6,62

Внутренняя штукатурка

1600

0,81

9,76

Цементная стяжка

1800

0,93

11,09

Аглопоритобетон

1400

0,44

6,14

Доски сосновые

500

0,18

4,54

Минераловатные плиты

200

0,08

1,11

Рубероид

600

0,17

3,53

2. Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена

2.1 Холодный период года

Влаговыделения животными, :

, (3.1)

где — температурный коэффициент влаговыделений (таблица 4);

  • влаговыделение одним животным (таблица 3), ;
  • число животных.

;

Дополнительные влаговыделения в зимний период составляют 10% от общего влаговыделения:

, (3.2)

Суммарные влаговыделения:

, (3.3)

Рассчитаем количество , выделяемого животными, :

, (3.4)

где — температурный коэффициент выделений и полных тепловыделений;

  • количество , выделяемого одним животным, .

Определим тепловой поток полных тепловыделений, :

, (3.5)

где — тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 3), .

Тепловой поток теплоизбытков, :

, (3.6)

где Ф ТП — поток теплопотерь (Ф ТП таблица 6) .

Угловой коэффициент (тепловлажностное отношение), :

, (3.7)

Воздухообмен в холодный период.

Произведем расчет расхода вентиляционного воздуха, , из условия удаления выделяющихся:

водяных паров:

, (3.8)

где — суммарные влаговыделения внутри помещения, ;

  • плотность воздуха, ;
  • и — влагосодержания внутреннего и наружного воздуха, .

Из диаграммы влажного воздуха по рис.1.1. [2] определим и :

, (при t = 10 и );

  • , (при и ).

углекислого газа:

, (3.9)

где — расход углекислого газа, выделяемого животными в помещении,;

  • ПДК углекислого газа в помещении (таблица 2), ;
  • концентрация углекислого газа в наружном (приточном) воздухе,

, (принимают 0,3 — 0,5 , стр.240 [2]).

расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена:

, (3.10)

где — норма минимального воздухообмена на 1 ц живой массы (таблица 10.11 [2]), ;

  • живая масса животных, .
  • масса всех животных.

В качестве расчетного значения расхода воздуха в холодный период принимаем наибольший, т.е. .

2.2 Переходный период года

Влаговыделения животными, :

, (3.1)

где — температурный коэффициент влаговыделений (таблица 4);

  • влаговыделение одним животным (таблица 3), ;
  • число животных.

;

Дополнительные влаговыделения в зимний период составляют 10% от общего влаговыделения:

, (3.2)

Суммарные влаговыделения:

, (3.3)

Рассчитаем количество , выделяемого животными, :

, (3.4)

где — температурный коэффициент выделений и полных тепловыделений;

  • количество , выделяемого одним животным, .

Определим тепловой поток полных тепловыделений, :

, (3.5)

где — тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 3), .

Тепловой поток теплоизбытков, :

, (3.11)

где — тепловой поток полных тепловыделений животными в переходный период, ;

  • тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции в переходный период, .

, (3.12)

где: и — расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в переходный период, .

; ; .

;

Определим угловой коэффициент, :

Воздухообмен в переходный период.

Рассчитаем расход вентиляционного воздуха, , из условия удаления водяных паров:

Влагосодержание внутреннего воздуха:

, (3.13)

Влагосодержание наружного воздуха определим по — диаграмме при параметрах и — .

Для переходного периода года рассчитывается воздухообмен только для удаления водяных паров. Расчетное значение расхода воздуха: .

2.3 Теплый период года

Определяем влаговыделения животными, :

Испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей:

Суммарные влаговыделения:

Определим тепловой поток полных тепловыделений, :

Тепловой поток теплоизбытков, :

, (3.14)

где — тепловой поток от солнечной радиации, .

, (3.15)

где — тепловой поток через покрытие, ;

  • тепловой поток через остекление в рассматриваемой наружной

стене, ;

  • тепловой поток через наружную стену, .

, (3.16)

где =2358 — площадь покрытия (таблица 6);

  • =1,57- термическое сопротивление теплопередаче через покрытие (таблица 6);
  • = 14,9 — избыточная разность температур, вызванная действием солнечной радиации (стр. 46 [2]).

Тепловой поток через остекление, :

, (3.17)

где — коэффициент остекления (), (стр. 46 [2]);

  • поверхностная плотность теплового потока через остекленную поверхность, , (, таблица 3,12 [2]);
  • =64 — площадь остекления.

Тепловой поток через наружную стену (за исключением остекления в этой стене):

, (3.18)

где — площадь наружной стены, ;

  • термическое сопротивление теплопередаче наружной стены, ;
  • избыточная разность температур, ,(таблица 3.13 [2]).

