Методика расчета теплового баланса неотапливаемых животноводческих помещений

Тепловой баланс животноводческих помещений рассчитывается с целью определения возможности обеспечения в них оптимального микроклимата, особенно в холодное время года (январь).

Тепловой баланс - это соотношение прихода (теплопродукции) и рас­хода (теплопотери) тепла в животноводческом помещении.

Потери тепла в помещениях для сельскохозяйственных животных зависят:

1. От величины поверхности здания, толщины стен и покрытий, качества строительных материалов, разности температур атмосферного воздуха и воздуха в помещении;

2. От количества наружного воздуха, подаваемого в помещения;

3. От влияния охлаждения помещений ветрами и расположения зданий по отношению к сторонам света.

На данных теплового баланса основывается выбор того или иного устройства всех ограждающих конструкций при проектировании и строительстве, а также выбор обогревательных установок и расчет их количества

Тепловой баланс бывает:

нулевой - если приход тепла равен расходу тепла (температура и влажность воздуха в помещении будет на уровне нормативной);

отрицательный - если расход тепла больше прихода тепла (температура будет ниже нормативной, а влажность выше нормы);

положительный - если приход тепла больше расхода тепла (температура выше нормы, влажность ниже нормы).

Температурный режим складывается в помещении под влиянием тепловыделений животных (если помещение не отапливается) и тепла вносимого отопительными и вентиляционными системами (если они предусмотрены), а также теплопотерь на обогрев поступающего воздуха, через ограждения здания и испарения влаги.

Поэтому тепловой баланс можно представить в виде следующей формулы неравенства:

Q жив. ≤ ≥Q помещ.

Q жив. = количество животных × свободное тепло от одного животного

Q помещ. =∆t×(L×0,31+∑FK)+W_зд+13%∑FK_{стен, окон, ворот} где

Q помещ. - количество тепла, уходящего из помещения за час, ккал/ч;

Q жив. - количество тепла, поступающего в помещение от животных за час, ккал/ч;

∆t -разность между температурами воздуха внутри помещения и наружного воздуха, °С;

L - часовой объем вентиляции (по водяным парам), м³/ч

0,31 - тепло, затраченное на обогрев 1 м³ воздуха, вводимого через вентиляцию в расчете на 1°С, ккал;

F - площадь, ограждающих конструкций, м²;

К - коэффициент общей теплопередачи через ограждающие конструкции. ккал/м² ч град (таблицы 22-25);

∑FK - сумма произведений F на К, так как коэффициент теплопередачи каждой отдельной части ограждений умножается на площадь F, а затем все эти произведения суммируются, пол, потолок, стены, окна, ворота;

W_зд - расход тепла на испарение влага с поверхности пола и других ограждений, ккал/ч;

13%∑FK_{стен, окон, ворот} - потери тепла, связанные с обдуванием внешних конструкций, ккал/ч, они рассчитываются следующим образом:

FK – стен

FK – окон = ∑ *∆t= 100%, отсюда ∑Fk стен, окон, ворот — 100%
FK – ворот х — 13%

 

Q _жив. ≤ ≥Q _помещ

левая часть формулы характеризует приход тепла, а правая часть - теплопотери.

Приход тепла в неотапливаемых помещениях определяется количеством тепла, выделяемым размещенными в нем животными. Расход тепла слагается из:

1)тепла, идущего на обогревание вентиляционного воздуха;

2)тепла, которое теряется через ограждающие конструкции в наружную атмосферу;

3)тепла, идущего на испарение влаги с поверхности пола и других конструкций;

4)теплопотерь, связанных с обдуванием внешних ограждений.

Для расчета теплового баланса необходимо произвести:

1.Расчет количества тепла, выделяемого животными (Q_жив), ведут по таблице ГОСТов (приложения, таб. 15)

2.Определение разности между температурой внутреннего и наружного воздуха (∆t);

3.Определение количества воздуха в м³, удаляемого из помещения при помощи вентиляции за час, подсчитывается по формуле расчета объема вентиляции по водяным парам или углекислоте.

4.Определение коэффициента общей теплоотдачи (К). Это количество тепла в ккал, передающееся в наружный воздух за час через 1 м² данной конструкции ограждения при разнице между внутренней и наружной температурами 1°. Значение коэффициента приводятся в таблицах 16, 17, 18 приложения.

