автореферат диссертации по строительству, 05.23.10, диссертация на тему:Физико-технические основы формирования среды содержания крупного рогатого скота

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В. В. Куйбышева

На правах рукописи

Валов Василий Михайлович

УДК 631.22:628.8

Физико-технические основы формирования среды содержания крупного рогатого скота

(Применительно к условиям Сибири)

05.23.10 — Здания и сооружения 05.23.03 — Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение, акустика и осветительная техника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва —1989

Работа выполнена в Сибирском ордене Трудового Красного ЗН8Ы8Н8 авуоиобяльно-лорогаом институте имена В.В.Куйбышева

Офкша^ышб оппоненты:

профессор, доктор твтничвоюпс наук Гиндоят. Аядранип Геворковвч

профессор, доктор тетничеокет наук Могшат Александр Ннконевит

професоор, доктор тв^яическя* наук Маклавова Татьяна Георгиевна

Вздувая организация - Мосгипроняисельтоз

Защита диссертации ооотоится _" ■ _I9Q_г.

в , часов на заседании специализированного совета Д 053. П.0Г7нри МИСИ им. В.В.Куйбышева по адресу: 113Г14, Москва, ПИшаоввя набврекная, д. 8„ ауд.

С диссертацией нокпо оанакомктьоя о библиотеке института.

Прооим Вас принять участие в ваяйте а направить Bas отзыв по адресу: 129337, Москва, ярославское восае, д. 26. Учёный Совет. у

Автореферат разослан "____198_г., Л ____

Учёный секретарь специализированного совета доктор тетшлеогагс наук

В.П.ТИТОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Б настоящее время особое значение имеет ■повышение эффективности животноводства в зоне развитого кивотно-водства Сибири, особенно в районах освоения новых сырьевых и энергетических ресурсов, в целях надежного снабжения населения продовольствием местного производства. Интенсивные методы развития животноводства требуют совершенствования его производственной базы, разработки новых строительных решений животноводческих зданий, повышения их энергосберегающей эффективности и создания условий содержания животных с минимальными энергозатратами.

Б условиях дефицита энергетических ресурсов сокращение материальных и энергетических зг :рат на организацию нормируемых условий трудовой деятельности человека и среды содер-ания животных монет быть достигнуто за счет разработки и внедрения зданпг с эффективным .использованием как технической, так и биологической теплоты и других естественных источников энергии. Научно обоснованный учет физиологических потребностей ¡пивоткых, особенностей технологического процесса л закономерностей физических явлений, грслсхоцяпщх в зданиях, позволяет разработать принципы формирования. среды содержания скота. Эти принципы являются основой исследований и разработки реально пипачтишх строиталыю~техт:ческлх мероприятий по поздернашго'микроклимата помещений при любых средствах энергетического обеспечения. В данном случае ливотповодчес-кое здание рассматривается как технико-биологическая система.

Цель исследований- заключается в разработке физико-техничос-г ких основ формирования среды содержания крупного рогатого скота в условиях Сибири с учетом физиологических потребностей кивот-1дох, методов теплофизнческих расчетов и организации теплового п воздуш~ого режимов помещений с применением системы энергосберегающих строитальяо-технических мероприятий, естественных энергетических ресурсов и средств регулирования микроклимата, позволяющих строить здание с эффективным использованием энергии.

Задачи исследований и разработки: выявление особе.шостей взаимосвязи и соответствия технических решений системы содержания и физиологических потребностей давотинх, являющихся основой совершенствования строительных решений зданий, форм' ровакия их среды, обеспечения максимальной продуктивности и сохранности скота;, разработка и исследование системы энергосберегающих

строительно-технических мероприятий, обеспечивающих максимальное использование естественных энергетических ресурсов; исследование энергосберегающей эффективности и разработка методов расчета теплового и воздушного режимов животноводческих зданий с воздухопроницаемыми ограддашцими конструкциями и геотермальными, система™ Еентиляции (ГТСВ); разработка методов теплотехнического расчета и прогнозирования тепловлажностного режима воздухопроницаемых ограздающих конструкций, работающих в условиях управляемой фильтрации воздуха; разработка инженерного метода тепло- . физического расчета и основных функционально-технических решений ГТСВ; разработка принципиальных конструктивных решений воздухопроницаемых ограждающих конструкций и обоснование возможности их использования с учетом климатических воздействий и выявление физико-технических основ обеспечения заданной воздухопрог ницаемости;. исследование теплофизических характеристик отрадда- . щих конструкций.с заданной воздухопроницаемостью из крупнопористого керамзитобетона и выявление эксплуатационных качеств экспериментально построенных животноводческих зданий с естественными средствами регулирования микроклимата.

