10879

Показатель Yпл принимается равным показателю теплоусвоения поверх-

ности первого слоя Yпл1. Расчетные коэффициенты теплопроводности и тепло-

усвоения материалов слоев конструкций пола в местах отдыха животных при-

нимаются при условиях эксплуатации Б.

Показатель теплоусвоения решетчатых полов помещений для содержания крупного рогатого скота, птиц и овец не нормируется.

Пример 2.16. Выполнить теплофизический расчет пола для помещения отдыха крупного рогатого скота и определить, удовлетворяет ли требованиям теплоустойчивости конструкция пола помещения при содержании животных без подстилки. Теплотехнические характеристики отдельных слоев конструкции пола (нумерации сверху вниз) даны в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Теплотехнические характеристики слоев конструкции пола

Тепловая инерция:

Dсл1 = Rсл1Sсл1 = 0,048·16,43 = 0,789; D2 = R2S2 = 0,345·7,91 = 2,729.

Тепловая инерция первого слоя пола Dсл1 > 0,5, поэтому показатель теплоусвоения поверхности пола определится по (2.17): Yпл = 2S1 = 2·16,43 = 32,86 Вт/(м2·°С). Полученное значение Yпл явно больше нормируемых величин теплоусвоения поверхности полов

Yплн 12,5…17,0 Вт/(м2·°С) для всех видов животных и не удовлетворяет ветеринарно-

гигиеническим показателям для животных.

Если в качестве первого (верхнего) слоя принять слой из досок (табл. 2.2), то

Dсл1 = 0,167·4,54 = 0,758, т. е. D1 > 0,5, Yпл = 2S1 = 2·4,54 = 9,08 Вт/(м2·°С).

Такая конструкция пола из деревянного настила удовлетворяет нормируемым показателям теплоусвоения полов для всех возрастных категорий крупного рогатого скота и свиней.

60

2.4.2. Теплоустойчивость хранилищ картофеля и овощей

Насыпи сочного растительного сырья и помещения овощехранилищ об-

ладают большой тепловой инерционностью. Выполненные по действующим нормам расчеты по определению теплоустойчивости наружных ограждений ти-

повых хранилищ дают значения показателя сквозного затухания температур-

ных колебаний для бесчердачных покрытий ν ≈ 700, для наружных стен ν ≈ 400.

Показатель запаздывания сквозного проникновения температуры для покрытий

ε ≈ 23 ч, для наружных стен ε ≈ 26 ч. Поэтому суточные колебания температуры наружного воздуха не оказывают практического влияния на температуру их внутренних поверхностей.

Подтверждением этого положения являются полученные эксперимен-

тально термограмма и гигрограмма воздуха в действующем надземном карто-

фелехранилище (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Изменение параметров воздуха над насыпью картофеля за неделю: а) термограмма; б) гигрограмма

На основе решения задач по теплоустойчивости овощекартофелехрани-

лищ выявлены периоды наиболее неблагоприятных температурных условий,

создающихся в свободном их объеме при периодической работе систем актив-

ной вентиляции [4].

При расчете теплоустойчивости помещений хранилищ возмущающее воздействие в свободной верхней зоне за полный цикл работы систем активной вентиляции можно представить качественно следующими величинами: подача теплоты отсутствует в период цикла естественной конвекции длительностью

(1 ‒ zк); количество поступающей теплоты равно постоянной величине в период вынужденной конвекции длительностью zк. Коэффициент использования вен-

61

тиляции Квент = zк / 24 показывает долю времени работы системы активной вентиляции в течение суток (Δzк — время цикла вынужденной конвекции в насыпи сочного растительного сырья, ч).

Для климатических условий средней полосы разница в потерях теплоты хранилищем в начале цикла работы систем активной вентиляции и в конце цикла достигает 9 %.

2.5. Совершенствование теплозащитных характеристик ограждений

2.5.1. Рациональные объемно-планировочные решения

Производственные сельскохозяйственные здания, как правило, одноэтаж-

ные, в плане имеют правильную форму (квадрат, прямоугольник). Высота по-

мещений каждого вида зданий увязывается с обслуживаемой рабочей зоной.

Для сельскохозяйственных зданий получены упрощенные зависимости, одно-

значно характеризующие энергопотребление зданий (площади теплового кон-

тура) от их объемно-планировочных решений (рис. 2.6).

Рис. 2.6. К определению площади теплового контура зданий

Разница площади наружных стен и покрытий круглых Aкр, м2, квадратных

Aкв, м2, и прямоугольных Aпр, м2, в плане сельскохозяйственных зданий (рис. 2.6)

при одинаковой высоте наружных стен hнс составляет:

Aкв-кр Aкв Aкр a(0,86hнс 0, 215a);

Aпр-кр Aпр Aкр hнс (2b 1,14a) a(b 0,785a);

Aпр кв Aпр Aкв (2hнс a)(b a).

