2018-01-08
2254
В качестве источника тепловой энергии в данном примере используется электрокалориферная установка. Расчету калорифера предшествует выбор принципиальной схемы отопительно-вентиляционной системы. Т. к. потребная подача вентиляторов должна составлять 35072 м3/час, а мощность нагревателей 228425 Вт и с учетом того обстоятельства, что в коровнике имеется две вентиляционных камеры, то выбираем 4 отопительно-вентиляционных системы. Расположение отопительно-вентиляционных систем представлено на рис.9.2.
Рис. 9.2
Таким образом мощность нагревателей одного калорифера составит
,
| где | 
| - | к.п.д. калорифера. |
В соответствии с рекомендациями количество ТЭНов должно быть кратным трём, а его мощность в пределах 1,5…3 кВт. Для данного случая количество ТЭНов может быть в пределах 20…40 шт., выбираем 27 ТЭНов (3 ряда по 7 шт.,в 4 ряду 6Тэнов) и коридорное расположение. Таким образом мощность одного ТЭНа составит 
.
Задается действительная рабочая температура равная 1100 0С. Расчетная температура, по которой выбирается сечение проволоки будет равно:
|
|
|
0С.
Здесь kм - коэффициент монтажа для спирали, помещенной в оребренную трубку равен 0,5…0,6, kc - коэффициент среды, для спирали в воздушном потоке принимается в пределах 1,2…1,5, таблица 4.1 и 4.2.
Определяется рабочий ток:
.
По расчетной температуре и рабочему току, таблица 4.3, выбирается диаметр и сечение нагревательного провода, dпр = 0,45 мм, сечение 0,159 мм2.
Удельное сопротивление проводника из нихрома при рабочей температуре 10000С будет равно:
.
Вследствие очень малого температурного коэффициента удельного электрического сопротивления нихрома a удельное сопротивление практически не изменилось.
Требуемая длина проволоки нагревательного элемента ТЭНа будет равна:
.
Средний диаметр витков спирали Dср принимается равным:
Dср =10dпр = 10.0,45 = 4,5 мм.
Шаг витков:
h=(2…4)dпр = 2.0,45 = 0,9 мм.
Количество витков спирали:
.
Длина спирали:
L c = mh = 666.0,9 = 599,4 мм.
Наружный диаметр трубки:
DH =(2,5…3)Dср = 3.4,5 = 13,5 мм.
Полная длина ТЭНа:
.
Тепловой расчет ТЭНов заключается в определении действительной температуры поверхности оребрения и удельной поверхностной мощности ТЭНа.
По эскизу калорифера с учетом расположения ТЭНов (шахматное или коридорное необходимо определить живое сечение калорифера Fк (сечение в области расположения ТЭНов, через которое проходит подаваемый воздух): Fк =А·В – FТ.
 |
Рис. 9.3. Эскиз калорифера
Высота воздуховода калорифера определяется количеством ТЭНов в ряду и диаметром оребрения Dор ТЭНа.
Диаметр оребрения Dор ориентировочно может быть принят равным:
|
|
|
Dор=(2…3)DH = 1,6·13,5 = 35,1 мм.
Расстояние между центрами ТЭНов в ряду Lр принимают примерно равным (1,2…2) Dор. = 1,6·35,1 = 56,16 мм.
Площадь поперечного сечения всех ТЭНов в ряду определяется произведением наружного диаметра трубки Dн на длину ТЭНа и число ТЭНов в ряду zp.
FТ = Dн·А· zp = 0,0135·0,715 ·7 = 0,068 м2.
В = Lp·zp = 56,16·7 = 393 мм.
Fк =А·В – FТ = 0,715·0,393 0,068 = 0,21 м2.
При этом ширина воздуховода калорифера должна быть несколько больше полной длины ТЭНа.
Температура поверхности оребрения ТЭНа существенно зависит от от скорости обтекания ТЭНов воздухом 
. По известной производительности одного вентилятора скорость обтекания будет равна
Шаг ребер будет составит:
.
Высота ребра определяется из выражения:
.
Критерий Рейнольдса будет равен:
.
Критерий Нуссельта равен:
.
Коэффициент теплоотдачи:
.
Число ребер определяется по формуле:
.
Площадь оребрения будет равна:
.
Температура оребрения ТЭНа составит:
.
Удельная поверхностная мощность равна:
.
Температура оребрённой поверхности ТЭНа не превышает предельно допустимого значения, 200…250 0С, хотя её можно повысить за счет уменьшения площади оребрения Fор.
