МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное научное учреждение Научно-проектный центр «Гипронисельхоз»

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ ВЫБРОСНОГО ВОЗДУХА

СОДЕРЖАНИЕ

СОСТАВИТЕЛИ: канд. с-х. наук Виноградов П.Н., канд. техн. наук Шевченко С.С. (ФГНУ НПЦ «Гипронисельхоз»), д-р техн. наук Расстригин В.Н., канд. техн. наук Тихомиров А.В. (ГНУ «ВИЭСХ»)

Рекомендации разработаны по заданию Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (Тематический план на 2003 г. Научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, выполняемых Федеральным государственным научным учреждением Научно-проектным центром «Гипронисельхоз»), рассмотрены и утверждены на заседании секции технологического проектирования Научно-технического совета Минсельхоза России 8 апреля 2004 г., протокол № 22.

Издание Федерального государственного научного учреждения

Научно-проектного центра «Гипронисельхоз»

Отдел разработки нормативных документов в области сельскохозяйственного проектирования и строительства

ВВЕДЕНИЕ

В рекомендациях приведены требования к конструкции теплоутилизаторов, проектированию и автоматизации систем обеспечения макроклимата (далее - СОМ) животноводческих помещений с утилизацией теплоты выбросного воздуха.

Изложены методика расчета тепловлажностного баланса и методика технико-экономического расчета и выбора оптимального варианта СОМ с учетом специфических особенностей применения различного типа тепловентиляционного, электротермического, теплоутилизационного оборудования и уровня теплозащиты ограждающих строительных конструкций животноводческого здания.

Рекомендации предназначены для использования специалистами проектных, научно-исследовательских, конструкторских и производственных организаций при расчете, конструировании, проектировании и применении систем обеспечения микроклимата с утилизацией теплоты выбросного воздуха животноводческих помещений.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Рекомендации распространяются на расчет и проектирование СОМ животноводческих помещений с утилизацией теплоты выбросного воздуха и могут применяться как при новом строительстве, так и при реконструкции животноводческих объектов.

1.2. Рекомендации разработаны с учетом требований норм технологического проектирования [1-4].

1.3. В рекомендациях определены границы возможного использования вентиляционного оборудования теплоутилизаторов (t_H, φ_H, d_H).

1.4. Физические предпосылки применения теплоутилизаторов для СОМ животноводческих помещений учитывают специфику животноводческих помещений, как объектов теплопотребления, характеризующихся значительными тепловыделениями от поголовья животных.

1.5. Экономическую эффективность применения теплоутилизаторов, а также технико-экономическое обоснование наиболее эффективного варианта СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха необходимо осуществлять по [5 и 6].

2. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРАМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ В СОМ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ

2.1. При проектировании СОМ животноводческих помещений могут быть применены два вида утилизаторов теплоты выбросного воздуха - теплоутилизаторы непосредственного действия и с промежуточным теплоносителем.

2.2. В соответствии с классификацией теплоутилизаторов непосредственного действия [7] в СОМ животноводческих помещений рекомендуется применять воздуховоздушные теплоутилизаторы рекуперативного типа.

2.3. Теплоутилизаторы регенеративного типа в связи с наличием в животноводческих помещениях болезнетворных микробов и вирусов, способных активно размножаться в теплогенерирующем слое или насадке, не рекомендуются к применению в СОМ животноводческих помещений.

2.4. Рекуперативные теплоутилизаторы непосредственного действия подразделяются в зависимости от конструкции и материала теплообменных поверхностей на пластинчатые, трубчатые, пленочные и др.

2.5. Теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем рекуперативного типа подразделяются в зависимости от степени фазового превращения принимаемого рабочего вещества на:

- жидкостные, с наличием циркуляционного контура и насосом для перекачки не замерзающей жидкости;

- на тепловых трубках и тепловых насосах, в которых циркуляция рабочего вещества осуществляется компрессором.

2.6. Теплоутилизационные установки должны выпускаться комплектно с вентиляционным оборудованием и станцией управления в соответствии с зоотехническими требованиями.

2.7. Коэффициент эффективности теплообмена теплоутилизационных установок должен быть не менее 0,45.

2.8. В паспорте на теплоутилизационную установку должны быть указаны все конструктивные, теплотехнические и аэродинамические характеристики теплоутилизаторов в зависимости от изменения параметров первичного и вторичного теплоносителей.

2.9. Конструкция теплоутилизаторов должна предусматривать возможность защиты теплообменных поверхностей от замерзания конденсата и образования «снеговой шубы», а также постоянного отвода конденсата в канализацию.

2.10. Конструкция теплоутилизаторов должна предусматривать свободный доступ к теплообменным поверхностям для возможности их очистки, а также к другим узлам и деталям с целью их регулярного обслуживания, ремонта и замены.

2.11. Все требования к серийному теплоутилизационному оборудованию распространяются и на непромышленные теплоутилизационные установки с большим количеством нестандартных элементов. Дополнительно к этим требованиям необходимо также наличие утвержденных методических материалов по их расчету и конструированию с указанием специальных требований в соответствии с их конструктивными особенностями.

3 ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ СОМ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ ВЫБРОСНОГО ВОЗДУХА

3.1. Выбор СОМ животноводческих помещений с утилизацией теплоты выбросного воздуха следует проводить на основании вариантного проектирования.

3.2. Одним из основных требований, предъявляемых при проектировании СОМ животноводческих помещений, является максимальная герметизация животноводческих зданий.

3.3. При разработке проектов СОМ животноводческих помещений следует предпочтение отдавать теплоутилизационным установкам, поставляемым комплектно с вентиляционным оборудованием и станцией управления с необходимым набором датчиков и контрольно-измерительных приборов и отличающихся простотой конструкции, низкой металлоемкостью, высокой эксплуатационно-технологической надежностью и простотой обслуживания.

