4. Расчет воздухообмена по диоксиду углерода

Для расчета пользуются формулой:

L_co2 =

где: L_co2 - часовой воздухообмен по диоксиду углерода, м³/ч; А -количество диоксида углерода, выделяемое в течении одного часа всеми животными находящимися в помещении, л; C₁ - количество диоксида углерода в одном м³ воздуха помещения, соответствующее нормативу, л; С₂ - количество диоксида углерода в одном м³ наружного воздуха, л/час.

Пример: в коровнике на 100 голов размещено 30 коров со средней

массой 400 кг и удоем 10 кг, 50 коров со средней массой 600 кг и удоем 25 кг

и 20 голов сухостойных со средней массой 600 кг. Размеры коровника: длина 69м, ширина 10 м, высота 3,0 м. Количество диоксида углерода в 1м³ наружного воздуха (0,03%) 0,3 л, а в 1 м³ воздуха помещения в соответствии с ПДК - 0,25 % - 2,5 л.

Из таблицы 1 приложения, находим: одна корова массой 400 кг и удоем 10 кг выделяет 87 л СО₂ в час, а 30 коров (30 х 87) - 2610 л, одна корова массой 600 кг и удоем 25 кг выделяет 154 л СО₂ в час, а 50 коров (154 х 50) - 7700 л; одна сухостойная корова массой 600 кг выделяет 120 л СО₂ в час, а 20 коров (120 х 20) - 2400 л. Итого все коровы выделяют 2610 + 7700 + 2400 = 12710 л/ч.

Подставив цифровые значения в формулу, определяем уровень воздухообмена по диоксиду углерода.

L_со2 = 12710/2,5 - 0,3 = 5777 м³/ч

Все последующие расчеты проводим аналогично предыдущему примеру. Но L по С0₂ ниже в 2,4 раза по сравнению с L по Н₂О в переходный период и в 1,55 - в зимний период. Поэтому расчет L по Н₂О является более надежным.

5. Расчет уровня воздухообмена помещения с принудительной подачей воздуха

При подаче воздуха с механическим побуждением исходят из расчетного воздухообмена и производительности каждого вентилятора. Например, если расчетный воздухообмен 13696 м³/ч, а в хозяйстве имеются вентиляторы мощностью 4250 м³/ч, то для подачи указанного объема воздуха потребуется 3 вентилятора (13696/4250 = 10).

При эксплуатации принудительной вентиляции ее производительность можно определить путем замера скорости движения воздуха в воздухопроводе с помощью анемометра и сечения воздуховода. Рассчитывают производительность вентилятора (L) по формуле:

L = S x V x 3600

где: S- площадь сечения воздуховода, м²; V - средняя скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с; L - производительность вентиляции, м³/ч; 3600 - число секунд в одном часе. Суммируя количество воздуха, поступающего от каждого вентилятора, получают общий воздухообмен. (Техническая характеристика вентиляторов см. в таблице 9).

6. Расчет теплового баланса не отапливаемых животноводческих зданий

Тепловой баланс - это соотношение количества тепла, которое поступает в здание (теплопродукция), к количеству тепла, которое теряется из здания (теплопотери).

Теплопродукция (приход) - это количество тепла выделяемого животными, находящимися в данном помещении.

Теплопотери (расход) - это количество тепла, которое теряется через ограждающие конструкции, испарение влаги и обогрев вентилируемого воздуха в помещения. Расчет теплового баланса ведут по январю, т.е. самому холодному месяцу года. Формулу для расчета теплового баланса для не отапливаемого здания можно представить в виде соотношения:

Q_жK₁ = ∆t (L x 0,31 + ∑(K₂S)) + W_исп.

где Q_ж – поступление теплоты в здание от животных, ккал/час; K₁-поправочный коэффициент при определении свободной теплоты; ∆t - разность между температурой внутреннего воздуха и среднемесячной температурой наружного воздуха самого холодного месяца, ^оС; L – количество воздуха поступающего в здание в течении одного часа (часовой объем воздухообмена), м³/час; 0,31 – количество теплоты, необходимое для нагрева 1 м³ воздуха на 1^оС, ккал/м³; К₂ – коэффициент общей теплопередачи через ограждающие конструкции ккал/(м³-ч- ^оС); ∑ - сумма произведения К₂S; W – расход теплоты на испарение с поверхностей ограждающих конструкций, ккал/час.

В упрощенном виде эта формула выглядит следующим образом:

Q_1(ж) = Q_2(огр) + Q_3(вент) + Q_4(исп) ,

Q_1(ж) - тепло, выделяемое животными;

Q_2(огр) - теплопотери через ограждающие конструкции здания; Q_3(вент) - теплопотери на обогрев приточного воздуха,

Q_4(исп) - теплопотери на испарение влаги.

Следовательно, левая часть отражает поступления свободной теплоты, правая - ее расход.

Пример: Коровник на 100 голов, в нем содержится 30 коров со средней массой 400 кг и удоем в 10 кг, 50 коров со средней массой 600 кг и удоем 25 кг и 20 голов сухостойных со средней массой 600 кг. Размеры коровника: длина - 69 м, ширина - 10 и высота – 3 м. Район строительства - Ленинградская область. Расчетная температура 10°С, относительная влажность 70%.