Расчет мощности электродвигателя для привода вентилятора электрокалорифера осуществляется по величине необходимого напора и подаче. Напор вентилятора, необходимый для преодоления сопротивления в вентиляционном воздуховоде, определяется по формуле:
Нв = Нт + hмс + hк, Па,
| где | Нт | - | потери напора в трубопроводе; |
| hмс | потери напора от местных сопротивлений; | ||
| hк | – | потери напора в электрокалорифере. |
Потери напора в воздуховоде рассчитываются по следующему выражению
,
| где | 
| - | коэффициент трения воздуха в трубопроводе, равный 0,02…0,03; |
| l и d | - | длина и диаметр воздуховода; | |
| – | плотность воздуха в воздуховоде, принимается в зависимости от его температуры. |
Длина трубопровода определяется в соответствии с выбранной принципиальной схемой отопительно-вентиляционной системы. Диаметр воздуховода определяется исходя из требуемой подачи воздуха и его скорости в воздуховоде не более 15 м/с. Принимаем, с учетом достаточно большой подачи, скорость воздуха в воздуховоде 14 м/с.
До разветвления воздуховода, рис.9.2, площадь его поперечного сечения определяется из формулы:
.
Таким образом, размер воздуховода до разветвления можно принять 0,5 х 0,4 м. После разветвления воздуховода его площадь поперечного сечения должна бать примерно в 2 раза меньше, выбираем размер воздуховода 0,3х0,3 м.
Тогда эквивалентные диаметры воздуховодов будут равны
Для воздуховодов прямоугольного сечения а х в под величиной d понимают эквивалентный диаметр
,
.
Максимальная длина воздуховода до разветвления составляет около 10 м, длина воздуховода после разветвления в одну сторону 48 м.
,
.
Потери напора от местных сопротивлений зависят от суммы коэффициентов местных сопротивлений:
Жалюзийная решетка на входе – 0,5;
Три колена под углом 900 – 3·0,15 = 0,45;
Пятнадцать отводов от воздуховода, длиной 48 м - 15·0,2 = 3.
.
Откуда
.
Потери напора в электрокалорифере, согласно таблицы 4.4, при его мощности составят 190 Па.
Общие потери напора составят
Нв = Нт + hмс + hк = 52 + 365 + 451 + 190 =1058 Па.
По подаче одного вентилятора Lв и требуемому напору Нв выбираем вентилятор Ц- 4- 70 №6 (приложение 12), при частоте вращения более 1400 об/мин.
Мощность электродвигателя вентилятора в Вт определяется по формуле:
.
В практических расчетах установленную мощность электродвигателя принимают равной:
,
| где | Кз | - | коэффициент запаса, таблица 4.5. |
Из приложения 13,14 выбираем электродвигатель 4А112М4У3, мощностью 5,5 кВт, соsj = 0,83, h = 0,86, Sн = 3,6%, mп = 2,0, mмин = 1,6, mк =2,2.
|
|
|
Приложения
Приложение 1
Нормы температуры, влажности, содержания углекислого газа
и скорости движения воздуха в помещениях животноводческих ферм
| П о м е щ е н и я | Система содержания животных | Температура воздуха внутри помещения, 0С | Скорость движения воздуха, м/с | Относительная влажность воздуха, % | Содержание углекислого газа, л/м3 | ||
| расчетная | минимальная | оптимальная | максимальная | ||||
| Коровники и здания для молодняка молочных пород всех возрастов;помещения для растилаисодержания после растила мясных пород | Беспривязная на глубокой подстилке | 0,5 | 2,5…3 | ||||
| Коровники и здания для откорма молодняка и скота | привязная и боксовая | 0,5 | 2,5…3 | ||||
| Родильное отделение | привязная | 0,3 | 0,5 | 2,5 | |||
| Доильно-молочное отделение | _"_ | 0,5 | 2,5 | ||||
| Пункт искусственного осеменения | _"_ | 0,3 | 0,5 | 2,5 | |||
| Телятники | _"_ | 0,3 | 0,5 | 2,5 | |||
| Свинарник-маточник для: тяжелосупоросных подсосных свиноматок | 0,15 | 0,4 | 2,5 | ||||
| холостых и легко суточных свиноматок | 0,3 | 2,5 | |||||
| Свинарник для: поросят-отемышей и ремонтн.молодняка | 0,2 | 0,6 | 2,5 | ||||
| хряков-производителей | 0,3 | 2,5 | |||||
| Откормочник | 0,3 | 2,5 |
Примечание: содержание сероводорода в помещениях не более 0,015 мг/л, аммиака - 0,015…0,02мг/л.
Приложение 2.
