Теплопостачання тваринницького приміщення

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

1. Розрахункові параметри повітря

2. Розрахунок системи опалення

2.1 Витрати теплоти через огородження

2.2 Витрата теплоти на нагрівання припливного повітря

2.3 Витрати теплоти на інфільтрацію повітря

2.4 Втрата теплоти на випаровування вологи з підлоги, корму, поїлок

2.5 Вільна теплота, яку виділяють тварини

3. Розрахунок і вибір калорифера

4. Розрахунок системи вентиляції

5. Розрахунок витрати теплоти на технологічні потреби

6. Розрахунок котельної установки

7. Розрахунок необхідної кількості палива

8. Заходи по економії теплоти й палива

ВИСНОВОК

ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП

Продуктивність сільськогосподарських тварин залежить від трьох факторів: половину від годівлі, на 25% від породи і на 25% - від мікроклімату в приміщеннях. Якщо годівля - це справа зоотехніків, порода тварин - справа селекціонерів, то необхідний мікроклімат - це справа інженерної служби господарства.

Мікроклімат в приміщенні визначається такими параметрами температура, чистота (газовий склад), відносна вологість та швидкість руху повітря. Оптимальні значення цих параметрів визначаються нормами технологічного проектування - сільського господарства (НТП-С.Г.). Відхилення параметрів від оптимальних в той чи інший бік негативно впливає на продуктивність тварин. Оптимальні значення параметрів мікроклімату залежать від виду тварин, їх віку і маси, а також від способу утримання. Свиней утримують у групових станках. Оптимальні параметри мікроклімату забезпечуються справною роботою систем вентиляції і опалення. Для тваринницьких приміщень, як правило, застосовується повітряна система опалення, в якій система опалення суміщається з антеною припливної вентиляції. Свіже повітря забирається вентилятором, проштовхується через паровий або водяний калорифер, де воно нагрівається до необхідної температури, і подається в приміщення.

Курсовий проект «Теплопостачання тваринницького приміщення» виконується по курсу «Теплопостачання сільського господарства». Він має на меті засвоїти теоретичні знання і набути практичні знання і набути практичні навики інженерних розрахунків, пов'язаних з забезпеченням оптимального мікроклімату в тваринницькому приміщенні.

1. Розрахункові параметри повітря

Необхідна видатність системи вентиляції і опалення залежить від параметрів зовнішнього і внутрішнього повітря.

Таблиця 1. Розрахункові параметри повітря в тваринницьких приміщення

Приміщення	Група тварин	Спосіб утримання	Розрахункова температура, , єС	Відносна вологість г, %	Швидкість руху повітря v, м/с
1	2	3	4	5	6
Корівники	корови, бугаї, тварини на відгодівлі	прив'язна і боксова, без підстилки	10	70	0,5

Таблиця 2. Розрахункові параметри зовнішнього повітря

Пункт	Розрахункова температура повітря, єС, для систем опалення	Середня температура повітря єС, за опалювальний період,	Розрахункова температура для систем вентиляції,	Тривалість опалювального періоду, діб,
Вінниця	-21	-0,6	-10	186

Крім того, кількість повітря, яка подається в приміщення або повітрообмін, залежать від гранично допустимої концентрації шкідливих газів: вуглекислого газу, аміаку і сірководню. Згідно вимогам норм технічного проектування допустимі концентрації такі: вуглекислого газу - 2,5 л/м³, аміаку НN₃ -20мг/м³, сірководню H₂S - 10 мг/м³.

2. Розрахунок системи опалення

Розрахункова теплова потужність системи опалення тваринницьких приміщень визначається з рівня теплового балансу приміщення, яке враховує надходження і витрати теплоти

, кДж/год

де Q_оп - тепло надходження від системи опалення, кДж/год;

Q_тв - теплота. яку виділяють тварини або птиця, кДж/год;

Q_доп - теплота, яку виділяють технологічне обладнання, джерела освітлення, а також теплота сонячної радіації (невелика і нею можна знехтувати), кДж/год;

Q_огр - витрати теплоти через окремі огородження (стіни, перекриття, підлогу, вікна, ворота), кДж/год;

Q_інф - витрати теплоти на нагрівання інфільтрувального повітря (яке проривається через нещільності в елементах огороджень і при відкриванні вікон і дверей), кДж/год;

Q_в - витрати теплоти на нагрівання вентиляційного приливного повітря, кДж/год;

Q_вип - витрата теплоти на випарювання вологи з мокрих поверхонь підлоги, кДж/год.

Звідси теплота знаходження від системи опалення

.

2.1 Втрати теплоти через огородження

,

де Q_огрі - втрати теплоти через окремі огородження;

Q_дод - додаткові втрати теплоти.

Втрати теплоти через окремі огородження (стінки,, вікна, ворота, горищні перекриття)

, кДж/год

де F_і - площа поверхні огородження (визначається по зовнішньому обміру, м²);

R_оі - термічний опір теплопередачі огородження, м²·град/Вт;

t_в, t_н - температура повітря внутрішнього і зовнішнього;

n_і - коефіцієнт, який враховує зміну теплових витрат в залежності від розташування огородження відносно зовнішнього повітря: для зовнішніх стін і підлог на грунті n=1, для горищних перекриттів з різними видами покрівель n=0,75…0,90, для огороджень, які розділяють приміщення, що опалюються, від тих, що не опалюються n=0,4…0,7.

Для визначення площі приміщення необхідно урахувати кількість тварин і площу, яка припадає на одну тварину:

;

м²

де - кількість тварин;

- площа, яка припадає на одну тварину (=7,3 м²).

Визначаємо ширину приміщення, враховуючи два проїзди по 2м:

;

м.

