Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Исходные данные

Из приложения Г [1] выписываем расчетные параметры наружного воздуха (см. таблицу 1).

Таблица 1 Расчетные параметры наружного воздуха

Область	tн1,	Холодный период	Теплый период
н.о.,	,	,	,
Могилёвская	-29	-25	-24,5	21,6

Для переходных условий принимаем расчетную температуру наружного воздуха _н = 8 и энтальпию h=22,5 кДж/кг [1].

В таблицу 2 выписываем расчетные параметры внутреннего воздуха[2].

Таблица 2 Расчетные параметры внутреннего воздуха

Наименование помещения	Период года	Параметры воздуха
,	φВ, %	ПДК СО2, ,
стойловое	холодный			2,5
переходный		40-75	2,5
теплый	26,6	40-75	2,5

Из таблицы 10.5 [2] выписываем выделения вредностей животными

(см. таблицу 3).

Таблица 3 Выделения вредностей

Группа животных	Живая масса, кг	Тепловой поток тепловыделений,	Влаговыделения,	Выделения СО2,
полных	явных
коровы при уровне лактации 20 л/сут

Из таблицы 10.7 [2] выписываем температурные коэффициенты

(см. таблицу 4).

Таблица 4 Температурные коэффициенты

Периоды года	Температура ,	Температурные коэффициенты
тепловыделений	выделений	влаговыделений
полных	явных
холодный
переходный			0,9	1,1	1,26
теплый	26,6	1,06	0,66	1,43	2,1

По таблице 4.2 [4] – принимаем условия эксплуатации ограждающих конструкций.

Помещение влажное. Условия эксплуатации ограждающей конструкции – Б.

Для принятых условий эксплуатаций выписываем из таблицы 1.12 [2] теплотехнические характеристики строительных материалов при условиях эксплуатации Б (см. таблицу 5).

Таблица 5 Теплотехнические характеристики материалов

Наименование материала	,	Коэффициент
теплопроводности,	теплоусвоения,
Керамический пустотный кирпич		0,52	6,62
Минераловатная плита		0,06	0,48
Внутренняя штукатурка		0,81	9,76
Цементная стяжка		0,93	11,09
Аглопоритобетон		0,44	6,14
Керамзитовый гравий		0,12	1,30
Рубероид		0,17	3,53
Пеносиликат		0,13	1,95
Плита железобетонная		2,04	16,96
Сосновые доски		0,18	4,54

Расчёт тепловоздушного режима и воздухообмена помещения

Холодный период года

Определяем влаговыделения животными, кг/ч

, (3.1)

где - температурный коэффициент влаговыделений (таблица 4);

- влаговыделения одним животным (таблица 3), г/ч;

- число голов, шт.;

кг/ч.

Рассчитываем дополнительные влаговыделения в помещении, кг/ч

. (3.2)

кг/ч.

Находим влаговыделения в помещении, кг/ч

. (3.3)

кг/ч.

Рассчитываем выделения углекислого газа животными, л/ч

, (3.4)

где - температурный коэффициент выделений углекислого газа и полных тепловыделений (таблица 4);

- количество углекислого газа, выделенного одним животным (таблица 3), л/ч;

л/ч.

Находим тепловой поток полных тепловыделений животными, кВт

, (3.5)

где - тепловой поток полных тепловыделений одним животным (таблица 3), Вт;

кВт.

Рассчитываем тепловой поток теплоизбытков, кВт

. (3.6)

кВт.

Определяем угловой коэффициент, кДж/кг

. (3.7)

кДж/кг.

Находим расход вентиляционного воздуха по избыткам влаги (водяного пара), м³/ч

, (3.8)

где - плотность воздуха, кг/м³, (принимаем [2]);

d_в и d_н - влагосодержания внутреннего и наружного воздуха, г/кг.

Значение d_в определяем по диаграмме влажного воздуха (рисунок 1.1 [2]) при расчетных значениях t_в и φ_в.

Значение d_н определяем по диаграмме влажного воздуха при расчетных значениях t_н.о и h_н (таблица 1).

Определяем расход вентиляционного воздуха по количеству углекислого газа, м³/ч

, (3.9)

где - ПДК - предельно допустимая концентрация углекислого газа в помещении (таблица 2), л/м³;

- концентрация углекислого газа в наружном воздухе, л/м³(принимаем С_в=0,3 л/м³ [2]).

