В.А. Новикова
Расчет вентиляционной системы
в животноводческих помещениях:
Методические указания по теплотехнике
Курган 2015
Методические указания по выполнению расчетно-графической работы по теплотехнике разработаны в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению «Агроинженерия». Методические указания содержат задания к расчетно-графической работе, порядок выполнения работы, перечень рекомендованной литературы.
Введение
Благоприятная окружающая среда стимулирует жизненные процессы в организме животных и способствует повышению их продуктивности. Микроклимат (температура, влажность, состав и скорость движения воздуха) в животноводческих и птицеводческих помещениях должен отвечать необходимым зоогигиеническим требованиям.
При пониженной температуре и высокой влажности воздуха в помещении удои коров могут снижаться на 30 – 40%. Отрицательно влияет на животных и повышенная температура окружающей среды. Особенно чувствительна к изменению микроклимата домашняя птица. Пониженная температура воздуха птичника на каждый градус против нормальной вызывает увеличение потребления корма и снижает яйценоскость кур на 2 – 3%.
Кроме температуры и влажности, на состояние здоровья животных и птицы большое влияние оказывает скорость движения воздуха в помещении. Поток окружающего воздуха должен быть равномерным, чтобы в помещении не было сквозняков.
В зимний период животные длительное время содержатся в закрытых помещениях, воздух в которых подвергается систематическому загрязнению, вредными выделениями в виде влаги, углекислоты, аммиака и др.
|
|
При плохой вентиляции помещения животные становятся вялыми, у них ухудшается аппетит, падает продуктивность и могут появиться различные заболевания.
Естественный воздухообмен не может обеспечить достаточную вентиляцию, поэтому животноводческие и птицеводческие помещения необходимо оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией, подающей в них свежий воздух при одновременном удалении загрязненного.
Расчет воздухообмена
Объем приточного воздуха определяют из расчета растворения углекислоты до допустимой концентрации и предельно допустимого содержания водяных паров. При таком воздухообмене происходит поглощение и других вредных выделений(аммиака, сероводорода, пыли), содержащихся в помещении в значительно меньших количествах.
Часовой объем приточного воздуха 
, м 
/ч, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляется по формуле:
, (1)
где с - количество CO 
, выделяемое одним животным (птицей), л/ч (выбира -
ют из таблиц 6 и 8); n-число животных (птицы) в помещении;
с 
-предельно допустимая концентрация CO в воздухе помещения, л/м
(выбирают из таблиц 1 и 3); с - концентрация CO в наружном воздухе в
сельской местности (с =0.3….0.4 л/м ).
Часовой объем приточного воздуха Q 
, м /ч, необходимого для растворения водяных паров, находят по формуле (4.5).
, (2)
где W-масса влаги, выделяющейся в помещении г/ч;
d 
, d 
- влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/кг сухого
воздуха;
ρ – плотность воздуха при температуре помещения, кг/м3.
Значения d 
и d 
определяют при помощи Hd- диаграммы для влажного воздуха по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха.
|
|
Суммарные влаговыделения W, г/ч, в животноводческом помещении подсчитывают по формуле:
W=W 
(3)
Влагу, выделяемую животными, определяют по формуле:
W 
nWkt, (4)
где n- число с одинаковым выделением водяных паров;
W- выделение водяных паров одним животным (находится по таблице 6),
г/ч;
k 
- коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых живот-
ным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри по-
мещения (находится по таблице 7).
Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.) определяется по формуле:
W 
= 
W 
, (5)
где - коэффициент, равный 0.1….0.25 для коровников и телятников, 0.1….0.3 для свинарников.
Влаговыделения в птичнике W, г/ч, определяется по формуле:
W=Wпт + Wпом+Wисп , (6)
где Wпт – nmwkt - масса водяных паров, выделяемых птицей, г/ч;
Wпом= nPпомz/24 - масса влаги, испаряющая из помета, г/ч;
Wисп=0.1Wпт – масса влаги, испаряющейся с мокрых поверхностей поме-
щения(пол, подстилка, поилки, г/ч);
n- число птиц с одинаковым выделением водяных паров;
m- живая масса одной птицы, кг; w- выделение водяных паров на 1кг
живой массы птицы (выбирают по таблице 8), г/ч;
кt – коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых
птицей водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри
помещения (выбирают по таблице 9);
рпом - среднесуточный выход помета от одной птицы (у взрослых кур
яичного направления рпом=240г, кур мясного направления – 290г, индеек-
430г, уток - 550г, гусей - 660г);
|
|
z- коэффициент, учитывающий усушку помета (для кур и индеек z=0.7,
для уток z=0,74).
