Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий обзор и анализ современного состояния проектирования и строительства сельскохозяйственных зданий и сооружений 12
1.1. Общие требования к теплофизическим характеристикам наружных ограждений 12
1.2. Объемно-планировочные и конструктивные решения сельскохозяйственных зданий и систем кондиционирования микроклимата 17
1.2.1. Принципы оптимизации систем кондиционирования микроклимата 18
1.2.2. Животноводческие и птицеводческие здания 21
1.2.3. Овощекартофелехранилища 30
1.3. Теплотехнический анализ эффективности архитектурно-планировочных решений зданий 36
1.3.1. Жилые и общественные здания 36
1.3.2. Сельскохозяйственные здания 40
Глава 2. Обоснование принципа нормирования теплотехнических характеристик ограждающих конструкций 47
2.1. Надземные сельскохозяйственные здания 47
2.1.1. Физико-математическая модель 47
2.1.2.Уточненная методика расчета сопротивления теплопередаче наружных ограждений 53
2.2. Подземные и обсыпные сельскохозяйственные здания 55
2.2.1. Минимальное заглубление подземных и обсыпных сооружений 55
2.2.2. Текущая глубина промерзания грунта 57
Выводы по главе 2 59
Глава 3. Энергоемкость сельскохозяйственных зданий 61
3.1. Тепловой, воздушный и влажностный режимы наземных сельскохозяйственных зданий 61
3.1.1. Минимальная мощность систем отопления 61
3.1.2. Нормируемый минимальный воздухообмен 64
3.1.3. Влажностный режим 71
3.2. Тепловой, воздушный и влажностные режимы подземных сельскохозяйственных сооружений 74
3.2.1. Тепловой и влажностный режимы 74
3.2.2. Анализ температур поверхностей ограждающих конструкций и воздуха 79
3.3. Совершенствование объемно-планировочных решений и теплозащитных свойств наружных ограждений 86
3.3.1. Снижение площади наружных ограждений 86
3.3.2. Учет снежного покрова 88
3.3.3. Сельскохозяйственные здания с чердаками 90
3.3.4. Наружные ограждения с переменным термическим сопротивлением теплопередаче 91
3.3.5. Постановочные исследования эффекта электроосмоса на влагоперенос 94
3.3.6. Воздухопроницаемые наружные ограждения 99
Выводы по главе 3 102
Глава 4. Взаимосвязь теплофизических характеристик сельскохозяйственных зданий с показателями продуктивности животных и сохранности СРС 104
4.1. Общие положения 104
4.2. Управление качеством хранения сочного растительного сырья и экономическая эффективность принимаемых решений 109
4.2.1. Коэффициент обеспеченности хранения 109
4.2.2. Пути практической реализации снижения потерь СРС и энергоемкости систем активной вентиляции 116
4.4. Особенности объемно-планировочных решений индивидуальных ферм 123
4.4.1. Фермы для крупного рогатого скота 123
4.4.2. Индивидуальные овощекартофелехранилища 127
4.5. Рекомендуемые объемно-планировочные, конструктивные и технологические решения сельскохозяйственных зданий 129
4.6. Экономичные и энергосберегающие овощекартофелехранилища 133
4.7. Экология сельского жилища 140
Выводы по главе 4 145
Выводы по диссертации 146
Список использованной литературы 148
- Принципы оптимизации систем кондиционирования микроклимата
- Минимальное заглубление подземных и обсыпных сооружений
- Анализ температур поверхностей ограждающих конструкций и воздуха
- Пути практической реализации снижения потерь СРС и энергоемкости систем активной вентиляции
Введение к работе
Сельское хозяйство России развивается на территории с чрезвычайно большой вариацией природно-климатических и производственных условий. Первостепенное значение придается повышению эффективности сельскохозяйственного производства в Сибири, - районах освоения новых сырьевых и энергетических ресурсов, в целях надежного снабжения населения продовольствием за счет местного производства. Эффективность выражается в борьбе за экономию и бережливость, в широком внедрении в практику прогрессивных товаро- и энергосберегающих технологий.
В климатических условиях Сибири при производстве продуктов животноводства основная доля энергетических затрат идет на отопление и вентиляцию животноводческих и птицеводческих помещений. Применяемые в настоящее время объемно-планировочные и конструктивные решения зданий для суровых климатических условий Сибири мало чем отличаются от аналогичных решений зданий, строящихся в условиях умеренного климата. В условиях возрастающего дефицита энергии весьма своевременно замечание, что новые поколения архитекторов и строителей будут нести моральную ответственность за проектирование и строительство зданий, не обеспечивающих комфортных внутренних параметров воздуха при минимальных энергетических затратах.
