При кратности воздухообмена К<3 выбирают естественную вентиляцию, при К = 3-5 - принудительную вентиляцию без подогрева подаваемого воздуха и при К>5 - принудительную вентиляцию с подогревом подаваемого воздуха.
Вентиляция с естественным побуждением воздуха происходит под влиянием ветра (ветровой напор) и вследствие разности температур (тепловой напор). Принудительная вентиляция осуществляется при помощи вентиляторов.
Кратность часового воздухообмена определяют по формуле
, (6.1)
где L - воздухообмен животноводческого помещения, м3/ч (воздухообмен по влажности Vw либо по содержанию СО2 VСО2); Vn - объем помещения, м3.
Расчет необходимого воздухообмена животноводческого помещения производится попредельно допустимым зоогигиеническим нормам содержания углекислоты или влажности воздуха в помещениях для разных видов животных. Поскольку сухость воздуха в животноводческих помещениях имеет особое значение для создания у животных устойчивости к заболеваниям и высокой продуктивности, то правильнее вести расчет объема вентиляции по норме влажности воздуха. Объем вентиляции, рассчитанный по влажности, выше, чем рассчитанный по углекислоте. Основной расчет необходимо проводить по влажности воздуха, а контрольный - посодержанию углекислоты. Воздухообмен по влажности определяется поформуле
, (6.2)
где С - количество водяных паров, выделяемых одним животным, г/ч; m - количество животных в помещении; С1 - допустимое количество водяного пара в воздухе помещения, г/м3; С2 - содержание влаги в наружном воздухе в данный момент, г/м3 (С2 = 3,2 - 3,3 г/м3).
Допустимое количество водяного пара в воздухе С1 определяется нормами относительной влажности W(%) и температуры (tоС) в данном животноводческом помещении. Эти параметры приведены в нормах технологического проектирования по КРС - НТП-АПК 1.10.01.001-00 и НТП 1-99, по свиньям - НТП-АПК 1.10.02.001-00 и ВНТП 2-96, овцам - НТП-АПК 1.10.03.001-00,по птице - НТП-АПК 1.10.05.001-01.
Приближенно величину С1 можно подсчитать по формуле
,
где Сmax - максимальное количество водяных паров, удерживаемых в воздухе (т.е. при W=100%) при данной температуре (табл. 6.1).
Таблица 6.1 - количество граммов водяного пара в 1м3 воздуха при W=100%, г/м3.
| Температура, 0С | Сmax , г/м3 | Температура, 0С | 0,0 | Температура, 0С | Сmax , г/м3 |
| 4,60 | +11 | 9,79 | +21 | 18,50 | |
| +1 | 4,94 | +12 | 10,46 | +22 | 19,66 |
| +2 | 5,30 | +13 | 11,16 | +23 | 20,91 |
| +3 | 5,69 | +14 | 11,91 | +24 | 22,18 |
| +4 | 6,10 | +15+ | 12,70 | +25 | 23,55 |
| +5 | 6,53 | 16+ | 13,54 | +26 | 24,99 |
| +6 | 7,00 | 17+ | 14,42 | +27 | 26,51 |
| +7 | 7,49 | 18+ | 16,36 | +28 | 28,10 |
| +8 | 8,02 | +19 | 16,35 | +29 | 29,78 |
| +9 | 8,57 | +20 | 17,39 | +37 | 46,73 |
| +10 | 9,17 | +38 | 49,35 | ||
| +39 | 52,09 | ||||
| +40 | 54,97 |
Расчет величины требуемого воздухообмена по содержанию углекислоты производят по формуле
, (6.3)
где Р - количество углекислоты, выделяемое одним животным в течение часа, л/ч; Р1 - предельно допустимое количество углекислоты в воздухе помещения, л/м3; Р2 - содержание углекислоты в свежем (приточном) воздухе, л/м3 (Р2 = 0,3-0,4 л/м3).
Необходимые данные для расчета по формуле (6.3) имеются в упомянутых выше документах.
Из полученных расчетом значений величин Vw и VСО2 принимается большее. По нему и подсчитывается требуемая кратность воздухообмена К, который и определяет тип вентиляции.
При естественной вентиляции в первую очередь определяется общая площадь Sв вытяжных каналов.
, (6.4)
где ν- скорость движения воздуха при прохождении через трубу определенной высоты и при определенной разнице температур, м/с.
Значение ν в каждом случае может быть определено по формуле
, м/с (6.5)
где h - высота канала, м; tвн - температура воздуха внутри помещения, оС; tн - температура воздуха снаружи помещения, оС (берется для переходных периодов «осень-весна»).