Находим расход вентиляционного воздуха по норме минимального воздухообмена, м³/ч

, (3.10)

где - норма минимального воздухообмена на 1ц живой массы, м³/ч, (таблица 10.11 [2]);

В качестве расчетного воздухообмена принимаем максимальное значение из трех

Переходные условия года

Определяем влаговыделения животными по формуле (3.1), кг/ч

кг/ч.

Рассчитываем дополнительные влаговыделения в помещении по формуле (3.2), кг/ч

кг/ч.

Находим влаговыделения в помещении по формуле (3.3), кг/ч

кг/ч.

Находим тепловой поток полных тепловыделений животными по формуле (3.5), кВт

кВт.

Определяем тепловой поток теплопотерь через ограждающие конструкции для переходных условий года, кВт

, (3.11)

и - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха для переходных условий года, .

кВт.

Рассчитываем тепловой поток теплоизбытков, кВт

. (3.12)

кВт.

Определяем угловой коэффициент , кДж/кг

кДж/кг.

Находим влагосодержание наружного воздуха (по hd-диаграмме) при _н = 8

и _н = 22,5 кДж/кг:

г/кг.

Рассчитываем влагосодержание внутреннего воздуха, г/кг

, (3.13)

где t_в и t_н - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в рассматриваемый период года, ;

г/кг.

Находим расход вентиляционного воздуха по избыткам влаги (водяного пара) по формуле (3,8), м³/ч

м³/ч.

В качестве расчета воздухообмена принимаем м³/ч.

Теплый период года

Определяем влаговыделения животными по формуле (3.1), кг/ч

кг/ч.

Рассчитываем дополнительные влаговыделения в помещении, кг/ч

кг/ч. (3.14)

Находим влаговыделения в помещении по формуле (3.3), кг/ч

кг/ч.

Рассчитываем тепловой поток полных тепловыделений животными по формуле (3.5), кВт

кВт.

Определяем тепловой поток теплопоступлений от солнечной радиации, кВт

, (3.14)

где - тепловой поток через перекрытие, кВт;

- тепловой поток через одну из наружных стен, через которую наблюдаются максимальные теплопоступления, кВт;

- тепловой поток через остекление в данной стене, кВт.

Находим тепловой поток через перекрытие, кВт

, (3.15)

где и - площадь и термическое сопротивление теплопередаче перекрытия (таблица 6);

- избыточная разность температур для перекрытия (принимаем [2]) .

кВт.

Определяем тепловой поток через одну из наружных стен, через которую наблюдаются максимальные теплопоступления, кВт

, (3.16)

где и - площадь и термическое сопротивление наружной стены

(таблица 6);

- избыточная разность температур для наружной стены (принимаем по таблице 3.13 [2] при географической широте 55^о), .

кВт.

Рассчитываем тепловой поток через остекление в стене, кВт

, (3.17)

где - коэффициент остекления (принимаем для остекления двойного в железных переплётах );

- поверхностная плотность теплового потока через остекление (принимаем по таблице 3.12 [2] при географической широте 55^о), Вт/м²;

- площадь остекления, м².

кВт.

кВт.

Определяем тепловой поток теплоизбытков, кВт

кВт.

Рассчитываем угловой коэффициент :

кДж/кг.

Определяем влагосодержание наружного воздуха (по hd-диаграмме) при и _н = 50 кДж/кг:

г/кг.

Рассчитываем влагосодержание внутреннего воздуха, г/кг

г/кг.

Определяем расход воздуха из условия одновременного удаления избыточной теплоты и влаги м³/ч

Находим расход вентиляционного воздуха по норме минимального воздухообмена по формуле (3.10) м³/ч

В качестве расчетного воздухообмена принимаем максимальное значение из двух

Результаты расчета сводим в таблицу 7.

Расчет и выбор калориферов

Определяем требуемую площадь живого сечения для прохода воздуха, м²

, (5.1)

где - массовая скорость воздуха, кг/(м²·c);

L – расход воздуха, м³/ч;

Принимаем кг/( м²·c).

м².

По требуемой площади живого сечения из таблицы технических характеристик 8.10[2] выбираем калорифер КВСБ-ПУЗ №7 со следующими техническими характеристиками:

- площадь поверхности нагрева м²;

- площадь живого сечения по воздуху м²;

- площадь живого сечения трубок м².

Принимаем число калориферов в одном ряду n₁=1.

Уточняем массовую скорость воздуха, кг/(м²·c)

.