Визначається площа підлоги з урахуванням проїзду шириною 2 м

м².

,

м².

Визначаємо площу повздовжніх стін:

,

де h - висота приміщення.

м².

Визначаємо площу поперечних стін:

;

м².

Знаходимо загальну площу стін:

;

м².

Приймається, що в приміщенні буде встановлено двоє воріт розмірами 2,4Ч2м. Площа їх складає

м².

Визначається орієнтовна площа стін з формули

,

де F_{заг.стін} - загальна площа стін без площі воріт та вікон, м²;

F_вікон - площа вікон, м².

Площа вікон становить 10-15% від площі поздовжніх стін, тобто

;

м²

м²

Термічний опір теплопередачі:

,

де R_в - термічний опір теплопередачі тепло сприймання внутрішньої поверхні, залежить від конструкції поверхні і коливається в межах R_в=0,115…0,155 м²·град/Вт;

R_н - термічний опір тепловіддачі зовнішньої поверхні огородження, R_н=0,043…0,17 м²·град/Вт;

Rл_і - термічний опір теплопровідності окремих шарів багатошарового огородження:

,

де д_і, л_і - товщина в м і коефіцієнт теплопровідності матеріалу огородження. Для керамзітобетону л=1,045Вт/м·град.

Визначаються теплові втрати через стелю:

м²·град/Вт;

м²·град/Вт;

кДж/год.

Визначаються втрати теплоти через двійчасту віконну раму з одинарним склом термічний опір теплопередачі якої становить

м²·град/Вт;

кДж/год

Визначаються втрати теплоти через двійчасті ворота термічний опір теплопередачі яких становить

м²·град/Вт;

кДж/год.

Визначаємо теплові втрати через стіни.

м²·град/Вт;

м²·град/Вт;

кДж/год

Теплові втрати через підлогу визначаються по зонам-смугам шириною 2 м паралельно зовнішнім стінам. Втрати теплоти через нейтральну підлогу:

, кДж/год

де F_зі - площі окремих зон, м², площа ділянок підлоги, які примикають до кутів в першій двометровій зоні, вводиться в розрахунок двічі в напрямі обох зовнішніх стін, які утворюють кут;

R_зі - термічний опір теплопередачі окремих зон, не утепленої підлоги: для 1-ї зони - 2,15, 2-ї зони - 1,3, 3-ї зони - 8,6, для решти зон - 14,2, м²·град/Вт.

Розбиття підлоги по зонам зображено на рисунку 1.



Рисунок 1- Розбиття підлоги по зонам

Знаючи формулу знаходження площі прямокутника та використовуючи дані рисунка 1 можна обчислити площі двометрових зон, для знаходження втрат теплоти через неутеплену підлогу, наступним чином:

м²;

м²;

м²;

м².

Знаючи площі та термічний опір теплопередачі кожної з двометрових зон за формулою можна знайти втрати теплоти для кожної ділянки

 кДж/год;

кДж/год;

кДж/год;

кДж/год.

Загальний термічний опір теплопередачі визначається за наступною формулою

,

кДж/год.

Додаткові втрати Q_дод визначаються у відсотках від втрат через огородження в залежності від орієнтації їх відносно сторін світу, вітрового напору, специфічних місцевих умов. Так, для огороджень, звернутих на північ, схід, північний схід, північний захід Q_дод=0,1Q_огр. Q_дод=0,05Q_огр. При швидкості вітру 5…10 м/с Q_дод=0,1Q_огр. Якщо будівля відкрита з усіх боків дії вітру, то Q_дод=0,1 Q_огр.

При виконанні курсового проекту прийнято, що одна довга стіна звернута на північ, а друга - на південь, торцеві стіни - на схід і захід. В районі розташування тваринницьких приміщень швидкість вітру складає 5…10 м/с.

,

кДж/год.

Загальні витрати через огородження визначаються по формулі :

кДж/год.

2.2 Витрата теплоти на нагрівання припливного повітря

, кДж/год,

де L_в - розрахунковий повітрообмін приміщення, м³/год, (L_W або )

с - густина повітря при температурі в середині приміщення, прийняти с=1,2…1,23 кг/м³;

с_р - ізобарна масова теплоємність повітря, с_р=1 кДж/(кг·град).

Розрахунковий повітрообмін, тобто кількість повітря, яку треба подати в приміщення, визначається з розрахунку доведення шкідливостей, які виділяються в приміщенні, до гранично допустимих концентрацій:

при волого виділеннях:

, м³/год;

при газовиділеннях розрахунок ведуть по допустимій концентрації СО₂:

, м³/год.

де W - маса вологи, яку виділяють всі тварини або птиця в приміщенні, г/год;

с - густина повітря при температурі приміщення, кг/м³;

d_в, d_н - вологовміст внутрішнього і зовнішнього повітря, г/(кт сух.пов), знаходиться по Н-d діаграмі вологого повітря в залежності від температури і відносної вологості повітря;

- кількість вуглекислоти, яку виділяють всі тварини або птиця, л/год;

с_в - гранично допустима концентрація вуглекислоти в приміщенні, л/м³;

с_н - концентрація вуглекислоти в зовнішньому повітрі, с_н=0,3 л/м³.

Визначається кількість вуглекислоти, яку виділяють усі тварини за формулою:

,

де n_і - кількість тварин в приміщенні;

- вуглекислота, яку виділяє одна тварина, =57л/год.

л/год.

Визначається мінімальний повітрообмін для того, щоб забезпечити в приміщенні необхідну концентрацію вуглекислоти

м³/год.

