Проектирование системы вентиляции животноводческого помещения

Содержание

Введение

Расчет системы вентиляции и отопления в животноводческом помещении, выбор марки вентиляторов и их количество

Расчет воздуховодов равномерной раздачи

Выбор электрических схем и автоматикой системы вентиляции

Описание их функционирования

Общие сведения о комплекте оборудования «Климат – 3»

Техника безопасности на животноводческих фермах

Выводы

Список используемой литературы

Приложения

Введение

Под микроклиматом в животноводческом помещении понимают совокупность физических, химических и биологических факторов оказывающих определенное влияние на развитие и функционирование организма животного, и ее физиологическое состояние. К основным критериям оценки окружающей среды, где обитает животное, относятся температура, влажность, скорость движения и химический состав воздуха, содержание в нем механических включений (пыли) и микроорганизмов, освещенность помещения. Температура воздуха в коровнике должна обеспечивать в организме животного равновесие между теплообразованием и теплоотдачей, то есть находиться в диапазоне, обеспечивающем обмен веществ на постоянном уровне. Хорошая система вентиляции обеспечивает подачу свежего воздуха в помещение. Хорошая система вентиляции должна быть пригодной, надежной и экономичной. Пригодность означает, что система соответствует особенностям конструкции здания, в котором установлена, а также всем требованиям, предъявляемым к системе. Надежность означает, что система способна исправно работать в течение запланированного длительного периода при условии проведения регулярного технического обслуживания. Экономичность означает, что потери энергии в системе сведены к минимуму. Система должна обеспечивать экономию во всех отношениях. Система должна быть как можно более простой, но не проще того. Это значит, что, система, не смотря на максимальную простоту, должна отвечать определенным требованиям по качеству. Если система слишком упрощена, то вряд ли можно будет гарантировать достаточный уровень качества. Система должна сочетать в себе все три качества — пригодность, надежность и экономичность. Очень важно правильно сформулировать требования к вентиляционной установке. Не следует экономить, заказывая систему только для воздухообмена. Система должна обеспечивать очистку приточного воздуха от загрязняющих веществ. Технически грамотно спроектированная вентиляционная установка способна обеспечивать большой расход воздуха при экономичном потреблении электроэнергии. Очень важными являются такие функции, как утилизация тепла и возможность регулирования расхода воздуха. Традиционно существует три типа технических решений для вентиляционных систем. К ним относятся системы вентиляции с естественной тягой, системы с принудительной вытяжной вентиляцией и системы с приточно-вытяжной вентиляцией. «Естественная тяга» означает, что воздух самостоятельно поднимается по воздуховодам за счет естественных перепадов давления. Теплый воздух естественным путем выходит наружу по вертикальному воздуховоду. За счет этого в здании создается разряжение, заставляющее наружный воздух поступать внутрь через клапаны, форточки или другие отверстия. В течение многих лет этот тип вентиляции был наиболее распространен. Если, не смотря на это, вы хотите оборудовать новое здание вентиляцией с естественной тягой, то следует тщательно выбирать место ее установки. В системах с принудительной вытяжной вентиляцией воздух удаляется при помощи вентиляторов, устанавливаемых в комнатах. Удаляемый воздух заменяется наружным, поступающим внутрь здания через клапаны, форточки или другие отверстия (то есть так же, как в схемах с естественной тягой). Приточная вентиляция - Приточные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха взамен удаленного. Приточный воздух в необходимых случаях подвергается специальной обработке (очистке, нагреванию, увлажнению и т.д.) Вытяжная вентиляция - удаляет из помещения (цеха, корпуса) загрязненный или нагретый отработанный воздух. В общем случае в помещении предусматриваются как приточные, так и вытяжные системы вентиляции. Их производительность должна быть сбалансирована с учетом возможности поступления воздуха в смежные помещения или из смежных помещений. Приточно-вытяжные вентиляционные системы могут быть выполнены по разным схемам. За прошедшие годы при их проектировании было допущено много просчетов, но в настоящее время исследования показывают, что именно такие системы сочетают в себе низкие затраты на монтаж и низкое энергопотребление, а также обеспечивают хороший микроклимат в помещении. Правильно выполненная приточно-вытяжная система проста, стабильна и отличается функциональной гибкостью. Термин «стабильность» означает, что различного рода воздействия не отражаются на ее работе отрицательно. Например, рабочие характеристики системы не должны измениться, если в помещении открыть окно. В более старых системах такое было невозможно. «Функциональная гибкость» означает возможность регулирования притока наружного воздуха в соответствии с потребностью в нем. Например, если количество людей в помещении увеличивается, то расход приточного воздуха автоматически возрастает. В качестве вентиляционных систем четвертого типа часто рассматривают приточно-вытяжные системы с утилизацией тепла. Эффективные и экономичные технические решения должны обеспечивать утилизацию тепла, регулирование расхода воздуха по потребности, а также фильтрацию воздуха.