5.Определение расхода тепла на испарение воды с пола и других ограждений (Wзд). Принято определять в процентах к количеству влаги, выделяемой всеми животными, находящимися в данном помещении.

 

Для расчета теплового баланса коровника на 200 голов берем следующие данные:

Внутренние размеры коровника: длина - 66 м, ширина -21м, высота в коньке крыши - 5,8 м, высота стены - 3 м.

Стены коровника из обыкновенного кирпича на легком растворе в 2 кирпича толщиной 0,525 м. Окна двойные размером 2,35 х 1,2 м, количество их 36. Ворота деревянные двойные размером 2,8 х 3 м, их 4 и одни размером 2,2 х 2,2 м; одни двери деревянные размером 2,2 х 1,2. Потолок совмещен с крышей. Покрытие железобетонное сборное с рулонной кровлей и утеплителем толщиной 0,16 м. Температура в помещении +10°С, относительная влажность - 70%. Район Витебск, средняя температура наружного воздуха в январе - -7,8°С и средняя абсолютная влажность наружного воздуха в январе 2,55 г/м³ (таблица 14 "Средние показатели температуры и абсолютной влажности в различных пунктах Российской Федерации и Республики Беларусь", стр. 34).

Поголовье животных в коровнике:

1 группа - коровы лактирующие, живой массой 500 кг, среднесуточный удой 10 л, их количество 102 головы;

2 группа - коровы лактирующие, живой массой 600 кг, удой 15 л, их 63 головы;

3 группа - сухостойные коровы живой массой 600 кг, их 27 голов;

4 группа - коровы сухостойные, живой массой 400 кг, их 8 голов.

 

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" по графе " свободное тепло " (приложения – таблица 15). Умножаем количество животных (голов) на выделение свободного тепла от 1 животного.

 

Таблица 2. Определение количества тепла, выделяемого животными.

Количество животных, голов	Живая масса, кг	Продуктивность, л	Свободного тепла от 1 животного, ккал/ч	Всего, ккал/ч
		сухостойные
		сухостойные
ИТОГО

 

Следовательно, от всех животных в помещение поступит свободного тепла

Q жив. = 145 756 ккал/ч (69 564 ккал/ч + 51 849 ккал/ч + 19 791 ккал/ч + 4 552 ккал/ч).

 

В нашем примере дополнительного тепла, поступающего от обогревательного оборудования, нет. Приход тепла в зимнее время года от солнечной радиации и других источников (электролампочки и др.) незначителен и в расчет не принимается.

 

2. Расчет расхода тепла в помещении. (Приложение, таблицы 22-25, стр. 45-48)

 

Таблица 3. Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания.

Название ограждающей конструкции	k	F - площадь	k F
Перекрытие	0,65	66*21 =1386	900,9
Окна	2,5	2,35 * 1,2*36=101,52	253,8
Ворота и двери	2,0	2,8 * 3 * 4=33,6 2,2 * 2,2 =4,84 2,2 * 1,2=2,64	82,16
Стены	1,01	(66*3+21*3)*2 - (F ворот+Fокон)=379,4	383,2
Пол	0,4	66*21=1386	554,4
ИТОГО	2174,45

Таким образом, теплопотери через ограждающие конструкции составляют 2174,45 ккал/ час на каждый градус разницы температур между внутренним и наружным воздухом.

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) на каждый градус разницы температур т.е.

253,8+82,16+383,2=719,15*17,8=12800,87*0,13=1664,1 ккал/ч.

 

Wзд=0,595×b

Wзд=0,595×9724=5785,8 ккал/час

Подставляя полученные данные в формулу (2.10), определяем тепловой баланс помещения.

Q помещ. =∆t×(L×0,31+∑FK)+Wзд+13%∑FKстен, окон, ворот

Q помещ.=17,8×(28630,6×0,31+2174,45)+5785,8+1664,1=204138,8 ккал/час

Q жив. =145756 ккал/час

145756 < 204138,8

 

Расчет показывает, что расход тепла превышает теплопоступление, что свидетельствует об отрицательном тепловом балансе коровника. Допускаются отклонения не более ± 10% к расчетным данным.