Находим скорость воды в трубках калорифера, м/с

, (5.2)

где - удельная теплоемкость воды (принимаем кДж/(кг·К));

- плотность воды (принимаем кг/м³);

и - температуры горячей и обратной воды , .

м/с.

Предусматриваем последовательное подключение калориферов по воде.

В этом случае м/с.

Рассчитываемкоэффициент теплопередачи, Вт/( м²·К)

, (5.3)

где - эксперементальные числовые показатели принимаем взависимости от марки калориферов ( таблица 8.12 [2]).

.

Определяем требуемую площадь нагрева калориферной установки, м²

, (5.4)

где - средняя температура теплоносителя, ;

- средняя температура нагрева воздуха, .

;

.

м².

Находим число калориферов:

.

Принимаем n=1.

Определяем запас по поверхности нагрева:

.

Рассчитываем аэродинамическое сопротивление калориферов, Па

, (5.5)

где и - коэффициент и показатель степени, зависящие от конструкции калорифера (таблица 8.12);

Па.

Определяем аэродинамическое сопротивление калориферной установки, Па

, (5.6)

где - число рядов калорифера, шт.

шт.

Па.

Выбор приточного вентилятора

Подачу вентилятора определяем с учетом потерь воздуха в воздуховодах,

.

Требуемое полное давление вентилятора, Па

, (7.1)

где - суммарные потери давления в системе (смотреть таблицу 8), Па.

Па.

На сводном графике (рисунок 8.13 [2]) строим рабочую точку пересечения координат (подача-давление) и выбираем вентиляторный агрегат

Е 8.110-1, который включает в себя центробежный вентилятор В.Ц 4-75 №8 и электродвигатель 4А160S6 мощностью 11 кВт и частотой вращения

975 мин^-1.

Результаты расчета сводим в таблицу 9.

Энергосбережение

Одним из энергосберегающих мероприятий в отопительно-вентиляционной системе животноводческого помещения является утилизация теплоты вентиляционного воздуха.

в атмосферу 5

t_в t_в

1 3

t_{н 2}

Рисунок 3 – Схема энергосберегающей ОВС

1 – теплоутилизатор,

2 – калорифер,

3,5 – приточный и вытяжной воздуховоды,

4 – воздухораспределитель.

Анализ теплового баланса животноводческого помещения показывает, что в холодный период года 70-80% теплоты удаляется вместе с вытяжным воздухом. Для использования теплоты вытяжного воздуха применяются теплоутилизаторы. Удалённый из верхней зоны помещения воздух поступает в теплоутилизатор, куда одновременно подаётся холодный наружный воздух с наружной температурой (t_н). В результате теплообмена приточный воздух предварительно подогревается (t_п’). Догревается воздух до заданной температуры (t_п) происходящей в калорифере. Наличие теплоутилизатора обуславливает необходимость установки вытяжного вентилятора, при этом экономия тепловой энергии преобладает на незначительном расходе электрической энергии. Применение теплоутилизаторов в ОВС позволяет снизить теплопроизводительность теплокалориферной установки и сократить расходы теплоты на отопление и вентиляцию на 40-60%.

ЛИТЕРАТУРА

1.Отопление и вентиляция животноводческих зданий: методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 1- 74 06 05 «Энергетическое обеспечение сельского хозяйства» / БГАТУ, кафедра энергетики; сост. В.А. Коротинский, А.Г. Цубанов, И.А. Цубанов, С.И. Синица. — Минск, 2006. – 64с.

2.Справочник по теплоснабжению сельского хозяйства / Л.С. Герасимович [и др.]. – Минск: Ураджай, 1993. – 368с.:ил.

3.ТКП 45-2.04-43-2006 (02250) СНП. Строительная теплотехника.

Исходные данные

Из приложения Г [1] выписываем расчетные параметры наружного воздуха (см. таблицу 1).

Таблица 1 Расчетные параметры наружного воздуха

Область	tн1,	Холодный период	Теплый период
н.о.,	,	,	,
Могилёвская	-29	-25	-24,5	21,6

Для переходных условий принимаем расчетную температуру наружного воздуха _н = 8 и энтальпию h=22,5 кДж/кг [1].

В таблицу 2 выписываем расчетные параметры внутреннего воздуха[2].

Таблица 2 Расчетные параметры внутреннего воздуха

Наименование помещения	Период года	Параметры воздуха
,	φВ, %	ПДК СО2, ,
стойловое	холодный			2,5
переходный		40-75	2,5
теплый	26,6	40-75	2,5

Из таблицы 10.5 [2] выписываем выделения вредностей животными

(см. таблицу 3).