Относительное повышение площади теплового контура прямоугольных зданий по сравнению с круглыми и квадратными σпр-кр и σпр-кв, %:

62

Теплозащитные свойства покрытия при сохранении теплового баланса хранилища после реконструкции (обваловки) могут быть снижены на величину, эквивалентную

Rогртреб = 4,20 ‒ 3,06 = 1,14 м2·°С/Вт.

Пример 2.18. Определить динамику теплового баланса эксплуатируемого в г. Чебоксары полностью заглубленного картофелехранилища вместимостью 10 000 т (покрытие выше

уровня земли на 1,2 м); Aпокр ≈ 2 300 м2; Aст ≈ 330 м2.

Сопротивление теплопередаче покрытия Rпокр = 1,98 м2·°С/Вт. Расчет по (2.2) и (2.3) при qсрс = 17,0 Вт/т дал значение Rогртреб = 0,562 м2·°С/Вт, т. е. Rпокр > Rогртреб .

Только при загрузке клубнями хранилища < 30 % от расчетной вместимости (G = 0,3Gр < 3 000 т) при расчетной температуре наружного воздуха tн наблюдается несоот-

ветствие между требуемым и действительным ( Rогртреб > Rпокр) сопротивлением теплопередаче, т. е. необходим подогрев приточного воздуха.

2.5.2. Учет теплозащитных свойств снежного покрова на кровле

Вероятность отсутствия снежного покрова в Нечерноземной зоне РФ в декабре месяце к северо-востоку от линии Нарва-Орша-Обоянь-Красный КутОрск fотс.сн = 0,02 (1 раз в 50 лет), к юго-западу — fотс.сн = 0,05 (1 раз в 20 лет) [11]. Вероятность появления расчетных значений температуры наружного воз-

духа tн, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки, в ноябре и марте — ft = 0,005. Для производственных сельскохозяйственных зданий, име-

ющих уклон покрытия i ≤ 0,03, с коэффициентом обеспеченности Коб = 1 ‒ fотс.сн

= 0,98 средние из наибольших высот снежного покрова hсн, м, образующихся в течение зимы: для Москвы — 0,48; для Санкт-Петербурга — 0,32; для Нижнего

Новгорода — 0,59; для Архангельска — 0,66 [9].

Исследования А.У. Франчука [12] показали, что при теплотехнических расчетах покрытий с наклоном скатов до 10° в средней климатической зоне РФ

на покрытиях сельскохозяйственных зданий hснр , м, и сопротивление теплопере-

даче снежного покрова Rснр , м2·°С/Вт, составляют:

64

Наличие значительного температурного градиента в толще снега на кров-

ле и его подтаивание обеспечивают относительную стабильность плотности снега (ρсн ≈ 250 кг/м3) и теплопроводности (λсн ≈ 0,238 Вт/(м·°С)) [11]. Величина

Rсн на покрытиях сельскохозяйственных зданий может составлять до 20…25 %

от требуемого сопротивления покрытия Rпокртреб . Этот факт является значительным

резервом повышения теплотехнических показателей покрытий, не учитывае-

мым до настоящего времени.

Пример 2.19. Определить расчетное сопротивление теплопередаче снежного покрова Rсн на покрытиях хранилищ и буртов, м2· С/Вт. Результаты расчетов приведены в табл. 2.3.

Значения плотности в сухом состоянии ρиз, кг/м3, и расчетные величины ко-

эффициента теплопроводности из, Вт/(м·°С), редко встречающихся в справоч-

ной и технической литературе теплоизоляционных материалов, которые ис-

пользуются в сельскохозяйственном строительстве, а также для снега приведе-

ны в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Теплотехнические характеристики теплоизоляционных материалов

2.5.3. Эффект воздухопроницаемости ограждений

Для сельскохозяйственных зданий определенный интерес представляет способ снижения энергозатрат путем совершенствования теплозащитных ха-

рактеристик ограждающих конструкций с использовании физического эффекта поровой инфильтрации [13, 14]. Тепловой эффект при поровой инфильтрации заключается в возврате потерь теплоты, когда ограждение превращается в свое-

образный регенеративный теплообменник. При инфильтрации холодного наружного воздуха одновременно происходит осушение наружных ограждений.

Воздух движется по порам и капиллярам медленно (Re ≈ 0,5), поэтому его температура во всех сечениях ограждений практически равна температуре кар-

каса. В стационарных условиях при отсутствии фильтрации (скорость в порах и капиллярах wф = 0) тепловой поток через ограждения постоянен qвх0 qвых0 (рис.

2.7.I). При инфильтрации часть теплоты идет на нагревание наружного воздуха и величина теплопотерь уменьшается (рис. 2.7.II). Возможен вариант (рис.