Загальна кількість вологи, яка виділяється в тваринницьких приміщеннях:

, г/год;

, г/год;

г/год;

, г/год;

г/год;

г/год,

де W_тв, W_пт, W_вип, W_пос - кількість вологи, яка виділяється всіма тваринами або птицею, яка випаровується з мокрих поверхонь приміщення і з посліду;

W_і - маса водяної пари, яку виділяють тварини, г/год;

n_і - число тварин або птиці даного виду;

k - число видів;

а₁ - коефіцієнт, який враховує зміну вологовиділень тваринами в залежності від t_в: при t_в=+10єС-а_і=1;

о - коефіцієнт, який враховує випаровування вологи з мокрих поверхонь, для корівників і телятників при наявності підстилки 0,1…0,15, без підстилки 0,25 (о=0,25).

Вологовміст внутрішнього та зовнішнього повітря знаходиться по H-d діаграмі вологого повітря в залежності від температури і відносної вологості. Відповідно d_в=5, а d_н=1. При визначенні вологовмісту враховувалась внутрішня вологість взята з вихідних даних, а зовнішня прийнята 60%.

м³/год.

Розрахунковим повітрообміном приймається більша із обчислених величин. Ця більша величина повинна бути більша від мінімального повітрообміну для сільськогосподарських виробничих приміщень.

, м³/год,

м³/год,

де l - мінімальний повітрообмін на 100 кг розрахункової маси тварини, м³/год;

m - розрахункова маса тварини, кг.

Мінімальний повітрообмін складає для ВРХ - 17 м³/год.

Визначається витрата теплоти на нагрівання припливного повітря

кДж/год.

Для перевірки характеристики повітрообміну користуються поняттям кратності повітрообміну, що вказує на число змін повітря в приміщенні протягом години:

,

.

де L_в - витрати вентиляційного повітря, м³/год;

V - будівельний об'єм приміщення, м³.

Для холодного періоду у тваринницьких приміщеннях n=3…5.

Розрахунок виконано вірно.

2.3 Втрати теплоти на інфільтрацію повітря складають 30% від втрат теплоти через огородження (крім підлоги):

Q_інф=0,3(Q_огр-Q_{підлоги}),

Q_інф=0,3(287929,81-22009,27)=79776,162 кДж/год.

2.4 Втрати теплоти на випаровування вологи з підлоги, корму, поїлок і ін. складають для тваринницьких приміщень

,

кДж/год.

де r=2,49 МДж/кг - прихована теплота випаровування.

2.5 Вільна теплота, яку виділяють тварини:

,

кДж/год,

де q_і - кількість теплоти, яку виділяє одна тварина;

а₂ - коефіцієнт, який враховує зміну тепловиділення в залежності від t_в: при t_в=+10єС а₂=1,00.

Розраховуються необхідні теплові надходження від системи опалення з формули

кДж/год.

Таблиця 3. Кількість теплоти, вуглекислого газу і водяної пари, яку виділяє одна тварина за одну годину

Група тварин	Норма виділення на одну гол.
	Маса, кг	Теплота вільна, МДж/год	Вуглекислота, л/год	Водяна пара, г/год
Корови при рівні лактації 5 л	500 600	2,53 3,06	120 168	408 435

3. Розрахунок і вибір калорифера

Калорифер являє собою теплообмінний апарат, призначений для нагрівання повітря. В системах повітряного опалення тваринницьких приміщень застосовуються водяні або парові пластинчасті калорифери. По конструкції такі калорифери нагадують автотракторні радіатори. По трубкам рухається теплоносій (вода або пара), а перпендикулярно ним між трубками і пластинами рухається повітря, яке нагрівається в результаті теплопередачі від носія.

Промисловість випускає декілька моделей калориферів. В кожній моделі вони розбиті на камери (від 1 до 11) і відрізняються розміром поверхні нагрівання і перерізу для проходження повітря і теплоносія (ці перерізи називаються «живим» перерізом). Характеристики водяних і парових калориферів наведені в таблиці.

Таблиця 4. Технічна характеристика калориферів

Номер калорифера	Площа поверхні нагріву Ак, м2	Площа перерізу, м
		fк.п.	fк.т.
	КВБ, КФС, КЗПП, КЗВП	КФБ, К4ПП, К4ВП	КВБ, КФС, ЖФБ, К3ПП, К4ПН, К3ВП, К4ВП	КВБ, КФС, К3ПП	КФБ, К4ПП	К3ВП	К4ВП
2	9,9	12,7	0,115	0,0045	0,0061	0,00076	0,00102
3	13,2	16,9	0,154	0,0061	0,0082	0,00076	0,00102
4	16,7	21,4	0,195	0,0061	0,0082	0,00076	0,00102
5	20,9	26,8	0,244	0,0076	0,0102	0,00096	0,00127
6	25,3	32,4	0,295	0,0076	0,0102	0,00096	0,00127
7	30,4	38,9	0,354	0,0092	0,0122	0,00114	0,00153
8	35,7	45,7	0,416	0,0092	0,0122	0,00114	0,00153
9	41,6	53,3	0,486	0,0107	0,0143	0,00178	0,00237
10	47,8	61,2	0,558	0,0107	0,0143	0,00178	0,00237

В системах повітряного опалення застосовується, як правило, не один, а декілька калориферів, скомплектованих в калориферну систему. Калорифери можуть установлюватись послідовно і паралельно. Послідовна установка застосовується для нагрівання повітря до високої температури. В цьому випадку «живий» переріз для проходу повітря через всі калорифери такий же, як в одному калорифері, а поверхня теплопередачі рівна сумі поверхонь всіх калориферів.

