Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Введение
Применение теплоты в с.х. получило широкое распространение в виду того, что теплофикация с.х. технологических процессов позволяет существенно увеличить объемы производства продукции. Основные потребители теплоты в с.х. - животноводство и птицеводство.
Создание и поддержание оптимального микроклимата в животноводческих помещениях комплексов и ферм, на птицефабриках - один из определяющих факторов в обеспечении здоровья животных и птицы, их воспроизводственной способности и получения от них максимума продукции при высокой рентабельности производства. Это имеет также важное значение для продления срока службы конструкций зданий, улучшения эксплуатации технологического оборудования и условий труда обслуживающего персонала.
Использование электроэнергии в системах теплофикации с.х. производства имеет ряд преимуществ перед другими источниками энергии: относительная безопасность, выгодное использования при децентрализованном теплоснабжении, компактность.
В данной КР мы рассмотрим проектирование установки для создания микроклимата в птичнике на 16 тыс. голов птицефабрики “ Карповская ”.
2. Характеристика объекта
Птицефабрика “Карповская” расположена близ поселка “Новый Рогаик”. Предприятие основано в 1974 г., приватизировано холдингом ООО “Фригат-Юг” в 1997 г. Птицефабрика специализируется на мясном производстве цыплят-бройлеров, на сегодняшний день объем производства составляет 22800 тонн в год.
Предприятие включает в себя: 42 птичника, 2 инкубатора, профилактории, кормоцех, ветеринарные блоки, убойный цех, склад и т.д.
Электроснабжение объекта осуществляется от подстанции “Карповская” по кабельным линиям 10 кВ. На балансе предприятия находится 5 двух трансформаторных ТП мощность каждой 630 кВА. Также имеется дизельный генератор мощностью 63 кВА. Установленная мощность токоприемников: силовое оборудование 2032,8 кВА; тепловая 377,2 кВА; вентиляционное 1526,8 кВА; коммунально-бытовое 738,8 кВА. Годовое потребление электроэнергии в целом по 3830460 кВтЧч.
Птичник на 16 тыс. голов имеет размеры 72ґ18ґ3 м. Стены их железобетонных плит (толщина 20 см), покрытых слоем штукатурки (толщина 2 см). Пол из железобетонных плит и керамзита (толщина 40 см). Подстилка, используемая в птичнике - слой соломы 10 см. Отопление на объекте производится за счет четырех подвесных газогенераторов мощностью 70 кВт каждый. Крыша из железобетонных конструкций, покрыта рубероидом (толщина 1 см).
3. Определение теплопотерь помещения
.1 Определение теплопотерь через наружные ограждения
Теплопотери через все наружные ограждения определяются по формуле
где - сопротивление теплопередаче ограждения;
- поверхность ограждения, м2;
- расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, °С;
- поправочный коэффициент для наружных стен и полов на грунте 1, для ограждений отделяющих отапливаемы помещения от не отапливаемых 0,4…0,7;
i - номер поверхности ограждения;
k - общее количество ограждений.
Расчетная температура наружного воздуха определяется как средняя температура наиболее холодной температуры в течении 5 дней в данной местности [1], а расчетная температура внутреннего воздуха для цыплят-бройлеров [4]:
°С; °С.
Сопротивление теплопередачи ограждения
где - термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, м2Ч°С/Вт [2];
- термическое сопротивление теплопроводности отделочных слоев ограждения толщиной (м), выполненных из материала с коэффициентом теплопроводности , Вт/мЧ°С [2];
- термическое сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждения, м2Ч°С/Вт [2];
Поскольку в конструкции полов предусмотрен слой керамзита, они считаются утепленными
где - сопротивление теплопередаче утепляющего слоя, м2Ч°С/Вт [2];
- сопротивление утепляющего слоя;
- сопротивление остальных слоев пола.
Потери теплоты через не утепленные полы определяют по зонам шириной 2 м, параллельным наружным стенам. Зоны нумеруют по порядку, начиная от наружных стен. Сопротивление теплопередачи для 1й зоны составляет 2,15; для второй - 4,3; третьей - 8,6; для остальной площади пола 14,2. Площадь участков пола, примыкающих к углам первой зоны, вводится в расчет дважды.