Сокращение материальных энергетических затрат на организацию среды содержания животных может быть достигнуто за счет разработки и внедрения зданий с эффективным использованием любых источников энергии. Животноводческое здание рассматривается как сложная технико-биологическая и энергетическая система с особо специфической средой для деятельности человека, условиями содержания животных, работы технологического оборудования и получения качественной продукции. Из-за трудностей использования принципов проектирования производственных
7 зданий промышленных предприятий необходима разработка основ проектирования животноводческих зданий, учитывающих особенности их технологических процессов, климатические условия районов строительства и возрастающий дефицит энергии в народном хозяйстве. Аналогичные требования предъявляются и к микроклимату овощекартофелехранилищ. Научное обоснование путей развития техники массового хранения картофеля и овощей возможно при комплексном учете основных теплофизических характеристик сырья, явлений и закономерностей, обусловленных его биологической жизнедеятельностью, знании законов создания и поддержания дифференцированного по периодам хранения и микроклимата в насыпях каждого вида сельскохозяйственной продукции.
Предлагаемые в работе физико-математические основы проектирования новых животноводческих и птицеводческих зданий и овощекартофелехранилищ содержат методы теплофизических расчетов и организации воздушного и теплового режимов помещений с привлечением системы энергосберегающих строительно-технических мероприятий и естественных средств регулирования. Физико-технические основы базируются на результатах детального учета физиобиологических потребностей животных, биологических требований хранящегося сочного растительного сырья, экспериментальных и теоретических исследований, объемно-планировочных и строительных решений зданий и энергетического режима помещений с подтверждением их эффективности опытно-промышленным строительством новых зданий.
Цель и задачи исследований
Цель исследований заключается в научном обосновании и разработке методологии расчета энергоэкономичных сельскохозяйственных производственных зданий на основе комплексного учета и оптимизации объемно-планировочных и конструктивных характеристик зданий, продуктосберегающих технологий при минимуме энергозатрат в климатических условиях Западной Сибири.
8 Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд взаимосвязанных задач, основными из которых являются:
научное обоснование выделения производственных сельскохозяйственных зданий в специальный класс по нормированию теплофизичеких характеристик наружных ограждений;
выявление закономерностей и функциональных зависимостей динамики параметров микроклимата в объеме помещений зданий различных объемно-планировочных и конструктивных решений, включая подземные и обсыпные сооружения;
технико-экономическое и технологическое обоснование путей оптимизации и рационализации объемно-планировочных решений зданий по удельным энергозатратам и эффективным продукте- и энергосберегающим технологиям содержания скота и хранения продукции;
прогнозирование и экономическая оценка на стадиях проектирования и эксплуатации коэффициентов обеспеченности эффективности продуктивности животных, сохранности СРС в зависимости от объемно-планировочных решений зданий и режимов работы систем кондиционирования микроклимата;
разработка общих принципов формирования объемно-планировочных решений сельскохозяйственных зданий.
Необходимым условием решения указанных задач является одновременный анализ и разработка ряда дополнительных сопряженных вопросов, определивших структуру и объем диссертации.
Основные научные результаты
1 .Уточненная теплофизическая модель сельскохозяйственного здания, как единого энергетического комплекса, позволяет сделать вывод, что они относятся к специальному классу зданий:
- при расчетной загрузке они являются неотапливаемыми зданиями и
сооружениями, то есть поддержание температурно-влажностного режима в
9 них осуществляется за счет утилизации теплоты, выделяемой животными и хранящейся продукцией в процессе жизнедеятельности;
дополнительные системы отопления необходимо предусматривать при нерасчетных режимах эксплуатации: резерв при понижении температуры наружного воздуха ниже расчетной; заполнение помещений ниже расчетного для восполнения недостатков биологической теплоты;
разработанная методика нормирования и расчета теплофизических характеристик наружных ограждений однозначно учитывает особенности параметров микроклимата помещений и функционально увязывает индивидуальные свойства животных и хранящейся продукции со способами содержания и хранения, конструктивными и объемно-планировочными решениями зданий и сооружений.
