Цель занятия. Освоить методику расчета воздухообмена в животноводческих помещениях.
Содержание занятия. Качество воздуха в животноводческих помещениях, его физические свойства и газовый состав постоянно изменяются под влиянием выделения животными теплоты, влаги, диоксида углерода, в результате разложения навоза, мочи, остатков корма, изменения свойств атмосферного воздуха, поступающего в помещение. В целях улучшения микроклимата воздух помещений должен постоянно заменяться свежим с помощью приточно-вытяжной вентиляции.
При нормальном воздухообмене создается хороший микроклимат, предупреждается конденсация водяных паров на ограждающих конструкциях и оборудовании. Заниженный воздухообмен приводит к ухудшению микроклимата, накоплению вредных продуктов обмена, влаги и теплоты. Высокий уровень воздухообмена в зимний период приводит к большому расходу теплоты, снижению температуры в помещении, повышению эксплуатационных расходов.
Для определения воздухообмена необходимо знать поступление вредных выделений (избытков теплоты, газов и водяных паров) в помещение за 1 ч и предельно допустимое количество вредных выделений в 1 м3 воздуха помещения.
Объем воздуха, подаваемого в помещение или удаляемого из него за 1 ч, отнесенный к внутреннему объему вентилируемого помещения, называют кратностью воздухообмена (К):
где Ь — воздухообмен, м3/ч; V— объем помещения, м3. Знаком «+» обозначают воздухообмен по притоку, знаком «-» — по вытяжке.
Если кратность воздухообмена равна +1 и —2, это означает, что в помещение за 1 ч подается однократный и удаляется двукратный объем воздуха по отношению к объему помещения.
При расчете воздухообмена кроме кратности воздухообмена учитывают и норму воздухообмена — количество чистого воздуха, которое нужно подать для удаления всех вредных примесей.
В связи с тем что в летний период в помещениях накапливается избыток теплоты, а в зимний избыток диоксида углерода и влаги воздухообмен рассчитывают для каждого конкретного периода.
Вентиляцию помещений в зимний период надо организовать так, чтобы удалять все вредные примеси при минимальном расходе теплоты. Холодный наружный воздух имеет низкую влажность, поэтому для удаления избытка влаги из помещений зимой его требуется значительно меньше. В зимний период воздухообмен делают минимальным.
В жаркое время вентиляцию усиливают. Воздухообмен должен быть на таком уровне, чтобы температура в помещении не превышала наружную более чем на 5 °С.
В переходный период (осень — зима) воздухообмен должен быть интенсиЬнее, чем зимой, но медленнее, чем летом.
Более точный расчет воздухообмена проводят по отдельным видам вредных примесей.
Необходимый воздухообмен (LСОг, м3/ч) при повышенной концентрации диоксида углерода определяют по формуле
где С— количество диоксида углерода, выделяемого всеми животными за 1 ч, м3/ч; С, ■— допустимая концентрация диоксида углерода в воздухе помещений, м3/ч (от 0,002 до 0,025 м'/ч); С, — содержание диоксида углерода в наружном воздухе, м3/ч (величина постоянная и равна 0,03 м3/ч).
Чтобы определить поступление диоксида углерода от животных, нужно количество диоксида углерода, выделяемое одним животным определенной массы и продуктивности (см. приложение 4), умножить на поголовье животных. Подставив в формулу найденные значения, получают воздухообмен. При обеспечении такой вентиляции в помещении концентрация диоксида углерода не будет превышать допустимую норму (0,25 %).
Поступление диоксида углерода от птицы (С, м3/ч) определяют по формуле
где С02 — количество диоксида углерода, выделяемого на 1 кг массы птицы за 1 ч, м3/ч; я — поголовье птицы в помещении; т — масса одной птицы, кг.
Количество воздуха (Iм3/ч), необходимое для удаления избыточной влажности, рассчитывают по формуле
где IV— поступление водяных паров от животных, при испарении с мокрых поверхностей ограждающих конструкций, поилок, кормушек и пр., г/ч; ^ — допустимое влагосодержание воздуха в помещении, г/м3; dп — влагосодержание наружного воздуха, вводимого в помещение, г/м3.
Поступление водяных паров от животных находят в прилож. 4.
Норму выделения водяных паров одним животным умножают на число животных с определенными живой массой и продуктивностью.
Выделение водяных паров животными зависит от окружающей температуры, поэтому для повышения точности расчетов нужно учитывать поправочные коэффициенты (см. прилож. 6, 7).
Количество водяных паров (Ж, г/ч), выделяемых птицей, находят по формуле
где Wt;t — количество влаги, выделяемой на 1 кг массы птицы, г/ч; п — поголовье птицы в помещении; т — масса одной птицы, кг; г — поправочный коэффициент, учитывающий изменение выделения влаги в зависимости от температуры (см. прилож. 7).
