10138

до суток. Благодаря этому коэффициент полезного действия печей увеличива-

ется до 0,85… 0,90. На поверхности печи в течение всего времени топки под-

держивается температура 90…95 °С. Теплоотдача печи равномерная, как у при-

боров центрального отопления.

Рис. 4.11. Печь для оранжерей и теплиц (размеры в см)

Печь борового типа для оранжерей и теплиц (рис. 4.11) имеет небольшую высоту, поэтому основное количество теплоты попадает в нижние слои культи-

вационных сооружений. Состоит из топливника, борова-обогревателя и дымо-

вой трубы. Боров состоит из двух дымовых каналов, протяженность которых зависит от тяги дымовой трубы и может достигать 12,0…15,0 м. Толщина сте-

нок борова уменьшается в сторону дымовой трубы: с 1,0 кирпича она перехо-

дит на 3/4 и 1/2 кирпича. Сверху боров иногда засыпают тонким слоем песка для более равномерной теплоотдачи.

4.8.2 Основы расчета печного отопления

Расчетные потери теплоты в помещениях должны компенсироваться средней тепловой мощностью отопительных печей: с периодической топкой —

140

исходя из двух топок в сутки; для печей длительного горения — исходя из не-

прерывности топки.

Колебания температуры воздуха в помещениях с периодической топкой не должны превышать ±3 С в течение суток.

Максимальная температура поверхностей печей (кроме чугунного насти-

ла, дверок и других печных приборов) не должна превышать: 110 С — на площади не более 15 % общей площади поверхности печи; 120 С — то же, на площади не более 5 % от общей площади поверхности печи. В помещениях с временным пребыванием людей при установке защитных экранов допускается применять печи с температурой поверхности выше 120 С.

В зданиях с печным отоплением не допускается устройство вытяжной вентиляции с искусственным побуждением, отвод дыма в вентиляционные ка-

налы, а также установка вентиляционных решеток на дымовых каналах.

Расход топлива Gт, кг, за время одной топки печи составляет:

Плотность топлива ρт, кг/м3, составляет: дрова влажностью 25 % — 400;

влажностью 50 % — 540; торф брикетный — 250; торф кусковой воздушной сушки — 400; уголь бурый — 750; уголь каменный — 800…900; антрацит —

1 000; солома разная — 100…120; горючие сланцы — 600.

Площадь пода печи Апод, м2:

141

Толщина слоя топлива hт, м, составляет для дров — 0,35…0,55; для торфа

— 0,20…0,30; для угля и антрацита — 0,10…0,20; для соломы — 0,25…0,40.

Объем воздуха L0, м3/кг, при температуре 0 С, который необходимо по-

дать для сгорания 1 кг топлива, составляет: дрова влажностью 25 %, торф кус-

ковой воздушной сушки, солома, подсолнечная лузга — 10; дрова влажностью

50 %, торфяные брикеты — 11; уголь подмосковный, бурый, горючие сланцы

— 12; кокс каменноугольный, мазут — 16; уголь каменный (жирный), кокс торфяной, антрацит — 17.

Объем топливника, полученный по конструктивным размерам, должен быть проверен по допустимому тепловому напряжению объема топочного про-

странства для применяемого вида топлива. Расчетный объем топливника Vтк, м3,

определяется по формуле:

где тк — КПД топливника с учетом топлива, провалившегося в объем подду-

вала: при колосниковой решетке тк = 0,9; при глухом поде тк = 0,7; z — про-

должительность топки, ч;

Qт / Vт — допустимое удельное тепловое напряжение объема топочного про-

странства, Вт/м3: для дров — 350 000…405 000; для торфа — 440 000; для угля

— 440 000…520 000; для антрацита — 550 000.

Не следует допускать превышения теплового напряжения топочного про-

странства более 15 % по сравнению с расчетным, т. к. при этом уменьшается температура горения топлива.

Площадь колосниковой решетки Ак.р, м2:

где Вк.р — допустимое удельное напряжение колосниковой решетки, кг/(м2·ч):

для дров — 200…250; для торфа — 180…200; для угля — 70…85; для антраци-

та — 60.

