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农业生物环境工程课程设计任务书

《农业生物环境工程》设计任务书

一、 设计任务

在 广州 拟建一座仔鸡舍,饲养规模为出栏10000只/批,建筑平面如下图所示,试完成该肉仔鸡舍的环境工程设计。

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二、 设计资料

1、室外气象条件:

夏季:最热月室外平均气温0t = 31.1 ℃,室外平均最高气温.max o t = 35.6 ℃,出现时间0.max 15:00t τ=;水平面上平均太阳辐射照度I = 304.9 W/m 2;水平面上最大太阳辐射照度I max = 962 W/m 2(大气透明系数为4级时数值),出现时间在12:00;室外平均风速V 0= 1.8 m/s ,空调室外计算干球温度t d = 33.5 ℃;室外计算湿球温度t w = 27.7 ℃。

冬季:采暖室外计算温度t 0= 7 ℃;通风室外计算温度t 0= 13 ℃;相对湿度Φ= 70 %;室外平均风速V 0= 2.4 m/s 。 2、肉仔鸡舍的建筑特征:

鸡舍跨度12m ,饲养间长69m ,工作间面积36m 2。工作间外门面积3.0m 2,内门面积1.9m 2,饲养间出粪面积4.2m 2。

屋顶(水平面)太阳辐射吸收系数ρ=0.65; 建筑物外表面热转移系数223.26/o W m K α=; 建筑物内表面热转移系数28.72/i W m K α=;

肉仔鸡舍室内净高2.5m ,屋顶结构为200mm 厚加气混凝土板,上铺10mm 厚二毡三

油防水层,其蓄热特性系数S和传热阻R为:

材料S(W/m2﹒K)R(m2﹒K/W)200mm厚加气混凝土板 2.512 0.955 10mm厚二毡三油防水层 3.313 0.058

各维护结构的传热系数表(W/m2﹒K)

部位饲养间工作间

屋顶0.876 0.876

墙 1.713 1.713

门 4.652 4.652

窗进气窗:2.312(25厚锯末保温)

5.815 排风口:1.500(25厚岩棉)

3、肉仔鸡舍环境参数:

夏季舍内温度允许室内外温差△t=3℃,舍内适宜温度为18~27℃,7周龄肉仔鸡的显热量为9.2W/只;舍内允许相对湿度50~80%,气流速度1.5~2.5m/s(注:7周龄时鸡数量为5000只)。

冬季舍内温度控制在25℃,1日龄雏鸡不计发热量,散湿量为0.21g/h.只;7周龄肉仔鸡散发的显热量为9.6W/只(t

i

=19℃),散湿量为6g/h.只;允许气流速度为0.1~0.3m/s;相对湿度50-70%。

肉仔鸡舍内允许的有害气体浓度:

NH

3:20PPM;CO

2

:0.15%;H

2

S:6.6PPM

肉仔鸡舍光照度:5~20Lx 23小时/天

4、采暖与降温设备:

肉仔鸡舍可用热风供暖,也可采用锅炉集中供暖,本设计可选择适当的采暖设备。

肉仔鸡舍夏季通风可考虑采用湿垫风机降温系统,对与装有湿垫降温的进气口,垫面风速取1—1.3m/s,湿垫厚度取100-120mm。

三、设计要求

1、验算该鸡舍维护结构的保温、隔热性能;

2、计算肉仔鸡舍的夏季最大通风量;

3、确定肉仔鸡舍的气流组织;

4、确定湿垫面积与安装位置;

5、计算肉仔鸡舍的冬季最小通风量;

6、计算通风系统的阻力损失;

7、风机选型和布置;

8、确定肉仔鸡舍的采暖负荷;

9、供暖设备的选型与布置;

10、编写计算说明书。

设计指导书

一、目的:

通过课程设计,进一步掌握本课程的有关基础理论知识、初步了解实际工程设计的程序,学习运用有关的设计计算方法及工程图纸的绘制方法。

二、课程设计的成果要求:

