10138

расположенных под окнами. Проемы заполняются каким-либо местным пори-

стым материалом (соломой, сеном).

Рис. 5.2. Схема системы горизонтальной вентиляции: 1 — щелевидные проемы

Полный аэродинамический расчет горизонтальных систем вентиляции через проемы изложен в [29]. При расчете систем центры вентиляционных про-

емов, расположенных на одном уровне, принимаются за плоскости начальных

ское давление, создаваемое ветровым потоком. Внутреннее избыточное давле-

ние на этом уровне составляет pв. Аэродинамические коэффициенты для типо-

вых животноводческих зданий для наветренной стороны равны снв = 0,6…0,8;

для заветренной стороны сзв = −0,4…−0,2 [4, 29].

Из уравнения баланса воздухообменов после преобразований получим

рнвρн = рзвρв, где рнв = рнв – рв, рзв = рв − рзв. Имеем уравнение баланса давления ρн(снврдин – рв) = ρв(рв – сзврдин), из которого определяем внутреннее избыточное давление на уровне центров вентиляционных проемов pв:

Далее по общеизвестной зависимости определяется площадь приточных и вытяжных проемов Aпм, м2, при соответствующей плотности наружного или внутреннего воздуха:

150

где Gвент — расчетный воздухообмен, кг/ч; μ — коэффициент расхода.

Связь коэффициентов расхода μ и местного сопротивления приточных и вытяжных проемов ξ определяется соотношением μ = (1 / ξ)0,5 или ξ = 1 / μ2.

Подставив в (5.7) значения рнв или ∆рзв из (5.6), найдем площадь прое-

мов, состоящих из щелей в продольных стенах производственных сельхозданий с наветренной Aнв или заветренной Aзв сторон:

Рассмотрим составляющие (5.8) применительно к животноводческим зданиям. Как было сказано выше, горизонтальная вентиляция применяется только в холодный период года при tн ниже условной tнр (рис. 3.7). Поэтому расход воздуха Gвент не должен быть более Gнmin , необходимого для удаления влаги. В периоды tн < tнр , особенно при аномально нерасчетном понижении температуры наружного воздуха, Gнmin → 0.

Количество и площадь каждой приточной щели с наветренной стороны и вытяжных щелей с заветренной стороны здания находятся, исходя из общей их площади (5.8), в зависимости от объемно-планировочных решений зданий, ори-

ентации по сторонам горизонта, окружающего ландшафта.

При проектировании систем горизонтальной вентиляции пользуются графическими зависимостями, связывающими коэффициент расхода воздуха μ со степенью плотности набивки материала. На рис. 5.3 приведены значения μ при заполнении вентиляционных щелей соломой с различной плотностью ρ,

кг/м3. Пользуясь этим графиком, по коэффициенту расхода μ и требуемой по расходу воздуха скорости в проеме определяется степень его заполнения, кото-

рая регулируется вручную.

151

Рис. 5.3. Зависимость значения коэффициента расхода воздуха μ проеме, заполненном соломой, от скорости воздуха в проеме при различной плотности соломы ρ

Зависимость G ре в условиях горизонтальной вентиляции отличается от

приведенной на рис. 3.7, т. к. определяется только кинетической энергией и направлением набегающего на вертикальное ограждение потоком воздуха (ори-

ентацией по сторонам горизонта). Обе эти величины переменны по времени.

Количественное определение полного давления с наветренной рнв и за-

ветренной рзв сторон здания по аэродинамическим коэффициентам cнв и сзв

необходимо проводить по средней скорости и повторяемости направления вет-

ра за январь месяц. За расчетную принимается наибольшая алгебраическая раз-

ность аэродинамических коэффициентов (cнв − сзв).

В строительных нормах скорость ветра дается на высоте 10,0 м. Стены животноводческих зданий подвергаются меньшим ветровым воздействиям.

Например, если нормативная скорость ветра для г. Нижнего Новгорода на вы-

соте 10,0 м лежит в пределах 5,0 м/с, то на высоте 3,0 м, характерной для жи-

вотноводческих зданий, она составляет 3,8 м/с, т. е. на 25 % ниже.

Горизонтальная вентиляция за счет инфильтрации наружного воздуха.

Этот вид естественной вентиляции основан на физическом эффекте поровой инфильтрации через воздухопроницаемые наружные ограждения. Теплофизи-

ческий смысл положительного эффекта поровой фильтрации воздуха (тепловой,

152

осушающий, вентиляционный и др.) рассмотрен в разделе (2.5.3). Общие поте-

ри теплоты через наружные ограждения типовых коровников при инфильтра-

ции наружного воздуха через наружные стены сокращаются в среднем до 23 %.