Для расчета влаги, испаряющейся с мокрых поверхностей, поилок, кормушек, можно применять специальные формулы. Для упрощения расчетов пользуются процентными надбавками (см. прилож. 8) к выделениям водяных паров животными.
Допустимое влагосодержание воздуха в помещении (с!в) определяют расчетным путем. Для этого нужно знать нормативную температуру и относительную влажность (К) помещения (см. прилож. 1). Например, в помещениях для содержания коров желательна температура 10 "С, а относительная влажность — 70 %. По таблице максимальной упругости водяных паров (см. табл. 3) находят максимальную влажность (Е) при данной температуре. Она равна 9,17 мм рт. ст., 9,17 г/м3. Тогда = ЕЯ. 100 = 9,17 • 70:100 = 6,4 г/м3.
Влагосодержание наружного воздуха (с!и) зависит от климатических условий данной местности и времени года. Его находят в прилож. 9. Для расчета воздухообмена в зимний период берут значения показателя в январе, для расчета воздухообмена в переходный период — среднюю за ноябрь и март.
Пример расчета. В коровнике боксового содержания на 400 коров находятся: 40 сухостойных коров живой массой 600 кг; 60 коров живой массой 500 кг с удоем 10 кг; 300 коров живой массой 500 кг с удоем 15 кг в сутки. Размеры стойлового помещения: ширина 27 м, длина 106 м, высота стен 3,3 м. Коровник размещен в Челябинской области.
Рассчитать воздухообмен (по диоксиду углерода, влажности) и кратность воздухообмена.
Расчет воздухообмена по диоксиду углерода начинают с расчета его поступления (см. прилож. 4):
одна сухостойная корова живой массой 600 кг выделяет 153 м3/ч, а 40 — 6120 м'/ч;
одна корова живой массой 500 кг с удоем 10 кг выделяет 152 м3/ч, а 60 — 9120 м3/ч;
одна корова живой массой 500 кг с удоем 15 кг выделяет 185 м'/ч, а 300 — 55 500 м3/ч.
Общее поступление диоксида углерода составит 70 740 м5/ч.
Расчет объема вентиляции для удаления избыточной влажности проводят в следующем порядке.
Вначале находят поступление водяных паров от животных (см. прилож. 4):
одна сухостойная корова живой массой 600 кг выделяет 0,489 кг/ч, 40 — 19,56 кг/ч;
одна корова живой массой 500 кг с удоем 10 кг выделяет 0,455 кг/ч, а 60 — 27,3 кг/ч;
одна корова живой массой 500 кг с удоем 15 кг выделяет 0,507 кг/ч, а 300 — 152,1 кг/ч.
Общее поступление водяных паров от животных равно 198,96 кг/ч. Поступление влаги, испарившейся с мокрых поверхностей помещения, принимаем за 10% выделяемой животными, что составит 218,856 кг/ч.
По микроклиматическим нормативам температура в коровнике зимой должна быть 10 °С, относительная влажность — 70 %.
Максимальная влажность воздуха при температуре 10 °С равна 9,17 г/м3, а относительная влажность должна составлять 70 % максимальной, т. е. 9,17 • 0,7 = 6,4 г/м3.
Влагосодержание наружного воздуха для Челябинска, поданным метеостанции, в январе составило 1,1 г/м3, в марте — 2, в ноябре — 2,4 г/м3. Средняя температура самого жаркого месяца 18,8 °С (см. прилож. 9).
Для расчета воздухообмена в зимний период принимают влагосодержание в январе, равное 1,1 г/м3.
В расчете на одну корову воздухообмен в зимний период составит 103,2 м'/ч (41 293 : 400), в переходный период — 130,3 м3/ч (52 108 : 400), а в расчете на 100 кг живой массы — соответственно 20,2 и 25,5 м3/ч.
Для обеспечения необходимого воздухообмена рассчитывают площадь вытяжных и приточных каналов и их число.
Площадь (5, м2) вытяжных шахт определяют по формуле
где £ — воздухообмен в переходный период, м3/ч; V— скорость движения воздуха в шахтах в переходный период, м/с (см. прилож. 1); 3600 — количество секунд в 1 ч.
Скорость движения воздуха в шахте зависит от разности температур внутреннего и наружного воздуха, высоты шахты и др. В переходный период принимают ее 1,2 м/с.
Если проектируемая шахта имеет сечение 1 х 1 м, т. е. площадь 1 м2 (5,), то их число составит п =S: S1 = 12 : 1 = 12.