Цель: освоение методов расчета воздухообмена.

План

1. Определение поступления в воздух помещения в течение 1 часа водяных паров и диоксида углерода.
2. Расчет часового объема вентиляции и кратности воздухообмена.
3. Расчет воздухообмена на 1 ц массы животных (м³/ч).
4. Расчет площади сечения и количества вытяжных каналов (труб).
5. Расчет площади сечения и количества приточных каналов.

Глоссарий

Выучите определение следующих понятий и назначение устройств: воздухообмен, часовой объем вентиляции, норма воздухообмена, кратность воздухообмена, вытяжные (каналы) трубы, приточные каналы, побудительная (механическая) вентиляция.

Для поддержания оптимальных условий микроклимата в животноводческих помещениях естественного обмена воздуха недостаточно. Поэтому для определения количества воздуха, которое необходимо ввести в помещение, производят расчёт объёма искусственной вентиляции.

Уровень воздухообмена характеризуется часовым объемом вентиляции, нормой воздухообмена и кратностью воздухообмена.

Часовой объем вентиляции — количество воздуха, которое необходимо подать в помещение в течение 1 часа, м³/ч;

Норма воздухообмена — количество воздуха, которое необходимо подать в помещение в течение 1 часа на 1 ц (кг) живой массы животного или на 1 голову, м³/ч;

Кратность воздухообмена — отношение часового объема вентиляции к внутреннему объему помещения.

В животноводческих помещениях в каждый сезон года превалируют (теплота, водяные пары, газы), величина которых влияет на расчетный объем приточного воздуха. Расчет вентиляции проводится по тем продуктам, которые выделяют размещенные в помещении животные: по водяным парам, диоксиду углерода, свободному теплу. Проводят расчет по ноябрю или марту – самым неблагоприятным месяцам года, когда влажность наружного воздуха высокая и температура близка к нулю и нельзя проветривать помещения. В такие периоды необходим наибольший обмен воздуха.

Количество воздуха, подаваемого в животноводческие помещения, в холодный период года рассчитывают на удаление влаги с проверкой на углекислый газ, в теплый — на удаление теплоизбытков с проверкой на влажность.

Расчетное значение относительной влажности и концентрации вредных газов в воздухе помещений принимают по действующим зоогигиеническим нормативам, приведенным в соответствующих нормах технологического проектирования. Расчетную относительную влажность наружного воздуха определяют по справочным климатическим данным в расчетный сезон года для заданной зоны.

За основу расчётов объёма воздухообмена животноводческих помещений принимают:

1) количество углекислого газа в литрах, выделяемое всеми животными, находящимися в помещении, в течение 1 часа;

2) поступление в воздух помещения водяных паров в течение 1 часа;

3) поступление тепловыделений за 1 час;

4) потребность свежего воздуха на 1 ц массы животных (на 1 кг птицы) в 1 час;

5) потребность площади сечения вытяжных труб на каждое животное.

Объём вентиляции, рассчитанный по содержанию углекислоты, в большинстве случаев оказывается недостаточным для удаления образующихся в помещении паров воды. Поэтому такие расчёты лучше всего вести по влажности воздуха, так как в этом случае обмен воздуха почти всегда обеспечивает и нормальное содержание углекислого газа.

Определение объёма вентиляции по влажности. При этом исходят из нормативов температуры и влажности воздуха в помещениях для животных и учёта количества влаги, выделяемой животными в парообразном виде, а также испаряющийся с пола и других ограждений и поступающей в помещение вместе с наружным воздухом по формуле:

(1)

где L – количество воздуха (м), которое необходимо удалять из помещения за 1 час; Q – количество влаги, выделяемой животными в парообразном виде и испаряющейся с поверхности пола (г/час); q₁ – абсолютная влажность воздуха помещения (г/м.), при которой относительная влажность остаётся в пределах норматива; q₂ – абсолютная влажность вводимого в помещение атмосферного воздуха (г/м).