Значения текущей глубины промерзания грунта hM, учитывающие периоды времени сначала наступления отрицательных температур наружного воздуха, фазовые переходы воды в грунте и определяющие начало моментов оттаивания и скорость прогрева грунта, позволяют прогнозировать температурный режим подземных или обсыпных сельскохозяйственных зданий.
Разработана методика расчета теплового и влажностного режимов подземных и обсыпных сооружений с учетом ассимиляции холода (теплоты) грунтом, наличия биологических тепловыделений и теплоемкой массы продукции.
Основные пути совершенствования теплозащитных свойств наружных ограждений сельскохозяйственных зданий заключаются: в уменьшении площади наружных ограждений и в применении ограждений с регулируемым сопротивлением теплопередаче.
Научно обоснован и аналитически подтвержден тезис о возможности по степени совершенства систем кондиционирования микроклимата сельскохозяйственных зданий и сооружений давать оценку и прогнозировать
10 продуктивность животных и сохранность сочного растительного сырья в процессе хранения.
6. Методически обоснованы, обобщены и рекомендованы к внедрению объемно-планировочные решения крупных и индивидуальных (фермерских) сельскохозяйственных зданий по содержанию крупного рогатого скота и хранению сельскохозяйственной продукции. Представлены разработанные перспективные типы овощекартофелехранилищ различной вместимостью и схемы компоновки агропромышленных предприятий.
Конкретная реализация полученных в работе общих закономерностей иллюстрируется на примере климатических условий Западной Сибири. Теоретические и практические рекомендации и методики расчетов имеют обобщенный характер и применимы для других климатических регионов.
В основу методологии исследований заложен анализ результатов, по возможности разносторонне характеризующих проблему для взаимопроверки и достоверности окончательных рекомендаций, полученных путем комплексных теоретических, полупромышленных и натурных теплофизических, аэродинамических и объемно-планировочных исследований, проектных разработок, научного обобщения и классификации отечественных и зарубежных литературных данных.
Работа проводилась в период с 1999 г. по 2002 г. и является составной частью научно-технических программ Минобразования РФ, ТюмГАСА и ННГАСУ: межвузовская НТН «Архитектура и строительство» (№ ГР 01950005746); тема ЕЗН Минобразования РФ (№ ГР 01970004537); грант Минобразования РФ № 98-21-3.4-55.
Теоретические, экспериментальные и натурные исследования выполнялись в лаборатории кафедр «Архитектура» Тюменской государственной архитектурно-строительной академии и «Отопление и вентиляция» Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета. Натурные исследования комплексов по содержанию крупного
11 рогатого скота и сооружений по хранению картофеля и овощей проводились в хозяйствах Тюменской области.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю диссертационной работы доктору технических наук, профессору Бодрову В.И. и члену-корреспонденту РААСН, доктору технических наук, профессору Табунщикову Ю.А. за устные советы и пожелания, высказанные в период выполнения работы.
Принципы оптимизации систем кондиционирования микроклимата
В обоих случаях в эффективность следует включать социальные результаты хозяйственной деятельности, которые находят свое выражение в улучшении снабжения населения продуктами питания, в повышении товарности сельскохозяйственного производства. Минимизация приведенных затрат, являющихся единственным критерием оптимизации при выборе алгоритмов функционирования систем кондиционирования микроклимата (СКМ), является обязательным и необходимым фактором, входящим в понятие эффективности сельскохозяйственных зданий и сооружений.
Система кондиционирования микроклимата (термин введен д.т.н., профессором В.Н. Богословским в 1970г.) - это комплекс технических средств, обеспечивающих создание и поддержание в обслуживаемой зоне помещения необходимых по санитарным или технологическим нормам параметров воздуха. Комплекс включает в себя сочетание пассивных элементов СКМ - ограждающих конструкций и активных элементов -систем кондиционирования воздуха (СКВ).
Действующие в настоящее время нормы и рекомендуемые методики расчета и конструирования систем кондиционирования микроклимата для поддержания нормированных параметров воздуха в обслуживаемой зоне производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений не учитывают специфические особенности формирования параметров микроклимата в таких помещениях: наличие постоянно действующих источников явной физиологической теплоты от животных или птицы, биологической теплоты от дыхания картофеля и овощей при хранении. Оптимизация СКМ включает в себя оптимизацию отдельных элементов систем. Любое усовершенствование конструкций или функциональных возможностей ограждений, объемно-планировочных решений зданий, систем кондиционирования воздуха в конечном итоге направлено на снижение приведенных затрат при выращивании животных и птицы и снижение потерь продукции при хранении.