3.4. При разработке проектов реконструкции животноводческих помещений возможно использование непромышленных теплоутилизационных установок с большим количеством нестандартных конструктивных элементов.

3.5. Расчет вентиляции животноводческих помещений по количеству поступающих вредных веществ следует вести с учетом повышения начальной концентрации вредных веществ в приточном воздухе вследствие их перетекания из вытяжных каналов теплоутилизатора. Величину перетекания следует определять на основании технических характеристик теплоутилизаторов.

3.6. В случае использования теплоты вентиляционного воздуха, содержащего пыль или аэрозоли, которые могут осаждаться на теплообменных поверхностях теплоутилизаторов, в конструкции которых не предусмотрены средства очистки выбросного воздуха, при проектировании СОМ необходимо устанавливать соответствующие фильтры для улавливания кормовой взвеси, шерсти и другой органической пыли [8].

Для этих целей на всасывающей стороне теплообменника устанавливаются металлические капроновые сетки с различными размерами ячеек и кассеты с фильтрующим материалом (ткань из пенополиуретана, стекловолокно, поролон и др.).

При загрязнении и увеличении аэродинамического сопротивления кассеты заменяют на новые или регенерируемые. Для регенерации кассеты снимают, фильтрующую ткань орошают дезраствором, затем механически очищают и промывают горячей водой с добавлением кальцинированной соды и дезинфицируют 2 - 3% раствором едкого натра. После промывки и просушки кассеты используют повторно.

3.7. В зданиях для содержания крупного рогатого скота с наличием грубой несменяемой подстилки, применение СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха не рекомендуется из-за низких нормируемых температур и высокой влажности внутреннего воздуха.

3.8. Проектирование СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха животноводческих помещений ведется на основе результатов расчета тепловоздушного баланса, выполненного для различных периодов года в соответствии с технологией содержания животных.

3.9. Минимальное количество теплоутилизационных установок принимается из условия обеспечения требуемого воздухообмена в холодный период года в соответствии с техническими характеристиками выбранных теплоутилизаторов.

3.10. При расчете СОМ для зданий с изменяющимися в процессе роста животных тепло- и влаговыделениями к установке принимается количество теплоутилизаторов, полученное при расчете воздухообмена для животных большей массы.

3.11. Количество теплоты, возвращенной теплоутилизаторами, определяется в соответствии с их техническими характеристиками в выбранном рабочем диапазоне температур первичного и вторичного теплоносителей.

3.12. За расчетные температуру и влагосодержание первичного теплоносителя на входе в теплообменник принимается нормируемая температура и влажность внутреннего воздуха животноводческих помещений в соответствии с нормами технологического проектирования [1, 9].

3.13. Для холодного периода года за расчетную температуру и влагосодержание вторичного теплоносителя на входе в теплоутилизатор принимается расчетная температура наиболее холодной пятидневки и соответствующая ей влажность наружного воздуха [10].

3.14. Эффективность теплообмена принятых к установке теплоутилизаторов проверяется следующим безразмерным комплексом:

Индексы «1», «2» соответствуют удаляемому и приточному воздуху, «н» и «к» - на входе и выходе теплоутилизатора.

3.15. Недостаток теплоты в тепловом балансе компенсируется устройством дополнительного подогревателя (электро- или водяного калорифера) или автономной теплогенерирующей установкой с маломощными нагревательными приборами (предпочтительно электрическими).

3.16. Если конструкцией теплоутилизатора не предусмотрены мероприятия по защите теплообменных поверхностей от намерзания на них конденсата и образования снеговой шубы, то при проектировании СОМ с утилизацией выбросного воздуха необходимо в зависимости от конструктивных особенностей и технологических требований предусматривать следующее:

- создание обвода по приточному воздуху;

- устройство предварительного подогрева наружного воздуха (предпочтительно электрокалориферами);

- снижение количества приточного воздуха и применение дополнительной рециркуляции на притоке после теплоутилизатора;

- повышение температуры внутреннего воздуха за счет включения дополнительных греющих установок;

- подогрев промежуточного теплоносителя от постороннего источника или увеличение количества промежуточного теплоносителя.

3.17. В наиболее холодные периоды года с целью повышения температуры приточного воздуха рекомендуется предусматривать рециркуляцию воздуха, прошедшего обработку в утилизаторе, т.е. более сухого и с меньшей концентрацией вредных газов и пыли. Количество рециркуляционного воздуха рассчитывается по [11, 12].

3.18. Для создания равномерного температурного и влажностного полей по всему животноводческому помещению необходимо принимать рассредоточенную подачу приточного и распределенное удаление отработанного воздуха. Для раздачи воздуха применять, как правило, воздуховоды из полимерных материалов [13].

3.19. При проектировании комплектных теплоутилизационных установок малой воздухопроизводительности их необходимо размещать так, чтобы было равномерное распределение температурно-влажностных полей по всему животноводческому помещению.

3.20. При проектирования СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха для аварийных ситуаций (отключение электроэнергии и др.) следует предусматривать возможность работы теплоутилизаторов в гравитационном режиме. Это достигается за счет разницы высот между выбросным и приточным отверстиями и утепления выбросного вентиляционного канала. При этом вентиляционные шахты для общеобменной вентиляции можно не предусматривать.

3.21. Для обеспечения требуемого воздухообмена в переходный (в зависимости от технологии содержания животных) и в теплый периоды года необходимо устройство дополнительной общеобменной вентиляции, работающей как в комплексе с утилизационными установками, так и без них.