Паралельна схема приєднання калориферів застосовується для нагрівання великих об'ємів повітря при невеликих перепадах темперами. При паралельній схемі «живий» переріз для проходу повітря дорівнює сумі «живих» перерізів всіх калориферів, а поверхня теплопередачі дорівнює поверхні нагрівання одного калорифера. Подача теплоносія в калорифер може бути послідовною (пара і гаряча вода) або паралельною (вода).

Розрахунок калорифера в курсовому проекті полягає в тому, щоб вибрати таку модель калорифера, який найбільш відповідає оптимальним умовам роботи калориферної установки по габаритам, опорі і режимам роботи.

Розрахунок режимів нагрівання і вибір необхідної поверхні теплопередачі зручно вести з використанням показників в формі к.к.д. теплообмінних апаратів і числу одиниць переносу явної теплоти.

Для порівняння реальних процесів нагрівання ідеальними використовують безрозмірний показник температурного коефіцієнта ефективності (к.к.д. апарату):

,

де t₁, t₂ - температура повітря до і після теплообмінника, єС;

- температура води до теплообмінника.

Число одиниць переносу явної теплоти визначають по безрозмірному показнику

,

де k - коефіцієнт теплопередачі апарату, Вт/м²·град;

F - площа поверхні теплопередачі, м²;

G - масова витрата повітря через калорифер, кг/с;

- ізобарна теплоємність повітря, =100 Дж/кг·град.

В цьому виразі використовується та величина поверхні теплообмінника F, по відношенню до якої визначений коефіцієнт теплопередачі k.

Співвідношення масових кількостей повітря і води в теплообмінному апараті характеризується в формі безрозмірного співвідношення теплових еквівалентів потоків по сприйняттю явної теплоти:

,

де G_w і C_w - масова витрата, кг/с і теплоємкість води, C_w=4190 Дж/кг·к.

Використання виразів E_t і N_t правомірно, якщо Б1.

Залежність між E_t, N_t і Б представляють в формі графіків.

Порядок розрахунку калориферів такий:

1. Визначають кількість теплоти для нагрівання зовнішнього повітря:

, кДж/год.

2. Визначають кінцеву температуру нагрівання припливного повітря для забезпечення повітряного опалення

, єC,

де Q_оп - теплові витрати приміщення.

3. Визначають загальну кількість теплоти на нагрівання припливного повітря в калориферній установці

, кДж/год.

4. Визначають витрату гарячої води через калорифер

, кг/с.

5. Визначають співвідношення масових кількостей повітря і води по формулі (28).

6. Визначають температурний коефіцієнт ефективності.

7. По графіку рис. 2 по відношенню Б і Е_t знаходять необхідне значення числа одиниць переносу явної теплоти N_t.

8. Визначають розрахунковий «живи» переріз калорифера для проходу повітря

, м²,

де (V_с)_p - розрахункова масова швидкість повітря через калорифер, приймають (V_с)_p=7…10 кг/м²·с - для водяних калориферів; 3…7 кг/м²·с - для парових.

Знаходять мінімальне і максимальне значення f_p.

9. По табл. 4 визначають діапазон номерів калориферів, які забезпечують обчислений діапазон f_p.

10. Визначають розрахунковий «живий» переріз для проходу води через калорифер

, м²

де с=1000 кг/м³ - густина води; с=0,804 кг/м³ - густина водяної пари;

W - швидкість руху води в трубках, W - 0,2…0,5 м/с.

Знаходять мінімальне і максимальне значення f_wp в прийнятому діапазоні швидкостей.

11. По табл. 4 визначають моделі калориферів в прийнятому по п.9 діапазоні номерів, які забезпечують визначений діапазон f_wp.

12.Знаходять необхідне значення добутку коефіцієнта теплопередачі на поверхню калорифера: kF=N_tGC_p, Вт/град.

13. По таблиці для вибраних моделей калориферів по п.11 обчислюють діапазон значень коефіцієнтів теплопередачі (при вибраному діапазоні швидкостей води).

14. По обчисленим коефіцієнтам передачі визначають максимальну і мінімальну площу поверхні теплопередачі калорифера

, м².

15. По табл. 4 визначають моделі калориферів в межах вибраних номерів, які забезпечують діапазон поверхонь теплопередачі і варіанти їх установки (послідовно чи паралельно).

16. В відповідності з вибраним типом калориферів визначають дійсні масову швидкість повітря і води:

, кг/м²·с,

, м/с,

де , - «живі» перерізи для проходу повітря і води вибраного типу калорифера.

17. По визначеним V_с і W знаходять значення коефіцієнта теплопередачі вибраного калорифера

.

18. Визначають необхідну площу поверхні теплопередачі:

, м²,

Яка повинна бути меншою, ніж у вибраного калорифера.

19. Визначають тепловіддачу вибраного калорифера:

, кДж/год,

де , - середні температури, відповідно теплоносія і повітря;

k, F - коефіцієнт теплопередачі і площа поверхні теплопередачі вибраного калорифера.

20. Визначають запас тепловіддачі:

, %.

1. Кількість теплоти для нагрівання повітря

;

G=11328,125·1,2·1=13593 кг/год=3,7 кг/с

Q_пов=13593·1·(10-(-21))=421383 кДж;

2. Необхідна температура нагрівання припливного повітря

єC.

3. Загальна кількість теплоти для нагрівання припливного повітря в калориферній установці

кДж/год.

4.Витрата гарячої води через калорифер

кг/год.

5. Співвідношення масових кількостей повітря і води

.

6. Температурний коефіцієнт ефективності

.

7. По графіку знаходимо необхідне значення числа одиниць переносу явного тепла N_t=0,9.

8. «Живий» переріз калорифера для проходу повітря

максимальний

м²;

мінімальний

м².

