8502

После решения (3.6) и некоторых преобразований значение текущей температуры воздуха в вентилируемом подземном помещении tв.в примет вид:

где τ1 – расчетный период времени работы вентиляционной установки;

kо = Lн ρв св /(Vс ρв св + G ск ).

Анализ (3.7) показывает, что в начальный момент времени (τ1 = 0) tв.в = tв, а при большом времени работы систем вентиляции tв.в → tн.

Влажностный режим неотапливаемых герметичных подземных сооружений определяется влажностным состоянием ограждающих конструкций. В условиях малых внешних теплопритоков он устанавливается самопроизвольно, равновесная относительная влажность воздуха в помещении φр → 100 %. При повышении температуры внутреннего воздуха tв и постоянном влагосодержании dв = const его относительная влажность φв снижается и наоборот, но в любом случае величина φв стабилизируется и становится равновесной, близкой к 100 %, при соответствующей температуре внутреннего воздуха tв.

Количественно определение влажностного режима герметичных подземных сооружений состоит в построении годового графика изменения относительной влажности воздуха φв. Одновременно выявляются периоды времени, не соответствующие заданному технологическому режиму (выпадение конденсата на внутренних поверхностях, уменьшение значений φв

50

ниже допустимых значений и т.п.). Кривые текущего колебания величин относительных влажностей вентилируемых сооружений в годовом цикле строятся по точкам, которые находятся на I–d-диаграмме влажного воздуха по среднемесячным температурам tмср и относительным влажностям φсрм

наружного воздуха, с одной стороны, и текущим температурам внутренних поверхностей ограждений τв (3.3) или внутреннего воздуха tв.в (3.7) (рис. 3.2, луч 1−2). Температура внутренних поверхностей ограждений может быть как выше температуры точки росы наружного воздуха (τв > tт.р), так и ниже (τ'в < tт.р). В первом случае происходит сушка ограждений (φв < 100 %), во втором − наблюдается увлажнение ограждений из-за конденсации на них водяных паров (процесс 1–2–3–4). Количество сконденсировавшихся из каждого килограмм приточного воздуха водяных паров равно g = d3 − d4 .

Рис. 3.2. Изменение параметров внутреннего воздуха

В теплый период года при температуре наружного воздуха по мокрому термометру tм.т выше текущей температуры грунта испарение влаги в подземных помещениях происходит за счет теплоты воздуха помещения.

51

Поэтому величину парциального давления водяных паров в воздухе следует принимать по tм.т, соответствующей текущим параметрам воздуха помещения. В холодный период года испарение происходит за счет теплоты грунта, поэтому температуру поверхностей помещения следует принимать на 2 − 3 °С ниже температуры помещения.

3.2. Повышение энергоэффективности систем обеспечения параметров микроклимата

3.2.1. Животноводческие помещения

В реальных условиях предпочтительного использования естественных источников энергии для обеспечения температурно-влажностных режимов животноводческих помещений необходима разработка новой методологии прогнозирования их энергетических возможностей на основе общей балансовой зависимости [24]:

где Qп – суммарный расход теплоты помещением.

Физический смысл уравнения (3.8) формулируется следующим образом: ограждающие конструкции неотапливаемых животноводческих помещений и сооружений должны обладать таким сопротивлением теплопередаче, чтобы теплопотери через них не превышали доли биологической теплоты, оставшейся после нагрева расчетного количества наружного приточного воздуха.

Авторами [24] приведено графическое построение качественных характеристик тепловоздушного баланса для животноводческих помещений. Нами, применив тот же принцип графического построения тепловоздушных балансов, расширены и количественно конкретизированы области применения систем искусственного подогрева, естественной, общеобмен-

52

ной механической вентиляции для неотапливаемых помещений и систем искусственного охлаждения для различных климатических и технологических показателей производственных сельскохозяйственных зданий.

Графические зависимости, позволяющие количественно характеризовать тепловоздушные балансы приведены на рис. 3.3. Зависимости построены в системе взаимосвязанных координат. По оси ординат отложен относительный расход воздуха G/Gн.min – отношение реального расхода воздуха в помещении к минимальному требуемому расходу для удаления влаги. Значения расходов воздуха Gн.min обычно превышают количество воздуха, необходимого для дыхания животных, птиц (по кислороду). На этой же оси показан относительный расход теплоты Qб/Qнаг − отношение явных биологических тепловыделений к расходу теплоты на нагрев приточного воздуха.