Необходимый воздухообмен Q, м \ч, для животноводческого или птицеводческого помещения принимается по наибольшей из двух величин:Qco или Qw.
Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена К, по формуле:
K= 
, (7)
где знак плюс указывает на воздухообмен по притоку, знак минус по вытяжке.
В животноводческих фермах для холодного периода года К=3….5, в птичниках К=10….12.
Расчет воздуховодов и подбор вентиляторов
Площадь сечения F, м2, всех вытяжных шахт при естественной тяге определяется по формуле:
F=Q/(3600 
), (8)
где - скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с.
Скорость воздуха определяется по формуле:
=2,2 
, (9)
где h – высота вытяжной шахты, м, равная вертикальному расстоянию от приемного отверстия до устья шахты (если решетка приемного отверстия расположена в вертикальной плоскости, то отсчет ведут от центра решетки).
Для обеспечения надежной вентиляции помещения значение h должно быть не менее 3м;
tB – расчетная температура внутри помещения (принимается по таблицам
1 -3), 0С;
tН.В. – расчетная вентиляционная температура наружного воздуха, 0С.
Число вытяжных шахт определяется по формуле:
, (10)
где f – площадь живого сечения одной шахты, м2 (в типовых проектах животноводческих помещений обычно принимают вытяжные шахты квадратного сечения со стороной квадрата 400, 500, 600 и 700мм или прямоугольного сечения).
Приточная механическая вентиляция осуществляется при помощи центробежных вентиляторов. Подачу вентиляторов QB (м3/ч) принимают в зависимости от расчетного воздухообмена с учетом поправочного коэффициента на потери или подсосы воздуха в воздуховодах (при стальных, пластмассовых и асбоцементных воздуховодах длиной до 50м – 1,1; в остальных случаях – 1,15):
QB = (1,1-1,15)Q, (11)
Число вентиляторов находят из того условия, что подача одного вентилятора не превышает 8000 м3/ч.
Напор вентилятора Рв, Па, обеспечивающий преодоление сопротивлений в вентиляционном трубопроводе определяется по формуле:
, (12)
где НТ – потери напора в трубопроводе, Па;
hM.C – потери напора от местных сопротивлений, Па.
Потери напора в трубопроводе подсчитываются по формуле:
, (13)
где 
- коэффициент трения воздуха в трубопроводе, равный 0,02-0,03;
l и d – длина и диаметр трубопровода, м; 
- скорость движения приточ-
ного воздуха в трубопроводе (в магистральных линиях – 10-15 м/с, в от-
ветвлениях – 6-9 м/с);
ρ – плотность воздуха в трубопроводе (принимают в зависимости от его
температуры), кг/м3.
Для трубопроводов прямоугольного сечения a x b под величиной d понимают эквивалентный диаметр, м, определяющийся по формуле:
dЭ = 2ab/(а+b), (14)
Местные сопротивления определяются по формуле:
, (15)
где 
- сумма коэффициентов местных сопротивлений отдельных участков приточной системы. Значения 
приведены в справочной литературе.
Рисунок 1 – Номограмма для выбора центробежного вентилятора
серии Ц4-70
Зная подачу QB и напор рВ вентилятора, подбирают по номограммам нужный вентилятор. На рисунке 1 показана номограмма для выбора центробежных вентиляторов серии Ц4-70, которые широко применяются в вентиляционных системах сельскохозяйственных зданий и сооружений. Из точки, соответствующей значению QB, проводят прямую до пересечения с лучом номера вентилятора и далее по вертикали до встречи с линией, соответствующей необходимому напору рВ вентилятора. Точка пересечения соответствует КПД вентилятора 
и значению безразмерного коэффициента А, по которому подсчитывают частоту вращения n, об/мин, вентилятора по формуле:
n = A/№вент, (16)
где №вент – номер вентилятора.
