Расчет теплового баланса помещений и рекомендации при отрицательном тепловом балансе

Нужно отметить что в организме всех теплокровных животных в процессе обмена веществ идет постоянное и непрерывное образование тепла в результате тех химических реакций, которые происходят в организме в процессе использования энергии корма. Благодаря непрерывному теплообразованию у животных поддерживается постоянная температура тела. Наряду с образованием тепла в организме происходит и непрерывное выделение потеря его в окружающий воздух, так называемая теплоотдача. Тепло расходуется и на нагревании поступающих в пищеварительные органы корма и воды, а также вдыхаемого холодного воздуха [3].
Таким образом под воздействием низких температур, происходит обморожение частей тела (уши, хвост) или диагностируются заболевания, связанные переохлаждениями, а в некоторых случаях и смерть.
При температурах воздуха выше 25 ⸰С отдача тепла из организма замедляется. Накапливающийся его избыток ведет к перегреванию организма и к снижению окислительных процессов, а, следовательно, к уменьшению образования тепла.
Также нужно отметить что усиленная теплоотдача происходит при движении воздуха. Постоянное соприкосновение с теплом более холодного воздуха ведет к перегреванию организма.
Таким образом на основании выше сказанного можно сделать вывод что тепловой баланс в животноводческих помещениях играет очень важную роль для жизни животных.
Тепловой баланс представляет собой строгий учет поступления тепла в помещение и его расход. Нужно отметить что в поступлении тепла в животноводческих помещениях главная роль принадлежит животным, в то время как расход его идет по нескольким направлениям [13]:
- на обогрев вентилируемого воздуха;
- на испарение влаги с ограждающих конструкций;
- на потерю через ограждающие конструкции.
В свою очередь тепловой баланс может быть нулевым, отрицательным и положительным. Нормативные параметры микроклимата выдерживаются только при нулевом балансе.
Расчет теплового баланса ведут по самому холодному месяцу года – январю, по следующей формуле:

Qжив = Qвент + Qисп + Qзд , где (8);
Qжив – Количество тепла, выделяемого животными;
Qвент – Количество тепла, расходуемого на подогрев вентилируемого воздуха;
Qисп – Количество тепла, расходуемого на испарение влаги с ограждающих конструкций;
Qзд – Количество тепла, расходуемого на теплопередачу через ограждающие конструкции.
На основании выше сказанного нам нужно произвести расчеты теплового баланса свинарника на 300 голов. Размеры помещения: длина 81 м, ширина 11 м, высота 3 м. Поголовье: хряки живая масса 200 кг - 180 голов, хряки живая масса 300 кг- 20 голов, тяжелосупоростные свиноматки живая масса 200 кг – 100 голов.
Стены изготовлены из керамического кирпича. Полы- бетонные. Ворота – деревянные (50 мм) распашные, размером 2,2 м х 2,5 м, количество -2 (с тамбуром), двери одни служебные (с тамбуром) размером 1,5м х 2 м. Окна с двойным остеклением, 50 штук 1*2 м. Фундамент – ленточный

. Кровля – металлическая.
1. Произведем расчет количества тепла, выделяемого животными (Qжив):
180 * 339 = 61 020 калл/ч
20 * 433 = 8 660 калл/ч
100 * 320 = 32 000 калл/ч
Далее суммируем все полученные результаты, тем самым мы получаем количество тепла, выделяемого всеми животными, в нашем случае решение будет следующим:
1) Qжив = 61 020 + 8 660 + 32 000 = 101 680 калл/ч
2. Расчет количества тепла на подогрев вентилируемого воздуха производим по следующей формуле:
Qвент=0.24*G*T, где (9);
0.24 – теплоемкость воздуха;
G – количество воздуха в кг, которое ежечасно должно поступать в помещение и удаляться из него в январе месяце;
T – разность между температурой внутреннего воздуха помещения и наружного.
Сначала нужно рассчитать часовой объем вентиляции для января и перевести в весовые единицы.
L января = (58 160 + 17 448) : (9,97 - 2,7) = 10 400 м3/ч
2,7 – q2 для января месяца.
Находим по таблице «Объемная масса воздуха при различных температурах и различном барометрическом давлении» массу 1м, воздуха при нормативной температуре (-13,3), в нашем случае это значение будет составлять 1,353 м3/кг. Тогда решение будет следующим:
G = 10 400 * 1,353 = 14 071 кг/ч
Температура января будет составлять:
Т января = -13,3 – (-7,2) = 20,5 ⸰С
Таким образом в нашем случае решение будет следующем:
Qвент = 0,24 * 14 071 * 20,5 = 69 229,3 калл/ч
3. Расчет количества тепла, расходуемого на испарение с ограждающих конструкций, производим по следующей формуле:
Qисп=0,595*а, где (10);
0,595 – расход тепла на испарение 1 г влаги с поверности ограждающих конструкций, кормушек, поилок;
а – надбавка к испарению влаги в размере 30 % от влаги, выделяемой всеми животными в течении 1 часа.
В нашем случае решение будет следующим:
Qисп = 0,595 * 17 448 = 10 381, 1 калл/ч
4. Расчет тепла, расходуемого на теплопередачу через ограждающие конструкции, проводят по следующей формуле:

Qзд=К*F*t, где (11);
К – коэффициент общей теплоотдачи материала;
F – площадь ограждающей конструкции;
t – разность между температурой внутреннего воздуха и наружного.
Для удобства следует их собрать в виде таблицы.
Таблица 1- Расход тепла через ограждающие конструкции здания
Название ограждающей конструкции К F K * F t Qзд , Ккал/ч
1. Крыша 0,39 81 * 11 = 891 м2 347 20,5 7 113,5
2. Окна 2,3 (1*2) *50 = 100 м2 230 20,5 4 715
3. Ворота 2,0 (2,2 *2,5)*2 = 11 м2 22 20,5 451
4. Двери 2,0 (1,5 * 2) = 3м2 6 20,5 123
4. Продольные стены (за вычетом S окон) 0,72 (81*3) *2 = 486 м2
486 – 100 = 386 м2
277,92
20,5
5 697,36
5. Торцевые стены (за вычетом S ворот и дверей) 0,72 (11*3) * 2 = 66 м2
66 – 14 = 52 м2
37,44
20,5
767,52
5. Пол 0,4 (81*11) =891 м2 356 20,5 7 298
Итого:
1276,36
26 165,38
Далее к полученному результату нужно сделать прибавку в 13 % на теплоотдачу через стены, окна и ворота:
(6464,88 + 4 715 + 574) *0,13 = 1528 ккал/ч
26 165,38 + 1 528 = 27 693,38 ккал/ч
Таким образом суммарный расход тепла в помещении будет составлять:
27 693,38 + 10 381,1 + 69 229,3 = 107 303,78 ккал/ч
На основании проведенных расчетов, тепловой баланс в помещении отрицательный и составляет:
101 680 – 107 303,78 = - 5 623,78
Далее произведем расчет теплового баланса помещения по следующей формуле:
∆tнул.бал.=Qжив-Qискл:G*0.24+KF, (12);
В нашем случае расчет будет следующим:
(101 680 – 10 381,1) : (14 071 * 0,24 + 1276,36) = 19,6 ⸰С
19,6 – 7,2 = 12,4⸰С
Нужно отметить что полученная в ходе расчета температура не соответствует нормативной, следовательно, в помещении необходимо установить отопление