3.22. При проектировании СОМ на базе индивидуальных технических разработок теплоутилизаторов с применением большого количества нестандартных узлов и конструктивных элементов необходимо использовать соответствующие утвержденные методические указания по расчету и конструированию этих установок.

4. ТРЕБОВАНИЯ К АВТОМАТИЗАЦИИ СОМ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ ВЫБРОСНОГО ВОЗДУХА

4.1. Обязательным условием эффективного применения СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха является автоматизация их работы.

4.2. В схемах автоматизации СОМ должны быть предусмотрены ручной и автоматический режим работы оборудования.

4.3. Регулируемым параметром микроклимата животноводческих помещений в СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха принимается температура внутреннего воздуха.

4.4. Регулирование работы тепловентиляционного оборудования должно осуществляться по усредненному сигналу от группы датчиков, устанавливаемых в рабочей зоне помещения.

4.5. В схемах автоматического управления работой вентиляционным оборудованием СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха должна предусматриваться возможность изменения подачи воздуха приточным вентилятором в зависимости от температуры наружного воздуха путем изменения скорости вращения вала электродвигателя.

4.6. При понижении температуры наружного воздуха и изменении подачи воздуха приточным вентилятором необходимо в схеме автоматизации СОМ предусматривать возможность использования рециркуляции части выбросного воздуха, прошедшего через утилизатор, за счет устройства регулируемых воздушных заслонок с электроприводами.

4.7. Схема автоматизации СОМ должна предусматривать включение дополнительных нагревательных приборов или установок при понижении температуры внутреннего воздуха ниже заданной.

Причем их теплопроизводительность должна изменяться автоматически от 0 до максимума в плавном или ступенчатом режиме.

4.8. Система автоматического регулирования СОМ должна предусматривать отключение тепловентиляционного оборудования и подачу звукового и светового сигналов при аварийных режимах его работы.

4.9. Система автоматического регулирования должна предусматривать отключение тепловентиляционного оборудования при резком понижении температуры воздуха в помещении ниже предельно допустимой. При этом предусматривается блокировка повторного запуска при повышении температуры до заданного значения.

4.10. В зависимости от конструкции теплоутилизаторов необходимо предусматривать установку датчиков, фиксирующих начало образования снеговой шубы и подающих сигнал на включение режима оттаивания.

4.11. При монтаже и эксплуатации СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха следует руководствоваться указаниями по обеспечению электробезопасности электроустановок в сельском хозяйстве, а также правилам техники безопасности [14].

5. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

5.1. Целью проведения расчета тепловлажностного баланса животноводческого помещения с СОМ на базе утилизации теплоты выбросного воздуха является определение дополнительного количества теплоты на обеспечение требуемых параметров микроклимата при определенных объемно-планировочных и конструктивных решениях с учетом тепловозврата от теплоутилизационных установок.

5.2. Потребность в дополнительном количестве потока теплоты определяется по формуле:

                                             (1)

5.3. Теплопотери помещением через ограждения определенного варианта объемно-планировочного и конструктивного решения рассчитываются по формуле:

          (2)

При этом теплопотери с инфильтрацией не учитываются.

5.4 Теплопотери на испарение влаги с открытой водной и смоченной поверхностей с учетом технологии содержания животных и планировочных решений животноводческого помещения определяются по формуле:

Q_И = 0,68W_И = 0,68(ω_СМF_СМ + ω_ОТКРF_ОТКР)                                                           (3)

где 0,68 - скрытая теплота испарения, Вт∙ч/г.

5.5. Количество влаги, испаряющейся с открытых водных и смоченных поверхностей, определяется в зависимости от технологии навозоудаления [11, 14, 15]:

- при беспривязном содержании и периодической уборке навоза:

W_И = (F_HЖ + F_П)ω_ОТКР = (F_HЖ + F_П)10^{(2,127 + 0,0269tB)}(1-φ_B)                                       (4)

- при содержании животных на решетчатых полах:

                             (5)

- при привязном содержании и механической уборке навоза:

            (6)

По приложению А можно определить ω_откр, ω_п (рисунок А.1), ω_К (рисунок А.2), и ω_СМ (рисунок А.3).

5.6 Теплопотери помещения с вентиляционным воздухом определяются с учетом тепловозврата утилизаторами по формуле:

Q_B = Q_ПР - Q_УТ = [0,278G_ПР(t_B - t_H) - q_УT×Z_УT]                                           (7)

5.7. Требуемое количество приточного воздуха определяется из условия удаления избытков влаги:

G_ПР = (W_Ж + W_И)(d_B - d_H)                                                     (8)

5.8. Количество водяных паров, выделяемых животными при дыхании, определяется в соответствии с видом и возрастом животных и с учетом расчетной температуры в помещении по формуле:

W_Ж = т_Ж  ω_Ж  К_ЖВ                                                                 (9)

где ω_ж - для телят и молодняка при интенсивном откорме определяется по формуле:

ω_Ж =0,78Р_Ж +7,56t_В - 0,005 Р_Жt_В - 36                                 (10)

Для остального поголовья крупного рогатого скота ω_Ж; определяется по [1], свиней - по [9].

К_ЖВ - определяется по [1 и 9] для крупного рогатого скота и свиней соответственно.

5.9. Количество свободного потока теплоты, выделяемое животными, определяется в зависимости от вида, возраста и расчетной температуры внутреннего воздуха:

                                                                (11)

где  - для телят и молодняка при интенсивном откорме определяется по формуле:

                                                               (12)

Для остального поголовья крупного рогатого скота  определяется по [1], свиней - по [9].

К_ЖВ - определяется по [1 и 9] для крупного рогатого скота и свиней соответственно.