Требуемую мощность №вент, кВт, на валу электродвигателя для вентилятора определяют по формуле:
, (17)
где 
- КПД вентилятора;
- КПД передачи, равный 1 при непосредственной насадке колеса вен-
тилятора на вал электродвигателя, 0,98 – для муфтового соединения, 0,95
– для клиноременной передачи, 0,9 – при плоскоременной передаче.
Установленная мощность электродвигателя определяется по формуле:
Nуст = КЗNВ, (18)
где КЗ – коэффициент запаса мощности (выбирается по таблице 5).
К установке принимают электродвигатель, подобранный по каталогу, с мощностью и частотой вращения, близкими расчетным. Расхождение в частоте вращения учитывают соответствующими диаметрами шкивов передачи от электродвигателя к вентилятору.
Таблица 1 – Нормы параметров внутреннего воздуха
| Здания и помещения для крупного рогатого скота | Расчетные параметры воздуха в помещении | ||
температура t ,  С
| относительная влажность  , %
| ||
| максимальная | минимальная | ||
| Коровники, здания для молодняка молочных пород при беспривязном содержании, на глубокой подстилке, в районах с t =-25 С и ниже
| |||
| То же, с t >-25 С
| Не нормируются | ||
| Коровники, здания для молодняка старше года и скота на откорме, помещения для быков при привязном содержании, на решетчатых полах | |||
| Здания для молодняка от 4 до 12 месяцев при групповом беспривязном и боксовом содержании |
Продолжение таблицы 1
| Телятники для телят от 20 дней до 6 месяцев при групповом беспривязном, боксовом содержании и в индивидуальных клетках | |||
| Помещение для отела коров | |||
| Профилакторий | |||
| Помещение для санитарной обработки скота | - | ||
| Доильно-молочное отделение | - | ||
| Пункт искусственного осеменения | - |
Примечания 1. Нормы параметров внутреннего воздуха (таблица 1) приведены для холодного и переходного периодов года (при температуре наружного воздуха ниже 10 С). Отклонение от расчетных температур допускается в пределах +2 . 2. При расчете вентиляции в коровниках и зданиях для молодняка в самый холодный период в течение 5 дней подряд, но не более 10 дней в году допускается снижение температуры внутреннего воздуха на 5 ниже расчетной, но не менее чем до 5 С, при этом относительная влажность внутреннего воздуха может повышается до 85%. 3. В помещениях допускается содержание углекислоты до 2,5 л/м , аммиака - до 20 мг/м , сероводорода - до 10 мг/м .4. Параметры даны по ОНТП 1-77.
Таблица 2 - Нормы параметров внутреннего воздуха
| Здания и помещения для свиней | Расчетные параметры воздуха в помещении | ||
| температура t , С
| Относительная влажность , %
| ||
| максимальная | минимальная | ||
| Свинарники-помещения для холостых и супоросных маток и хряков | |||
| То же, для поросят-отъемышей и ремонтного молодняка | |||
| Свинарник-откормочник-помещение для содержание свиней | |||
| Свинарник-маточник-помещение для тяжелосупоросных и подсосных маток |
Примечания 1. Нормы параметров внутреннего воздуха (таблица 2) приведены для холодного и переходного периодов года (при температуре наружного воздуха ниже 10 С). 2. В самый холодный период допускается на срок не более 5 дней подряд и не более 10 дней в году снижение температуры внутреннего воздуха в свинарниках до 10 С (кроме свинарников - маточников и помещений для поросят-отъемышей). 3. В помещении для содержания животных предельная концентрация углекислоты не должна превышать 2 л/м , аммиака – до 20 мг/м , сероводорода- 10 мг/м . 4. Параметры даны по ОНТП 2-77.
