2. Что такое кратность вентиляции, с какой целью определяется кратность вентиляции?
3. Перечислите основные системы вентиляции, применяемые в животноводческих (птицеводческих ) предприятиях, охарактеризуйте их.
Тема 6. Расчет теплового баланса
животноводческого помещения
Цель занятия:
1. Научиться оценивать теплотехнические качества ограждающих конструктивных элементов здания и уметь рассчитывать тепловой баланс помещения.
2. Разработать предложения по оптимизации микроклимата помещений на основе расчета вентиляции и теплового баланса.
Важную роль в формировании микроклимата, в частности температурно-влажностного режима животноводческих помещений, играют теплотехнические свойства ограждающих конструктивных элементов зданий. Для этой цели используется расчет теплового баланса и дельта t нулевого теплового баланса помещений.
Под тепловым балансом помещения следует понимать разницу между количеством тепла, поступающим в помещение и затратами тепла (теплопотери) на обогрев вентиляционного воздуха, теплопотери через ограждающие конструкции (стены, окна, двери, ворота, пол, потолок и т.д.) за счет обдувания ветром и на испарение влаги с ограждающих конструкций. Его целесообразно рассчитывать, исходя из данных температуры и влажности самого холодного периода года - января.
Содержание занятия. Тепловой баланс – разница между поступлением и расходом теплоты в здании. На тепловой режим здания влияет много факторов: климатические условия, объемно-планировочное решение здания, мощность отопительных установок, уровень воздухообмена, вид, живая масса и физиологическое состояние и продуктивность животных, плотность их размещения.
Расчет теплового баланса здания позволяет оценить теплотехнические свойства ограждающих конструкции, определить пути теплопотерь, найти способы улучшения микроклимата помещений.
В животноводческих отапливаемых помещениях тепло поступает от животных, отопительных приборов и солнечных лучей, в неотапливаемых — в основном от животных (свободное тепло).
Расход теплоты складывается из потерь через ограждающие конструкции здания, на нагрев воздуха в вентиляционныху становках и поступившего в результате инфильтрации через неплотности в конструкциях; а также испарение влаги с пола, подстилки, поилок.
К ограждающим конструкциям относятся стены, перекрытия и покрытия, окна, двери, ворота.
Расчетные температуры внутреннего воздуха (t вн.). Расчетную температуру воздуха внутри помещения (t вн.) для холодного периода года принимают в соответствии с зоогигиеническими нормативами для данного вида животных (приложение 13).
Расчетная зимняя температура наружно воздуха (t нар.).
Расчетная зимняя температура наружно воздуха (t нар.). зависит от климатических условий местности. Для расчета легких ограждающих конструкций берут среднюю температуру наиболее холодных суток, для массивных — среднюю температуру наиболее холодной пятидневки, для конструкций средней массивности - полусумму этих температур. К массивным конструкциям следует отнести однородные стены с толщиной более 0,6 м, выполненные из полнотелого кирпича, а также из сплошных бетонных камней или блоков.
Переход теплоты через ограждающие конструкции. Перенос теплоты от одного тела к другому происходит только при наличии разности температур (Δ t) и направлен всегда в сторону более низкой температуры.
Переход теплоты через ограждающие конструкции к более холодному наружному воздуху зависит от теплопроводности толщины материальных слоев ограждения, а также от лучистого и конвективного теплообмена у внутренней и наружной поверхности конструкции.
Теплопроводностью называют способность материала проводить теплоту.
Теплопроводность строительных материалов зависит от вида, объемной массы (плотности), пористости, влажности и структуры. Она оказывает большое влияние на тепловой баланс здания.
Степень теплопроводности характеризуется λ. Он равен количеству теплового потока (Вт), проходящего через стену толщиной 1 м при температурном градиенте, равном единице (изменение температуры на 1 °С на единицу длины), и имеет размерность Вт/(м • К).
Коэффициент теплопроводности — физическая характеристика, зависящая от химического состава и физического строения вещества, его температуры, влажности и ряда других факторов. Он имеет максимальные значения для чистых металлов и минимальные — для газов. Так, теплопроводность воздуха составляет 0,0244 Вт/(м • К), жидкостей — 0,1 — 1, чистых металлов и сплавов — 10 — 430 Вт/(м • К). К числу теплоизоляционных материалов относят материалы с коэффициентом теплопроводности менее 5 Вт/(м • К).