Далее, исходя из схемы животноводческих помещений, принимается число вытяжных каналов nв. Поперечное сечение S1 одного канала при этом определяется из формулы
, м2 (6.6)
Площадь приточных каналов Sn обычно составляет 60-70% от площади вытяжных Sв.
Расчет вентиляции с искусственным побуждением воздуха производится при кратности воздухообмена К>3.
Вентиляционные установки с искусственным побуждением воздуха бывают с механическим побуждением вытяжки и с механическим побуждением притока.
Вентиляторы обычно характеризуются двумя основными величинами: подачей Qв и создаваемым напором Н.
При непрерывной работе вентилятора его подача выбирается равной необходимому возухообмену. Чтобы регулировать величину воздухообмена, выбирают вентилятор с запасом по подаче и включают его в действие периодически. При установке вентилятора в каждой шахте его подачу определяют по формуле
, (6.7)
где nв - число вытяжных каналов.
Подача каждого вентилятора не должна превышать 8000 м3/ч.
Диаметр труб вентиляционной сети выбирают достаточно большими, чтобы скорость движения 
воздуха в них была не более 12-15 м/с. Диаметр трубопровода (сечение шахты) определяют по формуле
, м. (6.8)
Расчет необходимой величины напора вентилятора производят по величине сопротивлений движению воздуха в канале или воздухопроводе. При движении воздуха по воздухопроводу имеют место потери напора на преодоление сопротивления трению и от местных сопротивлений.
Потери напора от сопротивления трению в прямой круглой трубе рассчитываются по формуле
, (6.9)
где 
- коэффициент сопротивления трению воздуха в трубе, 
; l- длина трубопровода, м; ρ - плотность воздуха, 
кг/м3.
Потери напора от местных сопротивлений находят по формуле
(6.10)
где 
- сумма коэффициентов местных сопротивлений (табл. 6.2). Общие потери напора в вентиляционной системе составляют:
(6.11)
Технические характеристики осевых и центробежных вентиляторов отыскиваются в Интернете.
Таблица 6.2 - Значения коэффициентов потерь от местных сопротивлений
| Наименование местного сопротивления | Величина коэффициента |
| Колено с углом α =90о | 1,10 |
| То же с углом α =120о | 0,55 |
Продолжение таблицы 6.2
| То же с углом α =150о | 0,20 |
| Отвод при R/D =1,0 | 0,25 |
| То же при R/D =1,5 | 0,175 |
| То же при R/D =2,0 | 0,15 |
| Внезапное сужение при S/S' =0,1 | 0,29 |
| То же при S/S' =0,3 | 0,25 |
| То же при S/S' =0,4 | 0,21 |
| То же при S/S' =0,5 | 0,18 |
| Внезапное расширение S'/S = 0,1 | 0,81 |
| То же S'/S = 0,3 | 0,49 |
| То же S'/S = 0,5 | 0,25 |
| Дроссель или задвижка | 0,01-0,08 |
| Боковой выход | 1,0 |
| Вход с конца | 0,3 |
| Выход с конца | 1,0 |
| Сетка при живом сечении, % | 0,1 |
| Жалюзи (выход) | 3,0 |
| Жалюзи (вход) | 0,5 |
Примечание. α - угол, R - радиус отвода, D - диаметр трубопровода, S - поперечное сечение отвода, S/ - поперечное сечение трубопровода.
Расчет отопления помещения
Оптимальная температура окружающей среды улучшает работоспособность людей, а также повышает продуктивность животных и птицы. В помещениях, где оптимальная температура и влажность воздуха поддерживаются за счет биологического тепла, нет необходимости устанавливать специальные отопительные приборы.
При расчете системы отопления предлагается такая последовательность: определение тепловых потерь отапливаемого помещения; определение потребности в тепловых приборах.
Для животноводческих и птицеводческих помещений применяют воздушное отопление, паровое низкого давления с температурой приборов до 100 0С, водяное с температурой 75-90 0С, электрообогреваемые полы.
Определяют дефицит теплового потока для отопления животноводческого помещения по формуле
(6.12)
где Q1 - поток теплоты, проходящий сквозь окружающие строительные конструкции, Дж/ч; Q2 - поток теплоты, теряемый с удаляемым воздухом при вентиляции, Дж/ч; Q3 - случайные потери потока тепла, Дж/ч; Qж - поток теплоты, выделяемый животными, Дж/ч.