Задание: В курсовой работе предлагается конструкция коровников на 250 голов, размером 100х30м, с беспривязной системой содержания локтирующих коров с удоем 10л. до 600кг. Высота стен 3,5 метра, высота от пола до конька 4,2 метра, 6 окон, размером 1500х2000, с двойным переплетом расстояние между стеклами 20 см, две наружных одинарных двери 3000х2500мм. Стены из сплошной кладки кирпича на легком растворе толщиной 40см с температурным балансом tвн= +50С и tнар= -50С. Рассчитать систему вентиляции и отопления в животноводческом помещении, а так же выбрать марку вентиляторов и их количество для обеспечения микроклимата.

Расчет системы вентиляции

В создании оптимального микроклимата наиболее важную роль играют вентиляция и отопление помещений.

При проектировании систем вентиляции и отопления животноводческих помещений учитывают количество животных, их возраст, продуктивность, выделение ими тепла, водяных паров и вредных примесей, климатические условия, способ содержания, содержание углекислого газа и влаги в наружном воздухе, потери тепла через ограждения и другие факторы. Расчетыпроводят для зимнего и летнего периодов.

Внешний воздух содержит в среднем 0,03%(0,3 л/м3) углекислого газа и незначительное количество других вредных примесей.

Данные о количестве тепла, углекислоты и водяных паров, выделяемых животными, приведены в таблицах 1 и 2 приложения.

Максимальное количество воздуха, необходимое для вентиляции помещения в зимний период, определяется по влажности и газосодержанию.

Потребный часовой расход воздуха (м3/ч), необходимый для растворения водяных паров:

где — количество влаги, выделяемой животными в видепара(табл. 2 Приложения), г/ч; —коэффициент, учитывающий испарениевлаги с пола, из поилок и других конструкций (принимаем равным 1,1);- допустимое содержание влаги в воздухе помещений, г/м3; — содержание влаги в наружном воздухе, г/м3.

Значения и определяют по формулам:

где и — влагосодержание внутреннего и наружного воздуха в насыщенном состоянии при расчетных температурах (табл. 4 Приложения), г/м3; и — относительная влажность внутреннего и наружного воздуха.

Количество приточного воздуха (м3/ч), необходимого для понижения концентрации углекислоты:

где – общие количество углекислоты, выделяемое животными в помещении (табл.2 Приложения), л/час; – коэффициент учитывающий выделение углекислоты микроорганизмами и подстилкой; – допустимое содержание углекислоты в воздухе помещения, л/м3 (до 2,5 л/м3); - содержание углекислоты снаружи помещения, л/м3 (до 0,3 л/м3).

Минимально допустимый воздухообмен (м3/ч), необходимый для нормальной жизнедеятельности животных:

где -масса 1го животного, кг; - число животных; - минимальный воздухообмен на 1ц живой массы животных(табл.1 Приложения).