Принцип оптимизации пассивных систем СКМ (объемно-планировочных решений сельскохозяйственных зданий и сооружений и конструкций их наружных ограждений) заключается в выборе таких объемных решений зданий и их конструкций, теплотехнические характеристики которых обеспечивают теплопотери, предотвращающие в расчетных условиях с учетом полной утилизации биологической теплоты переохлаждение животных, птицы или хранящейся продукции.
Активные элементы СКМ (системы вентиляции, отопления, охлаждения, увлажнения) должны создавать и поддерживать оптимальные для каждого вида животных, птиц или хранящейся продукции температуры и относительные влажности воздуха, подводить и распределять воздух в количествах и с параметрами, необходимыми для снятия биологической теплоты, влаги и удаления вредных газов. Оптимизация СКВ состоит в определении: необходимого по теплофизическим и биологическим требованиям общего расхода воздуха L0 и его составляющих (наружного LH и рециркуляционного Lp); временных алгоритмов функционирования систем, способствующих минимизации энергозатрат; рациональных решений, влияющих на снижение приведенных затрат.
Задача нахождения оптимальных алгоритмов функционирования систем кондиционирования воздуха и их конструктивных решений не может быть решена в общем виде без подробных данных по теплофизическим свойствам СРС, требований к допустимым и рациональным параметрам воздуха для каждого вида животных и птиц, без данных по объемно-планировочным решениям сооружений, источникам теплоты, холода, климатических условий местности и других конкретных условий. Только всесторонний анализ всех этих данных позволяет выделить пути снижения приведенных затрат, рекомендовать для практики конкретные архитектурные и инженерные решения зданий, методики их проектирования и алгоритмы управления систем кондиционирования микроклимата.
От 180 до 240 суток в год животные (а птицы при клеточном содержании- - круглогодично) находятся в закрытых помещениях. В течение всего этого периода в помещении должна быть создана климатическая зона максимальной продуктивности, при которой достигается высокая продуктивность животных и птиц, т.е. требуются минимальные затраты кормов, времени и денежных средств на выращивание животных и уходу за ними.
Обзор отечественных и зарубежных исследований показал, что температурный режим животноводческих помещений можно разбить на следующие зоны [12]: - удовлетворительного общего теплового баланса (tB = 5-15С); экономически целесообразной эксплуатации откормочника из условий расхода и стоимости кормов (tB = 12-20С); пониженной продуктивности животных (tB = 0-12С); - низкой продуктивности животных (te 0С); зона характеризуется большим количеством заболеваний и высоким процентом падежа; снижения продуктивности животных (tB = 20...30С); эта зона характеризуется апатией животных и нарушением их систем терморегуляции; низкой продуктивности животных и высокого процента падежа вследствие перегрева (при tB 30С).
Минимальное заглубление подземных и обсыпных сооружений
Животноводческие здания отличаются компактностью в плане: отношение ширины здания к его длине редко выходит за пределы 1:3. С повышением компактности животноводческого здания за счет увеличения его ширины заметно уменьшается фронт внешних отрицательных воздействий, т.е. уменьшается удельная площадь наружных ограждений на одно животное: в двухрядном коровнике эта площадь составляет 8,4-9,2 м /гол.; в четырехрядном - 6,9 м /гол. [15].
Весьма удачна методика комплексных расчетов тепловоздушного режима помещений сельскохозяйственных зданий на основе модуля теплопотерь [44], связывающего площади (Forp) и теплозащитные качества ограждающих конструкций (Ко) с общими теплопоступлениями от животных
Параметр Q может быть принят в первом приближении за основу критерия подобия различных зданий при анализе вариантов инженерных решений теплотехнического обеспечения микроклимата помещений.
До настоящего времени являются спорными объективные нормативные требования к среде содержания животных. КРС выдерживает широкий диапазон отрицательных (в том числе и температурных) воздействий, выживает в этих условиях, но не дает продукции. Общепризнанным стал факт почти полного отсутствия отопительно-вентиляционных систем в помещениях для КРС (отапливается не более 2-3% числа коровников и помещений для откорма скота [15]. Помещения эксплуатируются как неотапливаемые с неорганизованным естественным воздухообменом. Такое положение объясняется большими энергозатратами на поддержание нормируемых параметров микроклимата при дефиците энергии, низкой надежности и слабой эффективности в работе этих систем. Кроме того, соблюдение нормируемого микроклимата наиболее целесообразно для высокопродуктивного скота, а при содержании низкопродуктивного скота затраты на поддержание температурно-влажностного режима в помещениях часто не окупаются получаемой продукцией от животных.