для стены ЮВ:

  • =251;
  • =0,907 ;
  • =10,6.

Угловой коэффициент, :

Воздухообмен в теплый период года.

Расход вентиляционного воздуха, , в теплый период года из условия удаления выделяющихся:

водяных паров:

Влагосодержание наружного воздуха определим по — диаграмме (рис. 1.1 [2]) при параметрах и — .

Влагосодержание внутреннего воздуха:

расход вентиляционного воздуха исходя из нормы минимального воздухообмена:

В качестве расчетного значения расхода воздуха в теплый период принимаем наибольший, т.е. .

Таблица 7. Основные показатели по чертежам отопления и вентиляции

Наименование помещения

Периоды

года

Наружный

воздух

Внутренний

воздух

Влаговыделения, кг/ч

,

, %

,

, %

от животных

от оборудования и пола

итого

Помещение для молодняка КРС

Холодный

-25

90

10

75

240,5

24,05

264,55

Переходный

8

80

15

68

303

30,3

333,3

Тёплый

21,6

68

26,6

70

518,5

129,6

648,1

Теплопоступления, кВт

Теплопотери через огражд.,

кВт

Избыточная теплота,кВт

Угловой коэффициент, кДж/кг

Расход вентил. воздуха, м 3

Температура

приточ.

воздуха,

от животных

от обо-рудов.

от солн. радиации

итого

583,92

583,92

121,77

462,15

6288,9

43200

-9,48

583,92

583,92

24,35

559,57

6040

138875

8

627,7

42,029

669,73

669,73

3720

201600

21,8

3. Выбор системы отопления и вентиляции

Предусматриваем центральную систему воздушного отопления, которую конструктивно совмещаем с общеобменной приточной вентиляцией.

Система отопления и вентиляции включает:

  • калорифер;
  • радиальный (центробежный) вентилятор;
  • магистральный воздуховод и воздуховоды равномерной подачи воздуха;

— В холодный период года проточный воздух, подаваемый в помещение вентилятором через воздухораспределители, предварительно подогревается в калорифере, теплопроизводительность которого регулируется в зависимости от температуры внутреннего воздуха.

В переходный и тёплый периоды года воздух подаётся в помещение вентилятором без подогрева, а дополнительный воздухообмен осуществляется при помощи осевых вентиляторов установленных в нижней части наружных продольных стен помещения. Воздух из помещения удаляется под действием избыточного давления через утеплённые вытяжные шахты.

Воздухораспределители размещают над каждым рядом содержания животных. С целью снижения металлоёмкости и сроков монтажа в системах отопления и вентиляции воздухораспределители изготавливают из полиэтиленовых рукавов, в которых предусмотрены воздуховыпускные отверстия. Рукав подвешивают на двух тросах продетых вовнутрь, что позволяет избежать его слипания при неработающем вентиляторе.

Расчёт отопительно-вентиляционной системы сводится к определению её тепловой мощности, а также температуры воздуха после подогрева в калорифере.

Тепловая мощность отопительно-вентиляционной системы, :

, (4.1)

где — тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции, ;

  • тепловой поток на нагревание вентиляционного воздуха, ;
  • тепловой поток на испарение влаги внутри помещения, ;
  • тепловой поток явных тепловыделений животными, .

(таблица 6).

Тепловой поток на нагревание приточного воздуха, :

, (4.2)

где — расчетная плотность воздуха ([2]);

  • расход приточного воздуха в зимний период года, ();
  • расчетная температура наружного воздуха, ();
  • удельная изобарная теплоемкость воздуха ([2]).

Тепловой поток на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, :

, (4.3)

Тепловой поток явных тепловыделений, :

, (4.4)

где — температурный коэффициент явных тепловыделений (таблица 4);

  • тепловой поток явных тепловыделений одним животным (таблица 3), .

;

Предусматриваем две отопительно-вентиляционные установки с тепловой мощностью каждой Фо = Фовс /2= 223,44/2= 111,72 и расходом воздуха L =

=Lв /2= 43200/2 =21600 .

Дальнейший расчет ведем для одной установки.

Определим температуру подогретого воздуха, :

, (4.5)

где — наружная температура в зимний период года, ;

  • Для пленочных воздуховодов должно соблюдаться условие:. В нашем случае удовлетворяет.

4. Расчет и выбор калориферов

В системе вентиляции и отопления устанавливаем водяной калорифер. Теплоноситель — горячая вода.

Рассчитаем требуемую площадь живого сечения, , для прохода воздуха:

, (5.1)

где — массовая скорость воздуха, , (принимается в пределах 4-10 [2]).

Принимаем массовую скорость в живом сечении калорифера:

По таблице 8.10 [2] по рассчитанному живому сечению выбираем 1 калорифер марки КСк3 со следующими техническими данными:

Таблица 7. Технические данные калорифера КСк3.