5.10. Тепловозврат от теплоутилизационных установок определяется в зависимости от типа теплоутилизатора и его теплотехнических характеристик при различных температурно-влажностных условиях первичного и вторичного теплоносителей и определяется по формуле:

                                                (13)

где

                                          (14)

Технические характеристики теплоутилизаторов, разработанных для применения в животноводстве, приведены в приложении Б.

5.11. Минимально требуемое количество теплоутилизаторов для конкретного помещения определяется в зависимости от вида теплоутилизаторов и требуемого воздухообмена при максимальной расчетной температуре наружного воздуха для отопительного периода (в соответствии с расчетом тепловоздушного баланса) по выражениям:

- при G_УТ > 4,0 тыс.м³/ч:

 - целое число;                                          (15)

- при G_УТ ≤ 4,0 тыс.м³/ч:

 - целое число.                                             (16)

5.12. С учетом выбранного количества утилизаторов корректируется расчетный максимальный воздухообмен:

                                                                  (17)

5.13. При понижении температуры наружного воздуха ниже расчетной может быть уменьшено количество работающих утилизаторов, либо снижена воздухоподача регулируемых приточных вентиляторов теплоутилизационных установок.

5.14. При уменьшении воэдухоподачи приточных вентиляторов теплоутилизационных установок в животноводческих помещениях должен обеспечиваться воздушный баланс по притоку и вытяжке за счет применения рециркуляции выбросного воздуха, прошедшего тепловую обработку в утилизаторе.

5.15. Потребность в дополнительном тепле может быть реализована с помощью воздухоподогревателей (водяных или электрокалориферов), встроенных в конструкцию теплоутилизаторов, либо с помощью предусматриваемых тепловентиляционных установок, работающих на рециркуляционном воздухе, либо с помощью приборов местного отопления (регистров, электроконвекторов и других нагревательных приборов).

5.16. Окончательный выбор тепловентиляционного оборудования для СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха должен производиться на основе результатов вариантных расчетов тепловлажностных балансов с учетом различной степени утепления зданий и его отдельных элементов, эффективности теплоутилизаторов различного типа, мощности и эффективности средств дополнительного подогрева.

6. МЕТОДИКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СОМ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ ВЫБРОСНОГО ВОЗДУХА

6.1. Вариантные расчеты СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха проводятся в соответствии с [5 и 16].

6.2. Капитальные затраты на СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха определяются как сумма капитальных затрат на наружные ограждения (утепление) зданий и затрат на теплоснабжение, вентиляцию:

К_J = К_СК + К_ТВ                                                                       (18)

6.3. Стоимость строительства с учетом наружных ограждений определяется с учетом стоимости конкретного виде ограждений - торцевых и продольных стен, покрытий, окон, ворот, дверей, пола:

К_СК = К_ТСТ + К_ПСТ + К_ПОК + К_ОК + К_ВОР + К_ПОЛ                                          (19)

6.4 Стоимость системы теплоснабжения и вентиляции помещений, отнесенная к определенному виду строительных ограждающих конструкций, включает стоимость калориферной установки, утилизаторов теплоты с соответствующим вентиляционным оборудованием, генератора теплоты (котельная или подстанция) со вспомогательным оборудованием, стоимости распределительной теплосети (электросети) с учетом расходов на хранение, транспортировку и монтаж оборудования и определяется по выражению:

К_ТВ = К_КУ + К_УТ + К_ГТ + К_ТС                                                 (20)

6.5. Эксплуатационные расходы на СОМ с утилизацией теплоты определяются как сумма затрат:

- на амортизационные отчисления и ремонт ограждающих конструкций или их отдельных элементов;

- издержек на систему теплоснабжения, включающих амортизационные отчисления и затраты на текущий ремонт тепловентиляционного и теплоутилизационного оборудования электро- и теплосетей, теплогенерирующего оборудования (подстанций);

- на годовую стоимость топлива и электроэнергии:

C_J = C_CK + C_TB                                                                       (21)

где

С_СК = С_ТСТ + С_ПСТ + С_ПОК + С_ОК + С_ВОР + С_ПОЛ                   (22)

С_ТВ = С_КУ + С_УТ + С_ГТ + С_ТС                                                 (23)

6.6. Капитальные затраты и эксплуатационные расходы на строительные ограждающие конструкция рассчитываются в зависимости от принятых объемно-планировочных решений животноводческого здания и конструктивного решения строительных ограждающих конструкций.

6.7. Минимальная толщина любого наружного ограждения или его теплоизолирующего слоя б_ск определится по формуле:

                                                                    (24)

где  определяется в зависимости от типа конструкций и наличия фактурных слоев по формуле:

                                          (25)

6.8. Требуемое минимальное сопротивление теплопередаче конструкции стен и покрытий определяется из условия невыпадения конденсата на их внутренних поверхностях в соответствии с [17 и 18] по формулам:

- для стен:

                                                              (26)

- для покрытий:

                                                   (27)

где t_H - температура наружного воздуха наиболее холодных суток определяется по [19].

6.9. Требуемое минимальное сопротивление теплопередаче для окон животноводческих помещений определяется из следующих условий:

- при Δt = (t_В - t_Н) < 35°С;                                   =0,34м².°С/Вт;                                     (28)

- при Δt = (t_В - t_Н) > 35°С;                                   = 0,52 м².°С/Вт.                                               (29)

6.10. Требуемое минимальное сопротивление теплопередаче ворот и дверей определяется по формуле:

                                                                        (30)

6.11. Расчетная толщина любого наружного ограждения или его теплоизолирующего слоя б_СК принимается по таблице В.1 (приложение В).