1、计算说明书应简明扼要,说明计算原理、方法和公式的依据,计算过程要书写简练,选择参数要简述理由,计算结果应注明单位。采用列表计算的部分,要有计算示例。

2、设计图纸均要严格按制图标准绘制,线条准确清晰、图面整洁、布局合理,所有说明均要用仿宋体书写。

3、计算说明书字迹工整,首页应编写目录、注目页次,装订成册。

4、计算成果要准确,在计算过程中,通风量和热量值可取整数,时间、温度取小数点后一位,各类系数取小数点后三位。

三、风机选型要点:

(1)计算室外综合温度t sa ;

(2)计算总衰减度ov v 和总延迟时间ov ξ; (3)计算屋顶内表面最高温度.max i θ; (4)确定由屋顶传入肉仔鸡舍内的热量; (5)计算鸡舍内多余的热量; (6)确定夏季最大通风量 (7)确定风机的总容量; (8)确定湿垫面积;

(9)确定风机型号、组合形式、验算鸡舍的实际通风量; (10)计算进气口面积及确定排气口的位置; (11)绘制有关的工程图纸。

四、采暖负荷的计算:

(1)冬季围护结构的传导耗热计算; (2)冷风渗透耗热量的计算;

(3)计算鸡舍采暖负荷(分别考虑1日龄和7周龄时的不同情况); (4)采暖设备的选型与布置; (5)绘制采暖平面图。

设计有关资料汇编

一、湿垫风机降温系统

湿垫风机降温系统,由ZB 型波纹多孔湿垫,9FJ 系列低压、大流量、节能、低噪音风机,水循环系统和FTC 系列电脑控制装置组成。该系统由北京农业工程大学经过10年的研究、试制、优化设计而成。ZB 型湿垫和9FJ 系列风机,通过农业部新产品鉴定,填补了我国湿垫风机降温的空白,并由国家计委、国家科委审定为国家级新产品。1993年在陕西省世行贷款国际招标中中标,并获1993年农业部科技进步二等奖。

湿垫风机降温系统是当前我国大面积生产设施最经济有效的降温方式。该系统具有设备简单、成本低廉、耗电省、产冷量大、运行可靠等优点,也是世界各国大面积农业生产建筑普遍采用的防暑降温设施。系统设备费仅相当于空调设备的七分之一,运行费仅相当于空调的十分之一。 (一)湿垫的性能与规格尺寸

1、ZB Ⅳ型湿垫是1994年推出的第四代湿垫产品。它采用特种高分子材料与木浆纤维分子双重空间交联,并采用高耐水、高耐候性材料胶结而成。因此ZB Ⅳ型湿垫降温效率高、使用寿命长、阻力损失小,是湿垫风机降温系统理想的换热材料。湿垫外型结构如图1所示,性能特性如图2所示、主要技术参数见表1。

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表1 ZB Ⅳ型湿垫主要技术参数

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2、箱体结构与规格尺寸

为了便于运输、安装与维护,将湿垫、护板、喷水管、回水孔板等组装成独立的湿

图1 湿垫外形结构 图2 湿垫降温效率与阻力损失

垫箱体(图3),一套独立的湿垫降温设施可由若干个湿垫箱体组合而成的(图4)。

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湿垫箱体的规格以箱体中湿垫的ZB 宽度(mm)×高度(mm)×厚度(mm)来表示,标准规格为ZB2000×1500×120。非标准规格由用户与生产厂商议确定,但宽度以2000(mm),高度以1800(mm)为限,厚度一般为100(mm)~150(mm)。 (二)湿垫风机降温系统的设计与选择计算

湿垫风机降温系统设计的合理与否,直接关系到降温效果、使用寿命、运行经济与维护管理等。现以鸡舍配置湿垫风机降温系统为例,简要说明系统设计方法与参数选择。 1、系统布置

常用的布置方式有五种(如图5所示),以a 型纵向通风布置为好。当一端设有工作间而不能在山墙上布置湿垫时,可采用b 、c 型。通风长度温室以30~50m ,鸡舍以80~110m 为宜。当鸡舍长度超过120m 时,为了减小阻力损失,或进出口温差超过3℃以上不能满足生产要求时,亦可采用d 型。纵向通风方式布置,设备及运行费用较省、温度与风速均匀,一般应尽量采用纵向通风布置。某些特殊需要沿屋脊方向分为若干开间,纵向通风受到限制时,才考虑e 型布置方式。密闭房舍,单独进行强制通风时,也应采用低压、大流量风机纵向通风方式布置,可同时收到节能、噪音低、风速大、气流均匀四重效果。