Отметим, что подавляющее количество научных и проектных усилий направляется на улучшение ранее выбранных путей и развитие опробованных идей, поскольку гарантирован тот или иной результат по сравнению с поиском нового направления и обновлением новой идеи, т.е. специалист старается как можно более безболезненно вписаться в уже существующий путь развития.
Характерная ситуация сложилась в решении проблемы энергосберегающей архитектуры животноводческих зданий: достаточно успешно решаются локальные технические задачи с получением промежуточных результатов, а не конечных, в соответствии с поставленной целью. Необходимо параллельное рассмотрение альтернативных подходов к проблеме с включением и тех, которые в настоящее время могут показаться не очень реальными, но через некоторое время могут оказаться значительно эффективнее, чем уже получившие признание.
Промышленные условия содержания скота приводит к нарушению естественного стереотипа поведения животных, необходимости их адаптации к измененным условиям окружающей среды. Этот процесс сопровождается дополнительными расходами энергии, снижением продуктивности и прироста массы, проявлениями стрессовых состояний, вследствие чего продуктивность животных снижается на 15-20%, а затраты кормов на единицу продукции увеличиваются на 20-30% [45]. Наиболее отрицательное влияние оказывает относительная влажность воздуха выше 85% [46]. Поэтому требуется подвергнуть переоценке архитектурно-строительные и технологические решения животноводческих помещений в связи с тенденцией максимальной биологической нагрузки помещений. Одновременно энергетический дефицит приводит профессиональную архитектуру к принципам максимального использования естественных источников энергии.
Животноводческое здание должно рассматриваться как единая энергетическая система. Система балансовых уравнений, характеризующих процессы тепло- и массообмена, в общем случае имеет вид:
В животноводческих зданиях повышение теплозащитных характеристик наружных ограждений существенно не сказывается на общем тепловом балансе здания, т.к. до 70% расхода теплоты тратится на подогрев вентиляционного воздуха. Кроме того, изменение потерь теплоты через наружные ограждения связано с их сопротивлением теплопередаче гиперболической зависимостью (рис. 1.19) и повышение его целесообразно лишь до определенного предела, выше которого увеличение R0 уже не дает существенного эффекта. Например, увеличение RQ В животноводческих зданиях (т.п. № 801-99) в два раза (с 1,03 до 2,06 м2 С/Вт) приводит к сокращению общих теплопотерь зданием на 2,6%. Дальнейшее увеличение значения Ro с 2,06 до 3,09 м2оС/Вт дает сокращение общих теплопотерь лишь на 0,9%. Аналогичное повышение теплотехнических качеств покрытия (с 1,36 до 2,72 м2 С/Вт) для того же типового проекта сокращает общие теплопотери здания на 6,7%, а при повторном увеличении с 2,72 до 4,08 м2 С/Вт - на 2,4%.
Для овощекартофелехранилищ, как и для животноводческих зданий, отсутствует единая методика нормирования сопротивления теплопередаче наружных ограждений, что приводит к значительным колебаниям величин R0 в пределах даже одних и тех же климатических зон (табл. 1.4).
Анализ температур поверхностей ограждающих конструкций и воздуха
Оптимизация температурно-влажностного режима помещений не столько повышает продуктивность скота, сколько способствует реализации возможной продуктивности животных. Высокая относительная влажность воздуха фв в сочетании с низкой температурой tB очень вредна для крупного рогатого скота. Прежде всего при неизбежном охлаждении волосяного покрова животных значительно увеличиваются теплопотери организма, что приводит к простудным заболеваниям и даже гибели. Отмечается [46], что при низких значениях tB и высоких фв молочная продуктивность коров снижается на 8-13%, жирность молока - на 0,3%. Наиболее отрицательное воздействие оказывает относительная влажность воздуха выше 85%.
В свете вышесказанного, принципиальный вывод сделан профессором В.М.Валовым [15, стр.28]: "...в животноводческих зданиях, в которых невозможно регулировать тепловой поток от системы отопления, можно обеспечивать условия постоянства только одного из заданных параметров микроклимата - температуру или влажность внутреннего воздуха. Однако регулирование постоянства предпочтительно для tB при Q0T = const, т.к. температурный фактор является определяющим в процессе обеспечения нормального физиологического состояния животных".