1. Расчет прихода свободного тепла, (см. табл. 1- приложение)

1 корова массой 400 кг удой 10 кг выделяет 398 ккал/ч, а 30 голов выделяют - 11940 ккал/час; 1 корова массой 600 кг удой 25 кг выделяет 645 ккал/час, а 50 голов выделяют - 32250 ккал/час; 1 корова сухостойная выделяет 486 ккал/час, а 20 голов - 9720 ккал/час. Приход тепла от 100 голов составляет:

Q_1(ж) = 398 x 30+645 x 50+486 x 20 = 53910 ккал/час

2. Расчет теплопотерь

а) Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции, заносим в таблицу

Рассчитываем по формулам:

Q_осн = S х К x ∆t

Q_доп= Q_осн х 0,13, т.е. дополнительные теплопотери через продольные и торцевые стены, ворота, двери рассчитывают в размере 13% от основных теплопотерь.

где: S - площадь ограждающих конструкций в м²;

К - коэффициент теплопередачи в ккал/час/м²/град (см. приложение)

∆t - разница температур внутреннего и наружного воздуха в °С

Q_{осн.,доп.,общ.} - потери тепла через ограждающие конструкции.

∆t = t_внутр. – t_нар

t_внутр – температура в коровнике

t_нар - температура по январю

Табл. 4 Потери тепла через ограждающие конструкции здания

Элементы здания	S	K	KS		∆t	Qосн	Qдоп	Qобщ		% от общих теплопотерь
Окна	41	3	123			2214	288	2502		12
Продольные стены (за вычетом 8 окон)	373	0,69	257		18	4632	602	5234		31
Ворота, двери	16	4	64			1152	149	1301		4
Торцевые стены (за вычетом ворот)	44	0,89	39			704	91	795		5
Перекрытия	690	0,39	269			4844	-	4844		26
Теплые полы	200	0,16	32			576	-	576		3
Холодные полы	490	0,39	191			3440	-	3440		19
Итого				950			1073	18692	100

Расчет площади продольных стен:

S_{продольных стен} = S_{продольной стены} х 2 (две стены) – S_окон

S_{прод.стен} = 69 х 3 - 41 (площадь окон) = 373 м².

Расчет площади окон:

S_окон = S_пола / СК

S_окон = 690 / 16 = 41 м²

или по натуральным исследованиям

Расчет торцовых стен:

S_{торцевых стен} = S_{торцевая стена} х 2 (две стены) – S _{площадь ворот и дверей}

S_{ворот и дверей} = ширина х высота х количество

S_{торцевых стен} = ширина х высота х количество

S_{ворот и дверей} = 3x2,7x2 = 16 м².

S_{торцевых стен} = 10x3x2 =60 м²

S_{торцевых стен} = 10x3x2 (стены) – 16 = 44 м²

Расчет перекрытия:

S _пола = длина х ширина

S _пола = 69 х 10 = 690 м²

S _{перекрытия} = S пола , т.е. S перекрытия = 690 м²

Расчет теплого пола:

S _{тёплого пола}= S _{стойла (бокса)} x количество голов

S _стойла = длина х ширина S _стойла= 2 м²

S _{тёплого пола} = 2x100 =200 м²

Расчет холодного пола:

S _{холодного пола} = S_пола – S_{тепл. пола}

S _{холодного пола} = 690 - 200 = 490 м²

б) Расчет теплопотерь через вентиляцию:

Расчет теплопотерь на вентилируемый приточный воздух производится по формуле:

Q _{3(вент )} = 0,31 х L_янв. х ∆t

где: 0,31 - тепло (ккал), затраченное на нагревание 1 м³ воздуха на 1°С; L - воздухообмен, рассчитываемый по январю.

Q₃ = 0,31x8940x18 = 49885 ккал/час.

в) Расчет теплопотерь от испарений.

Расчет теплопотери на испарение влаги с поверхности ограждающих конструкций, кормушек, поилок производится по формуле:

Q_4(исп) = 0,595 x a ,

где: 0,595 - расход тепла на испарение 1 г влаги с поверхности ограждающих конструкций , кормушек, поилок, ккал;

а - надбавка к испарению влаги в размере 7-10% от влаги, выделяемой всеми животными в течение 1 часа.

В данном примере все животные выделяли 31860 г/час водяного пара, а 10% от величины составит 3186 г/час.

Q_4(исп) = 0,595x3186 = 1895 ккал/час.

Определяем весь расход тепла составит:

Q_2(огр)+ Q _{3(вент )} + Q_4(исп) = 18188+49885+1895 = 69968 ккал/час.

Далее находим дефицит тепла:

Q_деф = 69968 - 53910 = 16058ккал/час.

Определение температуры наружного воздуха при которой нет необходимости подогревать приточный воздух (так называемая ∆t нулевого баланса = ∆tнб)

Для определения предела понижения внутренней температуры от расчетной проводим по формуле:

где: - разница между температурой внутри помещения и наружного воздуха, воспользовавшись которой можно рассчитывать температуру окружающего воздуха при которой возможна беспрерывная вентиляция помещений;

0,31 x L - тепло расходуемое на обогрев вентиляционного воздуха; - тепло, теряемое через ограждающие конструкции плюс 13% дополнительных теплопотерь через вертикальные конструкции, граничащие с внешним пространством.

t_нар = t_вн -

t_нар = 10 – 10,8 = -0,8 ^оС

Следовательно, тепловой баланс может быть только до температуры минус 0,8°С.

С наступлением более низких температур для поддержания оптимальных условий в коровнике вместо приточных каналов можно установить механическую приточную вентиляцию с подогревом приточного воздуха. Промышленность выпускает электрокалориферы мощностью 5, 10, 15, 20, 40, 60, 100 кВт. Один кВт/час электроэнергии дает 860 ккал.

Учитывая дефицит тепла в 16058 ккал/час, нам требуется: 16058:860=18,6 кВт, т.е. один калорифер мощностью 20 кВт, который монтируется в механическую вентиляцию.