Расчет теплового баланса помещений и рекомендации при отрицательном тепловом балансе

Пониженная температура воздуха в помещениях для животных в сочетании с высокой влажностью и повышен­ной подвижностью его даже при вполне удовлетворитель­ном кормлении снижает молочную продуктивность коров на 30-40%, привесы откармливаемых животных — на 40—50% и привесы растущего молодняка — на 25—35%.

В организме всех теплокровных животных в процессе обмена веществ идет постоянное и непрерывное образова­ние тепла в результате тех химических реакций, которые происходят в организме в процессе использования энергии корма. Благодаря непрерывному теплообразованию у жи­вотных поддерживается постоянная температура тела. Наряду с образованием тепла в организме происходит и непрерывное выделение — потеря его в окружающий воздух, так называемая теплоотдача. Тепло расхо­дуется и на нагревание поступающих в пищеварительные органы корма и воды, а также вдыхаемого холодного воз­духа.

В зависимости от поступления солнечной энергии на земную поверхность температура воздуха, окружающего животных, может очень резко изменяться: от —50—60° до +60—65°. На температуру воздуха влияет и высота местности над уровнем моря, рельеф местности, облачность и движение воздуха (ветра).

Для защиты сельскохозяйственных животных от по­ниженных или резко повышенных температур, а также от атмосферных осадков, ветра и ярких солнечных лучей возводят животноводческие постройки.

Нагревание воздуха в помещениях зависит от тепла, выделяемого животными, тепла, образующегося при разложении органических веществ подстилки микроорганиз­мами, и отопления.

Температура окружающего воздуха может усилить или ослабить выработку тепла в организме. Низкие темпера­туры (около 0°) увеличивают теплоотдачу, поэтому для сохранения постоянной температуры тела в организме уси­ливается обмен веществ путем повышения окислительных" процессов и дополнительного образования тепла.

Воздействие низких температур, выходящих за пре­делы возможностей терморегуляции организма, приводит к обмораживаниям частей тела (уши, хвост) или к заболе­ваниям, связанным с переохлаждением, а иногда и к смерти.

При температурах воздуха выше 25° отдача тепла из организма замедляется. Накапливающийся его избыток ве­дет к перегреванию организма (гипертермии) и к снижению окислительных, процессов, а, следовательно, к уменьшению образования тепла. При перегревании организма отмечают такие болезненные состояния, как солнечный или тепло­вой удары, а также снижение сопротивляемости к инфек­ционным заболеваниям (например, у телят к диплококковой инфекции).

Усиленная теплоотдача происходит при движении ок­ружающего воздуха. Постоянное соприкосновение с телом более холодного воздуха ведет к переохлаждению орга­низма.

Расчет теплового баланса.

Для проведения расчета теплового баланса телятника с родовым отделением находим:

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов, Вт/(м*К):

Кладка из глиняного кирпича на цементо-песчанном растворе – 0,81

Раствор цементно-песчаный – 0,93

Раствор известково-песчаный – 0,81

Раствор сложный(цемент,известь,песок) -0,87

Сосна и ель вдоль волокон – 0,35

Дуб вдоль волокон – 0,41

Плиты минераловатные – 0,06

Листы асбестоцементные – 0,41

Стекло оконное – 0,76

Керамзитобетон на кварцевом песке и керамзиторенобетон – 0.92

Теперь найдем термическое сопротивление отдельного(R, м²* К/Вт)

Где:

- толщина материального слоям

Λ – кооэфициент теплопроводности, Вт/(м*K)

Термическое сопротивление несущих стен:

R=0,375*0.81+ (0,1 * 0,81) *2 = 16.5 м²* К/Вт

Термическое сопротивление потолка:

R=0.08*0,35 + 0.1 * 0,06 + 0,015 *0.87 = 0.028+0.006+0,013=0,047 м²* К/Вт

Термическое сопротивление пола:

R=0.22*0,92 + 0.1 * 0.87=0,281 м²* К/Вт

Термическое сопротивление ворот:

R=0.05*0.41 = 0,235 м²* К/Вт

Термическое сопротивление окон:

R=(0.1*0.35+0.006 *0.76)* 2 = 0.07 м²* К/Вт

По справочным материалам находим коэффициент к расчетной разности температур:

Для чердачного перекрытия 0,9

Для торцовой стены граничащей с тамбуром 0,7

Расчет теплового баланса проводим по формуле

Q_ж=Q_огр+Q_вент+Q_исп

Где

Q_ж – поступление теплоты от животных,Вт(кДж/ч)

Q_огр­ – теплопотери через ограждающие конструкции с учетом дополнительных теплопотерь на обдувание ветром, инфильтрацию воздуха, Вт (кДж/ч)

Q_вент – расход теплоты на вентиляцию Вт (кДж/ч)

Q_исп – расход теплоты на испарение влаги с мокрых поверхностей, Вт (кДж/ч)

Сначала рассчитываем поступление теплоты (Q_ж) от всех коров:

От телят 50 кг -22 головы * 122 Вт = 2464 Вт

От телят 100 кг – 60 голов * 230 Вт = 13800 Вт

От телят 120 кг - 100 голов * 255 Вт = 25500 Вт

От лактирующих коров с удоем 15 л – 22 головы *905 Вт = 19910 Вт

Итого:61674 Вт

Расчет теплопотерь здания через ограждающие конструкции (Q_огр,Вт) проводим по формуле

Qогр=∑KF(Тв-Тн)n

Где

К-коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К)

F- площадь каждого элемента ограждающих конструкций, м²

T_в – температура внутреннего воздуха расчетная, ^оС (К)

Т_н- температура наружного воздуха расчетная, ^оС (К)

n- поправочный коэффициент, учитывающий расположение ограждения по отношению к наружному воздуху.