6.12. Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих строительных конструкций животноводческих помещений принимается в соответствии с [17], равным 23 Вт/м²∙°С.

6.13. Коэффициенты теплоотдачи внутренних поверхностей строительных ограждающих конструкций а_в а_в определяются как сумма конвективной и лучистой составляющих теплообмена животных с ограждающими конструкциями:

                                                    (31)

6.14. Конвективная составляющая теплообмена определяется в соответствии с [14] для определенного вида наружного ограждения по формулам:

, где В_СТ = 1,66                                     (32)

, где В_ПОК =2,16                          (33)

где В_СТ, _ПОК - множитель пропорциональности.

6.15. Лучистая составляющая теплообмена определяется в соответствии с [14] по формуле:

    (34)

где ξ_Ж - степень черноты поверхности тела животных, принимается равной 0,95;

ξ_СТ.ПОК - степень черноты внутренней поверхности строительных конструкций принимается в соответствии с материалом конструкций по таблице В.2 (приложение В);

С_О - коэффициент излучения абсолютно черного тела принимается разным 5,75 Вт/м².°С;

К_ЗАТ - коэффициент затенения строительных конструкций при лучистом теплообмене животных, принимается в соответствии с [20] равным для покрытий - 0,7; для стен - 0,75;

 - температура тела животного и радиационная составляющая, определяется в зависимости от вида животных и внутренней температуры по таблице В.3 (приложение В);

φ_СТ.ПОК - коэффициент взаимной облученности ограждений животноводческих зданий принимается по таблице В.4 (приложение В).

6.16. Коэффициент поглощения лучистой составляющей теплообмена многоатомными газами k_ПОГЛ определяется в соответствии с [15]:

- для телят и поросят-отъемышей (с массой до 80 кг):

k_ПОГЛ - 1,024 - 0,33φ_В                                                           (35)

- для молодняка крупного рогатого скота до 6-мес. возраста и свиней на откорме (с массой от 80 до 130 кг):

k_ПОГЛ = 1,012 - 0,28φ_В                                                           (36)

- для взрослого поголовья крупного рогатого скота (с массой больше 130 кг):

k_ПОГЛ = 1,012 - 0,22φ_В                                                           (37)

6.17. Поверхность тела животного, участвующего в лучистом теплообмене, определяется в соответствии с [15] по формуле:

                                                                     (38)

где ψ_Ж - множитель пропорциональности, принимается равным:

- для взрослого поголовья крупного рогатого скота - 0,105;

- для телят до 6-мес. возраста - 0,09;

- для свиней - 0,092.

6.18. Площади стен и покрытия, приходящиеся на одно животное, определяются соответственно:

                                              (39)

6.19. Капитальные затраты на систему теплоснабжения и вентиляции определяются в зависимости от принятого вида энергоносителя, теплофикационного, электротермического и теплоутилизационного оборудования по формуле:

 

                                                                           (40)

где η_ТС - коэффициент увеличения мощности теплофикационного оборудования с учетом потерь теплоты в теплосетях, принимается в соответствии с [21] равным 1,15;

η_ЭС - коэффициент увеличения мощности электротеплогенерирующего оборудования, с учетом потерь в электросетях, принимается в соответствии с [21] равным 1,02 - 1,05;

к_ГТС, к_ЭТС - коэффициенты, определяющие принятый источник теплоснабжения, - топливо или электроэнергию, принимаются равными 1 или 0.

6.20. Эксплуатационные расходы на тепловентиляционную систему теплоснабжения определяются по формуле:

                      (41)

6.21. Затраты на тепловую энергию Т по обеспечению требуемых параметров микроклимата, полученные от топливной котельной или за счет электроэнергии, рассчитывают в каждом конкретном случае в зависимости от:

- стоимости топлива (угля, газа);

- грузоподъемности автотранспорта;

- стоимости перевозки, транспортировки и хранения топлива;

- теплоты сгорания конкретного топлива (таблица Г.1, приложение Г);

- среднегодового коэффициента полезного действия генераторов топлива (таблица Г.2, приложение Г);

- затрат на передачу электроэнергии по сельским электрическим сетям при различных типах трансформаторных подстанций;

- затрат на передачу электроэнергии для размещения ЛЭП.

6.22. Продолжительность отопительного периода для расчетного помещения определится по формуле:

при t_HJ = t_OT, t_OT - 1,…t_min                 (42)

где Z_HJ  - определяется по [19].

6.23. Температура, при которой начинает работать система теплоснабжения помещения с утилизацией теплоты выбросного воздуха, определяется из уравнения тепловоздушного баланса по формуле:

                             (43)

где A_VT - определяется по паспортным данным (таблица Б.4, приложение Б) или результатам исследований, Вт/°С.

6.24. При расчете затрат на тепловую энергию дополнительная потребность в теплоте Q_ДОП определяется при средней расчетной температуре наружного воздуха за отопительный период , значение которой определяется по формуле:

при t_HJ = t_OT, t_OT-1,…t_min                    (44)

6.25. Затраты на электроэнергию, потребную для электроприводов вентиляционного оборудования, определяются по формуле:

                                              (45)

6.26. К проектированию принимается оптимальный вариант объемно-планировочного и конструктивного решения здания с соответствующим тепловентиляционным оборудованием с утилизацией теплоты выбросного воздуха, определяемый методом сравнения рассматриваемых вариантов, как разница затрат по методике [6].

6.27 В таблице Г.3 - Г.5 (приложение Г) приведены технические характеристики теплогенераторов и калориферов.

6.28. В приложении Д приведен пример расчета и выбора СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха для коровника на 200 коров.