9. По даним табл. 4 видно, що для визначення «живих» перерізів по повітрю підходять калорифери від 7 по 10 номера всіх моделей.

10. «Живий» переріз калорифера для проходу води. Приймемо діапазон швидкостей води W=0,25…0,5 м/с в трубках калорифера:

максимальний

м²;

мінімальний

м².

11. По табл. 4 видно, що забезпечують визначений діапазон швидкостей води калорифери моделей К3ПП №7-11 - f_w=0,0092…0,0122 і К4ВП - f_w=0,00153…0,00271.

12. Необхідний добуток коефіцієнта теплопередачі на поверхню теплопередачу калорифера

.

13. Діапазон значень коефіцієнтів теплопередачі вибраних моделей калориферів

- для калориферів К3ПП: , де А=12,9, n=0,393, m=0,106.

k=12,9(4)^0,393·0,25^0,106=12,9·1,72·0,86=19,08 Вт/(м²·град);

k=12,9(4)^0,393·1^0,106=22,2 Вт/(м²·град);

k=12,9(12)^0,393·0,25^0,106=12,9·2,65·0,86=29,4 Вт/(м²·град);

k=12,9(4)^0,393·1^0,106=34,2 Вт/(м²·град);

- для калориферів К4ВП k=11,05(V_с)^0,446W^0,034

k=11,05(4)^0,446·0,25^0,034=11,05·1,85·0,95=19,5 Вт/(м²·град);

k=11,05(12)^0,446·0,25^0,034=11,05·3,09·0,95=31,8 Вт/(м²·град);

k=11,05(4)^0,446·1^0,034=11,05·1,85=20,4 Вт/(м²·град);

k=11,05(12)^0,446·1^0,034=11,05·3,09=34,18 Вт/(м²·град).

Таким чином, значення коефіцієнта теплопередачі коливається в межах 19,08…34,2 Вт/(м²·град).

14. Площа поверхні нагріву калорифера

мінімальна

м²;

максимальна

м².

15. Визначивши межі «живих» перерізів калорифера і поверхонь нагріву, бачимо, що для даного випадку цим вимогам відповідає калориферна установка із двох калориферів К3ПП-11, сполучених послідовно по повітрю і паралельно по воді. Установка буде мати такі показники: поверхня нагріву 54,6·2 м², «живий» переріз по повітрю 0,638 м², «живий» переріз по воді 0,0122 м².

16. Згідно з вибраним калорифером уточнюємо режим роботи

кг/(м²·с);

кг/(м²·с).

17. Коефіцієнт теплопередачі калорифера

k=12,9(4)^0,393·0,3^0,106=12,9·2,37·0,88=26,9 Вт/(м²К).

18. Необхідна поверхня нагріву калорифера

м².

Таким чином необхідна поверхня нагріву більша, ніж у вибраній калориферній установці.

19. Приймаємо два калорифера К4ВП-10, послідовно з'єднаних. Тоді параметри установки: F=61,2·2=122,4 м²; «живі» перерізи по повітрю і по воді такі ж, як і в калорифера К3ПП-11 і режим роботи такий же.

20. Коефіцієнт теплопередачі калорифера:

k=11,059^0,446·0,3^0,106=11,05·2,66·0,96=28,18 Вт/(м²К).

21.Необхідна поверхня нагріву калорифера

м².

Отже, поверхня нагріву вибраної калориферної установки більша, ніж необхідна 122,4>118,17.

22. Тепловіддача калориферної установки

кДж/год.

Запас установки по тепловіддачі

.

Запас становить 17,29, що знаходиться в межах (15…20).

Калорифер вибрано правильно.

4. Розрахунок системи вентиляції

Більшість тваринницьких приміщень обладнується припливною механічною вентиляцією, коли свіже повітря подається вентилятором в повітроводи, а звідти через отвори в приміщення, і природною витяжною вентиляцією, в якій забруднене повітря витягується з приміщення через витяжні шахти прямокутного перерізу, розташовані в горищних перекриттях криши. При суміщенні опалення з системою вентиляції повітря перед подачею в повітропровід проходить через калорифер.

Розрахунок системи вентиляції полягає в розрахунку і виборі вентилятора, а також розмірів і числа витяжних шахт.

4.1 Розрахунок вентилятора

Вибір вентилятора проводять по його подачі і напору.

Подача вентилятора:

=1,1?11328,125=12460,9 м³/год;

де L_в - розрахунковий повітрообмін, м³/год;

1,1 - коефіцієнт, який враховує запас подачі повітря вентилятором.

Напір вентилятора:

, Па

де Н_тр - втрати напору на подолання тертя в повітропроводі;

- втрати напору на подолання опору калорифера;

Н_м.о - втрати напору від місцевих опорів;

Н_вих - втрати тиску через вихідний отвір повітропроводу.

Втрати напору в трубопроводі визначаються по формулі:

, Па

де л - коефіцієнт тертя в трубі, приймають л=0,02…0,03;

l, d - довжина і діаметр трубопроводу, м;

щ - швидкість руху повітря в трубопроводі, м/с, приймається щ=10…15 м/с;

с - густина повітря, кг/м³.

мм;

l=36,5 м;

Па.

Довжина повітропроводу приймається, виходячи з довжини приміщення і прийнятої схеми вентиляції. Діаметр трубопроводу прийняти рівним 400…800 мм.

Опір калорифера визначають по формулам, приведеним в таблиці в залежності від моделі калорифера і виду теплоносія. Втрати напору від місцевих опорів (3 коліна і сітка на 12 бічних отворів):

, Па,

де - сума коефіцієнтів місцевих опорів окремих відрізів повітропроводу.

Па.

