МЕТОДИКА РАСЧЁТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА В ПОМЕЩЕНИЯХ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦЫ

Оптимальный температурно-влажностный режим в животноводческих помещениях зависит от теплового баланса данного помещения.

Правильно рассчитанный тепловой баланс помещения позволяет создать необходимый температурно-влажностный режим и поддерживать его на определённом уровне.

Тепловой баланс определяется приходом (поступлением) и расходом тепла в данном помещении.

Тепловой баланс положительный, если приход тепла больше его расхода, и отрицательный, когда расход тепла больше его прихода.

Животноводческие помещения подразделяются на:

- неотапливаемые, где температурно-влажностный режим поддерживается только за счёт тепла, выделяемого животными;

- отапливаемые, где температурно-влажностный режим поддерживается не только за счёт тепла, выделяемого животными, но и за счёт дополнительных источников тепла (отопление, совмещённое с вентиляцией, тепло от отопительных приборов и т.п.).

Приход тепла складывается из тепла, выделяемого животными; тепла, поступающего от отопительных систем (в зимний и переходный период года); тепла, поступающего от солнечной радиации (в основном, в летний период года).

Расход тепла- тепло, затрачиваемое на нагрев приточного вентиляционного воздуха; теплопотерь через ограждающие конструкции здания; тепла, затрачиваемого на испарение влаги с открытых водных поверхностей и смачиваемых поверхностей в помещении.

Тепловой баланс рассчитывается из условий холодного периода года по формулам:

- для неотапливаемых помещений

Q_{жив св} > Q_вент + Q _исп + ∑Q_огр (15)

ИЛИ

Q_{жив св} < Q_вент + Q_исп + Q_огр (15)

- для отапливаемых помещений

Q_{жив св} + Q_отоп = Q_вент + Q_исп + ∑Q_огр (16)

где:

- Q_{жив св} - свободное тепло, выделяемое животными, находящимися в помещении при данной температуре воздуха помещения, ккал/час;

- Q_вент - тепло, затрачиваемое на нагрев воздуха, поступающего в помещение, ккал/час;

- Q_исп - тепло, затрачиваемое на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей помещения, ккал/час;

- О_огр - потери тепла через ограждения здания, ккал/час;

- Q_отоп - тепло, поступающее в помещения от системы отопления, ккал/час.

Свободное тепло, выделяемое животными, равно:

Q_{жив св} = q_{жив св} ∙ n (17)

где:

- q_{жив св} - количество свободного тепла, выделяемое одним животным определённого пола, живой массы и продуктивности с учётом поправочного коэффициента в зависимости от внутренней температуры воздуха помещения (определяется по таблицам 24 и 25 приложения 3) ккал/час;

- n - количество животных, голов.

Тепло, затрачиваемое на нагрев воздуха, поступающего в помещения, определяется по формуле:

Q_вент = L ∙ (∆t) ∙ 0,31 (18)

где:

- L - часовой объём вентиляции, м³ (рассчитывается по формуле 1);

- ∆t - разница между температурой наружного воздуха и темпeратурой воздуха внутри помещения, °С;

- 0,31 - теплоёмкость воздуха (средний коэффициент затраты тепла на подогревание 1 м³ приточного воздуха на 1°С за 1 час).

- Q_исп - тепло, затрачиваемое на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей помещения.

Количество влаги, испаряющейся с пола, стен, потолка, кормушек, поилок и пр., принято определять в процентах к количеству влаги, выделяемой животными, находящимися в данном помещении. Для расчёта теплового баланса находим процентную надбавку на поступление влаги, испаряющейся со смоченных поверхностей, к общему количеству влаги, выделяемой животными в холодный период года.

Q_исп рассчитывается по формуле 10.

Потери тепла через ограждения здания (Qогр), рассчитываются по формуле 9.

Для удобства расчётов все теплопотери через ограждения сводятся в таблицу 1.

При подсчёте теплопотерь через вертикальные ограждения (стены, окна, ворота, двери) следует ввести поправочный коэффициент 1,13, учитывающий инфильтрацию (8%) и воздействие ветра (5 %) через вертикальные ограждения.