Приложение А
(рекомендуемое)
Количество влаги, испаряющийся с открытых водных и смоченных поверхностей

А.1. Количество влаги, испаряющейся с открытых водных и смоченных поверхностей, приведено на рисунках А.1 - А.3.

Рисунок А.1 - График зависимости испарения влаги с открытых водных поверхностей и поверхностей поилок

Рисунок А.2 - График зависимости удельных влагоотделений при испарении влаги с поверхности навозных каналов

(содержание животных - на решетчатых полах) от температуры

воздуха в помещениях при скорости движения воздуха

V ≤ 0,2м/с и V > 0,2 м/с

Рисунок А.3 - График зависимости удельных влаговыделении от температуры воздуха в помещении при испарении влаги со смоченных поверхностей пола

Приложение Б
(рекомендуемое)
Технические характеристики теплоутилизаторов

Б.1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО КОМПЛЕКТА ОБОРУДОВАНИЯ НА БАЗЕ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Б.1.1. Назначение и комплектность

Б.1.1.1. Комплект предназначен для систем обеспечения микроклимата в животноводческих и птицеводческих зданиях с высокими технологическими требованиями к поддержанию нормативных параметров микроклимата (родильного отделения, профилактория, телятника для подсосных поросят, для поросят-отъемышей, инкубатория и т.д.).

Б.1.1.2. Энергосберегающий комплект оборудования для микроклимата состоит из теплоутилизатора жесткой конструкции на полимерной основе с двумя осевыми вентиляторами и воздухораспределителями, электрокалорифера (или автономной электрокалориферной установки, работающей на рециркуляционном воздухе) и тиристорного устройства управления.

Б.1.2. Функциональная схема работы

Б.1.2.1. Отработанный воздух с температурой 12 - 15°С и влажностью 65 - 80% забирается через всасывающие отверстия с помощью вытяжного вентилятора и охлажденный и осушенный в процессе теплообмена выбрасывается на улицу.

Б.1.2.2. Наружный воздух забирается через приточное отверстие и, подогретый в процессе теплообмена, подается в помещение приточным вентилятором.

Б.1.2.3. Теплообмен между внутренним и наружным воздухом происходит через пленочные теплообменные поверхности, устраиваемые в виде герметичных разделенных каналов.

Б.1.2.4. В процессе теплообмена происходит активная конденсация влаги на поверхности пленки со стороны внутреннего воздуха. Образовавшийся конденсат за счет постоянной вибрации пленки стекает в поддон и через штуцер в корпусе удаляется в канализацию. Таким образом, происходит интенсивная самоочистка теплообменных поверхностей.

Б.1.2.5. При снижении температуры воздуха в животноводческом помещении ниже заданного значения по сигналу от датчика температуры цифрового регулятора тиристорное устройство управления включает электрокалорифер (или автономную электрокалориферную установку).

Б.1.2.6. Тиристорное устройство обеспечивает плавное регулирование:

- воздухопроизводительности вентиляторов от 100% до 50% при изменении наружной температуры от минус 40°С до 31 минус 10°С;

- теплопроизводительности электрокалорифера (или электрокалориферной установки) от 0 до 100% при изменении температуры воздуха в телятнике.

Тиристорное устройство управления монтируется на стене вне технологического помещения.

Предусматривается также возможность работы теплоутилизационных установок и в рециркуляционном режиме. При этом режиме отверстие для выброса воздуха устраивается в верхней крышке теплоутилизатора, а конструкция распределительного устройства предусматривает возможность разделения потоков выбросного воздуха (на улицу и возврат в помещение).

Тиристорное устройство в режиме рециркуляции регулирует воздухопроизводительность только приточного вентилятора.

Тиристорное устройство предусматривает отключение теплоутилизационных установок при снижении температуры воздуха ниже заданной.

Б.1.3 Техническая характеристика

Б.1.3.1. Техническая характеристика комплекта оборудования приведена в таблице Б.1.

Таблица Б.1

Б.2. УСТАНОВКИ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ ТИПА ТВУ И ТУ-1

Б.2.1. Назначение и комплектность

6.2.1.1. Установки предназначены для автоматического поддержания температуры и обеспечения воздухообмена в животноводческих, а также других производственных помещениях.

6.2.1.2. В состав установок входят:

- модуль теплообменный;

- блок приточного вентилятора;

- блок вытяжного вентилятора;

- теплообменник;

- вентилятор вытяжной;

- вентилятор приточный;

- жалюзи рециркуляционные;

- блок ТЭНов;

- шкаф управления.

Б.2.2. Функциональная схема работы

Б.2.2.1. Воздух, удаляемый из помещения, проходит через теплообменник-утилизатор, где отдает свое тепло, нагревая свежий приточный воздух, который затем дополнительно нагревается в электро- или водяном калорифере и подается в помещение.

Б.2.2.2. Регулирование обеспечивается за счет перераспределения свежего и предварительно осушенного в теплообменнике рециркуляционного воздуха через обводной канал.

Б.2.2.3. Общее количество воздуха, циркулирующего в помещении, при этом не изменяется, не образуются застойные зоны, повышается равномерность распределения температур в помещении.

Б.2.3. Техническая характеристика

Б.2.3.1. Техническая характеристика установок ТВУ и ТУ-1 приведена в таблице Б.2.

Таблица Б.2

Б.3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ УТФ-12

Б.3.1. Назначение и комплектность

Б.3.1.1. Предназначена для вентиляции животноводческих и птицеводческих помещений с утилизацией теплоты выбросного воздуха.

Б.3.1.2. Установка состоит из теплообменника на тепловых трубах, разделенного на две части:

- конденсационную - в потоке приточного (наружного) воздуха;

- испарительную - в канале удаляемого (внутреннего) воздуха.