Таблиця 5. Коефіцієнт теплопередачі калорифера та аеродинамічний опір , Па

Модель калорифера	Теплоносій - пара:	Теплоносій - вода:
	В1	n1	В2	n2	m	В3	n3
КВБ	17,79	0,351	17,79	0,34	0,149	1,5	1,67
КФС, К3ПП К3ВП	14,06	0,366	12,9	0,393	0,106	1,2	1,76
КФБ К4ПП К4ВП	11,63	0,42	11,05	0,446	0,034	1,72	1,72

Таблиця 6. Коефіцієнт місцевих опорів

Вид місцевого опору	о
Для труб з коліном під кутом 90є	1…1,5
Для труб з коліном під кутом 120є	0,55
Відвід	0,2
Жалюзі (вхід)	0,5
Жалюзі (вихід)	3,0
Сітка	0,1
Раптове звуження	0,18…0,29
Вихід через бічний отвір з гострим вінцем V0/Vі, 0,4; 0,6; 1,0; 1,2	1,3; 1,7; 1,8; 1,9

V₀ і V_і - швидкість повітря на виході з отвору і в повітропроводі

Втрати напору на витікання повітря через вихідний провід повітропроводу:

,

де м - коефіцієнт втрати, прийняти м=0,65;

щ_вих - вихідна швидкість повітря, щ_вих=4…8 м/с.

Па.

Оскільки в установці 2 калорифера,

;

Н_к=2(1,72?(5,79)^1,72)=70,5 Па.

Н=99,5+70,5+1464+22,7=1656,7 Па.

При розрахунку втрат напору через бічні отвори повітроводу треба мати на увазі, що в тваринницьких приміщеннях отвори в припливному повітроводі роблять через кожні 1,5…2 м, а швидкість повітря на виході із отвору 4…8 м/с.

Втрати напору і подачу вентилятора необхідно привести до стандартних умов за формулами:

,

,

де t - температура повітря в повітропроводі, єС;

t₀, В₀ - температура і атмосферний тиск при стандартних умовах: t₀=20єС; В₀=0,1013 МПа;

В - атмосферний тиск в даній місцевості, прийняти В=В₀.

Па;

Па.

Вентилятори підбирають по зведеним або індивідуальним характеристикам.

Вентилятор №6, в якого к.к.д. дорівнює 0,78, а коефіцієнт 9800.

По напору і подачі вентилятора визначається встановлена потужність електродвигуна вентилятора:

, кВт

де k - коефіцієнт запасу потужності електродвигуна: для N_в=0,5…5 кВт k=1,3…1,15;

з_в - к.к.д. вентилятора;

з_n - к.к.д. передачі від електродвигуна до вентилятора: для клинопасової 0,95; при з'єднанні валів через муфту - 0,98.

кВт.

Частота обертання валу вентилятора визначається за формулою:

, об/хв;

об/хв.

За знайденими потужністю і частотою обертання за каталогом вибирається електродвигун: АИР 160М693, Р=10 кВт, n_н=1500 об/хв.

В системі вентиляції установлюються два вентилятора, один з них резервний.

Для видалення забрудненого повітря необхідно визначити число витяжних шахт. Для цього спочатку знаходять площу перерізу всіх шахт за формулою:

, м²,

де щ_в.ш. - швидкість руху повітря в витяжній шахті, м/с:

,

де h - висота витяжної шахти, прийняти h=3…10 м;

- розрахункова температура зовнішнього повітря для розрахунку систем вентиляції.

м/с;

м/с.

Число витяжних шахт:

,

де f_ш - площа «живого» перерізу однієї шахти, м².

шт.

Приймаємо 3 шахти витяжних.

Зазвичай для тваринницьких приміщень приймаються витяжні шахти в формі квадрата з стороною 400, 500, 600, 700 мм.

5. Розрахунок витрати теплоти на технологічні потреби

Тваринницькі приміщення потребують в значній кількості гарячої води для підмивання вимені корів перед доїнням, для миття молочного посуду, доїльних апаратів і обладнання, для приготування кормів, поїння тварин, для прибирання приміщень, для пастеризації молока і ін. Сумарна витрата є витрата теплоти на технологічні потреби і складається на власне технологію і гаряче водопостачання.

Середньогодинну витрату теплоти на гаряче водопостачання можна визначити по середньодобовій витраті гарячої води на одну тварину:

, кДж/год

де m_і - число тварин даного виду в приміщенні;

g_і - витрата гарячої води на одну тварину, л/добу (для корів - 15);

t_г - температура гарячої води, t_г=40…60єС;

t_х - температура холодної води, взимку t_х=5єС, влітку - 15єС;

с - густина води, кг/м³;

С - теплоємкість води, кДж/(кг?град);

n - число видів тварин.

Витрату теплоти на пастеризацію молока можна визначити за нормою витрати пари:

, кДж/год,

де G - середнього динний надій молока на фермі, кг/год;

с - 3,94 кДж/(кг?град) - теплоємність молока;

d - добова норма витрати пари, d=0,022 кг/(л?год?град).

h_п - ентальпія пари, кДж/год. При параметрах пари р_п=168 кПа і і_п=115єС h_п=2700 кДж/кг;

h_к - ентальпія конденсату, h_к=С_кt_к, де С_к - теплоємність конденсату пари (води), С_к=4,2 кДж/(кг?град), t_к - температура конденсату.

h_к=4,2?8=33,6;

Q_п=0,6?3,94?0,022(2700-33,6)=183,7 кДж/год.

На молочно-товарних фермах, крім пастеризації молока, виконуються роботи по стерилізації молокопродуктів і пропарюванню молочних бідонів. Витрати теплоти на стерилізацію молочних труб:

кДж.год,

де d - витрата пари на одну обробку, кг/год, d=1 кг/год;

з - число обробок за добу, прийняти з=2.