Конденсация влаги на внутренних поверхностях наблюдается при более низкой температуре.

В то же время, процесс поровой эксфильтрации (удаления внутреннего воздуха через наружные стены из помещения) сопровождается процессами уве-

личения теплопотерь и увлажнением наружных ограждений с заветренной сто-

роны. Данное физическое противоречие процессов вызывает необходимость разработки вариантов включения всех наружных стен в режим устойчивой ин-

фильтрации за счет относительно стабильного и предсказуемого гравитацион-

ного давления рt и неустойчивого, случайного по величине, ветрового давле-

ния рv (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Расчетные эпюры давления при устойчивой инфильтрации воздуха через наружные ограждения

Наименьший перепад давления, вызывающий инфильтрацию воздуха,

возникает в верхней плоскости (плоскость I) помещения рtI h ρн ρв g при наружном ветровом давлении с заветренной стороны рvзв cзвvн2ρ н /2. Чтобы за-

ветренная стена находилась в зоне устойчивой инфильтрации, необходимо иметь общее суммарное избыточное давление в плоскости I выше нуля ( рtI +

рvзв ) ≥ 0. На графике точка Б должна совпадать с точкой Д. Такое перемещение

153

за счет естественных источников возможно путем увеличения гравитационного давления, которое можно достичь при изменении высоты вытяжной шахты hш

(рис. 5.4):

Воздушный баланс животноводческого помещения в холодный период года при горизонтальной поровой вентиляции (приток через наружные стены с наветренной стороны Gпрнв площадью Aнв и заветренной стороны Gпрзв площадью

Aзв, удаление воздуха через шахту Gш) имеет вид:

где Gинфдоп — дополнительный приток воздуха через окна, ворота, двери.

Количество инфильтрующегося через наружную стену площадью Aст воз-

духа Gст, кг/ч, составляет:

ст Rинф

где Rинф — сопротивление воздухопроницанию конструкции, м2·ч·Па/кг.

Средний перепад давления у наветренной стены равен (рис. 5.4):

154

В развернутом виде эти величины равны:

Сопротивление воздухопроницаемости двойных окон в деревянных пере-

плетах Rинфок для животноводческих зданий определяется как для гражданских

зданий по действующим нормам, а для наружных дверей и ворот сопротивле-

ние воздухопроницаемости принимается Rинфдв = 0,3 м2·ч·Па/кг. Стеновые пане-

ли из крупнопористого керамзитобетона имеют сопротивление воздухопроницаемости в пределах Rинф = 0,5…4,5 м2·ч·Па/кг.

Суммарная площадь сечения вытяжных шахт рассматриваемых систем естественной вентиляции в холодный период года Аш, м2, равна:

где νср.ш — средняя скорость движения воздуха в шахте, м/с, [29]:

рt g(0,5h hш )(ρн ρв ) — гравитационное давление, Па, (за точку отсчета высоты hш поступления наружного воздуха при поровой инфильтрации принята середина высоты наружной стены 0,5h (рис. 5.4));

Σξ — сумма коэффициентов местного сопротивления при движении воздуха по шахте;

Dэкв = 2ab / (a + b) — эквивалентный диаметр, м; a и b — размеры сечения прямоугольной или квадратный в поперечном сечении шахты, м.

Воздухообмен с использованием вытяжных шахт горизонтальных систем естественной вентиляции целесообразно осуществлять в холодный период года из рабочей зоны, т. е. нижним срезом шахты, опущенным в зону содержания животных. При такой компоновке системы обеспечивается удаление вредно-

стей из зоны их образования, сохранение «тепловой» подушки под покрытием,

устойчивая равномерная инфильтрация через воздухопроницаемые наружные стены. Система естественной вентиляции работает по принципу вытесняющей вентиляции. Такой вариант компоновки вытяжной шахты показан пунктиром на рис. 5.4. Вытяжные шахты, используемые для горизонтальной вентиляции,

должны быть утеплены и иметь в нижнем сечении шибер для ручной регули-

ровки расхода удаляемого воздуха.

5.1.2. Гравитационная вентиляция и аэрация

Системы естественной (шахтной) вентиляции используются в осенний и весенний периоды года, когда температура наружного воздуха лежит в преде-

лах от tнр до tнmax.е (рис. 3.7).