Рис. 3.3. Графоаналитическое решение теплового и воздушного балансов животноводческих помещений

53

Отношение Qб/Qнаг = 1 для неотапливаемых животноводческих зданий при условной температуре наружного воздуха tнр , т.к. в помещении имеются теплоизбытки при tнр < tн и теплонедостатки при tнр > tн. Недостаток или избыток теплоты в помещении показан на рис. 3.3 кривой Q, которая характеризует тепловой баланс неотапливаемого помещения в конкретный период года и является функцией: трансмиссионных потерь теплоты; температуры наружного воздуха; степени заполнения помещения животными.

Прямые Gн.min и Go2 показывают необходимый воздухообмен по удалению водяных паров и кислороду. Воздухообмен по этим показателям практически не зависит от температуры наружного воздуха и определяется только количеством животных, находящихся в помещении.

Кривые GQ, Gвл и Gм показывают необходимые воздухообмены в цикле круглогодичной эксплуатации животноводческих и птицеводческих помещений. Они строятся по балансовым уравнениям, соответственно, явной теплоты, влаги, вредных или взрывоопасных газов и зависят от тепловла- го- и газовыделений животных, навоза, мочи и других физиологических процессов при различных температурах внутреннего и наружного воздуха.

Прямая G ре на рис. 3.3 показывает величину возможного воздухообмена в помещении системами естественной вентиляции. Методика и особенности определения значений гравитационного рt и ветрового рv

давлений будут рассмотрены ниже. С увеличением tн гравитационное давление уменьшается и, соответственно, уменьшается естественный воздухообмен от этого фактора. Однако с увеличением значений tн возрастает роль организованной и неорганизованной аэрации помещений.

Точка А (точка пересечения кривой Q с кривыми GQ или Gвл) является характерной точкой, определяющей границу наружной температуры для конкретного неотапливаемого животноводческого здания, при которой возможно поддержание расчетных внутренних параметров воздуха за счет

54

естественных факторов. Она соответствует условной температуре наружного воздуха tнр , начиная с которой требуется подогрев поступающего в помещение приточного воздуха.

Границы зоны вентиляции помещений без подогрева наружного воздуха могут быть расширены на величину ( tнр )1 = (tнр − tнАр 1 ) в сторону более низких температур наружного воздуха, например, до tнАр 1 (кривая Q проходит через точку А1). Такой процесс возможен при увеличении сопротивления теплопередаче наружных ограждений путем дополнительного их утепления. Предел такого расширения зоны должен быть экономически и инженерно обоснован.

Конструкции наружных ограждений с пониженными сопротивлениями теплопередаче приводят к повышению значений условной температуры наружного воздуха tнАр 2 (точка А2). Зона естественной вентиляции помещений с неподогретым приточным воздухом сужается на величину

мещения расчетное количество наружного воздуха. Таким образом, интервал наружных температур между точками А и Б является зоной естественной вентиляции помещений. Количество явной биологической теплоты в этом интервале достаточно для подогрева приточного воздуха, а естественное давление обеспечивает необходимый воздухообмен.

Положение точки Б (Б') на графике может быть смещено в сторону

Зона естественной вентиляции расширяется при уменьшении потерь давления циркулирующего в помещении воздуха, чему соответствует прямая (G ре )1 и ее пересечение с кривыми GQ (точка Б1) или Gвл (точка Б1′). Любое дополнительное сопротивление в системе естественной вентиляции (линия (G ре )2 приведет к сужению зоны естественной вентиляции (точки

Б2 или Б2′ ) на величину tн−.е .

Зона естественной вентиляции (в сторону повышения значений наружных температур) может быть расширена за счет применения активной естественной аэрации. Активная естественная аэрация достигается за счет более полного использования ветрового давления, рациональных конструктивных и архитектурно-планировочных решений животноводческих построек, например, воздухопроницаемых наружных стен и покрытий, специальных аэрационных шахт и т.д. Эта возможная зона на рис. 3.3 располагается между точками Б и В. Возникающий дополнительный воздухообмен при использовании активной аэрации выражается величиной GQ (ΔGвл). Он расширяет область естественной вентиляции до максимально возможной температуры наружного воздуха tн.е .

При температуре наружного воздуха в теплый период года, превышающей температуру, ограничивающую зону активной аэрации, необходимо прибегать к использованию систем механической вентиляции. При летнем выпасе животных зона механической вентиляции в помещении не нужна.