Пример для расчета

Расчетная зона Омская область. В свинарнике на 1200 голов размещено: 305 поросят средней массой 55 кг, 160 поросят средней массой 65 кг, 210 свиней средней массой 85 кг, 400 свиней средней массой 95 кг и свиноматки на откорме 125 голов, средней массой 215 кг. Размеры помещения 108×18×3 м. Стены кирпичные толщиной 52 см. Чердачное перекрытие потолок по балкам, накат из досок 3 см с утеплителем толщиной 70 мм. Кровля асбестоцементная. Полы керамзитобетонные, приточных труб сечением 0,15×0,15 м 130 шт. Ворот деревянных двойных размером 2,2×2,5 м 6 шт., дверей одинарных размером 2,2×1,5 м 3 шт. Окон с двойным остеклением размером 1,5×0,8 54. Освещение 50 ламп мощностью 60 Вт каждая.

Рассчитать часовой объем вентиляции в переходный и зимний периоды года и определить необходимое количество вентиляционных устройств, если сечение вытяжных труб 0,8×0,8 (м), высота 6 м, сечение приточных каналов 0,15×0,15 (м).

Барометрическое давление при расчетах принимаем равным 755 мм рт. ст.

Расчетные параметры воздуха помещения принимаем по действующим нормативам:

в переходный период: температура — 18°С,

влажность — 70%;

в зимний период: температура — 18°С,

влажность — 70%.

Расчетные параметры наружного воздуха принимаем равными: в переходный период температура ноября (-8,5ºС). Абсолютная влажность ноября – 2,4 г/м³. В зимний период температура (-19,6ºС), абсолютная влажность – 1,0 г/м³ (справочные климатические данные).

Для правильной эксплуатации приточно-вытяжной вентиляции требуется точный оптимальный расчет объема естественного притока воздуха с учетом вида и числа животных, их возраста и продуктивности, а также климатической зоны.

Расчет и оценка естественной вентиляции заключается в определении требуемого воздухообмена в помещениях для животных, необходимой общей площади сечения вытяжных и приточных каналов.

Определяем общее количество выделяемого животными диоксида углерода, водяных паров и свободного тепла (табл. 4).

Таблица 4 — Выделение животными СО₂, водяных паров и свободного

тепла

Группы животных, физиологическое состояние, живая масса	n	СО2, л/ч		Водяные пары, г/ч		Свободное тепло, ккал/ч
		на 1 го- лову	на все поголовье	на 1 1 голо ву	на все поголовье	на 1 го- лову	на все поголо- вье
Поросята со средней массой 55 кг	305	30	9150	98	29890	146	44530
Поросята со средней массой 65 кг	160	36	5760	116	18560	174	27840
Свиньи средней массой 85 кг	210	40	8400	130	27300	194	40740
Свиньи со средней массой 95 кг	400	45	18000	145	58000	216,6	86640
Свиноматки на откорме со средней массой 215 кг	125	68	8500	217	27125	325	40625
Итого	1200		49810		160875		240375

 

В свинарник от всех животных в переходный и зимний периоды поступит 160875 г/ч водяных паров. Необходимо рассчитать надбавку на испарение влаги с ограждающих конструкций (пола, поилок, кормушек, перегородок). Процент надбавки зависит от санитарного режима помещения, работы канализации, вида подстилки, кратности удаления навоза и может быть в пределах 9-30 %. Примем надбавку на испарение влаги в размере 12% от выделяемой животными.

(г/ч)

Общее количество водяных паров, поступающее в воздух свинарника за 1 час, составит:

(г/ч)

Абсолютную влажность воздуха помещения (q₁), при которой относительная влажность будет соответствовать нормативной, определяем по формуле 2:

(2)

где: Е – максимальная влажность при температуре, которая должна поддерживаться в свинарнике , г/м³;

R – нормативная относительная влажность, %.

Максимальная влажность (Е) при температуре в свинарнике 18ºС составляет 15,36 г/м³. Тогда q₁ для ноября и зимнего периода составляет  г/м³.