Прежде всего необходимо вычислить площадь ограждающих конструкций.

Расчет площади ограждающих конструкций

После этого рассчитаем коэффициент теплопередачи [K, Bт /(м² *К) по формуле

Где

1;0,115;0,043 – постоянные величины;

ᵟ - толщина материала, м

Λ – теплопроводность материала, Вт/(м²*К)

Подставляя цифровые значения в формулу, получим:

Для торцовых и продольных стен:

К=

Для перекрытия:

K =

Расчет потерь теплоты через ограждающие конструкции при разности температур между внутренними и наружным воздухом находим путём умножения коэффициента теплопередачи на площадь каждой конструкции.

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Затем находим разность температур между внутренним и наружным воздухом в самую холодную пятидневку

ΔT=15 –(-20)=35K

Рассчитываем основные теплопотери через ограждающие конструкции

Q_осн=3237,48 * 35 = 113311,8 Вт

Теплопотери дополнительные принимаем в размере 13% от основных теплопотерь через вертикальные ограждающие конструкции, граничащие с наружным воздухом (обдувание, инфильтрация воздуха через окна, двери, ворота, стены продольные)
Q_доб = (235,98 + 46 +4314.06) * 35*0.13=20911,9 Вт

Общие теплопотери через ограждающие конструкции составят:

Q_общ= 113311,8 + 20911,9 = 134223,8 Вт

Расход теплоты на вентиляцию определяем по формуле

Q_вент = 0.278 L * 1.25(Т_в-Т_н)

Ранее было рассчитано, что воздухообмен зимой должен составлять 3569,7 м³/ч.

Q_вент= 0.278 * 3569,7*1,25*35=43416 Вт

Поступление влаги с мокрых поверхностей (W) приняли в размере 20 % от выделяемых животными в виде паров, что составило 5080,88 г/ч.

Расход теплоты на испарение влаги с мокрых поверхностей составит

Q_исп= 0.278 * 2,3 * 5080,88 = 3248,7 Вт

Где 2,3 – расход теплоты на испарение 1 г воды с поверхности, Вт.

Далее составляем тепловой баланс, Вт

Теплопотери:

Через ограждающие конструкции - 134223,8

На вентиляцию - 43416

На испарение влаги - 3248,7

Итого - 180888,5

Поступление теплоты от животных – 61674

Требуется ввести теплоты - 119214.5 Вт

Для подачи тепла рекомендуется провести отопление, ввести подогрев воздуха из вентиляции, утеплить стены телятника.

Зоогигиенические требования к световому режиму в помещении (расчет естественного и искусственного освещения)

В практике проектирования и строительства животноводческих помещений основным критерием нормирования и оценки естественного освещения является световой коэффициент (СК), который определяется геометрическим методом. Этот показатель выражает отношение суммарной площади чистого стекла оконных рам (Sчист.ст.) к площади пола помещения для животных (Sп) и показывает, какая площадь пола приходится на 1 м²остекления

Для телятника с родовым помещением норматив для СК = 1:10-1:15

Найдем S_ост= 1,5 *1.8*38=102,6 м²

Проверим СК телятника

СК=S_ост/S_пола=102,6 м²: 912 м² = 0,11 = 11%

СК удовлетворяет нормативам

Рассчитаем искусственную освещенность

В животноводческих помещениях для выполнения технологических процессов необходимо и искусственное освещение, так как естественное освещение обеспечивает только 70% требуемой продолжительности освещения в весенне-летний период и лишь 20% в осенне-зимний период. Причем в помещениях используется искусственное освещение: технологическое (рабочее) и дежурное.

Дежурное освещение служит для наблюдения за животными в ночное время и обеспечивается 10-15 % светильников (ламп) рабочего освещения в помещении.

Искусственное освещение характеризуется удельной мощностью ламп, выраженной в ваттах на м²(Вт/м²).

Удельная мощность ламп для телятника. 4,5 Вт/м2

Общая мощность освещенности, выраженная в ваттах составляет (4,5Вт/м²х 912м²) 4104Вт

В телятнике необходимо 41 лампа накаливания при мощности 1 лампы 100 Вт (4104 Вт: 100 Вт), которые располагают в 4 ряда по 9-10 штук в каждом.

Дежурное освещение обеспечивается 4-6 лампами мощностью 100 Вт каждая (т. е. 10- 15% от рабочего освещения)