Q_с.т.=1?2(2700-33,6)=5332,8 кДж/год.

Витрата теплоти на пропарювання бідонів:

, кДж/год

де G - місткість одного бідона (38 кг);

n - число бідонів;

d - норма витрати пари на пропарювання одного бідона, d=0,1…0,2 кг/добу на 1 бідон.

Q_б=38?0,0042?60(2700-33,6)=25533,45 кДж/год.

Витрати теплоти на запарювання кормів в кормозапарниках періодичної дії можна визначити за формулою:

, кДж/год,

де Q₁ - витрати теплоти на нагрівання кормів в запарнику;

Q₂ - витрати теплоти на нагрівання стінок кормозапарника;

Q₃ - витрати теплоти в навколишнє середовище від стінок кормозапарника.

Витрата теплоти на нагрівання кормів (або кормової суміші):

, кДж/год

де G_і - маса корму, кг;

С_і - теплоємкість корму;

t_н, t_к - початкова і кінцева температура запарювання. Прийняти: початкову температуру t_н=t_в, кінцеву температуру t_к=90…95єС;

ф - тривалість запарювання, год, ф=50…60 хвилин.

Q₁=(5,5?100?2,3+19?100?2,3+8?100?3,78+2?100?1,8)?=(1265+4370+3024+360)?1,6=14430,4 кДж/год.

Прийняти такі значення теплоємкостей окремих видів кормів: картопля 3,52…3,64; буряк кормовий - 3,78; солома і полова - 2,3; зерно - 2,1…2,5; борошно - 1,8…1,88 кДж/кг?град.

Раціон для корів і телят (взимку)

Корма (кг)	Корови	Телята
	дійні	Стельно-сухостойні	первістки	нетелі	3-6 місяців	до 3 місяців
Сінаж Силос Коренеплоди Концентрати	5,5 19 8 2	4 10 8 1,5	7 6 8 2,5	4 12 4 1,2	1,5 2,0 2,0 1,0	1,5 - 1,0 1,0

1. Змішувач ВКС-3м

Ємність котла - 3 м³

Продуктивність - 2,5 т/год

Тиск пари в котлі - 0,7 кг/см²

Маса агрегату - 1820 кг

2. Змішувач С-2 (запарник)

Продуктивність - 2 т/год

Маса агрегату - 2790 кг

Для приготування кормів застосовують варочні котли БК 1,0, агрегати для приготування кормових сумішей АПС-6. В курсовому проекті приготування кормів здійснюється в агрегаті АПС-6, який призначений для сумішей вологістю 60…85% з подрібнених сільськогосподарських продуктів на фермах ВРХ. Корисний об'єм змішувача 6 м³, маса 4300 кг, габарити 3625Ч2622 мм.

Теплота, яка витрачається на нагрівання кормозапарника:

, кДж/год,

де G₂ - маса кормозапарника, кг,

С₂ - теплоємкість кормозапарника, для стальних С₂=0,45 кДж/(кг?град);

t_н, t_к - початкова і кінцева температури стінок, прийняти t_н=t_в, t_к менше від температури корму на 5…8єС.

кДж/год.

Теплота, яка витрачається від стінок кормозапарника в навколишнє середовище:

, кДж/год,

де б - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні кормозапарника до повітря, прийняти б=10,5 Вт/(м²?град);

t_ст - температура стінки кормозапарника, єС.

Q₃=3,6?10,5?90?(80-10)=25137 кДж/год.

Q_зап=14430,4+4373,1+25137=43940,5 кДж/год.

Розрахункова витрата теплоти на технологічні потреби:

, кДж/год,

де в=2,5 коефіцієнт годинної нерівномірності.

Q_т.п.=2,5?(1178,375+183,7+5332,8+25533,45+43940,5)=216937,0625 кДж/год.

6. Розрахунок котельної установки

Для теплопостачання тваринницьких приміщень застосовуються, головним чином, парові котельні агрегати (пароутворювачі). Технічні характеристики деяких з них наведені в таблиці.

Таблиця 7. Технічні характеристики парових котлів

Марка котла	Продуктивність, т/год	Теплова потужність, кВт	Вид палива	К.К.Д., %	Габаритні розміри, мм
					довжина	ширина	висота
ДКВР-2,5-13 ДКВ4-4-13 Е-1/9-1 Е-1/9-1М Е-1/9ГГ Д-900 КВ-300У КВ-300Л	2,5 4,0 1,0 1,0 1,0 0,9 0,300 0,370	1750 2910 629 692 692 625 195 255	вугілля мазут газ вугілля мазут газ вугілля мазут газ пічне мазут пічне	82 88,5 90 81 90 91 72,8 80,5 86,0 91 85 90	3570 4000 4000	2300 2340 3027	2874 2874 2874

Розрахункову максимальну тепловидатність котельної установки визначають для зимового періоду за формулою:

кДж/год,

де 1,2 - коефіцієнт запасу, який враховує витрати теплоти в теплових мережах.

Q_р=1,2?(510190+216937,0625)=872552,475 кДж/год.

Число котельних агрегатів:

,

де Q_р - тепло видатність одного котла, кВт. Приймається по таблиці в залежності від вибраного типу котла.

.

Число котельних агрегатів повинно бути не менше двох і не більше чотирьох.

Приймаємо два котла КВ-300У.

7. Розрахунок необхідної кількості палива

Кількість палива визначають, виходячи з теплових навантажень і режиму роботи споживачів теплоти.