Простейшей системой гравитационной вентиляции в животноводческом помещении является шахтная (рис. 5.5), удаляющая воздух из верхней зоны че-

рез утепленные шахты и подающая наружный воздух через подоконные или

Рис. 5.5. Схема шахтной вентиляции: 1 — подоконный приточный проем; 2 — надоконный приточный проем; 3 — поддон; 4 — утепленная шахта; 5 — дроссель-клапан

Плотность наружного воздуха ρн принимается при средней температуре tнр и tнmax.е . В большинстве случаев за tнmax.е (рис. 3.7) принимается минимально допустимая температура внутреннего воздуха в помещении, лежащая в преде-

лах tвmin = 6…8 °С. Плотность внутреннего воздуха ρв определяется при расчет-

ной температуре в переходный период года tв = 10…14 °С. Расчетная высота hш

равна разности высот устья шахты и центра приточной щели (на рис. 5.5 пока-

зана высота от подоконной щели). В переходный период при работе естествен-

ной вентиляции окна и ворота закрыты.

Средняя скорость движения воздуха в шахте находится по (5.21). При нахождении площади поперечного сечения Аш, м2, и отметки устья шахты hш, м,

задаются по объемно-планировочным или технологическим соображениям од-

ной из этих величин и находят другую.

Системы активной естественной вентиляции (аэрации) используются в теплый период года при привязном содержании скота. Зона таких систем на рис. 3.7 расположена между точками Б и В. Активная аэрация эффективна при тем-

пературах наружного воздуха от tнmax.е , когда гравитационного давления для со-

здания расчетного воздухообмена становится недостаточно, до температуры tн.е,

соответствующей максимальной температуре наружного воздуха, при которой вся сумма естественных источников воздухообмена для ассимиляции избытков теплоты и влаги в помещении полностью исчерпана.

157

В режиме работы активной естественной вентиляции открыты все шах-

ты, щелевые отверстия в стенах, окна, ворота, наружные двери.

Рассмотренные расчетные закономерности и способы организации есте-

ственной вентиляции относятся к помещениям содержания крупного рогатого скота, свиней, коневодческим предприятиям, помещениям содержания овец и коз, звероводческим хозяйствам по выращиванию кроликов, нутрий и т. п.

5.2. Механическая вентиляция животноводческих помещений

Удаление воздуха из животноводческих помещений естественным путем не всегда позволяет решить стоящие перед системами обеспечения параметров микроклимата задачи, особенно при круглогодичном привязном содержании животных. К ним, например, можно отнести удаление выделяющихся тяжелых вредных газов из рабочей зоны от навоза, мочи, в том числе из каналов навозо-

удаления.

Использование механической вытяжной вентиляции вызывает необходи-

мость применения приточных систем с подогревом наружного воздуха в хо-

лодный период года. Такие системы предусматриваются в случае повышенных технологически заданных температурно-влажностных параметров внутреннего воздуха: при привязном содержании элитного КРС, в помещениях свинарни-

ков-маточников, в помещениях молодняка животных. Воздух нагревается в местных генераторах теплоты, работающих на газе, дровах или местном топли-

ве. В помещениях молодняка животных, помимо обязательного наличия под-

стилки, желательно иметь подогреваемые полы.

В зависимости от назначения помещения и технологии содержания жи-

вотных приточный воздух можно подавать как в верхнюю, так и в нижнюю зо-

ны помещения. Подачу воздуха в помещения предпочтительнее подавать рав-

номерно в рабочую зону с животными, исключая непосредственно воздействие на них воздушных струй, если подвижность приточного воздуха превышает ре-

комендуемую.

158

Выбор способов распределения воздуха определяется аэродинамически-

ми характеристиками приточных струй и конструктивно-планировоч-ными ре-

шениями помещения. Приведенная на рис. 5.6 а) cхема системы вентиляции,

рекомендуется для коровников, имеющих чердачное перекрытие, при двухряд-

ном стойловом содержании животных. Эта система состоит из приточной об-

щеобменной механической системы с воздуховодами равномерной раздачи воздуха. Приточный воздуховод располагается по оси здания под потолком. За-

грязненный воздух удаляется через шахты прямоугольного сечения, располо-

женные над стойлами.

Приведенная на рис. 5.6 б) схема системы вентиляции рекомендуется для помещений, в которых находится крупный рогатый скот при четырехрядном содержании. Имеется два параллельных воздуховода равномерной раздачи об-

работанного в приточных камерах воздуха, расположенных под потолком или в опорных конструкциях чердачного перекрытия. Удаляется загрязненный воздух через шахты.

Рис. 5.6. Схемы системы вентиляции коровника: а) при ширине помещения 12,0 м; б) при ширине 18,0 м. 1 — вытяжная шахта; 2 — приточный воздуховод; 3 — вентиляционная камера; 4 — осевой вентилятор

Система вентиляции, схема которой изображена на рис. 5.7 а), рекомен-

дуется для свинарников-маточников. Она состоит из механической приточной системы, с помощью которой нагретый в калорифере наружный воздух подает-

159