2.7.III) отсутствия теплопотерь, когда теплота целиком используется на нагре-

вание наружного воздуха qвыхф = 0.

С ростом воздухопроницаемости наружных конструкций повышается ин-

тенсивность поровой инфильтрации. Одновременно повышается риск отклоне-

66

ния температуры внутренних поверхностей ограждений от допустимой по теп-

лофизическим показателям. Естественной силой, вызывающей фильтрацию воздуха, является перепад гравитационного (внутреннего) pt и ветрового

(наружного) pv давления на оболочку здания.

Рис. 2.7. Интенсивность тепловых потоков при отсутствии (I) и при наличии (II, III) фильтрации воздуха

2.5.4. Совершенствование конструктивных решений

наружных ограждений

Строительство сельскохозяйственных зданий с чердаками. Наличие чердаков снижает требуемое сопротивление теплопередаче перекрытий при-

мерно на 10 % по сравнению с бесчердачными зданиями. При использовании чердаков животноводческих зданий в качестве сенохранилищ теплотехниче-

ский эффект перекрытий увеличивается.

Перспективно с экономической и технологической точек зрения приме-

нение «теплых» чердаков. Удаляемый из помещений воздух поступает в чер-

дачное пространство, что повышает температуру воздуха в нем и теплоустой-

чивость здания в целом. Из чердака воздух удаляется в атмосферу. Наряду с ча-

стичной утилизацией теплоты удаляемого воздуха создается ряд технических

67

достоинств: повышение устойчивости работы систем естественной вентиляции;

предотвращение конденсации на вытяжных воздуховодах и на внутренних по-

верхностях перекрытий.

Наиболее перспективны для сельскохозяйственных зданий наружные ограждения с переменными сопротивлениями теплопередаче. Для создания пе-

ременных сопротивлений теплопередаче используются различные конструкции разборных подвесных потолков, дополнительные съемные экраны и т. п. Такие конструкции позволяют повысить величину сопротивления теплопередаче наружных ограждений, регулировать интенсивность потерь теплоты в зависи-

мости от температуры наружного воздуха, стабилизировать температурный ре-

жим помещения. Животные, птицы и хранящееся СРС защищаются от пере-

увлажнения при возможной конденсации водяных паров на внутренней по-

верхности наружных ограждений.

Наружные ограждения, особенно эксплуатируемые во влажном режиме,

рекомендуется выполнять с вентилируемыми воздушными прослойками. Воз-

душные прослойки у внутренних поверхностей наружных стен с естественным или вынужденным движением воздуха шириной 40…50 мм нашли широкое применение при строительстве хранилищ. Методика расчета и конструирова-

ния воздушных прослоек приведена в [10].

2.5.5. Регулирование переноса влаги через ограждающие конструкции

Эксплуатационное влажностное состояние надземных наружных ограж-

дений подразумевает периодическое изменение влагосодержания в течение го-

да около своего постоянного среднегодового значения. Оно несколько повыша-

ется в апреле—мае и понижается к осени. Зимой значения влажности близки к среднегодовым [15]. Влажность подземных стен практически не зависит от пе-

риода эксплуатации.

Влажностный режим наружных ограждений в настоящее время рекоменду-

ется рассчитывать с учетом сопротивления паропроницаемости отдельных сло-

ев ограждений. За движущую силу переноса влаги принята разность парциаль-

68

ных давлений водяных паров во внутреннем и наружном воздухе. Этот метод расчета дает хорошую сходимость с практикой при стационарных условиях влагопереноса.

Наиболее полно динамика влажностного режима материалов наружных ограждений при нестационарных внешних воздействиях можно выразить с по-

мощью понятия потенциала влажности , °В, являющегося полным термодина-

мическим потенциалом фаз [15]. Потенциал влажности наружного н и внут-

реннего в воздуха определяется по известным зависимостям, приведенным в табл. 2.5 [10].

В формулах, приведенных в табл. 2.5: φ — относительная влажность воз-

духа, %; v — подвижность воздуха, м/с; qс.р — интенсивность солнечной радиации, кДж/(м2·ч).

Интенсивность влагопереноса jθ, г/(ч·м2), через ограждение:

jθ = χ(θв – θн), (2.29)

где — коэффициент влагопроводности, г/(ч·м2·°В).

Анализ зависимостей (2.24…2.28) показывает, что в зимний период года в сельскохозяйственных зданиях потенциал влажности внутреннего воздуха в

больше наружного н (tв tн, в н). Поэтому влага через надземные огражде-

ния удаляется в атмосферу. Для предотвращения увлажнения таких ограждений слой пароизоляции должен быть предусмотрен с внутренней стороны. У под-

земных ограждений из-за их контактов с грунтом, имеющим влажность выше

69