Тепловые трубы герметичные алюминиевые, заправленные фреоном 12.

Б.3.1.3. В состав установки входят:

- два осевые вентилятора (приточный и вытяжной);

- воздушный фильтр, состоящий из каркаса и фильтрующих пластин из ткани или поролона;

- обводной канал с заслонками и приводом;

- жалюзи от обмерзания;

- теплообменник с приводом;

- дополнительный блок подогрева;

- шкаф управления с электрооборудованием для автоматического и ручного управления.

Б.3.1.4. Электрическая схема обеспечивает:

- автоматическое и ручное управление установкой;

- защиту электродвигателей от токов коротких замыканий и перегрузок;

- защиту силовых цепей и цепей управления от токов коротких замыканий;

-защиту теплообменника-утилизатора от обмерзания без отключений подачи воздуха;

- защиту калориферов (водяных) от замораживания;

- сигнализацию нормальных и аварийных режимов работы.

Б.3.2. Функциональная схема работы

Б.3.2.1. Приточный воздух, нагнетаемый осевым приточным вентилятором, проходит через верхнюю секцию теплообменника, подогревается за счет тепла конденсации паров фреона и подается в помещение.

Б.3.2.2. Регулирование тепловой мощности теплообменника осуществляется изменением количества воздуха, проходящего через теплообменник.

Изменение подачи воздуха в сторону уменьшения от номинальной осуществляется за счет изменения частоты вращения вентиляторов в диапазоне 1:1,5.

Увеличение подачи воздуха (только по притоку) и одновременно уменьшение тепловой мощности достигается открытием обводного канала. В этом случае воздух проходит, минуя теплообменник.

Б.3.2.3. При достаточно низких отрицательных температурах наружного воздуха (при обмерзании теплообменника по сигналу датчика температуры в вытяжном канале) закрываются жалюзи в приточном канале и одновременно открывается часть лопаток в обводном канале.

В этом случае количество приточного воздуха через теплообменник уменьшается.

При этом уменьшается и теплосъем с тепловых труб, а температура удаляемого воздуха за теплообменником повышается, и трубы размораживаются.

Б.3.2.4. При снижении внутренней температуры в помещении ниже установленного предела по сигналу от датчика температуры внутреннего воздуха обеспечивается дополнительный подогрев приточного воздуха за счет работы водяных или электрических калориферов.

Б.3.3. Техническая характеристика

Б.3.3.1. Техническая характеристика установки приведена в таблице Б.3.

Таблица Б.3

 

Б.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРОВ

Б.4.1 Технико-экономическая характеристика теплоутилизаторов приведена в таблице Б.4.

Таблица Б.4

 

Приложение В
(рекомендуемое)
Технические характеристики строительных конструкций

В.1. Технические характеристики строительных конструкций приведены в таблицах В.1 - В.4.

Таблица В.1

Теплотехническая характеристика ограждающих конструкций и теплоизоляционного слоя

Таблица В. 2

Степень черноты внутренней поверхности строительных конструкций

Таблица В.3

Радиационная составляющая температуры в зависимости от вида и температуры тела животных и температуры внутреннего воздуха

Таблица В.4

Значение коэффициента взаимной облученности ограждений животноводческих зданий

Приложение Г
(рекомендуемое)
Технические характеристики топлива, теплогенераторов и калориферов

Г.1. Технические характеристики топлива, теплогенераторов и калориферов приведены в таблицах Г.1 - Г.5.

Таблица Г.1

Характеристика основных видов твердого, жидкого и газообразного топлива

Таблица Г.2

Значение среднегодового коэффициента полезного действия генераторов тепла

Таблица Г.3

Технические характеристики топливных теплогенерирующих установок

Таблица Г.4

Технические характеристики калориферных установок (водяных) в системах вентиляции животноводческих помещений

Таблица Г.5

Технические характеристики электрокалориферных установок и другого электротермического оборудования

Приложение Д
(рекомендуемое)
Пример расчета и выбора системы обеспечения микроклимата для помещения коровника с утилизацией теплоты выбросного воздуха

Д.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Район строительства - Московская обл.

Вместимость - 200 гол.

Вес - 500 кг.

Уровень лактации - 25 л.

Содержание - привязное без подстилки.

Удаление навоза - скреперными установками.

Поение - из индивидуальных автоматических поилок.

Здание одноэтажное, бесчердачное, с совмещенной кровлей, прямоугольной формы размером в плане 21×78 м.

С двух сторон здания размещены подсобные помещения и по 2 тамбура с двойными воротами. Количество ворот - 4, размер 3×3 м². Окна сплошные, в деревянном переплете. Площадь окон - (1,2×1,2)×109 = 156 м².

Площадь покрытия технологического помещения - 21×69 = 1450 м².

Площадь продольных стен за вычетом площади окон - (69×3,3)×2 - 156 = 300 м².

Площадь торцевых стен - (21×4,8)×2 - 36 = 166 м².

Площадь двухметровой зоны пола - 280 м².

Площадь смоченной поверхности пола - 279 м².

Площадь открытой водной поверхности поилок - 3,94 м².

Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха:

- температура воздуха наиболее холодных суток - минус 40°С;

- температура воздуха наиболее холодной пятидневки - минус 25°С;

- относительная влажность наружного воздуха - 82 %;

- расчетная температура внутреннего воздуха - 10°С;

- относительная влажность внутреннего воздуха - 75°С;

-максимально допустимая относительная влажность внутреннего воздуха - 85%.

Д.2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Расчет начинается с определения требуемых минимальных значений сопротивлений теплопередаче стен и покрытий. В соответствии с формулами (24 и 25) определяем:

- для стен:                       

- для покрытий:              

Температура точки росы t_Р определяется по J-d диаграмме.

