Теплоснабжение животноводческого помещения и жилого поселка

Теплоснабжение животноводческого помещения и жилого поселка

Министерство сельского хозяйства РФ

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра «Электротехнология сельскохозяйственного производства»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема:

«Теплоснабжение животноводческого помещения и жилого поселка»

Разработал:  Лоргов А.П.

Руководил: Артамонава Л.П.

2004 г.

Задание курсовой работы

Коровник па 180 голов

Код варианта: П 72 К 164 Г 12

П – Животноводческое помещение

7 – Кировская область. Типовой проект 801-2-68.86

2 – вид обогрева: водяные калориферы

приточная вентиляция: сосредоточенная

К

1 – гараж и магазин

6 – количество жителей в поселке: 600 ч.

4 – вид топлива: газ

вид котельной: водогрейная

Г

1 – план и разрез помещения с системой отопления и вентиляцией

2 - компоновка котельной.

Коровник на 180 голов

Типовой проект 801-2-68.86

Строительные конструкции и изделия:

Стены трехслойные железобетонные стеновые панели, в=180мм

Перекрытие сборные железобетонные плиты, в=70мм

Кровля асбестоцементные листы по деревянной обрешетке

Полы бетонные

Окна стекло, h=1200мм, d=1200мм- 60шт.

Ворота деревянные, распашные, h=3000мм, d=4000мм-2шт.

Основные размеры:

Ширина 1800мм

Длина 78000мм

Высота 2830мм

Высота по коньку 5310мм

Расположение боксов- двухрядное

Эксклипация помещений:

Помещение для жывотных 1414 кв.м.

Тамбур 48 кв.м.

Кормовой проезд  172 кв.м.

Введение

Производство сельскохозяйственной продукции связано с большим расходом топливно-энергетических ресурсов. Тепловая энергия расходуется на отопление и вентиляцию, на обеспечение необходимых параметров микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, хранилищах в сооружениях защищенного грунта, на сушку сельскохозяйственной продукции, приготовление кормов, получение искусственного холода и другие цели.

Рациональное использование тепловой энергии, изыскание нетрадиционных, возобновляемых источников энергии, создание энергосберегающих экологически чистых технологий становится одной из главных задач энергетиков.

Целью курсовой работы является расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине «Теплотехника», приобретение практических навыков по решению инженерных теплотехнических задач, а также опыта использования нормативной, справочной и учебной литературы.

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка включает четыре раздела, выполняется на листах формата А4 объемом 20-30 страниц. Графическая часть выполняется на одном листе формата А1. пояснительная записка и чертежи оформляются согласно требованиям, приведенными в приложении А2. Варианты заданий на курсовую даны в приложении А1. Расчетные климатические данные и санитарно-гигиенические требования к объектам проектирования приведены в приложении Б (табл. Б.1-Б.4).

При выполнении курсовой работы, кроме рекомендаций настоящего методического пособия, следует пользоваться учебниками и справочной литературой, список которых дается в конце пособия.

Методическое пособие может быть также использовано при расчете теплотехнической части дипломных проектов по специальности 311400.

1. Теплотехнический расчет сельскохозяйственных объектов

1.1 Расчет воздухообмена

Воздушная среда животноводческих помещений должна соответствовать требованиям санитарно-гигиенических норм. Воздух с высокой концентрацией вредных примесей необходимо удалять из помещения и заменять чистым атмосферным воздухом.

Естественный воздухообмен не всегда может обеспечить достаточную вентиляцию. Поэтому, животноводческие и птицеводческие помещения оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, подающей в них свежий воздух и одновременно удаляющей загрязненный воздух.

Объем приточного воздуха определяют из расчета уменьшения концентрации углекислоты и водяных паров до допустимых пределов. При таком воздухообмене происходит поглощение и других вредных выделений (аммиака, сероводорода, пыли), содержащихся в помещении в значительно меньших количествах.

Часовой объем приточного воздуха, м3/ч, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле

(1.1)

где с - количество СО2, выделяемое одним животным (птицей), л/ч; n - количество животных (птицы) в помещении; С1- предельно допустимая концентрация СО2 в воздухе помещения, л/м3; С2- концентрация СО2 в наружном воздухе. В сельской местности С2 = 0,3... 0,4 л/м3.