Нормы температуры, влажности и скорости движения воздуха в помещениях животноводческих ферм.
| Вид и возрастная группа птицы | Температура в помещениях, оС при содержании | Оптимальная относительная влажность воздуха, % | Скорость воздуха, м/с | |||
| напольном | клеточном | под брудером | оптимальная | максимальная | ||
| Взрослые птицы: | ||||||
| куры | l2-16 | 60-70 | 0,5 | 0,8 | ||
| индейки | l2-16 | 60-70 | 0,3 | 0,6 | ||
| утки | 7-l4 | 70-80 | 0,3 | 0,6 | ||
| Молодняк: куры в возрасте, дней: | ||||||
| 0-30 | 35-22 | 60-70 | 0,2-0,3 | 0,5 | ||
| 31-60 | l8 | 60-70 | 0,2-0,3 | 0,5 | ||
| 61-150 | 14-16 | 60-70 | 0,2-0,3 | 0,5 | ||
| 151-210 | l2-16 | 60-70 | 0,2-0,3 | 0,5 | ||
| Индейки в возрасте, дней: | ||||||
| l-20 | 35-22 | 60-70 | 0,2-0,3 | 0,5 | ||
| 21-120 | 20-18 | 0,2-0,3 | 0,5 | |||
| 121-240 | 0,2-0,3 | 0,5 | ||||
| Утки в возрасте, дней: | ||||||
| l-10 | 65-75 | 0,2-0,3 | 0,5 | |||
| 1l-30 | 65-75 | 0,2-0,3 | 0,5 | |||
| 31-55 | 65-75 | 0,2-0,3 | 0,5 | |||
| 56-180 | 7-l4 | 65-75 | 0,2-0,3 | 0,5 |
Примечание: допустимые концентрации углекислоты в помещениях для взрослой птицы и ремонтного молодняка - 1,8…2,0 л/м3; в помещении для выращивания цыплят – 1,0, аммиака – 0,01 мг/л – для взрослой птицы и 0,005 мг/л – для молодняка, сероводорода везде 0,005 мг/л.
|
|
|
Приложение 3
Количество выделяемых одним животным: углекислоты, влаги, теплоты при t=10 оС и относительной влажности воздуха 70% (по НТН-СХ.16-5, НТП-СХ. 2-28).
| Вид животных | Живая масса | Углекислота, л/ч | Водяные пары, г/ч | Поток теплоты, Вт |
| Коровы сухостойные | ||||
| Коровы лактирующие | ||||
| с удоем 10л | ||||
| с удоем 15л | ||||
| с удоем 30л | ||||
| Телята в возрасте: | ||||
| до 1 месяца | ||||
| от 1 до 3 месяцев | ||||
| от 3 до 4 месяцев | ||||
| Свиноматки супоросные | ||||
| Свиноматки подсосные с поросятами | ||||
| Поросята 2-х месячного возраста | ||||
| Ремонтный и откормочный молодняк | ||||
| Продолжение приложения 3 | ||||
| Хряки - производители | ||||
| Свиньи откормочные | ||||
| Бараны | ||||
| Матки холостые | ||||
| Матки подсосные с приплодом: | ||||
| 1 ягненок | ||||
| 2 ягненка | ||||
| Молодняк после отбивки -мелких пород | 80,2 | |||
| Молодняк после отбивки- крупных пород | ||||
При температурах, отличных от 10 0С. Нормы выделения теплоты и влаги определяются с учетом коэффициентов, указанных в приложении 4.
Приложение 4
Коэффициенты для определения количества водяных паров и свободной теплоты при различных температурах внутри помещения.
| Температура внутри помещения, град | Коэффициенты для определения количества | |||||
| свободной теплоты | водяных паров | свободной теплоты | водяных паров | свободной теплоты | водяных паров | |
| КРС, свиноматки, свиньи откормочные | Овцы | |||||
| -10 | 1,31 | 0,61 | ------ | ------ | ----- | ----- |
| -5 | 1,19 | 0,67 | 1,59 | 0,72 | 1,15 | 0,9 |
| 1,08 | 0,76 | 1,27 | 0,83 | 1,08 | 0,96 | |
| 1,05 | 0,86 | 1,08 | 0,98 | 1,04 | 0,99 | |
| 1,09 | ||||||
| 0,96 | 1,24 | 1,08 | 1,15 | 0,57 | 1,06 | |
| 0,93 | 2,04 | 1,15 | 1,53 | 1,09 | 1,13 | |
| 0,89 | 2,49 | 1,47 | 1,96 | 1,18 | 1,24 |
Приложение 5
Количество теплоты, углекислоты и водяных паров, выделяемых на 1 кг живой массы для молодняка до 30 дней при 24оС. Для остальных - при 16оС.
