Теплоснабжение здания для откорма КРС на 300 голов

 

 

ИНПО

Кафедра теплотехники, гидравлики и энергообеспечения предприятий

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: Теплоснабжение здания для откорма КРС на 300 голов

 

 

Дисциплина: Теплотехника

 

Направление: _____________________________

 

 

 

 

Выполнил студент группы

21-А-13 КПЭТ

 

 

Проверил: Бабичева Е.Л

 

 

 

 

 

Москва 2014

 

Содержание

 

 

 

Исходное задание

 

Рис. 1. Здание для откорма КРС на 300 голов. 1 – навозный проход; 2 – решетчатый пол; 3 – стойло; 4 – кормовой проход; 5 – кормушка; 6 – вытяжная шахта; 7 – навозный канал;

 

Рис. 2.

 

№ Варианта	3
Наружные стены	шлакобетон (500 мм), штукатурка цементно-песчаная внутренняя (20 мм) и наружная (20 мм)
Полы	асфальт (25 мм), бетон (80 мм)
Перекрытие	пенобетонные плиты (130 мм), пароизоляция - слой рубероида (1.5 мм) на битумной мастике (4 мм), утеплитель - минераловатные плиты (60 мм), выравнивающий слой - сложный раствор (20 мм), сверху - рубероид (1.5 мм) на битумной мастике (4 мм)
Окна	0.6х0.8, одинарные, деревянный переплет
Двери	деревянные, одинарные 0.8х2
Ворота	деревянные, одинарные 2.4х2
Район строительства	Воронежская область
Скорость ветра, м/с	8
Масса животного, кг	400

 

Район строительства – Воронежская область. Продолжительность отопительного сезона 199 дней, tрн = -25 0С, φн = 83%.

Вместимость коровника – 300 голов. Средняя живая масса животных – 400 кг. Средний уровень лактации – 15 литров/сутки. Содержание привязное, без подстилки. Для здания откорма КРС: tр = 10 0С, tрмак = 8 0С, φн = 70%, v = 1,0 м/с.

Здание бесчердачное, одноэтажное, прямоугольной формы, размерами в плане 20 х 80 м; высота боковых стен – 3,3 м; высота до конька крыши – 3,7 м.

Стены несущие – из шлакобетона (δст = 0,5 м, λст = 0,64 Вт/м∙К), отштукатуренные с внутренней и наружной стороны δшт = 0,02 м, λшт_вн = 0,81 Вт/м∙К, λшт_нар = 0,93 Вт/м∙К.

Покрытие – пенобетонные плиты (δпок = 0,13 м, λпок = 0,41 Вт/м∙К).

Пароизоляция покрытия – слой рубероида (δруб = 0,0015 м, λруб = 0,17 Вт/м∙К) на битумной мастике (δмаст = 0,004 м, λмаст = 0,17 Вт/м∙К). Утеплитель покрытия – плиты минераловатные  (δпл = 0,06 м, λпл = 0,11 Вт/м∙К).

Выравнивающий слой – цементно-песочный раствор (δцп = 0,02 м, λпл = 0,93 Вт/м∙К). Сверху покрытие из рубероида (δруб = 0,0015 м, λруб = 0,17 Вт/м∙К), на битумной мастике (δбит = 0,004 м, λруб = 0,17 Вт/м∙К).

Полы – бетон на гравии (δбет = 0,08 м, λбет = 1,45 Вт/м∙К) и асфальт (δасф = 0,025 м, λасф = 0,76 Вт/м∙К).

На каждой из продольных стен расположено 58 окна (Кз = 5,8 Вт/(м2 К)), размером 0,8 х 0,6 м и 5 дверей размером 0,8 х 2 м (Кз = 4,64 Вт/(м2 К)), а на каждой из торцовых стен – по 2 ворот размером 2,4 х 2.

Уборка навоза – транспортерами. Поилки -  ПА-I.

 

 

1. Определение теплопоступлений и теплопотерь при расчете вентиляции.

 

Алгебраическую сумму теплопоступлений и теплопотерь в животноводческом помещении в зимний и летний периоды при расчете вентиляции находим соответственно по уравнениям /18/ и /19/. Определим составляющие этих уравнений.