При t_B = 10°С и φ_В = 75 %, t_P = 6,0°С.

По формулам (29-31) определяются значения

где ξ_СТ = 0,94;

ξ_ПОК - 0,63;

В_Р= 0,995 и t = 28,9°С          при t_B = 10°С;

К_ПОГЛ = (1,012 - 0,22φ_В) - для взрослого поголовья крупного рогатого скота, где φ_В - в долях единицы;

φ_СТ = 0,13; φ_ПОК = 0,37 - для крупного рогатого скота при ширине здания 21 м;

f_Ж = 0,105 -  крупного рогатого окота весом 500 кг.

Зная  определим требуемые минимальные значения

По формуле (23) определяем требуемое термическое сопротивление конструкции стены:

где 0 - указывает на отсутствие фактурного слоя.

Стены принимаются из керамического кирпича по таблице В.1 (приложение В).

δ = 0,72; R_CT =1,29 м²∙°С/Вт

Требуемое термическое сопротивление утепляющего слоя совмещенного покрытия составит:

где 0,252 м²∙°С/Вт - суммарное термическое сопротивление воздушной прослойки рулонного покрытия и плиты перекрытия.

По таблице В.1 (приложение В) в качестве утеплителя выбираем полужесткие минераловатные покрытия на битумном связующем со следующими характеристиками: δ = 0,1 м; R_ПОК - 2,17 м²∙°С/Вт.

Фактическое сопротивление теплопередаче конструкций, принимаемых к строительству, будет следующим;

Сопротивление теплопередаче двойных окон в деревянном переплете: R_0K = 0,34 м²∙°С/Вт.

Сопротивление теплопередаче ворот: R_B = 0,6×1,44 = 0,864 м²∙°С/Вт.

Сопротивление теплопередаче двухметровой зоны пола:

R_ПОЛ = 2,1 + 0,7 =2,8 м²∙°С/Вт.

где 0,7 м²∙°С/Вт - сопротивление теплопередаче утепляющей керамзитовой подсыпки.

Зная все геометрические, теплотехнические и климатические параметры, просчитываем теплопотери через ограждающие конструкции по формуле (2):

Теплопотери на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей пола определяются по формуле (3):

Q_И = 0,68 (13×279 + 75×3,44) = 0,68×3923 = 2670 Вт

где 13 г/ч∙м² - количество влаги, испаряющейся с 1 м² поверхности смоченного пола, определяется по рисунку А.3 (приложение А).

75 г/ч∙м² - количество влаги, испаряющейся с поверхности поилок, определяется по рисунку А.1 (приложение А).

Теплопотери с вентиляционным воздухом определим по формулам (7 - 10), для чего рассчитаем требуемое количество приточного воздуха и в соответствии с формулой (8) подберем тип и количество утилизаторов.

где ω_Ж = 455 г/ч - количество влаги, выделяемое одним животным;

d_B = 5,9 г/кг сухого воздуха - влагосодержание воздуха при t_B= 10°С и φ_В = 75%;

d_H = 0,33 г/кг сухого воздуха - влагосодержание наружного воздуха при температуре минус 25°С и φ = 82 %.

К установке принимаем утилизаторы на полимерной основе со следующими характеристиками:

Q_УT = 3600 кг/ч, q_УТ = 15 кВт, N_УСT = 0,74 кВт.

Требуемое минимальное количество утилизаторов для холодного периода:

В связи с тем, что Z_УT =3600, < 4000кг/ч, к установке принимается 5 утилизаторов. Тогда фактическое количество приточного воздуха будет равно: G_ВP = 3600×5 = 18000 кг/ч.

Фактический тепловозврат от утилизаторов определяется по формуле (13):

Q_УТ = 5×503(10+ 25) = 88025 Вт,

где А_УТ = 503 Вт/°С определятся по таблице Б.4 (приложение Б).

Теплопотери с приточным воздухом составят:

Q_В = 0,278×1×18000 (10 + 25) - 88025 = 175140 - 88025 = 87115 Вт,

где коэффициент инфильтрации К_ИНФ принимается равный 1.

Свободные тепловыделения животных составят:

 =200×686×1,156= 158633 Вт.

Определяем потребность в дополнительном количестве теплоты по формуле (1):

Q_ДОП = 158633 - 49585 - 2670 - 87115 = +19263 Вт (избыток).

Таким образом, принятое теплоутилизационное оборудование и строительные конструкции здания коровника обеспечивают поддержание нормируемых параметров микроклимата без дополнительного подогрева приточного воздуха.

Далее необходимо уточнить, до какой температуры t_H наружного воздуха можно использовать вентиляционное оборудование теплоутилизаторов, т.е. до какой t_H будет достаточен расчетный воздухообмен G_вр - 18000 кг/ч. При этом температура внутреннего воздуха может повышаться до 15°С, а влажность может колебаться в пределах ± 5 %, т.е. φ_В ≤ 75 % ± 5 %.

При:

t_H = минус 10°С и            φ_Н = 80 %                   d_H = 1,40 г/кг

t_H = минус 5°С                 φ_Н = 80 %                   d_H = 2,00 г/кг

t_H = 0°С                             φ_Н = 80 %                   d_H = 3,15 г/кг

t_H= 15°С                            φ_Н = 75 %                   d_H = 8,15 г/кг

Тогда требуемый воздухообмен составит: 94920 × 424

где 1,24 - коэффициент увеличения влагопоступлений при t_В = 15°С. Увеличение влагосодержания при G_BР - 18000 кг/ч составит:

т.е. при t_H = минус 5°С и G_TP = 18000 кг/ч относительная влажность в помещении повысится до 78% при t_B =