图3 湿垫箱体结构示意图 图4 湿垫安装示意图

图5 湿垫风机降温系统布置形式

2、鸡舍平均风速与通风量的确定

夏季鸡舍通风降温的主要目的是要增大鸡体的对流散热,以保持鸡体的正常代谢与热量平衡。增大对流散热的主要措施,一是要通过湿垫降低舍内温度,二是要提高舍内风速增大对流散热。因此,鸡舍的通风量应以控制达到一定的风速为主要目标。鸡舍较

短、夏季气温不高,如30℃左右,饲养密度又较低时,舍内风速应控制在1m/s 左右;若鸡舍较长(110~120m )、夏季室外气温在35℃左右,饲养密度又较大时,舍内风速应控制在1.5~2.0m/s 左右为宜;若夏季室外气温在38℃左右,饲养密度又较高时,如叠层笼养等,舍内风速应控制在2~2.5m/s 左右为好。

式中:B ——鸡舍宽度,m

H ——鸡舍平均高度,m

V ——鸡舍平均风速,根据上述当地夏季设计气温与饲养密度等确定,m/s 该值与排除室内多余热量、除湿、提高CO 2浓度所需要的通风量相比较,取较大值。为了减小通风量或提高风速,必要时也可适当降低鸡舍高度H 来缩小过流面积,如每隔2间在屋顶部加设一段隔墙等。 3、风机型号与台数的选择 (1)风机型号选择

湿垫风机降温系统一般采取纵向负压通风方式,其流道总阻力仅为30~40Pa ,常见的轴流式通风机有风压型和风量型两种。风压型风机静压高达200Pa 以上,远大于通风流道阻力损失,耗能大、噪音高,不适合作鸡舍通风。在风量型风机中又有小直径高转速与大直径低转速两种,前者动压大、耗能与噪音较高,也不完全适合作鸡舍通风。北京农业工程大学专门为畜禽舍、温室等负压墙排风工况研究设计的9FJ 系列风机,采用二面角扭面翘曲叶型与小圆弧进气口相结合,形成了半球面均匀进气气流模型,风机静压与墙排风流道阻力相匹配。增大了直径,降低了转速,减小了动压与噪音,增大了流量,最大限度地节省了电能。因此,9FJ 系列低压大流量、低噪音、节能风机是最适合作畜禽舍、温室等墙排风负压通风的。9FJ 系列风机的性能参数见表2所示。 (2)风机台数选择

为了便于季节性调节风量,通常在安排风机时往往需要大小风机搭配使用,使一栋鸡舍风机的总风量略大于需要的风量。

式中:n 1,n 2——分别为大、小风机的台数,一般以4~6台为宜,70~80%风量宜

选用9FJ14.0型,其余可选用9FJ7.1、9FJ9.0、9FJ10.0等;

q 1、q 2——分别为大、小风机工作静压(25~40Pa )时对应的风量(表2)。鸡

舍较短,密度较低、无遮光罩时静压取较小值,反之取较大值。

4、湿垫面积与箱体数量的确定 (1)垫面风速与湿垫厚度的确定

垫面风速一般为1.0~1.5m/s ,需要提高降温效率时,宜取较小值。需要减少湿垫用量而降低投资时,宜取较大值。湿垫厚度一般为100~150mm ,需要提高降温效率时,宜取较大值,需要减小阻力损失、强调经济时宜取较小值。一般鸡舍用湿垫厚度以120mm

33600/Q B H V m h

=?????1122Q n q n q =+≥Q 需

为宜。降温效率、阻力损失与湿垫厚度之间的关系如图2所示。

表2 9FJ 系列风机性能参数参考表

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(2)湿垫面积计算

式中:Q ——选用风机的总风量,m 3/h V ——垫面风速,V=1.0~1.5m/s (3)湿垫箱体数量的确定

3600Q F V

=

m 2

F Z =

式中:F——湿垫需用的面积,m2;

