Расчет требуемой подачи и давления вентилятора при подогреве пола

 

Тип и количество вентиляторов определяется исходя из необходимой суммарной производительности вентиляционной установки. За расчетную производительность системы вентиляции принимается максимально возможный необходимый расход воздуха по условиям удаления влаги, тепла, углекислоты.

Вентиляционная норма (м³/ч):

L_н = L_ж / (l_д – l_в),

где L_ж ― количество вредных примесей, выделяемых животными м³/ч (л/ч, г/ч) [Приложение №1]; l_д ― допустимое по нормам количество вредных примесей, отн. ед. (л/м³) [Приложение №2]; l_в ― количество вредных примесей в наружном воздухе, отн. ед. (л/м³)[задание].

По выделению углекислого газа:

L_ж = 0,86 л/ч; l_д = 2,5 л/м³(0,25%); l_в = 0,3 л/м³(0,03%); тогда L_н = 0,86 / (2,5 – 0,3) = 0, 39 м³/ч.

По выделению влаги:

L_ж = 0,92 г/ч; l_д = 75 % (12г/м³)*; l_в = 70 % (10,2г/м³)*; тогда L_н = 0,92 / (12 – 10,2) = 0,51 м³/ч.

* ― по диаграмме i – d (энтальпия ― влагосодержание) [Приложение №3]

По избытку теплоты в помещении:

,

где Q ― количество теплоты выделяемое одной птицей в единицу времени кДж/ч [Приложение №1]; с ― теплоемкость воздуха кДж/(м³×°С); ― разность температур воздуха снаружи и внутри помещения °C(К); k ― коэффициент запаса, учитывающий тепловыделение экскрементов, освещения и другого технологического оборудования.

Q = 0,0216 кДж/ч; k = 1,3; с = 1,282 кДж/(м³×°C); = 20 – 21,1 =1,1°C тогда = 0,02 м³/ч.

Дальнейшие расчеты будем вести по наибольшей полученной норме, т.е. по избытку выделяемой влаги в помещении L_ж = 0, 51 м³/ч.

Подачу вентилятора L определим по вентиляционной норме L_н = 0,51 и числу животных k_г = 5000 шт. в помещении (м³\ч):

L = 5000× 0,51 = 2550 м³/ч.

Для определения потребной мощности электродвигателя, приводящего в движение вентилятор помимо объемной подачи воздуха необходимо знать требуемое давление воздуха, при котором будет осуществляться его подача (вытяжка). Требуемое давление (Па), в свою очередь, определяется:

Р_ТР = 1,05×(Р_Л + Р_М + Р_Min + Р_ВАК),

где 1,05 ― запас на случаи возможного подсоса воздуха из технологических не плотностей в размере 5%; Р_Л ― линейные потери в трубопроводе, Па; Р_М ― местные потери в трубопроводе, Па; Р_Min ― минимально необходимое давление воздуха для поддержания заданной скорости движения (200 Па); Р_ВАК ― возможное вакуумметрическое давление внутри животноводческого помещения, Па.

Наметим в качестве материала воздуховода листовую сталь (жесть) как наиболее пластичный и недорогой материал. С учетом этого линейные потери в трубопроводе, Па:

Р_Л = 64,8× ×L_В,

где ― скорость движения воздуха в трубопроводе, м/с [Приложение №4], ― плотность воздуха при температуре Т (минимальная температура внутри помещения, фактически ― рекомендуемая для данного вида животного), кг/м³; ― диаметр трубопровода, или, в случае прямоугольного его сечения ― _Э эквивалентный диаметр, мм; L_В ― длина воздуховода, мм.

Выбор скорости воздуха внутри воздуховодов обусловлен следующими факторами:

- Высшая скорость движения воздуха соответствует меньшему сечению воздуховодов и как следствие меньшему занимаемому ими объему, меньшей металлоемкости, весу, более простому их креплению и монтажу и в конечном итоге меньшим затратам;

- Высшей скорости движения соответствует высший уровень создаваемого системой вентиляции шума, что неблагоприятно сказывается как на обслуживающем персонале, так и на животных;

- Высокая скорость движения воздуха требует применения эффективных рассредоточивающих воздушный поток насадок, для того чтобы избежать появления высоких ламинарных скоростей внутри помещения (сквозняков), которые в свою очередь вызывают появление разнообразных простудных заболеваний у животных, нередки случаи обезвоживания организма лиц обслуживающего персонала. Рекомендуемая скорость движения воздуха внутри птицеводческих помещений составляет 0,1-1,2 м/с;

- Малая скорость движения воздуха затрудняет очистку помещений от пыли, влаги и вредных микроорганизмов;

- Чем выше скорость движения воздуха, тем большее сопротивление оказывает воздуховод проходящему воздуху, следовательно, требуется установка более мощного двигателя для привода вентилятора, а это в свою очередь меньший КПД, бόльшие капиталовложения ― меньшая эффективность всей системы в целом.