В качестве расчетного принимается наибольший воздухообмен из полученных значений.В летний период определяют еще расход воздуха, необходимый для удаления избыточного тепла.Воздухообмен по удалению избыточного тепла определяют по формуле:

L=

где — избыточное тепло в тепловом балансе помещения, удаляемое с вентилируемым воздухом, кДж/ч; — температура внутреннего и наружного воздуха, °С; — температурный коэффициент, равный 1/273°; с=1,3 кДж/(м3-°С)— теплоемкость 1 мЗ воздуха.

где – теплота, выделяемая одним животным; – количество животных в помещении.

Часовая кратность обмена воздуха в помещении:

где L— расчетный воздухообмен, м3/ч; Vп— внутренний объем помещения, м3.

где А – ширина здания; L – длинна здания; В – высота здания; h – высота крыши.

Мощность электродвигателя вентилятора.

где NВ – мощность, потребляемая вентилятором; L – подача вентилятора м3/ч; Н–полное давление вентилятора,19,6 Па; - к. п. д. вентилятора.

При отсутствии более точных данных к. п. д. вентилятора можно принять для центробежных вентиляторов 0,4-0,7; для осевых - 0,5 – 0,85. При непосредственной посадке колеса вентилятора на вал электродвигателя к. п. д. принимают равным единице. Если соединение валов вентилятора и электродвигателя выполнено с помощью муфты, то = 0,98. И в том случае, когда вентилятор и электродвигатель соединены клиноременной передачей, = 0,95.

Производительность вентилятора.

где V – скорость движения воздуха в трубопроводе, м/с; F – площадь сечения воздуховода, м2. Площадь сечения воздуховода надо измерить там же, где была измерена скорость движения воздуха:

F = ab=3020=500см2

где а и b высота и ширина воздуховода.

Расчет системы отопления.

При k3 обычно принимают вентиляцию с естественнымпобудителем, а при k>3 - с искусственным побудителем. Кратность воздухообмена без подогрева воздухадолжна быть не более 5.

Для автоматизации процесса вентиляции помещений определяют пределы изменения расхода воздуха в зависимости от температуры и влажности внешней среды.

Расчет отопления ведут следующим образом. Количество избыточного тепла в летний период или мощность отопительного устройства в зимний период определяется на основании теплового баланса помещения:

где QЖ- количество тепла выделяемого животными, кДж/ч.; QН- теплопроводность отопления (QН= 70447,77) кДж/ч.; Qогр – теплопотери помещения через конструкции кДж/ч.; QВ – количество тепла нужного для приточного воздуха кДж/ч.; Qисп – испарение влаги с пола помещения кДж/ч. Количество тепла необходимого для нагрева приточного воздуха, кДж/ч:

где L – расчетный воздухообмен м3/час; с – теплоемкость одного м3 воздуха (с=1,3 кДж/ м3с).

Тепло выделяемое животными:

где - норма тепловыделения животного (табл. 2 Приложения) кДж/ч1гол; n- число животных в помещении; k1- коэффициент учитывающий изменение тепловыделения животного с изменением температуры (табл. 3 Приложения)

Количество тепла расходуемой на испарение влаги в помещении:

где G – количество тепла испаряемого в помещении грамм/час; (табл. 2 Приложения)- количество водяных паров на одну голову на количество животных; 2,5 – скрытая теплота испарения 1грамм воды кДж/ч.

Потери тепла через ограждения в кДж/ч находят:

где F – поверхность ограждения м2; k –коэффициент теплопередачи окон, потолка, стен и прочих поверхностей (табл. №6) кДж/ м3ч0С.

Поверхность стен, м2:

где В – высота стен, м; А – ширина помещения, м; L – длинна помещения, м; h – высота от верха стены до конька помещения, м; FД – площадь дверей, м2; - площадь окон, м2.

Площадь дверей, м2:

где а – высота двери, м; b – ширина двери, м; n – количество дверей.

Площадь окон, м2:

где а – высота окна, м; b – ширина окна, м; n – количество окон.

Выбор марки вентилятора и их число.