Таблица 3 Выделения вредностей

Группа животных	Живая масса, кг	Тепловой поток тепловыделений,	Влаговыделения,	Выделения СО2,
полных	явных
коровы при уровне лактации 20 л/сут

Из таблицы 10.7 [2] выписываем температурные коэффициенты

(см. таблицу 4).

Таблица 4 Температурные коэффициенты

Периоды года	Температура ,	Температурные коэффициенты
тепловыделений	выделений	влаговыделений
полных	явных
холодный
переходный			0,9	1,1	1,26
теплый	26,6	1,06	0,66	1,43	2,1

По таблице 4.2 [4] – принимаем условия эксплуатации ограждающих конструкций.

Помещение влажное. Условия эксплуатации ограждающей конструкции – Б.

Для принятых условий эксплуатаций выписываем из таблицы 1.12 [2] теплотехнические характеристики строительных материалов при условиях эксплуатации Б (см. таблицу 5).

Таблица 5 Теплотехнические характеристики материалов

Наименование материала	,	Коэффициент
теплопроводности,	теплоусвоения,
Керамический пустотный кирпич		0,52	6,62
Минераловатная плита		0,06	0,48
Внутренняя штукатурка		0,81	9,76
Цементная стяжка		0,93	11,09
Аглопоритобетон		0,44	6,14
Керамзитовый гравий		0,12	1,30
Рубероид		0,17	3,53
Пеносиликат		0,13	1,95
Плита железобетонная		2,04	16,96
Сосновые доски		0,18	4,54

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Сопротивление теплопередачи наружных стен, перекрытий, наружных дверей (ворот) [2],

, (2.1)

где - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограждения, ;

- толщина материала, м;

- коэффициент теплопроводности материала (принимаем по таблице 5),

R_в.п - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, ;

- коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждения (принимаем =23 [2]);

Для перекрытия и наружных дверей (ворот) принимаем =8,7 [2].

Для наружных стен значение принимаем в зависимости от заполнения животными 1м² пола, так как

· 200·600/1362,1=88,1 кг/м² >80кг/ м², то принимаем

=12 [2].

Определяем сопротивление теплопередачи для :

- наружных стен

,

- перекрытия

,

- двойных наружных дверей (ворот)

.

Рассчитываем сопротивление теплопередачи отдельных зон пола [2],

, (2.2)

где R_н.п.- термическое сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны не утепленного пола, .

Принимаем для первой зоны – 2,1 , для второй –4,3 , третьей – 8,6 , четвертой – 14,2 (стр. 39 [2]).

,

,

,

.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для наружных стен и перекрытий,

· , (2.3)

где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха (см. таблица 2), ;

t_н - расчетная температура воздуха в холодный период года, ;

Δt^н - нормативный температурный перепад между внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограждающей конструкции, ;

n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (принимаем n=1 [2]).

Значение t_н принимаем в зависимости от тепловой инерции

, (2.4)

где - расчетный коэффициент теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции (таблица 5),

Определяем значение тепловой инерции:

- наружных стен

,

- перекрытия

.

По рассчитанному значению D принимаем t_н для:

- наружных стен t_н = t_н.1 = -29 ;

- перекрытия t_н = t_н.1 = -29 .

По таблице 3.6 [2] принимаем для :

- наружных стен

- перекрытия

Температуру точки росы определим по приложению Е [1] при расчетных значениях и φ_в в холодный период года.

Принимаем = 5,8

Так как t_в-t_н.о= 10-(-29) >30 , то по таблице 3.7 [2] для остекления принимаем значение = 0,34 .

Значение для:

- наружных стен

,

- перекрытия

.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для двойных наружных дверей (ворот):

· .

Так как термическое сопротивление наружных дверей (ворот) больше нормируемого, то зона ограждающей конструкции соответствует санитарно-гигиеническим нормам.

Производим разбивку пола на зоны (рисунок 1).

Определяем площади зон пола, м²

А₁=66·2+66·2=264 м² ,

А₂=66·2+66·2+13·1+13·1=290 м²,

А₃=64·2+64·2+9·2+9·2=292 м²;

А₄=60·9=540 м².

Тепловой поток теплопотерь через ограждающую конструкцию, кВт

, (2.5)

где А - площадь ограждающей конструкции, м²;

- добавочные потери теплоты в долях от основных теплопотерь;

n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (принимаем n=1 [2]).

Расчет сводим в таблицу 6.