Годинна витрата натурального палива визначається за формулою:

,

де - нижча теплота згоряння палива, кДж/кг або К,Дж/м³. В залежності від виду палива приймається з таблиці;

з_к.а. - к.к.д. вибраного котельного агрегату.

кг/год.

Для визначення річної кількості палива, треба знайти річну витрату теплоти.

Річна витрата теплоти на опалення:

, кДж/рік,

де z₀ - тривалість опалювального періоду, діб;

t_с.о. - середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період.

МДж/рік.

Річна витрата теплоти на технологічні потреби:

, кДж/рік,

де m - загальногосподарський коефіцієнт збігу максимуму теплових навантажень (m=0,85…0,9);

z - річний фонд робочого часу, z=2000год.

МДж/рік.

Загальна річна витрата теплоти:

, кДж/рік,

де k_в=0,03…0,05 - коефіцієнт, який враховує витрату теплоти на власні потерби котельної установки.

МДж/рік.

Тоді річна витрата палива:

кг/рік.

кг/рік

Витрата умовного палива:

година:

, кг/год;

кг/год;

річна:

, кг/рік,

кг/рік.

де 29300 кДж/кг у. п, - теплота згоряння умовного палива.

8. Заходи по економії теплоти і палива

Економія енергоресурсів в теперішній час є одним з важливих завдань в нашій країні. Розв'язати цю дуже важку задачу можна тільки при реалізації всіх резервів економії енергоресурсів в промисловості, житлово-комунальному і сільському господарстві.

Тваринницькі будівлі є великими споживачами теплоти і також мають резерви по їх економії. Ці резерви є на кожній дільниці виробництва і споживання теплоти.

Та, при будь-якій тепловидатності котельної установки (в залежності від температури навколишнього середовища) к.к.д. кожного котла повинен бути близьким до того максимального значення, яке можливе при прийнятим виді і якості палива. При підвищенні температури зовнішнього повітря теплове навантаження котла зменшується і їх к.к.д. падає, а витрата палива зростає тому, якщо в приміщенні кожної стоїть декілька котлів, треба частину їх виключати, щоб решта працювала при оптимальному к.к.д.

Витрата палива зростає також при забрудненні поверхонь нагріву з зовнішнього і внутрішнього боків. Так, накип збільшує витрату палива приблизно на 2% на 1мм шару накипу. Для зменшення швидкості утворення накипу в котельній установлюють протинакипне магнітне обладнання (ПМУ), яке потребує хімічних реактивів.

Накип виділяється з води, якою підживлюють систему опалення і тому основним заходом боротьби з накипом повинно бути усунення витоку води з системи. При утворення накипу котли очищають за допомогою інгібіторної соляної кислоти або вилуговуванням.

Забруднення зовнішнього боку поверхня нагріву котлів знижують к.к.д котлів до 10% в порівнянні з к.к.д. котлів з чистою поверхнею. Ці забруднення (сажу, нагар, частки незгорівшого палива) можна видалити, застосовуючи розмолоту і перемішану суміш такого складу, %: кухонна сіль - 70, нашатир - 20, алебастр - 3, сірка - 3, волога - 4. Суміш закидають в топку разом з паливом 2 рази на добу із розрахунку 1…1,5 кг суміші за добу на кожні 100 м² поверхні нагріву котла.

Втрати теплоти в навколишнє середовище в значній мірі залежать від термічного опору теплопередачі огородження (стіни, стелі, підлоги і ін.) з матеріалів з малим коефіцієнтом теплопровідності.

При будівництві тваринницьких приміщень практично використовуються холодні огородження (бетон, бут), що приводить до втрати енергії на підігрівання вентиляційного повітря, а також на створення систем опалення. Щоб підвищити теплозахисні якості огородження, слід застосувати конструкції, які складаються з двох і більше шарів різного матеріалу. Так, наприклад, шар піполіуретану товщиною 2 см еквівалентний по теплозахисту цегляній кладці товщиною 0,6 м.

Важливе значення має також утеплення існуючих огороджень. Так, наприклад, в дослідницькому господарстві УНДШ «Борки» збільшення товщини шлаковати на горищах пташників на 4 см дало змогу зекономити до 40% теплоти, а в одному із пташників додаткове утеплення (збільшення шару шлаковати з 6 до 12 см) дало змогу витримувати необхідний мікроклімат без опалення при температурі зовнішнього повітря до -12єС.

Велике значення для зменшення витрати органічного палива має використання в сільському господарстві нетрадиційних енергоресурсів, вторинних енергоресурсів, сонячної енергетики, біогазової енергетики.

ВИСНОВОК

В даному курсовому проекті проведено розрахунок теплових втрат приміщенням свинарника-відгодівельника поголів'ям в 1000 голів. Також обрано калориферні установки для забезпечення необхідного теплового режиму в тваринницькому приміщенні. Також розрахована котельня для даного приміщення. Для забезпечення теплотою приміщення необхідно встановити два парових котли марки КВ-300Л, що працює на пічному паливі. Розрахована необхідна кількість палива, що буде використана котельнею протягом року.

ЛІТЕРАТУРА:

теплова втрата калориферна установка свинарник

1. Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. - М.: Агропромиздат, 1986.

2. Драганов Б.Х. и др. Курсовое проектирование по теплотехнике и применению теплоты в сельском хозяйстве. - М.: Агропромиздат, 1991.

3. Мироненко Г.Н. Теплопостачання сільського господарства. - НМД. Харків-2000.

4. Егизаров и др. Отопление и вентиляция сельскохозяйственных зданий. - Киев, «Будівельник», 1976.

5. Спаська Л.І. Теплотехніка і теплопостачання. - НМЦ. Харків-2006.

Размещено на Allbest