Натурными исследованиями в животноводческих, построенных по типовым проектам, установлено, что в зимний период значения фв с неработающими системами микроклимата составляют 80-90%, достигая порой 96-98% и даже полного насыщения, о чем свидетельствует появление тумана в помещениях.
В условиях колебаний температур наружного и внутреннего воздуха при высоких величинах фв в помещениях в крайне жестких условиях эксплуатации находятся ограждающие конструкции животноводческих зданий, что приводит к резкому ухудшению их теплозащитных качеств и долговечности. Поступающий из насыпи сочного растительного сырья в объеме хранилища воздух практически полностью насыщен влагой фв«фр = 96-98% (см. формулу 3.12, рис.3.5). Поэтому в условиях малых внешних теплопритоков через наружные ограждающие конструкции в осенний и весенний периоды года, их полного отсутствия в зимний период равновесная относительная влажность воздуха в объеме хранилищ ф практически не отличается от фр насыпи. Проведенные нами в Тюменской области натурные исследования влажностного режима типового картофелехранилища емкостью 500 т выявили стабильность относительной влажности воздуха в объеме сооружений (фр const) как при включенных, так и не работающих систем активной вентиляции. Но величина фр, замеренная стационарно установленным гигрографом, оказалась несколько ниже, чем в насыпях (рис.3.7) в пределах ф„ = 82-85% при фр 98%. Исследования относительной влажности воздуха в бурте картофеля емкостью 30т, оборудованного системой активной вентиляции, проведенные в верхней свободной от клубней части бурта психрометром Ассмана, показали стабильность значений относительной влажности воздуха в буртах. Значения фв не снижались ниже 90% как в циклах естественной, так и вынужденной Отметим, что повышение температуры воздуха на 1С соответствует снижению величины относительной влажности воздуха в хранилищах примерно на 6% и наоборот (± A t = 1С + А ф 6%). Таким образом, в свободном объеме овощекартофелехранилищ устанавливается саморегулируемый влажностныи режим, зависящий от степени совершенства систем кондиционирования микроклимата. Стабильность влажностного режима в конечном итоге является следствием способности биологически активного сырья формировать для себя благоприятный режим жизнедеятельности. Снижение мощности систем воздушного отопления хранилищ или отказ от них вообще приводит к повышению значений ф до величин, близким к равновесным фр в насыпях СРС, что способствует, во-первых, уменьшению потерь продукции при хранении и, во-вторых, снижению энергоемкости хранилищ. Для определения температурного режима вентилируемых подземных или обсыпных сооружений необходимо выявить температурный режим невентилируемых сооружений. Температура воздуха в герметичных подземных или обсыпных сооружениях без источников тепловыделений и теплоемкой массы продукции в расчетный период времени принимается равной средней температуре внутренних поверхностей ограждающих конструкций:
В (3.17) величины тв, Хг, тп, FB, FT, Fn - соответственно температуры и площади внутренних поверхностей, торцевых ограждений (входов) и пола.
Теплопотери через поверхности помещений, расположенных ниже уровня земли в зоне промерзания, находятся для заданного периода с учетом полученной нами величины сезонного изменения глубины промерзания hM (см. раздел 2.2.2). Принимая в первом приближении линейность изменения температуры по глубине промерзания грунта (от tn.r до 1фР = 0С), средняя температура на наружной поверхности ограждения в зоне промерзания (рис. 3.8) равна:
Через ограждения, расположенные ниже зоны промерзания грунта (hp hM), теплопотери в грунт или теплопоступления в помещения, до проведения специальных исследований, не учитываем. Это допущение базируется на практическом равенстве температур хранения СРС и температур грунта (максимальное отличие не превышает 2-3С). Для животноводческих подземных или обсыпных сооружений принятое допущение не всегда обосновано, но в практической деятельности применение таких сооружений для животноводческих зданий нами не выявлено.
На тепловой режим свободного пространства вентилируемых подземных или обсыпных сооружений оказывают влияние следующие основные факторы: ассимиляция холода (теплоты) грунтом; наличие источников постоянных тепловыделений; наличие теплоемкой массы продукции. Расчетная схема сооружения (случай с обваловкой) представлена на рисунке 3.9. Рассмотрим несколько вариантов определения температурного режима.