Регулирование производительности вентилятора осуществляют двумя способами:

- изменением скорости вращения вентилятора при неизменной площади сечения воздухопровода;

- изменением площади поперечного сечения воздухопровода с помощью задвижек, дросселей и т. п. Мощность вентилятора при изменении частоты вращения пропорциональна кубу скорости вращения:

и, следовательно, изменяется пропорционально кубу производительности вентилятора РQ3В. Для большинства вентиляторов регулирование производительности задвижкой приводит к тому, что мощность изменяется пропорционально производительности: РQ. Этот способ очень прост, но не экономичен, кроме того, он позволяет регулировать производительность от номинальной величины только в сторону ее уменьшения. Выбираем вентиляторы ВО и их количество по табл. 7 Приложения, учитывая производительность м3/ч при давлении Р= 19,6 Па, размеры, габариты, массу в кг, диаметр рабочего колеса в мм каждого вентилятора.

Исходя из выше вычисленных формул и расчётов, выбираем вентилятор ВО – 5,6 в количестве 4штук (таблица 7 Приложения) и двигатели Д80АВ6П (таблица 9 Приложения) в количестве 4штук, для каждого из вентиляторов. Так жевыбираем электрокалориферы серии СФО (таблица 8 Приложения) мощностью до 160 кВт в количестве 6 штук и комплект приточно-вытяжных установок типа ПВУ-9(таблица 10 Приложения) в количестве 4 штук на весь коровник для обеспечения оптимального микроклимата в любое время года.

Электромеханические системы нагрева воздуха. Нагрев воздуха в системах вентиляции воздушного отопления выполняются теплообменными аппаратами калориферами. Калориферы – бывают водяные, паровые и электрические основные их преимущества по сравнению с водяными и паровыми является компактность и удобства, обладание высоким КПД и возможность полного автоматического управления ими. Кроме того регулировка и теплопроводность возможны в относительных пределах и более простыми средствами. Установки с электрокалориферами используют в сельском хозяйстве для сушки материалов и продукции сельского хозяйства, нагрева воздуха в помещениях и др. По конструкции нагревательные элементы различны, открытые проволочные спирали, трубчатые нагревательные элементы и проволочные би спиральные элементы. Они изготавливаются с использованием нихрома, фехраля и других жаропрочных сплавов с большим электрическим сопротивлением. Так как температура проволоки при работе превышает > 4000С, то открытые проволочные спирали быстро окисляются и получается, что срок службы меньше чем в трубчатых элементах, в которых проволока защищена от воздействия на нее воздуха.

Трубчатые нагревательные элементы имеют низкий коэффициент теплоотдачи поверхности трубки, с целью повышения коэффициента теплоотдачи поверхности и уменьшению рабочей температуры нагрева проволоки, начинают изготавливать ребристые трубчатые нагреватели с развитой поверхностью нагрева и охлаждения. Более совершенными являются проволочные би спиральные элементы, применение которых дает уменьшение температурного нагрева нихромового провода до 120-1500С и его расход в 3-3,5 раза меньше. Теплота нагревания такая же, как и в нагревании выполненного полностью нихромом. Этот би спиральный элемент изготовлен из стальной спиралевидной проволоки. Навитая на стержень по винтовой линии и закрепленная в конце с двумя нихромовыми проводами. Проходя в нутрии спирали стальная проволока служит для увеличения поверхности нагрева и несет незначительную часть нагрузки 8-20%, а основная нагрузка идет на нихромовые провода.

Промышленность выпускает отопительные электрокалориферы серии СФО предназначенные для искусственного климата в производственном помещении для нагрева воздуха до 1000С в системах и воздушном отоплении электрокалорифер этого типа оснащен ребристым трубчатым нагревателем и изготавливают с трехфазным напряжением 380 В.Электрокалориферы серии СФО выпускаются семи типов размеров по следующим техническим характеристикам, указанных в таблице 8 Приложения.