B——湿垫箱体的宽度,标准箱体B=2m,需要非标准箱体时可在1~2m间选定;

H——湿垫箱体中湿垫的高度,H=1~1.8m,标准箱体H=1.5m

一般Q=12500m3/h风量可配ZB2000×1500×120型标准箱体一组,即9FJ12.5风机可配二组标准箱体,一台9FJ14.0风机可配四组箱体。一般12m跨度中等密度的鸡舍可配置12~18组标准箱体。

5、设计气象参数与蒸发水量的确定

一般一栋鸡舍可在靠工作间一端的两侧墙上分别设置一个独立的湿垫降温组合单元。对于高密度的大型鸡舍(如跨度大、叠层饲养等),为了减小通风死区,可将工作间放在靠净端部两侧,在其山墙上再增设一个独立的湿垫降温组合单元。一个独立的组合单元由6~15个湿垫箱体、一套供水系统(图6)、一个集水池、一台循环水泵组成。下面的循环水量与水泵选择就是基于上述一个独立的湿垫降温单元进行设计计算的。

(1)室外设计气象条件确定

室外设计温度t

o

=34~38℃,沿海一带可取较小值、华北黄河长江流域内陆一带可

取较大值,吐鲁番地区t

o

=40~45℃,或采用查表的方式进行确定。室外设计相对湿度

为最高季节正午对应的相对湿度Ф

=0.4~0.6,沿海一带可取较高值,内陆一带可取较

低值。新疆吐鲁番带Ф

0=0.3左右。

图6 水循环系统原理图

(2)空气通过湿垫后的温度和相对湿度

式中:t o —室外设计温度(干球温度);

t s —室外设计湿球温度,由室外空气设计温度t o 与设计湿度Ф0(下图所

示)从状态点A 延至Ф=100%的点确定;

η—湿垫降温效率,由图2湿垫厚度与垫面风速确定。

式中:Ф0——室外设计相对湿度,Ф0=0.4~0.6 η—湿垫降温效率,η=0.75~0.85 (3)独立组合单元湿垫蒸发水量

式中:Q —鸡舍计算选用风机的总通风量m 3/h; Z —鸡舍选用湿垫箱体总数,组;

M —该独立供水湿垫组合单元箱体数,组;

ρ—室内空气密度,ρ=1.16~1.18kg/m 3,当气温超过30℃时取较小

值,低于30℃时取较大值。

X i ,X o —分别为室外设计空气与过垫后空气的含湿量,可由上图确定,

也可采用下面的经验公式确定:

()

i o o s t t t t η=--()

001i φφηφ=+-()()42

428.18100.0460.8716.5/8.18100.0460.8716.5/o o o o i i i i X t t kg kg X t t kg kg φφ--=??-+=??-+干空气

干空气

图7 空气焓湿图

()310i o M

E Q X X Z

ρ-=?

?-?m 3/h

或者采用:

t a ,t b ——降温前、后的空气温度(干球温度),℃ 6、循环水量计算与水泵选择 (1)水泵必要供水量 B W C L D E E

=??+?

式中:C —湿垫顶部单位面积必要供水量,C=3.5~4.0,湿垫较高时取较大值,较

低时取较小值;

L —独立供水湿垫降温组合单元长度,m ;

D —湿垫厚度,m ;

E —独立组合单元湿垫蒸发水量,m 3/h ;

B/E —水循环系统必要排水量与蒸发水量的比值,B/E=1.0~1.5。

或采用下式计算:

L w =3600n w E /106 m 3/h

E = k d(t a -t b )L ≈0.46(t a -t b )L .. g/s

n w ——湿垫耗水系数,即湿垫供水量与实际蒸发水量之比,一般取n w =5~15,水质或环

境条件较差时取较大值。 (2)循环水池容积确定

L p ,H p ,B p ——分别为湿垫的长度、高度、厚度,m ; n V ——经验系数,一般可取n V =0.3~0.5。 (三)湿垫风机降温系统的安装 1、风机的布置与安装