Исследования, включенные в диссертацию, в большей части выполнены в соответствии с заданиями научно-технических проблем НИИСФ Госстроя СССР, Н-К17) и Н-16(84) Гипронисёльхоз Госагро-прома СССР, Н-П-Б-86-10 Сибзнииэпсельстрой Госстроя РС2СР и 0.51.25.9 СибНШИЖ СО ВАСХЖП. •'

Научная новизна работы заключается в создании физико-технических основ формирования строительно-технических решений животноводческих зданий и их среды для условий Сибири, включающих' методы теплофизических расчетов и оргг шзации теплового режима помещений на базе учета физиологических потребностей и акклиматизации животных, комплексной реализации энергосберегающих мероприятий и использования естественных энергетических ресурсов. К новым научным результатам работы следует отнести: физические закономерности формирования теплового режима киь■/гноводчесих зданий с ».омощью естественных источников энергии и средств регулирования микроклимата; метод использования положительных эффектов поровой инфильтрации наружного воздуха для улучшения тепло-.-, вдажностйого режима ограждающих, конструкций и микроклимата -животноводческих помещений; методы расчета воздухообмена помеще-

ний с воздухопроницаемая! ограждениями и обесиечешге■автономно-надежной инфильтрации; методы теплофпзичес-их расчетов и прогнозирования тепловлажностного режлма ограздащих конструкций, работающих в условиях поровой инфильтрации; метод теплофлзпче-ского расчета и принципы функционально-технических решений ГТСВ; принципы обеспечения заданной воздухопроницаемости ограж-давдих конструкций из крупнопористого бетона.

Практическую ценность работы представляют разработанные в развитие физико-технических основ формирования среды содержания животных комплекс инженерных методов проектирования и расчетов теплового режима яивотнозодческих зданий с воздухопроницаемыми конструкциями и ГТСВ, прогнозирования тепловлажностного режима воздухопроницаемых конструкций; принципиальные конструктивные решения воздухопроницаемых стен, покрытий л подвесных потолков, элементов систем воздухообмена и автономно-надежной инфильтрации; рекомендации по учету физиологических потребностей животных на стадии проектирования зданий и организации их среды.

Реализация результатов работа. Результаты исследований включены в следующие рекомендации и учебно-методические издания:

1. Проектные предложения по реконструкции животноводческих зданий под цехи отела: СибНИПТИК СО. ВАСХНИЛ, Новосибирск,1985.

2. Рекомендации по расчету, проектированию, строительству ■ и эксплуатации геотермальных систем вентиляции в условиях Западной Сибири. - Новосибирск: Запслбгашиагропром, 1986.

2. Методические указания по строительно-техническому обес-пече'-тю нормируемого микроклимата при реконструкции телятников и родильных отделений крупного рогатого скота (для условий Сибири и районов с аналогичным климатом): Гипрокисельхоз, М.,1986.

4. Теыпературно-влажностный режим ограадаицих конструкций зданий*при фильтрации воздуха: Учебное пособие /'СибАДИ. -Омск, 1982.

5.. Еивотноводчоские здания с воздухопроницаемыми огразда-ицимй конструкциями: Учебное пособие / ОмПИ. - Омск, 1986.

Научные положения, инженерные методы проектирования и расчета животноводческих зданий с воздухопроницаемыми конструкциями и ГТСВ, предложенные в диссертации, использованы в исследовательской и проектной работе институтов (Гипрониселъхоз, Згпсибнипиагропром, СибНИПТШ СО ВАСХНИЛ, Омскагростройпрозкт,

V 6

Алтайагропромтехпроект и др.) и вузах (СибАДИ, МИСИ, ОВИ и др.). Материалы исследований использованы автором в лекционном курсе "Физико-технические основы проектирования зданий" и при разработке ряда учебно-методических пособий для студентов.

Апробация таботы.Основные положения и результаты доложены автором на Всесоюзном семинаре Запсибш таагропром (г.Новосибирск, 1967 г.); ВДНХ (г.Москва, 1981 г.); региональной научной конференции (г.Омск, 1982 г.); научно-техническом сеышаре Запсибнипиагропром (г.Новосибирск, 1985-1987 гг.), НИИСФ (г.Москва, 1982 г.), МСХ СССР (1984 г.); на бюро Отделения и Совета животноводства при Президиуме ВАСХНИЛ (1984 г.); на научно-технических конференциях СибАДИ (г.Омск, 1977-1988 гг.), ОмСХИ (г.Омск, I98I-I9B3 гг.), НИСК (г.Новосибирск,1985 г.), ЧПИ (г.Челябинск, 1985, 1986 гг.). '

Объе?и работы.Диссертация состоит из введения, семи ^лав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 345 страницах, в том числе 272 страницы - основной текст, 42 страницы - рисунки, 27 страниц - список использованной литературы (366 наименований), 4 страницы - приложения.