Номер калорифера

Площадь поверхности нагрева ,

Площадь живого сечения по воздуху ,

Площадь живого сечения по теплоносителю,

8

18,96

0,392

0,00087

Принимаем 2 калорифера в ряду соединённых параллельно по воде .

Уточняем массовую скорость воздуха:

Определяем коэффициент теплопередачи, :

, (5.2)

где — коэффициент, зависящий от конструкции калорифера;

  • массовая скорость в живом сечении калорифера, ;
  • и — показатели степени;
  • скорость воды в трубках, .

, (5.3)

где — удельная теплоемкость воды ;

  • плотность воды, ;
  • и — расчетные температуры горячей и обратной воды, ;
  • площадь живого сечения трубок, .

м/с.

Из таблицы 8.12 [2] выписываем необходимые данные для КСк3:

  • ;
  • ;
  • ;
  • ;
  • .

Определяем среднюю температуру воздуха, :

Определяем среднюю температуру воды, :

Определяем требуемую площадь поверхности теплообмена калориферной установки, :

, (5.4)

Определяем число калориферов:

, (5.5)

где — общая площадь поверхности теплообмена, ;

  • площадь поверхности теплообмена одного калорифера, .

Округляем до целого значения .

Определяем процент запаса по площади поверхности нагрева:

, (5.6)

  • удовлетворяет.

Аэродинамическое сопротивление калориферов, :

, (5.7)

где — коэффициент, зависящий от конструкции калорифера;

  • показатель степени.

Аэродинамическое сопротивление калориферной установки, :

, (5.8)

где — число рядов калориферов ().

5. Аэродинамический расчет воздуховодов

В соответствии с принятыми конструктивными решениями составляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием вентиляционного оборудования и запорных устройств.

Рисунок 2. Расчетная аксонометрическая схема воздуховодов.

Задаемся скоростью в начальном поперечном сечении (6 — 12 м/с [2]):

м/с.

Определяем диаметр пленочного распределителя, м:

, (6.1)

м.

Принимаем стандартный ближайший диаметр (стр.193 [2]).

При этих параметрах воздуховода рассчитываем в начальном поперечном сечении динамическое давление воздуха:

, (6.2)

Число Рейнольдса:

, (6.3)

где — кинематический коэффициент вязкости, = 14,6610 -6 м2 /с (таблице 1.6 [2]).

Коэффициент гидравлического трения:

, (6.4)

где k — абсолютная шероховатость, принимаем k = 0,01 мм [2].

Определяем коэффициент, характеризующий конструктивные особенности воздухораспределителя:

, (6.5)

где — длина воздухораспределителя, .

Полученное значение а = 0,56 < 0,73, что удовлетворяет требованиям.

Устанавливаем минимально допустимую скорость истечения воздуха через отверстие в конце воздухораспределителя, :

, (6.6)

где — коэффициент расхода (принимают 0,65 для отверстий с острыми кромками).

Коэффициент, характеризующий отношение скоростей воздуха:

, (6.7)

где — скорость истечения через отверстия в конце воздухораспределителя, (рекомендуется [2]), принимаем .

По таблице 8.8 [2] для и принимаем один участок.

Установим расчетную площадь отверстий, , в конце воздухораспределителя, выполненных на 1 длины:

, (6.8)

В пределах участка находим площадь отверстий, м, выполненных на единице длины воздуховода:

, (6.9)

где — относительная площадь воздуховыпускных отверстий на участках воздухораспределителя: (стр. 202 [2]).

Диаметр воздуховыпускного отверстия принимают в пределах 20 — 80 мм [2].

Принимаем .

Определяем число рядов отверстий:

, (6.10)

где n — число отверстий в одном ряду;

d o — диаметр отверстия, d o = 50 мм = 0,05м ;

f о — площадь воздуховыпускных отверстий, м 2 .

, (6.11)

м 2 .

шт .

Шаг между рядами отверстий b , м:

, (6.12)

м .

Вычисляем статическое давление воздуховода, Па :

  • в конце воздухораспределителя:

, (6.13)

Па .

  • в начале воздухораспределителя:

, (6.14)

Па .

Потери давления в воздухораспределителе:

, (6.15)

Па.

Дальнейший расчет сводим в таблицу 8.

Потери давления в результате трения по длине участка:

, (6.15)

где R — удельные потери давления на единице длины воздуховода, определяется по номограмме (рис. 8.6 [2]).

Потери давления в местных сопротивлениях:

, (6.16)

где — коэффициент местного сопротивления (таблица 8.7 [2]).

, (6.17)

Скорость воздуха в жалюзийной решетке [2].

Таблица 8. Расчет участков воздуховода.