Часовой объем приточного воздуха, м3/ч, необходимого для растворения водяных паров находят по формуле

        (1.2)

где W - масса влаги, выделяющейся в помещении, г/ч; dв и dн - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха, г/кг; r - плотность воздуха в помещения, кг/м3.

Плотность воздуха зависит от температуры и атмосферного давления

, (1.3)

Значения dв и dн определяют при помощи Hd-диаграммы для влажного воздуха по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха.

Суммарные выделения влаги, г/ч, в помещении для животных подсчитывают по формуле

.        (1.4)

Влагу, выделяемую животными, определяют по выражению

, (1.5)

где N – количество половозрастных групп; ni - число животных с одинаковым выделением водяных паров (в i-й половозрастной группе); Wi - выделение водяных паров одним животным, г/ч; kt- коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животными водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения.

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.)

,    (1.6)

где x- коэффициент, равный 0,1...0,125 для коровников и телятников, 0,1...0,3 для свинарников. Большие значения x относятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при неудовлетворительной работе канализации.

Необходимый воздухообмен L, м3/ч, для животноводческого или птицеводческого помещения принимается по наибольшей из двух величин:  или .

Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена K, 1/ч

,          (1.17)

где Vп - внутренний объем помещения, м3.

Кратность воздухообмена в животноводческих фермах для холодного периода года должна быть K = 3...5,т.к К получился меньше, то необходимый воздухообмен будет равен:

1.2 Расчет тепловой мощности систем отопления

1.2.1 Тепловой баланс

Животноводческие и птицеводческие помещения в холодный период года необходимо отапливать. В производственных помещениях преимущественное применение получило воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией.

Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса

 (1.8)

где - тепловые потоки Вт, теряемые помещением соответственно через наружные ограждения, на нагрев приточного воздуха, испарение влаги в помещении, нагрев инфильтрирующегося воздуха и поступающих извне кормов; - тепловые потоки, Вт, поступающие в помещение соответственно от животных или птицы, электрооборудования, средств местного электрического обогрева и глубокой подстилки.

Поток теплоты теряемой через наружные ограждения складывается из основных потерь теплоты , через все ограждающие конструкции (стены, потолок, пол, окна, двери) и добавочных теплопотерь  

     (1.9)

Основные потери теплоты через отдельные ограждения определяют по формуле

     (1.10)

,

где Fi - площадь ограждения, которую вычисляют с точностью до 0,1 м2; tв и tн - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, оC; Rоi - общее термическое сопротивление i – го ограждения, м2×оС/Вт; n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

(1.11)

где Rв - термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, м2×оС/Вт; - сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев m-слойного ограждения толщиной di, м, выполненных из материалов с теплопроводностью li Вт/(м×оС); Rн - термическое сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждения, м2×оС/Вт.

Потери теплоты через полы рассчитывают ориентировочно. Неутепленными считаются полы, расположенные непосредственно на грунте, если они состоят из нескольких слоев материалов теплопроводностью каждого l ³ 1,2 Вт/(м2×оС). Утепленными считаются полы, утепляющий слой которых имеет lу.с < 1,2 Вт/(м2×оС).

Потери теплоты через неутепленные полы вычисляют по зонам - полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам. Сопротивление теплопередаче Rо для первой зоны составляет 2,15, для второй - 4,3, для третьей - 8,6, для остальной площади пола - 14,2 м2×оС/Вт. Площадь участков пола, примыкающих к углам в первой двухметровой зоне, вводится в расчет дважды, т.е. по направлению обеих наружных стен, образующих угол.

Сопротивление утепленных полов теплопередаче

       (1.12)

где Rп - сопротивление теплопередаче неутепленного пола, м2×оС/Вт; dу.с и lу.с - толщина утепляющего слоя, м, и теплопроводность утепляющего слоя, Вт/(м×оС).

Сопротивление теплопередаче полов, расположенных на лагах, определяют по формуле Rп = Rу.п /0,85.

Тепловые потери (или поступления теплоты) через ограждения между смежными помещениями учитывают в том случае, если разность температур внутреннего и воздуха этих помещений превышает 5 оС.

Добавочные потери теплоты, Фдоб, через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна вычисляют в процентах от основных потерь теплоты.