(6.13)
где К - коэффициент теплопередачи ограждающих строительных конструкций, Дж/м2∙ч 0С (табл.6.3); Si - площадь поверхностей, теряющих поток теплоты, м2; tвн, tн- температура воздуха соответственно в помещении и снаружи, 0С.
Температура наружного воздуха при расчете вентиляции определяются по табл. 6.4.
Поток теплоты, теряемый с удаляемым воздухом при вентиляции.
, (6.14)
где С - объемная теплоемкость воздуха, равная 0,0013 Дж/(м3∙0С).
Поток теплоты, выделяемый животными или птицей, равен:
, (6.15)
где q - поток теплоты, выделяемый одним животным данного вида, Дж/ч (отыскивать в НТП); m - количество животных данного вида в помещении, гол.
Случайные потери потока тепла принимаются в количестве 10-15% от Qж, т.е.
. (6.16)
Подбирают нагревательные установки по площади (поверхности) нагрева (электрокалориферы или теплокалориферы).
Площадь поверхностей нагревательных установок определяют по формуле
, (6.17)
где q1 - съем теплового потока с единицы поверхности нагревательного устройства, Дж/(ч∙м2).
В свою очередь,
, (6.18)
где 
- коэффициент теплоотдачи, Дж/(м2∙ч 0С); k/ = 217,4; tвх - температура теплоноосителя при входе в теплокалорифер, tвх= 90 0C; tвых - температура теплоносителя на выходе из теплокалорифера, tвых = 70 0С; tв - температура окружающего воздуха.
Таблица 6.3 - Значение коэффициента теплопередачи
| Элемент здания | Толщина ограждений, м | кДж/м2.чоС |
| Кирпичные стены на холодном растворе с внутренней штукатуркой в 1,5 кирпича | 0,395 | 5,544 |
| в 2 кирпича | 0,525 | 4,464 |
| в 2,5 кирпича | 0,655 | 3,744 |
| Стены из шлакобетонных пустотелых камней с внутренней штукатуркой в 1 камень | 0,205 | 6,660 |
| в 1,5 камня | 0,305 | 4,968 |
| в 2 камня | 0,405 | 3,960 |
| Деревянные рубленные стены без штукатурки, с окантовкой из бревен диаметром, мм | 0,160 | 3,672 |
| 0,20 | 3,060 | |
| Наружные окна и фонари при деревянных переплетах одинарные | - | 21,060 |
| двойные | - | 9,648 |
| Ворота одинарные | - | 16,848 |
| двойные | - | 8,388 |
| Чердачное перекрытие с накатом из досок 35 мм с термоизоляционной насыпкой | - | 4,212 |
Таблица 6.4 - Климатические данные некоторых городов России
| Город | Температура наружного воздуха, оС | Средн.относительная влажность воздуха, % | Средн.скорость ветра в январе,м/с | |||||||
| температурная зона | средн. в 13ч самого жаркого месяца | расчетная зимняя | длительность отопительного периода | самого холодного м-ца в 13 ч | самого жаркого м-ца в 13 ч | |||||
| для вентиляции | средн. самой холодной пятидневки | средн.самых холодных суток | средняя | длительность в сутки | ||||||
| Архангельск | 18,4 | -17 | -32 | -34 | -4,7 | 4,5 | ||||
| Астрахань | 21,5 | -11 | -22 | -27 | -2,0 | 5,7 | ||||
| Барнаул | 19,6 | -23 | -38 | -40 | -8,3 | 5,8 | ||||
| Волгоград | 28,6 | -14 | -25 | -30 | -3,6 | 6,5 | ||||
| Н.Новгород | 21,6 | -17 | -28 | -33 | -4,9 | 5,1 | ||||
| Киров | 18,0 | -19 | -31 | -36 | -5,9 | 7,2 | ||||
| С.Петербург | 20,3 | -12 | -25 | -28 | -2,0 | 4,7 | ||||
| Москва | 21,4 | -15 | -26 | -31 | -3,7 | 4,9 | ||||
| Новосибирск | 23,0 | -24 | -39 | -41 | -8,9 | 4,3 | ||||
| Омск | 23,6 | -24 | -36 | -41 | -8,9 | 4,1 | ||||
| Пенза | 18,8 | -17 | -28 | -33 | -4,7 | - | ||||
| Екатеринбург | 21,1 | -21 | -32 | -37 | -6,5 | 5,4 | ||||
| Хабаровск | 24,1 | -25 | -33 | -35 | -9,3 | 5,7 | ||||
| Челябинск | 22,8 | -22 | -32 | -37 | -6,8 | 4,4 |