;
;
;
;
;
;
Помимо основных потерь необходимо учитывать добавочные потери, зависящие от ориентации здания по отношению к сторонам света и другие факторы [1]
;
;
;
;
Таким образом тепловые потери через наружные ограждений составляют
.2 Определение вентиляционных теплопотерь
где - производительность вентиляционных установок, м3/ч;
- средняя удельная массовая теплоемкость воздуха, ;
- плотность воздуха при наружной температуре воздуха, кг/м3;
Производительность вентиляционных установок находится по удалению избыточной влаги и углекислоты. В качестве расчетного принимается большее значение расхода. Ниже рассмотрено определение этого расхода:
Количество приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислоты:
где - количество СО2, выделяемое одной птицей;
- количество животных данного вида в помещении, ;
- предельно допустимая концентрация СО2 в воздухе помещения, л/м3. Согласно [3] л/м3;
- концентрация СО2 в наружном воздухе, л/м3.
м3/ч
Количество приточного воздуха, необходимого для растворения водяных паров
где - суммарное влаговыделение в птичнике, г/ч;
- влагосодержание воздуха помещения, г/кг сухого воздуха;
- влагосодержание наружного воздуха, г/кг сухого воздуха;
- плотность воздуха при температуре помещения, кг/м3; кг/м3.
Значение и определяют по i-d диаграмме [2] при условии, что влажность наружного воздуха %, а внутри помещения %, и температуры получим: г/кг и г/кг.
Общее влаговыделение в птичнике
где - количество водяных паров, выделяемых птицами;
- количество влаги, испаряющейся из помета;
- среднесуточный выход помета от одной птицы. По [2] г/сут.
г/ч
г/ч
г/ч
м3/ч
Принимаем наибольший воздухообмен м3/ч. Согласно санитарно-гигиеническим требованиям [3], в холодное время года оптимальное количество свежего воздуха подаваемого в птичнике - 0,7 м3/ч на 1 кг живой массы. Это условие соблюдается. Тогда по формуле 5
Вт
.3 Определение количества, выделяемого птицей
где - норма выделения свободной теплоты одной птицей. По [2] Вт;
- коэффициент, учитывающий снижение тепловыделений от птицы в состоянии покоя в ночное время. Однако примем этот коэффициент равным 0,8 поскольку на используется технология “увеличенного светового дня”.
Вт
.4 Определение потребной мощности ЭКУ
где - полезная мощность калорифера;
- КПД калорифера. , т.к. калорифер находится в обогреваемом помещении.
Вт
Вт
Введем коэффициент запаса, т.к. надо учитывать старение нагревателей .
Вт
4. Расчет системы вентиляции
Определив потребную мощность калориферных установок, а также необходимый воздухообмен, разрабатываем систему вентиляции, учитывая, что оптимальная скорость движения воздуха для цыплят-бройлеров составляет 0,2…0,3 м/с.
На рисунке 1 изображена выбранная система вентиляции. Принцип работы состоит в том, что горячий воздух из калорифера по трубопроводам, проложенным под потолком, поступает через отверстия в верхние слои воздуха помещений. Холодный воздух, насыщенный вредными газами, удаляется посредствам вентиляторов, расположенных равномерно вдоль боковых стен здания. Такая система вентиляции позволяет добиться равномерного обогрева помещения и равномерного его вентилирования, что является одним из определяющих факторов при выращивании цыплят-бройлеров.
Мощность и производительность одного калорифера
Вт
м3/с
Количество отверстий выпускных в одном воздуховоде примем равным 30 - через каждый 1 м длины, согласно рекомендациям [7]. Скорость движения в магистрали находится в пределах 6…9 м/с, а в выходных отверстиях 0,2…0,3 м/с. Зная геометрические размеры воздуховодов (рис. 1), определим их сечения.
Определим сечение магистрального воздуховода
Поскольку м/с, то S по формуле (15) лежит в пределах: 0,101…0,1515 м2. выберем круглый воздуховод стальной диаметром: 0,359…0,4392 м - выбираем стандартный диаметр 400 мм. Следовательно в магистральном воздуховоде: мм, м2, м/с.
Упрощено определим диаметр выпускных отверстий. Поскольку расход одного калорифера равен 0,909 м3/с, то расход в каждом из отверстий (30 ед.) равен м3/с. Согласно тому, что рекомендуемая скорость равна 0,2…0,3 м/с, то по формуле 15 определим сечение и диаметр и выберем стандартные значения: мм, м2, м/с.