Потери теплоты, Вт, на нагревание воздуха, инфильтрирующегося через притворы окон, дверей и ворот, Финф, для помещений производственных зданий можно принимать в размере 30% основных потерь теплоты через все ограждения.

Для жилых зданий

 (1.13)

где Lн - нормативный воздухообмен, принимаемый равным 3 м3/ч на 1 м2 жилой площади, м/ч; r - плотность воздуха, принимаемая равной 1,2 кг/м3; Ср - удельная изобарная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг×оС); tн.в - расчетная зимняя вентиляционная температура наружного воздуха, оС; Fп - площадь пола жилой комнаты, м2.

При расчете тепловых потерь отапливаемыми помещениями жилых домов из суммы основных и добавочных теплопотерь следует вычитать бытовые тепловыделения из расчета 21 Вт на 1 м2 площади пола: Фбыт =21× Fп.

Поток теплоты, расходуемой на нагрев приточного воздуха, определяют по выражению

     (1.14)

где L - расчетный воздухообмен помещения, м3/ч; r - плотность воздуха при расчетной температуре tв, кг/м3.

Для климатических зон с расчетной зимней температурой воздуха -10 оС и выше tн принимают равной расчетной зимней вентиляционной температуре tн.в, для остальных районов - расчетной отопительной температуре.

Поток теплоты, расходуемой на испарение влаги, , с мокрых поверхностей животноводческого помещения

   (1.15)

где 2,49 - скрытая теплота испарения воды, кДж/г.

Поток свободной теплоты, выделяемой животными,

       (1.16)

где n - число животных с одинаковым выделением свободной теплоты; q - поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт; kt - коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животными теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

а) Рассчитаем сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций:

стены:

б) Сопротивление утеплённых полов теплопередаче, т.к. пол покрыт досками, считается что пол утепленный:

доски из сосны толщиной 0,05м

1Зона S1=368 2Зона S2=296

3Зона S3=296 4Зона S4=444

в) Окна имеют конструкцию двойные переплёты спареные.

г) Двери изготовим двойные

  R0=0.43

д) Потолок из ж/б перекрытий(плит) =0,07м

а) Поток теплоты, расходуемой на нагрев приточного воздуха Фв опред. По выражению:

где

б) Поток теплоты, расходуемый на испарение влаги

в)Поток свободной теплоты выд. животными: n=180; q=456.

г) Потеря теплоты на нагрев воздуха, инфильтируещего через окна, двери, ворота.

1.3 Расчет калориферов воздушного отопления

Для воздушного отопления и вентиляции животноводческих, птицеводческих и других производственных помещений применяются калориферы. По виду теплоносителя они подразделяются на паровые, водяные и электрические.

Наибольшее применение в практике благодаря экономичности, компактности и высокой производительности получили водяные и паровые калориферы. Они представляют собой два коллектора, соединенных между собой пакетом стальных трубок, расположенных в несколько рядами по ходу движения воздуха. В верхнем коллекторе расположен входной штуцер для теплоносителя, в нижнем - выходной.

Изготовляют одноходовые и многоходовые калориферы. В одноходовых калориферах теплоноситель движется по всем трубкам параллельно, в многоходовых - последовательно. В одноходовых калориферах применяют теплоносители пар и воду. В многоходовых - только воду.

Для увеличения площади поверхности нагрева на трубки калорифера надевают тонкие стальные пластины или навивают стальную ленту. Изготовленные таким образом калориферы называют пластинчатыми или спирально-навивными.

В производстве нашли применение следующие типы калориферов средней и большой мощности:

одноходовые пластинчатые КВБ, К3ПП, К4ПП, К3ВП, КПС-П, КПБ-П;

одноходовые спирально-навивные КФСО, КФБО;

многоходовые пластинчатые КВС-П, КВБ-П, К3ВП, К4ВП, КВС-П, КВБ-П;

многоходовые, биметаллические калориферы с накатным алюминиевым оребрением КС 4к 0-3, КС 4к 0-4.

Выбирают калориферы по следующей методике.

1.Вычисляют площадь живого сечения калорифера для прохода воздуха

       (1.17)

где fp - площадь живого сечения калорифера, м2, (ur)р - расчетная массовая скорость воздуха, кг/(с×м2).