Пути практической реализации снижения потерь СРС и энергоемкости систем активной вентиляции
Стены и покрытия с переменными сопротивлениями теплопередаче являются наиболее перспективными видами наружных ограждающих конструкций энергоэкономичных сельскохозяйственных зданий. Они позволяют регулировать интенсивность потока теплоты в зависимости от параметров наружного воздуха и стабилизировать температурный режим в объеме помещения, что увеличивает надежность работы систем поддержания параметров микроклимата, упрощает их эксплуатацию и улучшает экономические показатели содержания скота и хранения СРС. Хотя в настоящее время отсутствует широкий опыт проектирования и эксплуатации наружных ограждений с переменными значениями R0, отметим их большие преимущества и укажем основные направления развития теоретических и экспериментальных исследований и практических разработок.
К ограждениям с переменным сопротивлением теплопередаче можно отнести вентилируемые воздушные прослойки у наружных стен, которые представляют собой зазор между стеной и помещением. У покрытий прослойки представляют собой зазор между несущими конструкциями и фальшпотолком или подвесным потолком. Воздух в вентилируемые прослойки поступает или за счет технологических систем механической приточной или вытяжной вентиляции или из специально разработанных для этих целей систем вентиляции. В типовых проектах сельскохозяйственных зданий не предусматривается применение вентилируемых воздушных прослоек, что является одним из неиспользованных резервов повышения теплотехнических характеристик наружных ограждений и снижения энергоемкости этих сооружений.
Расчетный режим вентилируемых воздушных прослоек определяется зимними температурами наружного воздуха, минимально допустимой температурой внутренней поверхности ограждения в помещении, условиями, предотвращающими переохлаждение скота или продукции, выпадение конденсата в воздушной прослойке и другими требованиями. Методика расчета воздушных прослоек приведена в ряде исследований [4, 91, 31]. Эффективность и перспективность применения воздушных прослоек шириной 40 мм у наружных стен, вентилируемых рециркуляционным воздухом, подтверждена опытом эксплуатации картофелехранилищ емкостью 10000 т и 5000 т в г.Чебоксары, г.Брянске и г.Орле.
Для создания переменного сопротивления теплопередаче используются различные конструктивные разработки подвесных потолков, дополнительных съемных стен, экранов из светонепрозрачных материалов. При этом важен факт наличия дополнительных светонепрозрачных перегородок, предотвращающих непосредственный лучистый теплообмен между наружными ограждениями и скотом или хранящейся продукцией, а не термическое сопротивление самой перегородки.
В качестве экранов (подвесных потолков) в хранилищах нами разработана и успешно применяется конструкция, состоящая из деревянной обрешетки над закромами и покрытой сверху в один слой рубероидом или толем (рис. 3.15). Настил выполняется с уклоном, и капли, которые могут образоваться на внутренней поверхности покрытия, падают на подвесной потолок и стекают, не попадая на продукцию.
Сушка ограждений в процессе эксплуатации является наиболее действенным способом регулирования теплотехнических свойств конструкций. Увеличение коэффициента теплопроводности материала А, связано с замещением воздуха в порах водой. Несмотря на отрицательную роль влаги, содержащейся в материале наружных ограждений, нормативные документы (СНиП И-3-79, МРТУ-20-9-66, ГОСТ 11024-64 и ряд других) допускают наличие большого количества влаги в конструкциях. Например, в соответствии с ГОСТ 11024-64 отпускная влажность керамзитобетонных панелей составляет 12% по массе, в то время как равновесная влажность составляет всего 5-6%. Массовая влажность заглубленных кирпичных стен достигает 10-11%, что в 6-7 раз превышает нормальное эксплуатационное увлажнение для красного кирпича.
Увлажнение заглубленных стен отмечается в основном в весенне-летний период, потому что уже в марте температура воздуха в сельскохозяйственном здании поднимается выше температуры стен, расположенных ниже уровня земли. Такое направление тепловых потоков наблюдается с марта по август - сентябрь, что и обусловливает выпадение конденсата. Особенно много собирается конденсата у гидроизоляционного ковра на внешней стороне стены. Заглубленные ограждения просыхают в осенне-зимний период только со стороны помещения. Это способствует повышению накопления и содержания влаги в ограждениях.
Наряду с естественными способами сушки ограждений, особенно заглубленных, наиболее эффективны искусственные способы сушки с применением специальных инженерных систем. Одним из них является сушка с применением эффекта электроосмоса.