С точки зрения этих позиций оптимальной скоростью движения воздуха внутри воздуховодов птицеводческой фермы является 1―5 м/с. В промышленных вентиляционных установках при запыленном воздухе такие низкие значения скорости недостаточны, так как частицы мелкой пыли налипают на стенки воздуховодов, повышая сопротивление сети и тем самым нарушают ее работу. Поэтому в особо пыльных помещениях с протяженными горизонтальными участками воздуховодов (100 м и более) рекомендуемыми скоростями являются 16―18 м/с.

Принимаем = 4 м/с.

Плотность воздуха определяется следующим образом:

= ,

где ― удельная плотность воздуха равная 1,29 кг/м³, = ― коэффициент учитывающий относительное увеличение объема воздуха при нагревании его на 1°C, Т ― температура воздуха °C.

При Т = 21,1°C = = 1,20 кг/м³.

Для определения  найдем сначала ориентировочную суммарную площадь вытяжных каналов S_общ м²:

S_общ = = = 0,18 м².

Т. к. намечаем использование воздуховода круглого сечения, определим его диаметр:

D = = = 0,48 м.

Принимаем ближайший стандартный воздуховод ― 500 мм (0,196 м²) [Приложение №5].

Уточним скорость:

= = = 3,9 м/с.

Длина воздуховода составляет (самой удаленной точки А) L_В = 87 м.

Тогда линейные потери в трубопроводе:

Р_Л = 64,8× ×L_В = 64,8× ×87 = 23 Па.

Следует отметить, что линейные потери величиной 23 Па в воздуховоде длиной 87 м очень маленькая величена. Это вызвано большим сечением воздуховода. Здесь следовало бы произвести пересчет, увеличив скорость движения воздуха и тем самым, уменьшив диаметр воздуховода, но т.к. данная курсовая работа имеет скорее иллюстративный характер, нежели какую-либо практическую ценность, то остановимся на полученных величинах.

Минимально необходимое давление воздуха для поддержания заданной скорости движения Р_Min = 200 Па.

Вакуумметрическое давление может возникнуть в случае недостатка приточного воздуха. Например, в случаи отсутствия или нехватки мощности приточной вентиляции при значительной герметизации животноводческого помещения. В общем случае, как показывает практика [5] оно не превышает величены 50 Па, поэтому Р_ВАК = 50 Па.

Определим местные потери, Па:

Р_М = ,

где ― коэффициент местного сопротивления [Приложение №6]; ― плотность воздуха при данной температуре, кг/м³; ― скорость движения воздуха, м/с.

На участке от входного дефлектора (точка А) до вытяжного патрубка с зонтом имеются следующие местные сопротивления и соответствующие им коэффициенты местного сопротивления:

1. Дефлектор входной = 2 ― 1 шт.;

2. Колено круглого поперечного сечения = 1,1 ― 10 шт.;

3. Тройник = 0,6 ― 3 шт.;

4. Фильтр сетчатый = 4 ― 2 шт.;

5. Внезапное сужение воздуховода = 0,47 ― 2 шт.;

6. Зонт = 1,6 ― 1 шт.

Тогда

= 2 + 1,1×10 + 0,6×3 + 4×2 + 0,47×2 + 1,6 = 25,3;

Р_М = = = 231 Па;

Р_ТР = 1,05×(Р_Л + Р_М + Р_Min + Р_ВАК) = 1,05×(23 + 200 + 231 + 50) = 529 Па.

Выбор вентилятора

Тип

Тип вентилятора определен заданием ― ВО (вентилятор осевой). Следует отметить, что для данного типа вентилятора характерны большие подачи при малых давлениях с несколько повышенным уровнем шума по сравнению с другими типами вентиляторов.