Если в заданном производстве один калорифер не дает нужного перепада температуры, то можно установить два и более таких же калориферов. Конструктивно электрические калориферы выполняют в виде сборно-металлического кожуха, внутри которых размещают четыре ряда трубчатых нагревательных элемента. Они разделяются на четыре самостоятельно регулирующие секции, в каждую секцию входит один ряд нагревателей, т.е. 25% установленной мощности, поэтому электрокалорифер может работать на четыре ступени 100-75-25% от установленной мощности. Каждая заданная температура выходного воздуха поддерживается автоматически двумя контактными термометрами, датчики которых размещены в отапливаемом помещении.

На базе электрокалориферов серии СФО для сельского хозяйства созданы элактрокалориферные установки СФОА. Их применяют для обогрева сельскохозяйственных помещений, в которых длина трубопровода который подает нагреваемый воздух, не превышает 20 и 40 метров. Электрокалориферные установки этой серии заводы поставляют комплектами, в который входят: электрокалорифер, вентилятор, шкаф и САУ. Датчики температуры устанавливаю на 1-2 метра от уровня пола вдали от мест с резким колебанием температур. Более точное положение датчика следует определять путем выбора режима работы установки. Использование в этих установках вентиляторов марки ЦЧ-70 обеспечивают большую производительность подачи теплого воздуха. Если надо уменьшить производительность до 50% используют заслонку (шибер) которую устанавливают после вентилятора. В зависимости от производительности вентилятора температурный перепад нагреваемого воздуха может достичь 500С. Автоматическое и ручное дистанционное управление электрокалориферными установками и защита от аварийных режимов, и световая сигнализация предоставлена в электрических схемах.

Расчет воздуховодов равномерной раздачи

Согласно технологии производства плотность размещения животных или птиц на единицу объема помещения есть величина постоянная. Поэтому приточный воздух по длине здания необходимо подавать равномерно. При этом скорость выпуска воздуха из отверстий или щели воздуховода должна быть одинаковой по длине для обеспечения возможности поддержания равномерного аэродинамического режима вентиляции.

Из общих закономерностей гидравлики следует, что равномерную раздачу воздуха можно получить, если по всей длине магистрали воздуха будет сохраняться постоянное статическое давление, которое при одинаковых размерах выпускных отверстий (или постоянной ширине щели) обусловит одинаковую скорость истечения воздуха. В этом случае для обеспечения постоянства статического давления по длине воздуховода необходимо, чтобы скорость воздуха в начале воздуховода была больше скорости в конце магистрали и разность динамических давлений, соответствующая этим скоростям, была равна полной потере давления в магистрали.

Для равномерной раздачи воздуха следует ориентироваться на наименьшие скорости по длине воздуховода и наибольшие скорости выхлопа из отверстий. При этом воздуховод как камера постоянного статического давления будет обладать большей гидравлической устойчивостью.

Рис. Распределение скоростей в воздуховыпускном отверстии.

Рассмотрим некоторые теоретические положения, на которых основан расчет воздуховодов равномерной раздачи.

Скорость воздуха в магистрали, если известно его динамическое давление Нд,можно определить по известной из курса гидравлики формуле

Для стандартного воздуха с объемным весом γ = 1,2 кг/м3

При выпуске воздуха из воздуховода с постоянным по длине статическим давлением последнее в отверстии преобразуется в скоростное давление, которое и вызывает истечение воздуха. Обозначив эту скорость через υст, получим

На рис. Изображен параллелограмм скоростей в воздуховыпускном отверстии. Действительная скорость истечения определяется гипотенузой υп с углом наклона α к катету υд, т. е. к оси воздуховода

или с учетом вышеприведенных значений υст и υд

=

Расход воздуха через отверстие площадью f0 =abсоставляет, м3/ч

где µ - коэффициент расхода отверстия, который связан с коэффициентом его местного сопротивления ξ зависимостью

– площадь живого сечения струи, наклоненного к оси воздуховода под углом β;

.

После подстановки значения sin α и υп и некоторых упрощений формула расхода воздуха получит вид

Откуда площадь отверстия, м2

Из