Согласно формуле 1:

 

Соответствующее количество воздуха должно ежечасно поступать и удаляться из помещения.

Проводим расчет часового объема вентиляции по диоксиду углерода, используя формулу 3:

(3)

где: — часовой объем вентиляции, м³/ч

К- количество СО₂, выделяемого всеми животными, находящимися в помещении, ч/л;

С₁ – допустимая концентрация СО₂ в 1 м³ воздуха помещения, л/м³;

С₂ – концентрация СО₂ в 1 м³ наружного воздуха, л/м³.

В свинарник в течение 1 часа поступает 49810 л СО₂. Согласно действующих нормативов концентрация СО₂ в свинарниках 0,2%, то есть . В атмосферном воздухе в среднем содержится 0,03% СО₂, то есть .

Расчет воздухообмена на 1 голову и на 1 ц живой массы

Расчет часового объема вентиляции можно провести и по отраслевым нормативам (экспресс-метод), используя формулу 4:

(4)

где: L_н  — часовой объем вентиляции согласно отраслевым нормативам, м³/ч;

n –количество животных, голов;

m -живая масса одной головы, ц

L_ц –отраслевые нормативы воздухообмена на 1ц массы.

Для свинарников в переходный период норма воздухообмена 45 м³/ч, а в зимний период 35 м³/ч на 1ц массы. Живая масса свиней (305×55+160×65+210×85+400×95+125×215)=1099ц.

Согласно отраслевым нормам часовой объем вентиляции в свинарнике должен составлять:

зимой

в ноябре

Наши данные: часовой объем вентиляции, рассчитанный по водяным парам в переходный период, составляет 21578 м³/ч, в зимний период – 18480 м³/ч, по диоксиду углерода – 29300 м³/ч. Воздухообмен на 1 ц живой массы составит соответственно 19,6 м³/ч, 16,8 м³/ч и 26,7 м³/ч, а воздухообмен на 1 голову – 18 м³/ч, 15,4 м³/ч, 24,4 м³/ч.

Расчет площади сечения вытяжных труб, приточных каналов и

их количество

Для расчета площади сечения вытяжных труб используем формулу:

(5)

где: S –суммарная площадь вытяжных каналов, м²;

V –скорость движения воздуха в вытяжном канале, м/с;

3600 – секунд в 1 часе.

Скорость движения воздуха в вытяжном канале зависит от его высоты и разности температуры внутреннего и наружного воздуха.

Температура в свинарнике в переходный период — 18ºС, в зимний — 18ºС. Высота вытяжных каналов – 6м.

Разность температур (t) в переходный период составляет:

Разность температур (t) в зимний период составляет:

Тогда скорость движения воздуха в вытяжной трубе в переходный период будет равна 1,76м/с, а в зимний – 2,12 м/с.

Расчет вытяжных труб для часового объема вентиляции

определенного по водяным парам

Суммарная площадь вытяжных каналов высотой 6 м составит:

в переходный период

в зимний период

При сечении 1 вытяжной трубы 0,64 м² (0,8×0,8) находим, что при высоте 6 м количество работающих труб должно быть следующее:

в переходный период

(труб)

в зимний период

(трубы)

Расчет вытяжных труб для часового объема вентиляции

определенного по диоксиду углерода

Суммарная площадь вытяжных каналов высотой 6 м составит:

в переходный период

в зимний период

При сечении 1 вытяжной трубы 0,64 м² (0,8×0,8) находим, что при высоте 6м количество работающих труб должно быть следующее:

в переходный период

(труб)

в зимний период

(труб)

Расчет приточных каналов для часового объема вентиляции

определенного по водяным парам

Определяем общую площадь сечения приточных каналов, исходя из того, что она составляет 80% от площади сечения вытяжных труб. Для переходного периода:

Количество приточных каналов составит:

(шт.)