| Виды и возрастные группы птиц | Живая масса птицы, кг | Тепловой поток, Вт | Углекислота, л/ч | Водяные пары, г/ч |
| Взрослые птицы | ||||
| При содержании в клетках: | ||||
| куры яичных пород | 1,5-1,7 | 7,9 | 1,7 | 5,1 |
| При напольном содержании: | ||||
| куры яичных пород | 1,5-1,7 | 9,2 | 5,8 | |
| куры мясных пород | 2,5-3,0 | 8,4 | 1,8 | 5,2 |
| индейки | 6,8 | 7,8 | 1,7 | |
| утки | 3,5 | 5,6 | 1,2 | 3,6 |
| Молодняк птицы | ||||
| Куры яичного направления: | ||||
| от 1 до 10 дн. | 0,06 | 15,7 | 2,3 | 3,5 |
| от 11 до 30 дн. | 0,25 | 10,25 | 2,2 | 6,6 |
| от 31 до 60 дн. | 0,6 | 8,6 | 1,9 | 5,7 |
| от 61 до 150 дн. | 1,3 | 7,9 | 1,7 | |
| от 151 до 210 дн. | 1,6 | 7,4 | 1,6 | 4,8 |
| Куры мясного направления: | ||||
| от 1 до 10 дн. | 0,08 | 2,2 | ||
| от 11 до 30 дн. | 0,35 | 9,4 | 6,3 | |
| от 31 до 60 дн. | 1,2-1,4 | 8,4 | 1,8 | 5,4 |
| от 61 до 150 дн. | 1,8 | 7,8 | 1,7 | |
| от 151 до 210 дн. | 2,5 | 7,2 | 1,6 | 4,8 |
| Индейки | ||||
| от 1 до 10 дн. | 0,1 | 12,2 | 4,2 | |
| от 11 до 30 дн. | 0,6 | 9,8 | 2,1 | 6,6 |
| от 31 до 60 дн. | 1,5 | 8,4 | 1,8 | 9,2 |
| от 61 до 120 дн. | 7,4 | 1,6 | 4,8 | |
| от 121 до 180 дн. | 7,2 | 1,5 | 4,5 | |
| Утки: | ||||
| от 1 до 10 дн. | 0,2 | 16,3 | 3,5 | 10,5 |
| от 11 до 30 дн. | 11,8 | 2,5 | 7,5 | |
| от 31 до 55 дн. | 2,2 | 5,6 | 1,2 | 3,6 |
| от 56 до 180 дн. | 4,7 |
Приложение 6
Поправочные коэффициенты для определения тепловых потоков
и влаговыделений птицей при различных температурах внутри помещения.
| Температура, град. | Коэффициенты для определения количества | Коэффициенты для определения количества | |||
| свободной теплоты | водяных паров | свободной теплоты | водяных паров | ||
| Молодняк старше 30 дней и взрослые птицы | Молодняк в возрасте от 1 до 30 дней | ||||
| 1,15 | 0,85 | - | - | ||
| 1,1 | 0,9 | - | - | ||
| 1,05 | 0,95 | - | - | ||
| - | - | ||||
| 0,95 | 1,05 | 1,05 | 0,95 | ||
| 0,92 | 1,08 | ||||
| 0,9 | 1,1 | 0,95 | 1,05 | ||
| 0,85 | 1,25 | 0,92 | 1,2 | ||
| 0,8 | 1,3 | 0,8 | 1,3 |
Приложение 7
Температура, плотность и влагосодержание воздуха при полном насыщении.