С увеличением массовой скорости повышается коэффициент теплопередачи калорифера, но одновременно возрастает и сопротивление проходу воздуха, что приводит к увеличению расхода электроэнергии на привод вентилятора калориферной установки. По экономическим соображениям массовую скорость (ur)р принимают в пределах 4...12 кг/(с×м2).

По приложением подбирают модель и номер калорифера с площадью живого сечения по воздуху, близкой к расчетной. При параллельной установке нескольких калориферов учитывают их суммарную площадь живого сечения.

Номер калорифера №9 Марка –КВБ. f=0.486м2; F=41.6м2; fтр=0,0107м2

2.Для выбранного калорифера вычисляют действительную массовую скорость воздуха

  (1.18)

где f – действительное живое сечение калорифера, м2.

Определяют коэффициент теплопередачи k, Вт/(м2×оС), для выбранной модели калорифера в зависимости от вида теплоносителя, его скорости (для воды) и массовой скорости нагреваемого воздуха. Расчетные формулы для определения коэффициента теплопередачи приводятся в справочных таблицах.

Скорость воды в трубках калорифера определяют по выражению

   (1.19)

где Фот - тепловая мощность системы отопления, Вт, для теплиц Фот = Фв.о (п. 1.2.1.3); rв - плотность воды, принимаемая равной 1000 кг/м3; Св - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг×оС); tг и tо - температура воды на входе в калорифер и выходе из него, оС; fтр - площадь живого сечения трубок калорифера для прохода теплоносителя, м2.

При параллельном подсоединении n калориферов к трубопроводам теплоносителя расход теплоты на нагрев воздуха в каждом калорифере равен Фот/n; при последовательном подсоединении калориферов в расчет берут весь тепловой поток Фот.

3.Определяют действительный поток теплоты, Вт, передаваемый калориферной установкой нагреваемому воздуху

,     (1.20)

где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×оС); F - площадь поверхности нагрева калорифера, м2. При последовательной установке калориферов учитывают их суммарную площадь поверхности нагрева; t`ср - средняя температура теплоносителя, оС. Для воды t`ср = (tг + tо)/2. Если теплоноситель - насыщенный пар с избыточным давлением до 29,4 кПа, то t`ср = 100 оС; при большем давлении t` ср принимают равной соответствующей температуре насыщения пара; tср - средняя температура нагреваемого воздуха, оС; tср = (tк+ tн)/2. Температуру воздуха после калорифера tк для помещений без теплоизбытков принимают равной расчетной внутренней температуре tк = tв, для помещений с теплоизбытками tк = tв - (5...8) оС.

 (1.21)

При последовательной установке n одинаковых калориферов сопротивление проходу воздуха равно

.

1.4 Расчет систем вентиляции

Вентиляцией называют совокупность мероприятий и устройств, обеспечивающий расчетный воздухообмен в помещениях жилых, общественных и производственных зданий.

Вентиляционная система - это совокупность устройств для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха.

По назначению системы вентиляции подразделяются на приточные и вытяжные, обеспечивающие общеобменную или местную вентиляцию.

Системы вентиляции, подающие воздух в помещение, называют приточными, а удаляющие загрязненный воздух из помещения - вытяжными.

По способу побуждения движения воздуха различают системы с естественной и принудительной вентиляцией. В естественных системах воздух поступает в помещение и удаляется из него вследствие разности плотности воздуха внутри помещения и снаружи, а также под влиянием ветра.

Наиболее эффективны принудительные (механические) системы вентиляции, в которых воздух приводится в движение при помощи вентиляторов, работающих в режиме нагнетания (приточные системы) или разрежения (вытяжные системы).

По характеру распределения приточного воздуха различают механические системы вентиляции с рассредоточенной и сосредоточенной подачей. В первом случае воздух подают в помещение с помощью воздуховодов, равномерно размещенных внутри помещения и снабженных отверстиями; во втором - воздух нагнетают в помещение в виде струй.

В производственных зданиях устанавливают металлические воздуховоды, в жилых - неметаллические, изготовленные из строительных конструкций, в административных и общественных - воздуховоды из строительных конструкций и металла.

Круглые воздуховоды рекомендуется предусмотреть следующих диаметров 100, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 мм.