Таблица 3 - Нормы параметров внутреннего воздуха
| Взрослая птица | Расчетные параметры воздуха в помещении | ||
| температура t ( С) при содержании птицы
| оптимальная относительная влажность ,%
| ||
| на полу | в клетках | ||
| Куры | 16….18 | 16….18 | 60….80 |
| Индейки | - | 60….70 | |
| Утки | - | 70….80 | |
| Гуси | - | 70….80 |
Примечания 1. Нормы параметров внутреннего воздуха (таблица 3) приведены для холодного периода года и относятся к зоне размещения птицы (при напольном содержании – пространство высотой 0.8м над уровнем пола, а в птичниках для кур и индеек, оборудованных насестами и гнездами, - на 0.5м выше наиболее приподнятых насестов и гнезд; при клеточном содержании - пространство на всю высоту клеточных батарей). Отклонение от расчетных температур допускается в пределах + 2 . Допускается снижение относительной влажности воздуха для кур и индеек до 40….50%, для уток и гусей - до 60%. 2. В птичниках допускается содержание углекислоты до 2.5 л/м , аммиака – до 15 мг/м , сероводорода - 5 мг/м . 3. Параметры даны по ОНТП 4-79.
Таблица 4 – Скорость движения воздуха
| Помещения для животных и птицы | Скорость движения воздуха, м\с | |
| оптимальная | максимальная | |
| Коровники, помещения для молодняка и скота на откорме | 0.5 | 1.0 |
| Родильные отделения, телятники, доильно-молочные отделениея | 0.3 | 0.5 |
Продолжение таблицы 4
| Свинарники - помещения для холостых и супоросных маток и хряков | 0.3 | 1.0 |
| Помещения для ремонтного молодняка и поросят- отъемышей | 0.2 | 0.6 |
| Свинарники- откормочники | 0.3 | 1.0 |
| Свинарники- маточники – помещения для тяжелосупоросных и подсосных маток и индеек | 0.15 | 0.4 |
| Помещения для взрослых кур и индеек | 0.3 | 0.6 |
| Помещения для взрослых уток и гусей | 0.5 | 0.8 |
Таблица 5 – Коэффициент запаса мощности электродвигателей для вентиляторов
| NB, кВт | Коэффициент КЗ запаса мощности электродвигателей для вентилятора | |
| центробежных | осевых | |
| < 0,5 | 1,5 | 1,2 |
| 0,5-1 | 1,3 | 1,15 |
| 1,01-2 | 1,2 | 1,1 |
| 2,01-5 | 1,15 | 1,05 |
| >5 | 1,1 | 1,05 |
Таблица 6 - Нормы выделений животными теплоты, углекислоты и водяных паров (по ОНТП 1-77 и ОНТП 2-77)
| Вид животных | Живая масса, кг | Нормы выделения на одну голову | ||
| потока свободной теплоты, Вт | углекислоты, л/ч | водяных паров, г/ч | ||
| Коровы стельные сухостойные и нетели за 2 месяца до отела | ||||
| Волы откормочные | ||||
| Телята в возрасте: | ||||
| до 1 месяца | ||||
| от 3до 4 месяцев | ||||
| Молодняк от 4 месяцев и старше | ||||
| Хряки-производители |
Продолжение таблицы 6
| Матки холостые и супоросные | ||||
| Поросята до двухмесячного возраста Поросята-отъемыши | ||||
| Ремонтный и откормочный молодняк | ||||
| Взрослые свиньи на откорме |
Примечания 1. Нормы выделений животными (таблица 6) приведены при температуре в помещении 10 С и относительной влажности воздуха 70% для крупного рогатого скота и 70….75% для свиней. 2. При других температурах t нормы выделения теплоты и влаги определяются с учетом коэффициентов k 
, указанных в таблице 7. 3. При 
80….85% количества выделенных животными теплоты, углекислоты и водяных паров увеличиваются на 3%.