Тепловыделения, согласно уравнению /11/, от животных составляют:

- в зимний период

Qобщж(в) = n ∙ qобщж ∙ βобщк ∙ а1 ∙  а2 = 300 ∙ 1085 ∙ 1 ∙ 1,0 ∙ 1,0 = 325,5 кВт,

где, значения qобщж, βобщк, а1, а2 определены, соответственно, по Приложениям 5, 7.

 

Теплопоступления от технологического оборудования определяем по уравнению:

Qто = Qэл = ΣNуст ∙ (1 – ηэл) ∙ η2  ∙ η3  ∙ η0 = 196 ∙ (1 – 0,75) ∙ 0,9 ∙ 0,7 ∙ 0,7 =

= 21,6 кВт,

Теплопоступления от осветительных приборов: Qосв можно не учитывать ввиду наличия в животноводческом помещении окон.

Теплопоступления от солнечной радиации рассчитываем по уравнению /12/.

Подсчитаем коэффициент теплопередачи покрытия:

Кпокр = = =

 = 0,90420561430362744527280554695261 ≈ 0,9

 

Теплопоступления Qраз составляют:

по данным типового проекта принято, что внутри помещения расположены электродвигатели суммарной мощностью 36 кВт.

Qраз = 3,6 ∙ Кпок ∙ К1 ∙ Fпок ∙ (Δt1 + Δt2) + Kост ∙ qост ∙ Fост =

= 3,6 ∙ 0,9 ∙ 1 ∙ 160 ∙ (-2 + 28,8) + 5,8 ∙ 508 ∙ 27,84 =

= 13893,12 + 82027,776 = 95920,896 кДж/ч = 96 кВт

где величины Кпок = 0,9, К1 = 1, Δt1 = -2, Δt2 = 28,8, Kост = 1,15,

qост = 460 + (51,67 – 45) ∙ (605 – 460) / (65 – 45) = 508,3575 ≈ 508,

где широта Воронежа: 51,67.

определены соответственно по Приложениям 9, 10.

Fпок = 20 ∙ 80 = 160 м2 – площадь покрытия,

Fост = 0,6 ∙ 0,8 ∙ 58 = 27,84 м2 – суммарная площадь окон,

Всего теплопоступлений в помещение:

в холодный период Qприк = 325,5 + 21,6 + 96 = 443,1 кВт,

 

По уравнению /4/ определяем теплопотери в зимний период:

Qпот = Qогр = Qст + Qпок + Qдв + Qок + Qпол

где Qст, Qпок, Qдв, Qок, Qпол – теплопотери, соответственно, через стены, покрытие, двери, окна, пол.

Коэффициент теплопередачи стен:

Кстен = = =

= 1,0155883637073017600896785751517 ≈ 1,02,

где значения δi, λi приняты по исходным данным, а αнар . αвн – согласно рекомендациям, приведенным в разделе 2.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха для зоны г. Воронежа, принимаемая по Приложению 2, составляет Трн = -25 0С = 248 К, температура внутреннего воздуха, согласно данным Приложения 1, может быть принята равной Твн = 10 0С = 283 К. Среднюю скорость ветра за январь для Воронежской области принимаем равной vв = 8 м/с, следовательно, коэффициент кв = 1,1.

Согласно Типовому проекту, при общей длине коровника 80 м, длина помещения для содержания КРС составляет 71 м. Примем, что продольные стороны здания ориентированы, соответственно: одна – на юг, другая – на север; торцовые стороны, следовательно, ориентированы на запад и  восток.

Площадь каждой из продольных стен с учетом размещения на них окон и дверей составляет:

Fюгст = Fсевст = 71 ∙ 3,3 - Fок - Fqв = 71 ∙ 3,3 – 58 ∙ 0,6 ∙ 0,8 – 5 ∙ 2 ∙ 0,8 =

= 198,46 м2,

Площадь каждой из торцовых стен:

Fзапст = Fвостст = 20 ∙ 3,3 + (20 ∙ (3,7 – 3,3))/ 2 – 2,4 ∙ 2 ∙ 2 = 60,4 м2,

Площадь покрытия равна сумме площадей двух скатов, обращенных соответственно продольным стенам на юг и север:

Fпок = Fюгскат + Fсевскот = 2 ∙ 71 ∙ =

= 1421,1355459631568866544425259908 = 1421 м2,

Коэффициент ψ = 1 для стен и покрытия; для торцовых стен, имеющих тамбуры, ψ = 0,75. Коэффициент Кссв для продольной стены, окон, дверей и ската крыши, обращенных на юг, равен 1,0; на север – 1,1; для торцовых стен Кссв = 1,05 пояснения к уравнению /4/.