风机应布在脏道端山墙面上为主,布置不下时可布置在端部两侧墙上。侧墙风机排风方向与屋脊交角最好是在30°~60°内。竖直面上风机位置应与饲养层等高为好,对于高床饲养,3/4风量的风机应布置在饲养层,其余布置在粪坑层。风机出口应安装百叶窗避免倒流,风机进口可装设S 型遮光装置,避免强光入射。 2、湿垫安置

(1)安装前应检查湿垫箱体、水循环系统、集水箱、水泵等是否满足规格质量要求。如发现在运输过程中造成变形等缺陷,应先进行修整方可正式安装;

(2)安装顺序:基础或牛腿支撑架、回水槽、湿垫箱体、密封板件、供水回路、集水箱、浮球阀、水泵及自控装置等;

(3)湿垫组合箱体应密封好,以免热空气进入影响降温效果;

()0.46a b E t t Q =-g/s

V p p p

V n L H B =m 3

m 3/h

(4)箱体进水管与供水管三通或弯头间可用软管连接喉箍扎紧; (5)回水槽间加设中间接头、两端加设封头连接,并用耐水胶密封好;

(6)水泵出口加设供水过滤器、回水箱内加设水滤网、浮球阀正常水位以上200300mm

加设溢流水管;

(7)启动水泵、检查供水管路有无漏水、喷水是否均匀、调试好后方可投入运行。 (四)运行管理与维护

1、运行中应经常检查浮球阀、水泵过滤器、喷水管等是否工作正常,应及时清除异物、定期检查和维护,保证系统正常工作;

2、湿垫风机降温系统一般在8~18时的高温时间运行,必要时可延长到7~21时运行;

3、垫面风速应保持在1~1.5m/s ,湿垫厚度较大时,可取较小值;

4、湿垫风机降温系统为负压通风,应注意房舍除湿垫孔隙、风机出口外,其余必须密闭,以防热空气短路;

5、集水箱或循环水池应加盖密闭以免异物混入堵塞喷水孔等;

6、湿垫每天夏季使用前应用软毛刷除去缝隙中的蛛网、粉尘等杂物;冬季应妥善保管,避免变形,发现缝隙过大时应挤紧并另外补加一小块湿垫补齐;

7、运行中应根据水质情况计算水循环系统必要排出水量,并用泄水阀进行调节控制。 二、暖风机的选择

暖风机是由风机、电动机及空气加热器组合而成的联合机组。适用于各类型的畜禽舍,当空气中不含灰尘和易燃易爆的气体时,可作为循环空气供暖用。暖风机可独立作为供暖用,一般用以补偿散热器的不足部分或者利用散热器作为值班供暖,其余热负荷有暖风机承担。

(一)暖风机台数的确定

按下式计算:

当空气进口温度与标准参数(15℃)不同时,应按下式换算:

式中:Q —建筑物的热负荷,W Q d —暖风机的实际散热量,W Q 0—进口温度15℃时的散热量,W t n —设计条件下的进风温度,℃ t pj —热煤平均温度,℃ η—有效散热系数:

热煤为热水时η=0.8 热煤为蒸汽时η=0.7~0.8

暖风机安装时,一般不少于两台。 (二)选用暖风机时注意事项

d Q

n Q η

=

?015

pj n

d pj t t Q Q t -=

-

1、为使畜禽舍温度场均匀,保持一定断面速度,选择暖风机时,应验算畜禽舍内的空气循环次数,一般不小于1.5次/h;

2、布置暖风机时,宜使暖风机的射流互相衔接,使供暖空间形成一个总的空气环流;

3、不宜将暖风机布置在外墙上垂直向室内吹送;

4、暖风机底部的安装高度应符合下列要求:

当出口风速V

≤5m/s时,取2~2.5m

>5m/s时,取3~4.5m

当出口风速V

5、送风温度不宜低于35℃,不应高于55℃。

(三)暖风机技术性能

1、NC型暖风机技术性能表表3

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2、NA-85型暖风机性能表表4

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