| Температура, град. | Плотность сухого воздуха, кг/м3 | Количество насыщающих водяных паров в 1 кг. Сухого воздуха d, г/кг | |
| 0,949 | |||
| 1,165 | 26,2 | ||
| 1,169 | 25,6 | ||
| 1,173 | |||
| 1,177 | 22,6 | ||
| 1,181 | 21,4 | ||
| 1,185 | |||
| 1,189 | 18,8 | ||
| 1,193 | 17,7 | ||
| 1,197 | 16,8 | ||
| 1,201 | 15,6 | ||
| 1,205 | 14,7 | ||
| 1,209 | 13,8 | ||
| 1,213 | 12,9 | ||
| 1,217 | 12,1 | ||
| 1,222 | 11,4 | ||
| 1,226 | 10,6 | ||
| 1,23 | 9,97 | ||
| 1,235 | 9,37 | ||
| 1,239 | 8,75 | ||
| 1,243 | 8,15 | ||
| 1,248 | 7,63 | ||
| 1,252 | 7,13 | ||
| 1,256 | 6,65 | ||
| 1,261 | 6,21 | ||
| 1,265 | 5,79 | ||
| 1,27 | 5,4 | ||
| 1,275 | 5,1 | ||
| 1,279 | 4,77 | ||
| 1,284 | 4,48 | ||
| 1,288 | 4,15 | ||
| 1,293 | 3,9 | ||
| -1 | 1,298 | 3,58 | |
| -2 | 1,303 | 3,3 | |
| -3 | 1,308 | 3,1 | |
| -4 | 1,312 | 2,8 | |
| -5 | 1,317 | 2,6 | |
| -6 | 1,322 | 2,4 | |
| -7 | 1,327 | 2,25 | |
| -8 | 1,332 | 2,08 | |
| -9 | 1,337 | 1,93 | |
| Продолжение приложения 7 | |||
| -10 | 1,342 | 1,8 | |
| -11 | 1,348 | 1,65 | |
| -12 | 1,353 | 1,5 | |
| -13 | 1,358 | 1,4 | |
| -14 | 1,363 | 1,3 | |
| -15 | 1,368 | 1,2 | |
| -16 | 1,374 | 1,11 | |
| -17 | 1,379 | 1,04 | |
| -18 | 1,385 | 0,93 | |
| -19 | 1,394 | 0,86 | |
| -20 | 1,396 | 0,8 | |
| -25 | 1,405 | 0,59 | |
| -30 | 1,412 | 0,48 |
Приложение 8
Среднесуточный выход помета от одной птицы.
| Вид птицы | Рпом,г | Влажность,% | Вид птицы | Рпом,г | Влажность,% |
| Взрослые птицы | Индейки в возрасте: | ||||
| Куры напрвления: | 1-20 дней | ||||
| яичного | 21-120 дней | ||||
| мясного | 121-180 дней | ||||
| Индейки | |||||
| Утки | 83-85 | Утки в возрасте | |||
| 1-10 дней | 83-85 | ||||
| Молодняк: | 11-20 дней | 83-85 | |||
| Куры в возрасте: | 21-30 дней | 83-85 | |||
| 1-30 дней | 31-180 дней | 83-85 | |||
| 31-60 дней | |||||
| 61-150 дней | |||||
| 151-210 дней |
Приложение 9
Значения сопротивлений тепловосприятию Rв для животноводческих и птицеводческих зданий (по СНиП 11-Н-з-69).
| Элементы ограждений | Rв, м2×0С/Вт | |
| Внутренние стены помещений, в которых заполнение животными составляет более 80 кг. Живой массы на 1м2 пола | 0,086….0,116 | |
| Внутренние стены помещений, в которых заполнение животными составляет 80 кг. Живой массы на 1м2 пола | 0,115…0,155 | |
| Чердачные перекрытия или покрытия | 0,115…0,155 | |
Приложение 10
Значения сопротивлений теплоотдаче Rн для наружных поверхностей ограждений (по СНиП 11-А, 7-62)
| Расположение наружных поверхностей | Rн, м2×0С/Вт | |
| Наружные стены, бесчердачные покрытия. | 0,043 | |
| Поверхности, выходящие на чердак | 0,086…0,123 |
Приложение 11
Коэффициенты теплопроводности λ некоторых
строительных материалов (по СНиП 11-А, 7-62)
| Материалы | λ, Вт/м·ºС |
| Железобетон | 1,63 |
| Бетон на гравии или щебне из природного камня | 1,45 |
| Бетон на кирпичном щебне | 1,05 |
| Шлакобетон на топливных (котельных) шлаках (ρ=1800 кг/м3) | 0,64 |
| Кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича | 0,81 |
| Кирпичная кладка из силикатного кирпича | 0,87 |
| Штукатурка из цементно-песочного раствора | 0,93 |
| Штукатурка из известково-песчаного раствора по драни | 0,64 |
| Асфальт | 0,76 |
| Асфальтобетон | 1,05 |
| Дерево поперек волокон: сосна, ель | 0,17 |
| дуб | 0,23 |
| Стекло оконное | 0,76 |
| Асбоцементные листы | 0,35 |
| Рубероид, толь | 0,17 |
| Вата минеральная | 0,07 |
| Опилки древесные | 0,09 |
| Шлак топливный (ρ=1000 кг/м3) | 0,29 |
| Керамзит (ρ=900 кг/м3) | 0,41 |
| Керамзитобетон (ρ=1000 кг/м3) | 0,35 |
| Пенопласт | 0,043…0,06 |
| Фибролит | 0,073…0,128 |
Приложение 12