Теплопотери через стены составляют:

Qсевст = 1,02 ∙ 198,46 (283 – 248) ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1,1 = 8572,87662 ≈ 8573 Вт,

Qюгст = 1,02 ∙ 198,46 (283 – 248) ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1 = 7793,5242 ≈ 7794 Вт,

Qзапст + Qвостст = 2 ∙ 1,02 ∙ 60,4 ∙ (283 – 248) ∙ 0,75 ∙ 1,1 ∙ 1,05 =

= 3735,7551 ≈ 3736 Вт,

 

Суммарные теплопотери через стены:

Qст =8573 + 7794 + 3736 = 20103 = 20,103 кВт.

 

Теплопотери через окна:

Qсевок = Кок ∙ Fок ∙ (Tвн – Tрн) ∙ ψ ∙ Rв ∙ Kвсв =

= 5,8 ∙58 ∙ 0,6 ∙ 0,8 ∙ (283 – 248) ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1,1 = 6838,3392 Вт = 6,84 кВт,

Qюгок = 5,8 ∙58 ∙ 0,6 ∙ 0,8 ∙ (283 – 248) ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1 = 6216,67 Вт = 6,22 кВт,

где Кок = 5,8 Вт/(м2 К) принят согласно Приложению 4.

Суммарные теплопотери через окна:

Qвн = 6,84 + 6,22 = 13,06 кВт,

 

Теплопотери через двери и ворота:

Qсевдв = 4,64 ∙ 0,8 ∙ 2 ∙ 3 ∙ (283 – 248) ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1,1 +

+ 4,64 ∙ 0,8 ∙ 2 ∙ 2 ∙ (283 – 248) ∙ 0,7 ∙ 1,1 ∙ 1,1 = 1383,38816 Вт = 1,38 кВт,

Qюгдв = 4,64 ∙ 0,8 ∙ 2 ∙ 3 ∙ (283 – 248) ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1,0 +

+ 4,64 ∙ 0,8 ∙ 2 ∙ 2 ∙ (283 – 248) ∙ 0,7 ∙ 1,1 ∙ 1,0 = 1257,6256 Вт = 1,26 кВт,

где К = 4,64 Вт/(м2 К) – взят на основе Приложения 4. В расчетах также принято, что две двери в продольной стене имеют тамбур /для них ψ = 0,7/, а две – нет ψ = 1.

Двери и ворота, расположенные в торцовой части, входят в тамбур, поэтому для них ψ = 0,7, следовательно, имеем:

Qзапдв = Qвостдв = 4,64 ∙ 2,4 ∙ 2 ∙ 4 ∙ (283 – 248) ∙ 0,7 ∙ 1,1 ∙ 1,05 =

= 2520,96768 Вт = 2,52 кВт,

Суммарные теплопотери через двери и ворота:

Qдв = 1,38 + 1,26 + 2,52 = 5,16 кВт,

Коэффициент теплопередачи покрытия Кпок и площадь покрытия Fпок определены выше. Теплопотери через покрытие составляют:

Qпок = Qсевпок + Qюгпок = Кпок ∙ Fсевпок ∙ (Tвн – Tрн) ψ ∙ Кв ∙ Ка +

+ Кпок ∙ Fюгпок ∙ (Tвн – Tрн) ψ ∙ Кв ∙ Кссв = 0,9 ∙1421 ∙ (283 –

- 248) ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1,1 + 0,9 ∙ 1421 ∙ (263 – 248) ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 1,0 =

= 54161,415 + 49237,65 = 103399,065 = 103,399 кВт,

Найдем теплопотери через пол. Поскольку по условию пол выполнен из бетона и асфальта, коэффициент теплопроводности которого равен λбет = 1,45 Вт/ (м∙К) и асфальта λасф = 0,76 Вт/м∙К, то его следует считать утепленным; т.к. утепленным считаются полы из материала с λ < 1,15 Вт/ (м∙К), что верно для асфальта.

