4 Расчет теплового баланса

животноводческий вентиляция навоз санитарный

Для того, чтобы правильно решить вопрос оптимизации микроклимата в коровнике в холодный период года, проводим расчет теплового баланса. Под тепловым балансом понимают соотношение прихода (теплопродукции) и расхода (теплопотери) тепла в животноводческом помещении. Тепловой баланс можно представить в виде следующей формулы[1]:

Qж = Qв + Qисп. + Qзд, где (4.1)

Qж - количество тепла, поступающего в помещение от животных, ккал/ч;

Qв - количество тепла, расходуемое на нагревание вентиляционного воздуха, ккал/ч;

Qисп. - количество тепла, необходимое на испарение влаги с пола, кормушек, оборудования здания, ккал/ч;

Qзд - количество тепла, которое теряется через ограждающие конструкции здания в наружную атмосферу, ккал/ч.

1. Расчет прихода тепла в помещении.

Расчет количества тепла, выделяемого животными, ведут по таблице "Количество тепла, углекислого газа и водяного пара, выделяемых сельскохозяйственными животными и птицей".

Определение количества тепла, выделяемого животными.

Таблица 6.1

Количество животных, голов	Живая масса, кг	Продуктивность, л	Свободного тепла от 1 животного, ккал/ч	Всего, ккал/ч
30	600	10	822	24660

Следовательно, от всех животных в помещение поступит свободного тепла

Q жив. =24660ккал/ч

2. Расход тепла на обогрев поступающего воздуха в помещение рассчитываем по формуле[1]:

Qв = 0,24 х G х (t_вн – t_н), где (4.2)

где 0,24- теплоемкость воздуха, т.е. количество тепла в ккал, расходуемое на нагревание 1 кг воздуха на 1°С, ккал/кг/град;

G - количество воздуха в кг, удаляемого из помещения вентиляцией или поступающего в него в течение часа в январе месяце, кг/ч;

t_вн - температура воздуха удаляемого из помещения, °С;

t_н - температура воздуха поступающего в помещение в холодный период года (январь), °С.

Для перевода удаляемого воздуха из объемных единиц в весовые используем таблицу: «Объемная масса воздуха (м³/кг) при различной температуре и различном барометрическом давлении». В данном случае 1 м³ воздуха при нормативной температуре в коровнике 3 °С и нормативном барометрическом давлении 760 мм рт. ст. весит 1,274 кг. А также при расчете теплового баланса проводим корректировку расчета вентиляции на январь. По Сахалину она составит 1,8 г/ м³ .следовательно, часовой объем вентиляции в январе будет[1]:

(4.3)

А масса воздуха, удаляемого из помещения в течение часа, соответствует G=5 311,4х1,274=6 766,7 кг. Средняя температура воздуха в Сахалине в январе составляет -13,5°С. Подставим полученные данные в формулу (4.2):

Qв=0,24х6 766,7х(3-(-13,5))=26 796 ккал/ч

3. Расчет расхода тепла на испарение влаги с поверхности пола и других ограждений (Q исп.) производят путем умножения количества испаряющейся с пола и других ограждений влаги на 0,595 ккал, т.е. на количество тепла в ккал, расходуемого на испарение 1 г влаги[1].

Q исп. = 1014 х 0,595 = 603,33 ккал/ч.

4. Теплопотери на обогрев здания рассчитываются по формуле[1]:

Q_.з.д..= ∑k*F*(t_вн – t_н), где (4.4)

- показатель того, что все произведения k x F суммируются;

k - коэффициент общей теплопередачи материала (в ккал/ч/м²/град);

F - площадь ограждающей конструкции, м²;

t_вн - температура воздуха удаляемого из помещения, °С;

t_н - температура воздуха поступающего в помещение в холодный период года (январь), °С.

Коэффициент общей теплопередачи (k) отдельных конструкций определяют по таблице: «Термические сопротивления и коэффициенты теплопередачи некоторых строительных ограждений. Значение R₀ и К для наружных стен с внутренней штукатуркой»

Коэффициент общей теплопередачи (k) отдельных конструкций находят в приложении (таблицы 16-19). Для нашего примера k бесчердачного перекрытия составляет 0,65, стен - 1,01, окон - 2,5, ворот и дверей - 2,0.