Таким образом, потери тепла через ограждения ∑Q_огр примут, следующий вид:

∑Q_огр = 1,13 ∙ (Q_стен +Q_окон + Q_ворот + Q_дверей ) +Q_{покрытий} + Q_пола (19)

Тепло, поступающее в помещение от системы отопления, определяется по технической характеристике применяемой системы или по техническим характеристикам отопительного оборудования.

При расчёте теплового баланса неотапливаемого помещения необходимо определить температуру воздуха при найденном тепловом балансе, т.е. определить температуру воздуха помещения, когда расход тепла будет равен его приходу, т.е. определить ∆t нулевого баланса, которая рассчитывается по формуле:

Q_{жив св} – Q_исп

∆t = −−−−−−−−−−−−−−−−− (20)

(L ∙ 0,31) + (∑K ∙ S)

где:

- Q_{жив св} - определяется по формуле 17;

- Q_иcп - определяется по формуле 10;

- L - часовой объём вентиляции, м³;

- ∑ К ∙ S - определяется по формуле 19.

Определённая таким образом ∆t представляет собой разность между температурой воздуха в помещении и температурой наружного воздуха при данных условиях (сложившийся тепловой баланс)

Вычитая из полученной величины температуру наружного воздуха получаем расчётную температуру воздуха помещения. Сравнивая полученный результат с нормативной температурой для данной половозрастной группы животных, приведённой в нормах технологического проектирования, делается заключение о соответствии микроклимата в проектируемом помещении гигиеническим требованиям и обосновываются мероприятия по его нормализации (при t_вн ниже нормативных значений необходимо предусматривать отопление, при t_нар выше нормативных значений следует предусматривать дополнительную вентиляцию).

РАСЧЁТ ДЕФИЦИТА ТЕПЛА

Если количество тепла, которое теряется из помещения, будет превышать количество поступающего тепла (в холодное время года в большинстве зон страны), то в помещении создаётся дефицит тепла, не позволяющий обеспечивать требуемые (нормативные) параметры микроклимата.

Дефицит тепла (Д_Т ) рассчитывается по формуле:

Д_Т = [(Q_{жив св} - Q_исп)] – [( L ∙ 0.31 + ∑ K ∙ S) ∙∆t], (21)

- Q_{жив св} - свободное тепло, выделяемое животными, находящимися в помещении, при данной температуре воздуха помещения, (ккал/час), рассчитывается по формуле 17;

- Q_исп - тепло, затрачиваемое на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей помещения, ккал/час, рассчитывается по формуле 10;

- L - часовой объём вентиляции (м3), рассчитывается по формуле 1;

- 0,31 - теплоёмкость воздуха (средний коэффициент затраты тепла на подогревание 1 м3 приточного воздуха на 1°С за 1 час);

- ∑ K∙S - берётся из таблицы 1, итоговая сумма графы 4;

- ∆t - разница между температурой наружного воздуха в холодный период и температурой воздуха (норматив по НТП см. таблицу 1 приложения 3) внутри помещения, °С.

Рассчитав дефицит тепла, можно рассчитать мощность и количество отопительных агрегатов.

Пример: При расчёте теплового баланса помещения для содержания животных (например, коровника на 200 коров)выявлен дефицит тепла в размере 51600 ккал/час

При расчёте мощности электрокалорифера исходят из положения, что 1 кВт электроэнергии при его использовании даёт возможность получить 860 ккал тепла. В нашем случае для возмещения дефицита тепла в размере 51600 ккал требуется: 51600 : 860 = бОкВт/ч. Промышленность выпускает электрокалориферы мощностью 60 кВт/ч. Таким образом, поставив в систему приточной вентиляции 1 электрокалорифер мощностью 60 кВт/ч, мы перекрыли дефицит тепла.

В случае, если хозяйство не имеет возможности получить дополнительные электрические мощности, дефицит тепла можно перекрыть путём применения теплогенераторов, работающих на дизельном топливе. Теплотворная способность 1 кг дизельного топлива составляет 12000 ккал.

Таким образом, для покрытия имеющегося дефицита тепла нам необходимо затратить: 51600 : 12000 = 4,3 кг/час дизельного топлива, сжигая его в теплогенераторе.