142

Движение воздуха в отопительных печах осуществляется за счет есте-

ственной тяги, образующейся вследствие разности плотности холодного наружного воздуха и горячих дымовых газов в печи и в дымовой трубе. При этом, однако, следует учитывать, что чем выше температура уходящих газов,

тем больше теплоты непроизводительно уносится в атмосферу.

Температура наружного воздуха, при которой печь работает в расчетном режиме и дымовая труба обеспечивает нормальную тягу, tн = 0 С. При пони-

жении этой температуры тяга в печи растет. При более высокой tн тяга в печи ухудшается, что необходимо учитывать при ее эксплуатации.

Примем для расчетов обозначения: вертикальное расстояние от колосни-

ковой решетки до низа газоходов печи h1, м, и от низа газоходов до верха (устья)

дымовой трубы h2, м; средняяя плотность продуктов сгорания по высоте печи

ρ1, кг/м3, и в дымовой трубе ρ2, кг/м3; плотность наружного воздуха ρн, кг/м3.

Разность естественного давления наружного воздуха и дымовых газов ре, Па,

вызывающая тягу, создаваемую по высоте печи и дымовой трубы, равна:

Аэродинамический расчет газоходов проводится так же, как и для газохо-

дов котельных установок.

При устройстве и эксплуатации систем печного отопления обязателен комплекс мероприятий, предупреждающих возникновение пожаров. В местах,

где деревянные части межэтажных и чердачных перекрытий подходят к дымо-

вым каналам в каменных стенах или коренным и насадным трубам отопитель-

ных печей, нужно устраивать «разделки». Размеры «разделок» печей и дымо-

вых каналов с учетом толщины стенки печи принимают 500 мм до конструкций зданий из горючих материалов и 380 мм до конструкций из негорючих матери-

алов. Размеры «разделок», примыкающих под углом к фронту печи, защищен-

ных штукатуркой толщиной 25 мм по металлической сетке или металлическим листам по асбестовому картону толщиной 8 мм, должны быть не менее 380 мм.

Толщина стенок дымовых труб или каналов в месте примыкания их к металли-

ческим или железобетонным балкам 130 мм. Опирать или жестко соединять

143

разделку печи с конструкцией здания не следует. Расстояние от топочной двер-

ки до противоположной стены не менее 125 см.

При применении в чердачных перекрытиях засыпки из легкосгораемых материалов (опилки, торф и пр.) необходимо устраивать «разделки» у дымовых труб высотой на один кирпич выше поверхности засыпки. На чердаках и кры-

шах между дымовыми трубами и деревянными частями здания (стропила, об-

решетка и пр.) «разделок» не делают, а оставляют свободный промежуток не менее 130 мм.

В настоящее время в процессе газификации сельских районов наблюдает-

ся тенденция к переводу отопительных печей на газообразное топливо. При эксплуатации отопительных печей на газе улучшается температурный режим и санитарно-гигиеническое состояние отапливаемого помещения. КПД газифи-

цированных печей увеличивается на 30…40 %. Указанные преимущества могут быть достигнуты только при правильном переоборудовании на газ отопитель-

ных печей. Если установить горелку в топливнике печи с небольшим теплоак-

кумулирующим массивом, то при топке кладка быстро прогревается, но вслед-

ствие недостаточно развитой тепловоспринимающей поверхности КПД такой печи не превышает 0,65…0,75. Коэффициент полезного действия переведенной на газ массивной печи с большой тепловоспринимающей поверхностью дости-

гает 0,90…0,93. Но в связи с излишне развитой тепловоспринимающей поверх-

ностью температура уходящих дымовых газов низка, что может привести к конденсации водяных паров на оголовке трубы.

Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1.Для каждого вида производственных сельскохозяйственных зданий обосновать применение различных систем отопления.

2.Для вспомогательных помещений производственных зданий изложить санитарно-гигиенические и технологические требования и особенности расчета систем отопления.

3.Указать особенности расчета тепловых балансов основных и вспомогательных помещений сельскохозяйственных зданий.

4.Охарактеризовать конструктивные особенности систем отопления вспомогательных помещений сельскохозяйственных зданий.