Разбиваем всю площадь пола на четыре зоны шириной 2 м каждая, считая от наружных стен:

F1 = (80 – 4) ∙ 2 ∙ 2 + 20 ∙ 2 ∙ 2 = 384 м2,

F2 = (76 – 4) ∙ 2 ∙ 2 + (20 – 4) ∙ 2 ∙ 2 = 352 м2,

F3 = (72 – 4) ∙ 2 ∙ 2 + (16 – 4) ∙ 2 ∙ 2 = 320 м2,

F4 = 68 ∙ (12 – 4) = 544 м2,

Рис. 1. Схема разбивки поверхности пола.

 

Qпол = 3,6 ∙ ∙ [ ∙ (Tвн – Tрн) + ∙ (Tвн – Tрн) + ∙ (Tвн – Tрн) +

+ ∙ (Tвн – Tрн)] = 3,6 ∙ ∙ [384/2,15 ∙ 35 + 352/4,30 ∙ 35 +

+ 320/8,6 ∙ 35 + 544/14,2 ∙ 35] = 3,6 ∙ ∙ [6251 + 2865 + 1302 +

+ 1341] = 3,6 ∙ ∙ 11759 = 1392,51 = 1,393 кВт.

 

где термические сопротивления R1, R2, R3, R4 приняты согласно пояснениям к уравнению /8/.

Сумма теплопотерь через ограждения в зимний период:

Q(3)пол = 20,103 + 13,06 + 5,16 + 103,399 + 1,393 = 143,115 кВт.

 

Термическое сопротивление ограждающих конструкций в зимний период постоянно, а поскольку тепловой поток через них пропорционален разности температур воздуха внутри и снаружи помещения, то, следовательно, можно записать:

Qлпол = Q(3)пол ∙ = 143,115 ∙ 10/35 = 40,89 кВт,

где ΔТз = (T3вн – Tрн) = 35 – перепад температур в зимний период;

 

Расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха Qинф в зимний период определяем при условии, что отношение расположено боковой стороной относительно господствующего направления ветра. Ворота и двери на торцовой стене здания закрыты тамбурами. В связи с этим считаем, что инфильтрация воздуха в помещение коровника происходит только через окна и двери, расположенные на продольной его стене.

Массовая теплоемкость воздуха Св = 1,0 кДж/кг.

Массу инфильтрующего воздуха определяем по формуле:

Минф = 2∙(0,6 + 0,8) ∙ 29 ∙ 1 ∙ 32,6 + 2∙(2 + 0,8) ∙ 2 ∙ 1 ∙ 32,6 =

= 2647,12 + 365,12 = 3012,24 кг/ч ≈ 0,837 кг/с,

где mi = 17,6 + (8 – 6)∙(17,6 – 12,6)∙(5 – 4) = 32,6 кг/м∙ч,

Qинф = Минф ∙ Св ∙ (T3вн – Tрн) = 3012,24 ∙ 1 ∙ (283 – 248) = 0,837 ∙ 1 ∙ 35 =

= 29,295 кВт,

 

Определяем теплоизбытки в зимний период по уравнению /18/:

Qобщзб.(3) = Qобщгк.(3) + Qосв + Qго - Qинф – Qзогр =

= 443,1 – 29,295 – 143,115 = 270,69 кВт,

 

2. Определение влагопоступлений  в помещение.

 

Общие влагопоступления в помещение, согласно уравнению /15/, складываются из влаги, испаряющейся с открытых и смоченных поверхностей и из водяных паров, выделяемых животными. Найдем составляющие этого уравнения для зимнего и летнего периодов.

По Приложению. 1 принимаем относительную влажность внутреннего воздуха в летний и зимний периоды равной φвн = 70 – 85%. Для подсчета площади смоченной поверхности по типовому проекту принимаем в коровнике 4 навозных лотка общей длиной 284 м (71 х 4), ширина лотков 0,2 м, глубина лотков до водного зеркала 0,15 м.

Тогда:

Fсм.п = 284 ∙ 0,15 ∙ 2 + 0,5 ∙ 284 ∙ 2 = 369,2 м2,

где 0,5 – ширина смоченной поверхности по обе стороны лотка, м.

ωсм.п = f(Твн, φвн) = 17 гр/(м2 ч) согласно Приложению /10/ для зимнего периода.

Рис. 2. График влаговыделения со смоченной поверхности.

 

Для определения площади водной поверхности из типового проекта принимаем число поилок ПА-1 150 шт, /из расчета: одна поилка на две коровы/, площадь свободной поверхности одной поилки 0,038 м2.