При увеличении объемного веса материала, его влажности теплопроводность возрастает. Значения коэффициентов теплопроводности строительных материалов приведены в приложении 4. Различные виды теплообмена (теплопроводность, конвекция и тепловое излучение) на практике протекают одновременно. Это так называемый сложный теплообмен. В теплотехнических расчетах при сложном теплообмене пользуются общим суммарным коэффициентом теплоотдачи. Такой суммарный процесс теплообмена называют теплопередачей.
Количество теплоты, переносимой в единицу времени, называют тепловым потоком (Q). Отношение Q к единице площади (F, м2) называют поверхностной плотностью теплового потока (q, Вт/м2).
Тепловой поток, проходя через ограждение, встречает сопротивление теплопереходу. Чем толще конструкция и меньше коэффициент теплопроводности материала, тем выше сопротивление теплопереходу, то есть термическое сопротивление материального слоя прямо пропорционально его теплопроводности.
Термическое сопротивление отдельного материального слоя (R, м2 • К/Вт) выражают отношением его толщины к коэффициенту его теплопроводности. δ
R = δ : λ
где δ — толщина материального слоя, м;
λ — коэффициент теплопроводности, Вт/(м • К).
Если ограждение состоит из нескольких плоских слоев, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока, термическое сопротивление будет равно их сумме
R = δ1 : λ1 + δ2 : λ2 + . . . + δn : λn
При наличии в многослойном ограждении замкнутой воздушной прослойки ее также учитывают в сумме термических сопротивлений, прибавляя термическое сопротивление воздушной прослойки (R в.п.) которое находится по справочным таблицам.
Для расчета перехода теплоты в результате лучистого и конвективного теплообмена у внутренней и наружной поверхности конструкции применяют коэффициенты теплообмена: если поверхность воспринимает теплоту, то коэффициент теплообмена называют коэффициентом тепловосприятия αв, Вт/(м2 • К); если же от поверхности теплота передается воздуху, то коэффициентом теплоотдачи αn, Вт/(м2 • К). Обратные им величины l/αв и 1/αn называют термическим сопротивлением тепловосприятию Rвъ) и термическим сопротивлением теплоотдаче (RH).
Сумму термических сопротивлений, преодолеваемых тепловым потоком через ограждение, называют общим термическим сопротивлением rо.
Общее термическое сопротивление (Rg) конструкции с учетом сопротивления тепловосприятию на ее внутренней и теплоотдачи на внешней поверхности рассчитывается по формуле:
rо = 1 : αn + Σ δ : λв + 1 : βн
При расчетах теплопотерь через плоские стенки вместо термического сопротивления rо, принимают обратную ему величину, называемую коэффициентом теплопередачи К, Вт/(м2 • К).
Величину, обратную коэффициенту теплопередачи, называют термическим сопротивлением теплопередаче R, м2 • К/Вт.
Коэффициент теплопередачи однослойного ограждения рассчитывают по формуле;
К = 1 : (1/αn + δ/λв + 1/βн)
многослойного ограждения по формуле:
К = 1 : (1/αn + Σ δ/λв + 1/βн)
6.1 Расчет поступления теплоты
В зданиях с отопительными приборами уравнение теплового баланса будет иметь следующий вид:
Qж + Qот = Qогр + Qдоп. + Qвент + Qисп.
где Qж — количество теплоты, выделяемой животными, Вт;
Qот — количество теплоты, поступающей от отопительных или отопительно-вентиляционных установок, , Вт;
Qогр — количество теплоты, теряемой через все ограждающие конструкции, Вт;
Qдоп. - количество теплоты, теряемой через вертикальные ограждающие конструкции за счет обдувания ветром, Вт;
Qвент — количество теплоты, расходуемой на нагревание вентиляционного воздуха, Вт;
Qисп. — количество теплоты, расходуемой на испарение влаги с мокрых поверхностей, подстилки, технологического оборудования.
В неотапливаемых зданиях формула теплового баланса будет следующая:
Qж = Qогр + Qдоп + Qвент + Qисп
Если количество теплоты, выделяемой животными и поступающей от систем отопления, равно теплопотерям, то в помещении создается тепловое равновесие; если меньше, то наблюдается снижение температуры.