144

5.Проанализировать теплотехнические и аэродинамические преимущества систем воздушного отопления в сельскохозяйственных зданиях.

6.Указать преимущества применения систем инфракрасного газового отопления в животноводческих и птицеводческих помещениях.

7.Описать особенности расчета и конструирования «светлых» и «темных» инфракрасных газовых излучателей.

8.Указать преимущества и недостатки систем электрического отопления при их применении в производственных сельскохозяйственных зданиях.

9.Дать описание конструктивного исполнения отопительных печей.

10.Привести основные положения и закономерности расчета теплопроизводительности отопительных печей.

11.Для дымоходного тракта печей сформулировать особенности аэродинамического расчета.

5.ВЕНТИЛЯЦИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

5.1. Естественная вентиляция животноводческих помещений

Помещения животноводческих зданий, как правило, однопролетные,

прямоугольные в плане. Они имеют окна и ворота по торцам. Кровля зданий двухскатная, высота наружных стен (без обваловки) не более 3,0…3,3 м. Низ расположенных в один ряд в продольных стенах оконных проемов находится на отметке 1,4…1,6 м, размеры каждого окна с двойным остеклением лежат в пределах 1,4 0,8 м. Для таких помещений в холодный период года предусмат-

ривается шахтная и горизонтальная системы приточно-вытяжной естественной вентиляции.

Варианты возникновения давления, которое учитывается при расчете си-

стем естественной вентиляции (аэрации) следующие [28]: гравитационное дав-

ление pt, давление ветра pv, совместное суммарное естественное гравитаци-

онное и ветровое давление pe = pt + pv. В условиях стационарного режима воздухообмена количество поступающего в помещение воздуха равно количеству удаляемого Gпр = Gуд или Lпрρпр = Lудρуд.

145

Аэрацию рассчитывают на действие только гравитационных сил, если:

ной схемы размещения приточных и вытяжных отверстий, Па;

cнв и cзв — аэродинамический коэффициент с наветренной и с заветренной сто-

роны здания, соответственно; vн — скорость ветра, м/с;

H — вертикальное расстояние между центрами приточных и вытяжных отвер-

стий, м; Δρ — разность плотности воздуха снаружи и внутри помещения, кг/м3.

Аэрация рассчитывается на действие только ветра при условии (для по-

Животноводческие здания относятся, как правило, к третьему случаю, ко-

гда необходимо учитывать как гравитационное, так и ветровое давления. При расчете аэрации принимаются следующие допущения: тепловой и воздушный режимы стационарны; средняя температура внутреннего воздуха постоянна;

изменение температуры внутреннего воздуха по вертикали линейное; расчет-

ным является давление по оси проемов; все избыточное давление расходуется на создание кинетической энергии приточной и вытяжных струй и преодоление аэродинамических сопротивлений аэрационных проемов, шахт и аэродинами-

ческих потерь давления при движении воздуха в объеме помещений рпом:

В процессе индустриализации строительства производственных сельско-

хозяйственных зданий утеряны многие положительные теплофизические до-

стоинства старых животноводческих зданий: малая вместимость помещений,

146

ограниченная площадь остекления, саморегулирующаяся воздухопроницае-

мость и гигроскопичность наружных ограждений. Необходимо выявить воз-

можности естественными средствами регулировать параметры микроклимата в типовых помещениях с практически непроницаемыми для воздуха ограждаю-

щими конструкциями. Рассмотрим основные закономерности круглогодичной естественной вентиляции.

Холодный период года. Под холодным периодом будем считать период года с температурой наружного воздуха ниже условной температуры, начиная с которой физиологических тепловыделений животных недостаточно для под-

держания теплового баланса в помещении (для частичного нагревания приточ-

ного воздуха), т. е. когда tн < tнр . На рис. 3.7 этот период назван зоной искус-

ственного подогрева воздуха.

