Определение объема и кратности воздухообмена

Воздухообмен животноводческого помещения характеризуется величиной подачи свежего или удаления загрязненного воздуха, а также кратностью воздухообмена в помещении за единицу времени.

В соответствии с зоотехническими требованиями можно определить минимально допустимый объем вентиляции Vв.min, м³/час, через удельный воздухообмен:

, (1)

где: b - норма воздухообмена на 100 кг живой массы животных или птицы і-го вида, м³/час кг (табл. 2); m- количество животных или птицы, которые содержатся в данном помещении, голов; М_i -средняя живая масса одной головы, кг.

Таблица 2. Нормы воздухообмена в помещении

Виды животных (птицы)	Воздухообмен на 100 кг, м³/год
зимой	в переходной период	летом
Коровы и взрослый молодняк КРС Телята Свиньи, хряки, поросята
Свиньи на откорме Овцы Куры при содержании: на полу клеточном Взрослые индюки

Точнее воздухообмен рассчитывается при условии соблюдения в помещении допустимых уровней концентрации вредных веществ (газов, влаги, температуры) по формуле:

, (2)

где: ρ - количество вредных веществ, которые выделяет одно животное или птица на протяжении часа, л/час (табл.3); ρ_Д - допустимая концентрация вредного вещества в помещении, л/м³;(табл.4 ); ρ_п - содержание вредного вещества в свежем воздухе, л/м³ _, ρ_п= 0,3-0,4 л/м³.

Таблица 3. Среднее количество выделений животными и птицей в зависимости от живой массы или возраста

Виды животных (птицы)	Масса животных, кг	Выделений на одну голову в час
Свобод ного тепла, кДж	углекислого газа, л	Водяно го пара, г
Коровы сухостойные   Коровы с суточным надоем, кг     Телята возрастом, мес: до 1   1-3   3-4     4-12     Свиноматки : поросные     с поросятами     Куры возрастом, дней: 1-10 11-30 31-60 61-150 151-200 Индюки возрастом, дней: 1-10 11-30 31-60 61-120 121-180	0,08 0,35 1,20 1,80 2,50     0,1 0,6 1,5 1,0 6,0	44,0	2,2 2,0 1,8 1,7 1,6     2,0 2,1 1,8 1,6 1,5	4,0 4,0 5,4 5,0 4,8     4,2 6,6 9,2 4,8 4,5

Таблица 4. Допустимое содержание вредных газов в воздухе

Газ	Помещение
для животных	для птицы
Углекислый газ, л/м³ Аммиак, мг/м³ Сероводород, мг/м³	2,0	2,5

В большинстве случаев расчет нужного воздухообмена проводят по содержанию углекислого газа. При соблюдении допустимой нормы концентрации углекислого газа содержание других загрязнений (аммиак, сероводород, влага) в воздухе животноводческих помещений, как правило, не превышает допустимого.

В жаркое время года воздухообмен (для свинарников и птичников) проверяют по условию теплового баланса в помещении:

, (3)

где: ∑Q_изб- избыточное количество теплоты, которая выделяется в помещении, кДж/час; С_п - удельная теплоемкость воздуха, С_п - 0,99 кДж/кг°С; tвн, tвн- температура соответственно внутреннего (табл. 4) и внешнего воздуха, °С, tвн=30 °С ; γ_в- плотность свежего воздуха, кг/м³, γ_в=1,2 кг/м³ .

Общее количество избыточной теплоты Q_изб определяется по формуле:

, (4)

где: Q_т - теплота, которую выделяют животные или птица, кДж/час; Q_эл - тепловыделение электроустановками, кДж/час; Q_ос - тепловыделение приборами освещения, кДж/час; Q_рад - теплота солнечной радиации, кДж/час; Q_п - потери тепла помещением, кДж/час.

Теплота Q_т,которая выделяется животными, предопределяется их поголовьем и условиями содержания:

, (5)

где: q_т - количество тепла, которое выделяет одно животное или птица в окружающую среду на протяжении часа, кДж/час (табл.2); К_т - коэффициент, учитывающий колебание выделения тепла в зависимости от температуры воздуха в помещении (табл.5); К_с - коэффициент, который учитывает уменьшение выделения тепла животными в состоянии покоя: для животных он равняется 0,8, для птицы - 0,6.