При проектировании системы вентиляции с механическим побуждением должны быть учтены следующие требования:

1. скорость движения воздуха в магистральных линиях должна быть в пределах 10...15 м/с; в ответвлениях и на выходе в помещение - 6...9 м/с;

2. высота выпуска воздуха над уровнем пола 1,8...2,5 м;

3. воздушные струи не должны встречать на своем пути строительные конструкции или другие препятствия;

4. дальнобойность струи должна соответствовать длине обслуживаемой зоны помещения.

1.4.1 Расчет естественной вытяжной вентиляции

Простейшей схемой естественной вентиляции в животноводческом помещении является шахтная вентиляция. Такая система вентиляции может обеспечить гигиеническое состояние воздуха в помещении в зимнее время при температуре наружного воздуха до -10 ОС.

Площадь сечения всех вытяжных шахт при естественной тяге

       (1.22)

где uш - скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с.

Скорость воздуха

       (1.23)

где h - высота вытяжной шахты, м, равная вертикальному расстоянию от приемного отверстия до устья шахты. Для обеспечения надежной вентиляции значение h должно быть не менее 3 м; tн.в - расчетная вентиляционная температура наружного воздуха, оС.

Число вытяжных шахт

   (1.24)

где f - площадь живого сечения одной шахты, м, (в типовых проектах животноводческих помещений обычно принимают вытяжные шахты квадратного сечения со стороной квадрата 400, 500, 600 и 700 мм или прямоугольного сечения).

1.4.2 Аэродинамический расчет воздуховодов приточной вентиляции

Задачи аэродинамического расчета системы воздуховодов состоят в определении размеров поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потерь давления во всей системе воздуховодов.

Расчету воздуховодов предшествует графическое изображение на плане здания элементов системы вентиляции - каналов и воздуховодов, воздухозаборных и вытяжных шахт, приточных и вытяжных установок.

В соответствии с принятыми конструктивными решениями составляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием вентиляционного оборудования и запорных (регулирующих) органов. Схему делят на отдельные расчетные участки, границами которых обычно являются тройники или крестовины. Каждый расчетный участок указывают выносной горизонтальной линией, над которой проставляют расчетный расход воздуха L м3/ч, а под линией - длину участка l, м. В кружке у линии записывают номер участка.

Расчет воздуховодов для сосредоточенной раздачи воздуха

Минимальное число воздушных струй m, при параллельном выпуске воздуха зависит от отношения ширины помещения B к высоте H. При B/H < 4 - один выпуск, при B/H ³ 4 - два выпуска.

Дальнобойность струи воздуха

    (1.25)

где c - поправочный коэффициент, зависящий от максимальной допустимой скорости воздуха в рабочей зоне и соотношения ширины и высоты помещения (таблица 1.3); Fоб = B×H/m - площадь поперечного сечения помещения, обслуживаемого одной струей, м2; a - коэффициент турбулентности струи (обычно 0,07...0,12).

B/H=18/2,83=6.36>4 -2 выпуска

По величине дальнобойности струи и соотношению длины L, ширины B и высоты H помещения выбирают схему расположения выпускных воздуховодов. Диаметр выпускного насадка, м, - по формуле

 (1.26)

где Lстр - расход воздуха через один насадок, м3/ч.

Диаметр воздуховодов:

 (1.27)

где Li - расход воздуха через рассчитываемый воздуховод, м3/ч; u - скорость воздуха на выходе из отверстия, м/с

Диаметр воздуховодов:

Диаметр выпускного насадка:

принимаем диаметры равными: d1=710мм d2=560мм dв=400мм.

Расчет потерь давления

Потери давления определяют в наиболее протяженной ветви вентиляционной системы по выражению

       (1.28)

где 1,1 - запас давления на непредвиденные сопротивления; R - удельная потеря давления на трение, Па/м; l - длина участка воздуховода, м; Z - потери давления в местных сопротивлениях участка воздуховода, Па; p - динамическое давление на выходе из сети, Па.

Удельную потерю давления на трение можно рассчитать по формуле

          (1.29)

где l - коэффициент трения в воздуховоде, принимается равным 0,02...0,03; u - скорость воздуха на расчетном участке, м/с.

Потери давления в местных сопротивлениях

          (1.30)

где Sz - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке. Pд = u2r/2 - динамическое давление потока воздуха, Па.

Страницы: 1, 2