Таблица 7- Поправочные коэффициенты кt для определения теплоты влаговыделений животными при различных температурах воздуха в помещении
| Температура воздуха в помещении tв, С
| Коэффициент кt для определения количества | |||
| свободной теплоты в помещении | водяных паров в помещении | |||
| для крупного раготого скота | для свиней | для крупного рогатого скота | для свиней | |
| -5 | 1.43 | 1.59 | 0.67 | 0.72 |
| 1.21 | 1.25 | 0.76 | 0.85 | |
| +5 | 1.12 | 1.08 | 0.86 | 0.98 |
| +10 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
| +15 | 0.85 | 0.86 | 1.24 | 1.13 |
| +20 | 0.63 | 0.67 | 1.70 | 1.50 |
Таблица 8- Нормы выделения взрослой птицей теплоты, углекислоты и водяных паров (по ОНТП 4-79)
| Вид птицы | Живая масса, кг | Нормы выделения на 1кг живой массы птицы | ||
| потока свободной теплоты, Вт | углекислоты, л/ч | водяных паров, г/ч | ||
| Куры яичных пород(в клетках) | 1.5….1.7 | 6,8 | 1,54 | 4,50 |
| Куры мясных пород(по полу) | 3.0…3.5 | 5.9 | 1.44 | 3.75 |
| Индейки | 6.0….7.0 | 4.8 | 1.32 | 4.20 |
| Утки | 3.5 | 7.9 | 1.11 | 5.70 |
| Гуси | 5.0….6.0 | 2.9 | 1.00 | 3.00 |
Примечания 1. Нормы выделений птицей (таблица 8) приведены при температуре внутреннего воздуха 16….20 С и оптимальной влажности в помещении, указанной таблице 7.3. 2. При других температурах t нормы выделений определяются с учетом коэффициентов k , указанных в таблице 9.
Таблица 9- Поправочные коэффициенты кt для определения теплоты, углекислоты и влаги, выделяющей взрослой птицей при различных температурах воздуха в помещении
| Температура воздуха в помещении tв, С
| Коэффициенты кt для определения количества | |
| Свободной теплоты | Углекислоты и водяных паров | |
| 1.10 | 0.90 | |
| 1.05 | 0.90 | |
| 1.00 | 1.00 | |
| 1.00 | 1.00 | |
| 1.05 | 1.05 | |
| 1.10 | 1.22 |
Исходные данные для расчета систем вентиляции
| № | Вид помещения | Кол-во животных | Размеры помещения |
| Коровник,5 | 12х50х3,0 | ||
| Коровник,4 | 12х60х3,5 | ||
| Коровник, 5 | 12х60х4,0 | ||
| Коровник,4 | 18х66х3,0 | ||
| Коровник, 5 | 18х90х4,0 |
Продолжение таблицы
| Коровник, 4 | 18х90х4,5 | ||
| Коровник, 5 | 18х120х3,0 | ||
| Телятник, 4 | 12х50х3,0 | ||
| Телятник, 5 | 18х60х3,5 | ||
| Телятник,4 | 24х120х4,0 | ||
| Телятник, 5 | 24х120х4,1 | ||
| Молодняк КРС, 4 | 18х90х4,0 | ||
| Молодняк КРС, 5 | 18х90х4,5 | ||
| Молодняк КРС, 4 | 12х60х3,0 | ||
| Куры - несушки,6 | 10 тыс. | 18х90х3,0 | |
| Куры - несушки,3 | 18 тыс. | 18х90х3,0 | |
| Куры - несушки,6 | 25 тыс. | 18х90х4,0 | |
| Куры - несушки,3 | 40 тыс. | 24х120х4,0 | |
| Бройлеры, 6 | 30 тыс. | 24х90х4,0 | |
| Бройлеры, 3 | 25 тыс. | 24х60х4,0 | |
| Бройлеры, 6 | 15 тыс. | 18х60х4,0 | |
| Свинароткорм.,5 | 12х60х4,0 | ||
| Свинароткорм.,4 | 18х60х4,0 | ||
| Свинароткорм.,5 | 18х90х3,5 |
Рекомендуемая литература
1 Драганов Б.Х. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве: учебник. – М.: Агропромиздат, 2002. – 452 с.
2 Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве: учебник. – М.: Промиздат, 1986. – 280 с.
3 Круглова Г.А., Булгакова Р.И., Ророкин В.М., Булгаков А.О. Естественная вентиляция: Учебное пособие. – Челябинск: ЧГАУ, 2006. – 76 с.
Оглавление
Введение...……………………………………………………………… 4
1 Расчет воздухообмена ……………………………………………………….... 5
2 Расчет воздуховодов и подбор вентиляторов………………………………... 7
Рекомендуемая литература ……………………………………………………. 17