Теперь необходимо подобрать вентилятор, обеспечивающий требуемый расход и скорость воздуха при выбранной схеме вентиляции.
Напор вентилятора, необходимый для преодоления сопротивления в трубопроводе равен:
где - потери напора в трубопроводе, Па;
- потери напора от местных сопротивлений, Па;
- потери напора в калорифере, Па.
где - коэффициент трения в воздуховоде (0,02…0,03);
- скорость воздуха в iом участке, м/с;
- длина и диаметр iго участка, м.
Па
где - сумма коэффициентов местных сопротивлений для отдельных элементов системы. Согласно [7] колено с плавным закруглением , жалюзийная решетка на входе в трубу .
Па
Па
Па
Зная расход и напор, по аэродинамическим характеристикам [1] определим рабочую точку выбранного вентилятора Ц4-70 №5: об/мин, . Выбираем центробежный вентилятор Ц4-70 с клиноременной передачей
Мощность электродвигателя для привода вентилятора
где - расход, м3/с;
- полный напор, Па;
- КПД вентилятора и передачи;
- коэффициент запаса, по [2] ;
По справочной литературе выбираем двигатель [8]: АИР80В6 кВт, %, об/мин, , , кг.
По аналогии определим вытяжную систему вентиляции. Установим 20 вентиляторов Ц4-20. АИР36А6 кВт, %, об/мин, , , кг.
5. Выбор стандартной ЭКУ
микроклимат теплопотеря вентиляция управление
Согласна расчетам выбираем калорифер СФОЦ - 100/0,5 Т:
Поскольку требования для конкретного объекта отличаются от тех, которые обеспечивает выбранный калорифер, необходимо внести ряд изменений. Во-первых, установить выбранный вентилятор Ц4-70 с ЭД АИР80В6. Поскольку подача данного вентилятора ниже, чем у стандартного, необходимо учесть, что понизится интенсивность теплосъема с ТЭНов. В связи с этим выберем ТЭНы оребрённые и расположим их в 3 ряда в шахматном порядке. Проверим подходят ли замены.
6. Проверочный расчет ЭКУ
Одно из основных условий работы ТЭНа:
°С
где - температура поверхности нагревательного элемента, °С.
где - температура входящего воздуха, °С.
- установленная электрическая мощность ТЭНа, Вт;
- площадь теплоотдающей поверхности, м2;
- коэффициент теплоотдачи, Вт/м2Ч°С.
По справочным данным [9] выбираем ТЭН 5НТ423382: кВт, В, м2, м, м, м, м, м (высота ребра), м (шаг оребрения).
Определим коэффициент теплоотдачи при шахматном расположении
где - наружный диаметр ТЭНа, м. м.
- толщина ребра, м. м.
-коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с. По [1].
- коэффициент теплоотдачи, Вт/м2Ч°С. По [1].
Температура поверхности ТЭНа необходимо рассчитать как на входе в нагревательную камеру, так и для каждого ряда ТЭНов
где - живое сечение нагреваемой камеры, м2.
где - размеры нагревательной камеры, м;
- площадь поперечного сечения всех ТЭНов в ряду, м2.
м2
м2
м/с
°С
°С
Поскольку обе температуры удовлетворяют условию, следовательно оборудование выбрано верно. Однако температура поверхности ТЭНов 1го ряда ниже допустимой свыше чем на 10 %. В связи с этим для повышения КПД и снижения затрат выбираем для первого ряда ТЭН 5НТ422381. °С.
7. Разработка схемы управления и расчет параметров регулирования
.2 Разработка схемы управления
Схема управления ЭКУ имеет 2 режима работы: ручной и автоматический. Схема выполнена таким образом, что будет работать только при включенном двигателе т.к автомат QF2 имеет вспомогательные контакты QF2:4 в управлении, который будет замкнут, а следовательно и схема получит питание при замкнутых контактах в силовой цепи.
О том, что схема находится под напряжением будет сигнализировать лампа HL1.
Переключатель SA1 предназначен для перевода схемы в ручной или автоматический режим работы.
При ручном режиме, регулируется мощность калорифера осуществляется с помощью переключателя SA4, которым включается одна, две или три секции ТЭНов калорифера, при этом переключатели SA2 и SA3 должны находится в положении ручного регулирования.