Номер участка

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

1

5400

52,5

500

0,196

7

0

0

0

29,4

0

131,5

2

5400

7

500

0,196

7

0,9

6,3

0,65

29,4

19,1

24,4

3

10800

2,5

560

0,246

10

1,35

3,4

-0,1

60

-6

-2,6

4

21600

3

800

0,502

12

1,45

4,4

3,18

86,4

274,8

279,1

калорифер

21600

187

жал. реш.

21600

5

2

15

30

30

итого:

649,4

Предусматриваем прямоугольные вытяжные шахты сечением 1000х1000мм. (стр. 21[2])

Определяем эквивалентный диаметр шахты

Расчет вытяжных шахт естественной вентиляции производят на основании расчетного расхода воздуха в холодный период года. Работа вытяжных шахт будет более эффективной при устойчивой разности температур внутреннего и наружного воздуха (не менее 5С), что наблюдается в холодный период года.

Скорость воздуха в поперечном сечении вытяжной шахты:

, (7.1)

где — ускорение свободного падения, м/с 2 .

h — высота вытяжной шахты между плоскостью вытяжного отверстия и устьем шахты, м; (принимаем h = 4 м );

d — диаметр шахты, м; (принимаем d = 1м [2]);

t н — расчетная наружная температура; (принимаем t н = 5 єC [2]);

Уо — сумма коэффициентов местного сопротивления [2];

  • для входа в вытяжную шахту: ;
  • для выхода из вытяжной шахты: .

;

м/с .

Определяем число шахт для всего помещения:

, (7.2)

где L в — расчётный расход воздуха в зимний период года, м 3 ;

L ш — расчётный расход воздуха через одну шахту, м 3 ;

  • , (7.3)

где f ш — площадь поперечного сечения одной шахты, м2 :

м І .

м 3 ;

Принимаем число шахт для всего помещения n = 6.

6. Выбор вентилятора

Подбор вентилятора производят по заданным значениям подачи и требуемого полного давления.

В системах вентиляции и воздушного отопления с/х производственных зданий устанавливают радиальные (центробежные) вентиляторы марок В.Ц 4-75, В.Ц 4-76 и В.Ц 4-46, осевые вентиляторы марок В-06-300 и ВО.

Радиальные вентиляторы изготавливают по схемам конструктивного исполнения 1 и 6. Вентиляторы исполнения 1 более компактны и удобны при эксплуатации, с меньшим уровнем шума.

Подачу вентилятора определяем с учетом потерь или подсосов воздуха в воздуховоды, вводя поправочный коэффициент к расчетному расходу воздуха для стальных воздуховодов — 1,1 , :

, (7.1)

Определяем требуемое полное давление вентилятора, :

, (7.2)

Па .

По подаче воздуха вентилятора и требуемому полному давлению, согласно графику характеристик вентиляторов ВЦ 4-75 (рис. 8.13 [2]), выбираем вентилятор марки: Е 10.095-1.

В соответствии с выбранным ранее калорифером и выбранным теперь вентилятором заполняем таблицу 10 характеристик отопительно-вентиляционной системы.

Таблица 10. Характеристика отопительно-вентиляционных систем.

Обозначение

Кол. систем

Наименование помещения

Тип установки

Вентилятор

тип

номер

исполнение

Положение

,

,

,

П1

2

коровник

Е 10.095-1

ВЦ 4-75

10

1

Пр

23760

584

720

Обозначение

Электродвигатель

Воздухонагреватель (калорифер)

Примечание

Тип

,

,

Тип

Номер

Кол-во

Нагрев,

Мощность, кВт

,

от

до

П1

4А132М8

5,5

720

КВСБ

8

2

-25

-9,48

187

8. Энергосбережение

Одним из энергосберегающих мероприятий является утилизация теплоты вытяжного воздуха.

Рисунок 3. Схема энергосберегающей ОВС: 1-теплоутилизатор; 2-калорифер; 3-воздухораспределитель; 4-вытяжной воздуховод.

Анализ теплового баланса животноводческих помещений показывает, что холодный период 70-80% теплоты удаляется вместе с вытяжным воздухом. Для использования его теплоты применяют теплоутилизаторы, удаляемые из верхней зоны помещения воздух. Воздух поступает в теплоутилизатор, куда одновременно подаётся наружный воздух. В результате теплообмена приточный воздух предварительно подогревается, подогрев воздуха до заданной температуры происходит в калорифере.

Наличие теплоутилизатора обуславливает необходимость установки вытяжного вентилятора. При этом экономия теплоты преобладает над незначительным увеличением расхода электроэнергии. Применение теплоутилизаторов ОВС позволяет снизить теплопроизводительность калориферной установки и сократить расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых помещений до 40 %.