Табл.5 Коэффициент Кт, учитывающий изменения выделения свободного тепла в зависимости от температуры:

5.1 В помещениях для содержания животных;

Температура воздуха в помещении, °С	Коэффициент Кт
Для КРС	Для свиней	Для овец
-10 -5	1,59 1,43 1,21 1,12 1,0 0,85 0,63 0,30 0,11	− 1,59 1,25 10,8 1,0 0,86 0,67 0,42 0,24	− 1,08 1,04 1,0 0,97 1,09 1,18 −

5.2 В помещениях для содержания птицы

Температура воздуха в помещении, °С	Коэффициент Кт
Для молодняка до 30 сут.	Для молодняка старше 30 сут. и взрослого поголовья
	− − − − 1,05 1,00 0,95 0,92 0,80	1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,92 0,90 0,85 0,80

Количество теплоты Qэл, поступающий от работающих в помещении машин с электроприводом, составляет:

, (6)

а количество теплоты Q_ос, от приборов освещения (учитывается лишь для помещений без окон):

, (7)

где: N_е и N_с - общая мощность соответственно электродвигателей и приборов освещения, кВт; К_л - коэффициент пересчета электроэнергии в тепловую (для коровников и свинарников К_л = 0,1, для птичников - К_л - 0,5).

Теплота от солнечной радиации поступает в помещение сквозь окна и потолок и составляет:

, (8)

где: Q_рв, Q_рс - количество теплоты от солнечной радиации, которая поступает в помещение, соответственно, через окна и потолок, кДж/час; К_в - коэффициент, который зависит от состояния окон; qв, q_с - удельное количество теплоты, которая поступает в помещение, соответственно, сквозь окна и потолок, кДж/(час · м²); F_е, F_с - общая площадь, соответственно, окон и потолка, м².

Удельные показатели q_в и q_с зависят от конструктивных особенностей и зоны размещения здания, значение q_в приведено в табл.6.

Значение q_с для помещения без потолка на широте 45° равняется 75,6 кДж/(час, м²); на широте 55 - 65° - 50,4; для помещений с потолком на всех широтах - 21 кДж/(час, м²).

Табл. 6 Удельное количество тепла, поступающее в помещения через окна на разных широтах

Тип окна

Количество тепла, кДж,час.м2

Юг

Юго-восток и юго-запад

Восток и запад

Северо-восток и юго-запад

45о

55о

65о

45о

55о

65о

45о

55о

65о

45о

55о

65о

Ординарные двери с деревян-ными рамами

-

-

-

-

Двойные окна с деревян ными рамами

-

-

-

Коэффициент К_в для окон с двойным застеклением рамы равняется 1,15, с одинарным - 1,45. Незначительное загрязнение стекла уменьшает величину коэффициента к. 0,8 К_в, значительное - до 0,7 К_в, забеливание стекла - до 0,4 К_в.

Потери теплоты Q_п на подогревание свежего воздуха, который поступает в помещение, зависят от объема:

, (9)

где: q_п - удельная теплоемкость воздуха, q_п = 0,51 кДж/(кг. °С); V_в - величина подачи воздуха, м³/час; γ_п - плотность воздуха при температуре t_в, кг/м³ (табл. 7)

Таблица 7. Зависимость плотности воздуха от температуры

Температура °С	-20	-15	-10	-5
Плот ность кг/м³	1,39	1,40	1,34	1,32	1,00	1,27	1,20	1,22	1,20	1,10	1,12

Кроме того, за счет инфильтрации сквозь строительные элементы в холодное время года дополнительные потери теплоты приблизительно составляют 10-15 % величины, полученные по формуле (9). Отношение расчетного объема воздуха Vв (большего из расчетных по формулам 1 и 2) , который подается (удаляется) за единицу времени (час), к полезному объему помещения Vпр называется кратностью воздухообмена К_об:

, (10)

которая показывает, сколько раз на протяжении часа полностью заменяется воздух в помещении.

В зависимости от величины кратности воздухообмена применяют разные варианты вентиляции. Если К_об<С, достаточно будет вентиляции с естественным обменом воздуха; при К_об = 3-5 принимается вариант с принудительной циркуляцией воздуха, а в случае К_об>5, в холодное или жаркое времена года необходимо еще и обеспечивать кондиционирование воздуха по температурному режиму.

Существенным является то, что нагрузку животноводческих помещений поголовьем нужно принимать на таком уровне, чтобы кратность воздухообмена в них не превышала 5-6 раз. Нарушение этого условия вызывает не только усложнение технического решения системы вентиляции и роста эксплуатационных расходов, но и повышение скорости воздушных потоков, в результате чего в помещении могут образовываться зоны сквозняков.