В автоматическом режиме регулирование катушки магнитных пускателей оказывается под напряжением, магнитные пускатели КМ1:1..3, КМ2, КМ3 замыкают свои контакты КМ1:4, КМ2:4, КМ3:4 в цепи управления, которые запитывают лампы HL2, HL3, HL4.
Лампы HL2, HL3, HL4 сигнализируют о том, что включены все три секции ТЭНов электро-калорифера. При достижении почвой температуры 220С датчик температуры размыкает свой контакт SK1.Катушка КМ1 (реле) обесточивается и размыкает свои контакты КМ1:1..3 в силовой цепи. Одна секция ТЭНов в калорифере отключается. При достижении температуры 240С датчик температуры размыкает свой контакт SK2 обеспечивается и размыкает свои контакты КМ2:1..3 в силовой цепи, также размыкается свои контакты КМ2:4, в цепи управление лампочка HL3 гаснет, что сигнализирует о том, что отключена вторая секция ТЭНов калорифера.
При превышении температуры почвы 25 оС датчик температуры размыкает свой контакт SK3 катушка реле КМ3 обеспечивается и размыкает свои контакты КМ3:1..3 в силовой цепи и контакт КМ3:4 в цепи управление, лампочка HL4 гаснет
.2 Расчет параметров регулирования
Передаточная функция объекта
где - коэффициент передачи объекта, о.е.;
- постоянная времени нагрева, с;
- время запаздывания, с.
Постоянная времени нагрева
где - теплоемкость объекта, Дж/°С;
- коэффициент теплопередачи объекта, Вт/°С;
- производительность вентилятора, м3/с.
Дж/°С
где - удельная тепловая характеристика здания, Вт/м3Ч°С. Вт/м3Ч°С;
- коэффициент, учитывающий влияние расчетной разности температур.
Вт/°С
с
Время запаздывания принимаем равным 20 с.
Коэффициент передачи объекта
где - расчетная тепловая мощность ЭКУ, обеспечивающая поддержание заданной внутренней температуры помещения при заданной наружной температуре
Граничные значения наружных температур при включении 1, 2, 3 секциях
где - мощность 1, 2, 3 степеней всех ЭКУ
°С
°С (при Вт)
°С (при Вт)
Температура определяющая начало или конец отопительного периода
°С
Ниже приведем пример расчета параметров регулирования для 1й ступени ( Вт). Для остальных ступеней рассчитаем параметры аналогично изложенной методике. Результаты сведем в таблицу 1.
. Расчетная тепловая мощность при °С
Вт
. Глубина регулирования
. Регулирующее воздействие регулятора:
при включенной ЭКУ:
при выключенной ЭКУ:
. Уставка по температуре
где - относительная статическая ошибка регулирования
где - коэффициент передачи объекта
°С
. Уставка дифференциала
где - зона неоднозначности регулирования, о.е.
где - допустимый относительный диапазон колебаний температур помещения около заданного значения, определяемый зоотехническими нормами
°С
. Длительность включенного состояния ЭКУ
с
. Длительность паузы
с
. Период колебаний
с
. Частота переключений в час
ед./ч
. Максимальные положительных и отрицательных отклонений температур
°С
°С
Таблица 1. Параметры регулирования.
|
Параметры |
1я секция |
2я секция |
3я секция |
|
Диапазон наружных температур, °С |
+5,9…-5,9 |
-5,9…-17,8 |
-17,8…-29,7 |
|
Расчетная тепловая мощность, Вт |
119629,857 |
239938,416 |
235246,976 |
|
Глубина регулирования |
0,996 |
0,999 |
0,998 |
|
Регулирующее воздействие параметра: В1 |
0,004 |
0,001 |
0,002 |
|
В2 |
1 |
1 |
1 |
|
Относительная статистическая ошибка регулирования |
-0,015 |
-0,0095 |
-0,014 |
|
Коэффициент передачи объекта |
0,473 |
0,949 |
1,421 |
|
Уставка по температуре, °С |
25,375 |
25,738 |
26,105 |
|
Зона неоднозначности регулятора |
0,0632 |
0,0488 |
0,0345 |
|
Уставка дифферинциала |
1,58 |
1,22 |
0,8625 |
|
Длительность включенного состояния, с |
313,129 |
548,837 |
469,663 |
|
Длительность паузы, с |
103,388 |
52,033 |
34,92 |
|
Период колебаний, с |
416,517 |
600,864 |
495,583 |
|
Частота переключений в час |
17,286 |
11,983 |
14,528 |
|
Максимально положительные и отрицательные отклонения температуры, °С |
0,767/-1,134 |
0,592/-1,33 |
0,41/-1,5 |
|
Теплоемкость объекта, Дж/°С |
6122307 |
||
|
Время запаздывания, с |
20 |
||
|
Постоянная времени нагрева, с |
631,83 |
8. Расчет силовой цепи
Номинальные токи участков, питающих ЭКУ
А
Номинальные токи участков, питающих ЭД вентиляторов
А
Номинальные токи на участках от ШР до ЩУ
А
Номинальные токи на вводе в ШР
А
Выбор аппаратов защиты.