Для зимнего периода:

Количество приточных каналов составит:

(шт.)

Расчет приточных каналов для часового объема

определенного по диоксиду углерода

Определяем общую площадь сечения приточных каналов, исходя из того, что она составляет 80 % от площади сечения вытяжных труб. Для переходного периода:

Тогда количество приточных каналов составит:

(шт.)

Для зимнего периода:

Тогда количество приточных каналов составит:

(шт.)

Расчет кратности воздухообмена

Кратность воздухообмена в свинарнике определяем по формуле 6:

(6)

где: К_р — кратность воздухообмена, раз;

L – часовой объем вентиляции, м³/ч;

V_п – объем помещения, м³.

Объем помещения (кубатура) равна 5832 () м³.

Кратность воздухообмена при расчете по водяным парам составляет:

в переходный период

в зимний период

Кратность воздухообмена при расчете по диоксиду углерода составляет:

Расчет площади помещения и кубатуры на 1 голову

Площадь свинарника составляет , таким образом, площадь помещения на 1 голову будет равна

Кубатура помещения равна 5832 м², а на 1 голову

Анализ расчетных данных

Проведенные расчеты показали, что воздухообмен, рассчитанный по водяным парам, в переходный период составляет 21578 м³/ч, в зимний период – 18480 м³/ч. А воздухообмен, рассчитанный по диоксиду углерода — 29300 м³/ч. Анализ этих данных показывает, что воздухообмен, рассчитанный по диоксиду углерода обеспечит удаление водяных паров и при нем относительная влажность не будет превышать зоогигиенические нормативы.

Можно сделать проверку, воспользовавшись следующей формулой:

Определим в этой формуле содержание влаги в свинарнике при условии воздухообмена, рассчитанного по СО₂. Принимаем во внимание, что в этой формуле известны все величины, кроме .

,

отсюда

Абсолютная влажность в свинарнике при условии обмена воздуха в нем, рассчитанного по углекислоте, будет равна 7,89 г/м³. Так как при температуре воздуха в свинарнике 18°С влажность при максимальном насыщении будет равна 15,36 мм.рт.ст., то относительная влажность составит:

Следовательно, воздухообмен, рассчитанный по углекислоте, обеспечит удаление из свинарника водяных паров, поэтому за основу расчетов принимаем данные, полученные по СО₂.

Воздухообмен на 1 ц живой массы составляет в переходный период – 19,6 м³/ч, в зимний период – 16,8 м³/ч, а по углекислому газу – 26,7 м³/ч. Отсюда видно, что ни один показатель не соответствует параметрам микроклимата, так как воздухообмен на 1 ц массы должен быть в переходный период – 45 м³/ч, в зимний – 35 м³/ч.

Кратность воздухообмена в свинарнике составляет 5 раз в час. Такую кратность воздухообмена может обеспечить только принудительная вентиляция с искусственным побудителем тяги.

Расчет площади помещения на 1 голову показал, что на 1 откормочную свинью приходится 1,62 м² без учета проходов. По зоогигиеническим требованиям на 1 голову должно приходиться 0,8 м², следовательно, этот показатель соответствует требованиям.

Вопросы для обсуждения

1. Значение эффективного воздухообмена для создания оптимального микроклимата в животноводческих помещениях.
2. Источники накопления влаги в животноводческих помещениях.
3. Значение водяных паров в гигиенической оценке воздуха животноводческих помещений
4. Роль влажности воздуха в терморегуляции организма животных и долговечности помещений
5. Нормы воздухообмена в помещениях для разных видов сельскохозяйственных животных.
6. Методы расчета объема вентиляции.
7. Факторы, определяющие пригодность воздуха помещений для животных.
8. Значение диоксида углерода в гигиенической оценке воздуха помещений.
9. Предельно допустимые концентрации диоксида углерода в воздухе помещений для животных и птицы.
10. Принцип выбора расчета воздухообмена по сезонам года.
11. Основные требования к устройству систем вентиляции.