Площадь ограждающих конструкций рассчитывается следующим образом:

1. Площадь потолка (помещение с чердачным перекрытием) - путем умножения внутренних размеров длины и ширины помещения.

2. Площадь стен (помещение с чердачным перекрытием) - путем умножения наружного периметра помещения на высоту стен с учетом толщины потолка (толщины утеплителя) за минусом площади окон и ворот.

3. Площадь пола - по зонам:

1 зона - до 2 метров от стен;

2 зона - от 2 метров до 4 метров;

3 зона - от 4 метров до 6 метров и т.д.

При этом, в первой 2-х метровой зоне площадь пола примыкающая к углам наружных стен, учитывается дважды, т.е. при определении площади этой зоны берут полностью длину обеих наружных стен, образующих углы (по внутреннему периметру). Для удобства расчетов цифровой материал сводим в таблицу.

Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания

Таблица 6.2

Название ограждающей конструкции	k	F	к х F	t	Теплопотери, ккал/ч
Перекрытие	0,39	9х17=153 м2	59,67	16,5	935
Окна	2,3	2,35 х 1,12 х 4 = 10,5 м2	24,15	16,5	398,47
Ворота	2,0 4,0	2,2 х 2,2 х 2 = 9,68 м2 2,2 х 2,0 х 2 = 8,8 м2	19,36 35,2	16,5	900,24
Стены	0,89	Наружный периметр: ((9+0,665х2)+(17+0,665х2))х2= 57,32 м высота стен с учетом толщины потолка: 3,5+0,27=3,77 м площадь стен:57,32х3,77= 216,09 м2 за вычетом площади окон и ворот: 216,09-10,5-(9,68+8,8)= 187,11 м2	166,5	16,5	2747,7
Пол
1 зона	0,4	(17 х 2 х 2) + (9 х2 х2) = 104м2	41,6	16,5	686,4
2 зона	0,2	[ (17-4) х 2 х2] + [(9 -4) х 2 х2] = 72 м2	14,5	16,5	239,2
3 зона	0,1	(17-8) х (9-8) =9 м2	0,9	16,5	14,85
			∑=361,88		∑=5 921,86

Перекрытие: по балкам, настил из деревянных пластин толщиной 5 см, глинопесчаная смазка 2 см, слой опилок 15 см и сверху слой земли 5 см, без штукатурки. Толщина утеплителя 0,27 м.

Окна: раздельные с двойным остеклением.

Ворота: сплошные деревянные наружные ворота в количестве 2 двойных размером 2,2х2,2 м и 2 одинарных размером 2,2х2,0 м.

Стены: из обыкновенного кирпича на тяжелом растворе в 2,5 кирпича. Толщина кирпичей 0,665 м.

Таким образом, теплопотери через ограждающие конструкции составляют 5 921,86 ккал/ час.

В зависимости от расположения здания к направлению господствующих ветров, по сторонам света и рельефу местности, помещение теряет дополнительно за счет обдувания еще 13 % тепла от теплопотерь ограждающих конструкций (стен, окон, ворот, дверей), т.е. 5 921,86 x 0,13 = 769,8 ккал/ч. Следовательно, общий расход тепла, необходимого на нагрев всех ограждающих конструкций коровника составит:

5 921,86 ккал/ч + 769,8 ккал/ч = 6 691,6 ккал/ч.

Суммируем все теплопотери в помещении: на обогрев вентиляционного воздуха – 26 796 ккал/ч, на испарение влаги с поверхности пола и ограждающих конструкций 603,33 ккал/ч, на обогрев ограждающих конструкций – 6 691,6 ккал/ч. Расход тепла равен 34 091 ккал/ч.

Подставляя полученные данные в формулу (4.1), определяем тепловой баланс помещения.

24 660ккал/ч = 26 796 ккал/ч + 603,33 ккал/ч + 6 691,6ккал/ч

Расчет показывает, что расход тепла превышает теплопоступления на 9 431 ккал/ч (24 660ккал/ч – 34 091 ккал/ч), что свидетельствует об отрицательном тепловом балансе коровника. Допускаются отклонения ± 10% к расчетным данным.

Таким образом, можно сделать вывод, что в результате отрицательного теплового баланса температура в помещении будет ниже зоогигиенических требований, соответственно потери тепла в помещении необходимо будет компенсировать за счет дополнительного обогрева помещений, особенно при температурах наружного воздуха ниже -13,5⁰С.