В наиболее распространенных типовых коровниках на 200 голов крупно-

го рогатого скота в климатической зоне с расчетной температурой наружного воздуха в холодный период года tн = −30 °С условная расчетная температура наружного воздуха tнр = −14…−16 °С. С учетом того, что по климатическим по-

казателям средняя температура наиболее холодного месяца (января) в цен-

тральной части России близка к tн.я ≈ −12 °С, период времени в течение года с tн < tнр не превышает 8…10 сут. В этот период средняя температура внутреннего воздуха при минимальном расчетном воздухообмене для удаления влаги, опре-

деляемая по (2.9), может понизиться в помещении коровника до tв = 4…5 °С.

Однако такое относительно кратковременное понижение температуры внут-

реннего воздуха tв практически не приводит к снижению удоев и увеличению потребления кормов (рис. 5.1). Системы терморегуляции поддерживают нор-

мальную жизнедеятельность крупного рогатого скота. В холодный период года допускается относительно кратковременное снижение удельных воздухообме-

нов на центнер массы до 2,5…3,0 м3/(ч·ц) и даже ниже. В реальных условиях в коровниках организованная естественная или механическая вентиляции отсут-

ствуют полностью, что практически не меняет газовый состав воздуха в них.

147

Рис. 5.1. Зависимость потребления кормов (1) и удоев молока (2) от температуры внутреннего воздуха помещения tв

В то же время даже при tнр < tн в коровниках наблюдается туманообразо-

вание (особенно вблизи регулярно открываемых ворот) и конденсация водяных паров на внутренних поверхностях ограждений

Проведенный анализ обосновывает предположение, что даже в промежу-

ток холодного периода года ( tнр > tн) в животноводческие неотапливаемые по-

мещениях должно подаваться минимальное количество наружного воздуха при отсутствии организованного воздухообмена за счет естественных источников.

Гравитационные системы вентиляции должны быть закрыты. Подача воздуха за счет неизбежного ветрового давления возможна при строгом регулировании с учетом закономерностей воздухораспределения в рабочей зоне помещения.

Переходный период года. Под переходным периодом года подразумева-

ются периоды года осенью или весной, когда температура наружного воздуха лежит в пределах от tнр до tнmax.е (на рис. 3.7 эти промежутки названы зоной есте-

ственной вентиляции). Температура tнmax.е соответствует допустимой температу-

ре внутреннего воздуха tв, начиная с которой возможна активная аэрация по-

мещений (открытые окна, ворота) при привязном содержании животных. При свободно-выгульном содержании температура tнmax.е соответствует времени начала выпаса животных.

148

Наибольшая нагрузка на системы естественной вентиляции наблюдается при удалении избытков теплоты в период, близкий к температуре tнmax.е (точка Б на пересечении G ре и Gя на рис. 3.7). Естественный воздухообмен в помеще-

нии осуществляется при совместном действии гравитационной и горизонталь-

ной систем.

Теплый период года. Теплым периодом года является период с температу-

рой наружного воздуха выше tнmax.е (рис. 3.7). В этот период в помещениях нахо-

дятся только животные с привязной технологией содержания. Для снижения температуры воздуха в помещении используются все доступные способы есте-

ственной вентиляции: горизонтальная, шахтная, активная аэрация. Основная нагрузка ложится на системы активной организованной аэрации через откры-

тые окна, ворота, технологические проемы.

Начиная с температуры наружного воздуха tн.е, необходимо использовать механическую вытяжную вентиляцию (при неорганизованной подаче приточ-

ного воздуха). Возможности естественной вентиляции в этот период полностью задействованы, но недостаточны для удаления из помещения избытков теплоты.

В некоторых случаях при привязном содержании высокопродуктивных или элитных животных, особенно в южных районах страны, возможно искусствен-

ное охлаждение приточного воздуха.

5.1.1. Горизонтальная естественная вентиляция

Горизонтальная вентиляция животноводческих помещений за счет ветро-

вого давления осуществляется двумя способами: через специальные щелевид-

ные регулируемые по воздухопроницаемости проемы в продольных стенах по-

мещений, за счет инфильтрации наружного воздуха через наружные стены. В

последнем случае они становятся разновидностью систем вытесняющей при-

точно-вытяжной вентиляции.

Горизонтальная вентиляция через проемы в наружных стенах. Схема та-

кой вентиляции приведена на рис. 5.2. Она состоит из щелевидных проемов,

149