Полученные количественные графоаналитические закономерности позволяют взаимоувязать и прогнозировать энергоэффективность инженерных решений конкретных помещений содержания КРС. Данные общие закономерности взяты нами за основу дальнейших экспериментальных исследований по оценке эффективности использования источников энергии (в т.ч. альтернативных), установок по утилизации теплоты, экологически

56

безопасных установок, рациональных режимов эксплуатации инженерных систем обеспечения микроклимата в любых производственных сельскохозяйственных зданиях и сооружениях.

3.2.2. Птичники

Качественные закономерности формирования зон температурного, влажностного и воздушного балансов, рассмотренные в разделе 3.2.1 для животноводческих помещений, справедливы и для помещений содержания птиц. Повышенные расходы приточного воздуха для птиц делают особо актуальными вопросы применения рециркуляции воздуха, утилизации биологической теплоты и повторного использования тепловой энергии вентиляционных выбросов. Выполнение данных мероприятий позволяет сократить до 50 – 80% расход теплоты на обеспечение необходимых вете- ринарно-гигиенических условий содержания птиц [51].

В литературе имеются противоречивые данные о возможности применения рециркуляции воздуха в птичниках. Её применение встречает возражение у ряда авторов [15, 26, 34, 56] по следующим причинам: высокая запыленность воздуха (доходит до 3,0 г/м3); рециркуляция способствует заражению здоровых птиц от больных; применяемые в настоящее время биофильтры для очистки рециркуляционного воздуха чрезвычайно дороги, быстро засоряются и недостаточно надежны в эксплуатации.

С другой стороны, в зданиях для содержания птиц (в пределах одного помещения) допускается предусматривать рециркуляцию воздуха [60, 61] в холодный период года по экономическим соображениям. При снижении нормативного количества наружного воздуха обязательна очистка и дезинфекция рециркуляционного воздуха в помещении. Допускается работа приточных вентиляционных систем в этот период в режиме полной рециркуляции (рециркуляционный воздух пропускается через специальные фильтры) [48].

57

Разработана система вентиляции в птичниках с использованием эжекционных воздухораспределителей-увлажнителей (ЭВУ) [32] (рис. 3.4). Эти аппараты соединены с центральной приточной камерой, имеющей трубчатый теплообменник. В теплый период года вытяжные вентиляторы подают в ЭВУ вспомогательный поток воздуха с целью реализации режима косвенного испарительного охлаждения. В холодный период года воздушные клапаны в вытяжных шахтах закрываются. Вентиляторы забирают нагретый внутренний воздух через вытяжной воздуховод, расположенный в верхней части птичника. На рис. 3.4 пунктирными линиями показаны вытяжной воздуховод и направления воздушных потоков зимой. Отработанный воздух проходит через теплообменник, отдавая теплоту приточному воздуху. В аппаратах ЭВУ сопловые панели перемещаются в положение перекрытия входного патрубка для поступления приточного наружного воздуха. Повышению температуры приточного воздуха, выходящего из аппаратов ЭВУ, способствует эжекция внутреннего теплого воздуха из верхней части помещения.

Рис. 3.4. Схема организации воздухообмена в помещении птичника:

1 – клетки с курами; 2 – приточный воздуховод от центральной приточной установки; 3 – ЭВУ; 4 – вытяжная вентиляционная шахта; 5 – вытяжной воздуховод для работы системы вентиляции в холодный период года

58

Пыль, образующаяся в птичниках, в подавляющем большинстве имеет размеры 0,1…100 мкм. В воздушной среде птицеводческих помещений в основном содержится пыль размером от 0,5 до 1,5 мкм. На пылевых частицах, взвешенных в воздухе, и капельках воды всегда гнездятся микроорганизмы. Поэтому пыль является очень благоприятной средой для распространения различных инфекций [1, 5, 56]. Можно пренебречь вероятностью переноса по воздуху микроорганизмов, не сцепленных с какими-либо крупными частицами. Частицам, имеющим размер более 5 мкм, свойственно осаждаться вблизи мест их непосредственного образования. Единственную реальную опасность распространения по воздуху микроорганизмов представляет их транспортировка с частицами пыли или аэрозолями. Следовательно, решение данной проблемы сводится к разработке систем, которые обеспечили бы задержку только относительно крупных частиц, имеющих способность переноситься на значительные расстояния воздушными потоками.

59