Предохранители для нагревателей
По справочным данным [8] выбираем предохранитель ПН2-250.
Автоматические выключатели для двигателей
А
А
По справочным данным [8] выбираем ВА47-29.
Выбор сечения кабелей по длительно допустимому току. Для ЭКУ выбираем ВВГ 5х120, для ЭД - ВВГ 5х2,5.
9. Определение эксплуатационных показателей
Определим мощность, потребляемую ЭД из сети:
Вт
Расход электроэнергии на обогрев ч:
кВтЧч
Расход электроэнергии при отоплении на ручном управлении:
где и - длительность отопления и суммарная мощность ЭКУ на определенный период. Согласно [7, 1] весь отопительный период (5760 ч) разобьем на участки.
ч; °С; кВт
ч; °С; кВт
ч; °С; кВт
ч; °С; кВт
ч; °С; кВт
кВтЧч
Расход электроэнергии при отоплении на автоматическом управлении:
где - относительное время включенного состояния определяется для определения iго периода.
Вт;
Вт;
Вт;
Вт;
Вт;
Суммарный расход электроэнергии при ручном управлении:
кВтЧч
Суммарный расход электроэнергии при автоматическом управлении:
кВтЧч
Суммарный удельный расход на одну голову за сезон при ручном управлении:
кВтЧч/гол
Суммарный удельный расход на одну голову за сезон при автоматическом управлении:
кВтЧч/гол
Перерасход электроэнергии при ручном управлении
%
Как видно из расчета, применение автоматического управления позволяет экономить 12 % электроэнергии.
10. Заключение
Проведя расчет системы отопления птичника на 16 тыс. голов , можно сделать некоторые выводы. Во-первых, большое значение для проектирования отопления имеет теплоизоляция здания. Чем она лучше выполнена, тем больше электроэнергии будет экономиться. Во-вторых, стандартные ЭКУ можно изменять за счет вентиляторов, ТЭНов. Это позволяет точно подобрать параметры микроклимата и поддерживать их в нужных пределах. Применение калориферов выгодно, т.к. их КПД примерно равен 1. Также следует отметить экологичность данного способа обогрева. Система автоматизации позволяет не только экономить электроэнергию, но и снизить расходы на оплату труда обслуживающего персонала. Эти показатели свидетельствуют об эффективности автоматизированного электрического обогрева птицеводческих помещений при выращивании цыплят-бройлеров.
Список литературы
1. Захаров А. А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. - М. Агропромиздат, 1986 г.
. Савчук В.Н., Юдаев И.В. Проект электрокалориферной установки для отопительно-вентиляционной системы животноводческого помещение; методические указание сост.: В. Н. Сивчук, И. В. Юдаев; 1991 г.
. Бессорабов Б. Ф. Птицеводство и технологии производства яиц и мяса птиц: Учебник. - СПб. Издательство “Лань”, 2005 г.
. Толстопятов М. В. Птицеводство: Учебное пособие/М. В. Толстопятов; ВГСХА - Волгоград, 2005 г.
. СНиП 2.04.05-91*
. ГОСТ 12.4.081-75
. Каганов И. Л. Курсовое и дипломное проектирование. - М. Агропромиздат, 1990 г.
. Кисаринов Р. А. Справочник электрика. - М. КП РадиоСофт, 2005 г.
. Альтгаузен А. П., Гутман М. Б. Низкотемпературный электронагрев. - М.: Энергия, 1978 г.