На защиту выносятся физико-технические основы формирования среды содержания крупного рогатого скота в условиях зоны развитого животноводства Сибири, вклхг ающие: основные положения формирования оптимальной взаимосвязи техническил решений системы содержания и физиологических потребностей животных на базе предложенного принципа динамического взаимодействия животных и среды; принцип дифференцированного нормирования параметров микроклимата для каждой породы животных в зависимости от генетически обусловленной их про, уктивности; частично сблокированные животноводческие здания с широтной и диагональной ориентацией; система энергосберегающих строительно-технических мероприятий с использованием естественных энергетических источников; воздухопроницаемые огравдающие конструкции, совмещающие функции теп-лозацяты и воздухообмена помещений; методы теплотехнического расчета и прогнозирования тенловлажностного режима воздухопро- ■ нкцаешх конструкций, работающих в условиях фильтрации воздуха; методы расчета теплового режима животноводческих зданий ç воздухопроницаемыми конструкциями и ГТСВ; метод теплофизического расчета с использованием ЭВМ и проектирования функционально-

технических решений ГТСВ; результаты исследований ограздащлх конструкций с заданной воздухопроницаемостью.

Исследования и разработки выполнены автором в лабораториях строительной физики и строительных материалов, на кафедре "Архитектура ПГЗ" СибАДИ км.В.В.Куйбышева, на заводах строительной щдустрии Омского Агростроя и экспериментальных животноводческих зданиях.

Автор приносит свою благодарность всем сотрудникам и аспирантам, которые принимали участие в проведении исследований на различных этапах выполнения работ.

АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТШЫ иОДЕЕШШЯ КРУПНОГО

РОГАТОГО СКОТА, СЗВРШЕННЫХ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ОСНОВ

СОЗДАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПВОТНОВОДЧККИХ ЗДАНИЙ

Производственная база молочного и мясного животноводства в Сибири создана за последние 20-25 лет с начала 60-х годов. Перевод животноводства на промышленную основу осуществляется как путем строительства новых крупных ферм и комплексов, так и :.учем укрупнения и реконструкции существующих ферм.

В начальный период эксплуатации ферм и комплексов промышленного типа были достигнуты определешше успехи: высокая продуктивность при незначительных затратах; поточная организация ' производства п лучшие условия труда животноводов. Однако в процессе их эксплуатации выявлены строительно-технические недостатка длительные сроки и низкое качество строительства; высокие капитальные вложения в строительство и высокая энергоемкость технологий содержания животных и систем организации микроклимата; несоответствие объемно-планировочных решений животноводческих зд8_дй климатическим условиям Сибири; низкие теплозащитные качества ограждающих конструкций; большая концентрация животных в о'дном месте, вызывающая вероятность распространения инфекционных. заболеваний и нарушающая экологическое равновесие в природе'.

Существующие ферта по производству молока, выращиванию и откорму крупного рогатого скота имеют в основном павильонную и часто неупорядоченную застройку отдельно стоящими зданиями с низкой плотностью застройки без блокирования и объединения производственных и подсобно-вспомогательных помещений теплыми

переходами и вставками. Размещение сачитарно-бытовых помещений в отрыве от основных производственных значительно ухудшает условия труда. Большинство ферм не имеют благоустройства, подъ-в-дннх и внутрифермских дорог с твердым покрытием. Территория многих ферм подтанляется и заболачивается грунтовыми и атмо-сфврнши водами.

С 1978 г. проектирование и строительство новых комплексов, особе но молочного направления, в Сибири практически прекратилось. Появилась необходимость доводки до проектной мощности существующих комплексов, отработки технологии, решения возникших проблем их строительства и эксплуатации, чтобы в будущем вернуться к их строительству на более высоком научно-техническом уровне.

Натурные исследования эксплуатационного- состояния животноводческих зданий позволили выявить факт почти полного отсутствия отопительно-ьентиляционных систем в помещениях для крупного рогатого скоте., особенно взрослого поголовья. Так, в Омской области отапливается не- более 2-3$ общего числа коровников и помещений для откорма скота. Установлено, что микроклимат неотапливаемых зданий с неорганизованным естественным воздухообменом отличается высокой влажностью и загазованностью, низкими температурами воздуха и значительной неравномерностью их распределения по ширине и длине помещений. В значительной степени ато откосится и к микроклимату помещений, .оборудованных отопи-тельна-ьентиляционннми системами в. зданиях с низкими теплозащитными качествами. В зданиях, с практически непроницаемыми ограждающими конструкциями, исключается организованный аэрационный контакт внутренней среды с внешней.

Традиционные ограждапциэ конструкции (как однослойные, так и трехслойные стеновые панели с эффективным утеплителей) в большинстве случаев не обладают достаточными теплозащитными качествами. В ьериод резких похолоданий на их внутренней поверхности появляется конденсат, который впитывается материалом конструкций. Тем самым еще больше снижаются их теплозащитные качества, и последующее конденсатообразоваяие наступает уже при более высоких температурах наружного воздуха. Существующие мероприятия но защите стен от увлажнения в виде плотных защитных покрытий не

исключают условий появления конденсата на их внутренней поверхности, -который недопустим по зооветеринарным*требованиям. Установлено, что большую опасность для ограждающих конструкций представляет увлажнение их с внутренней стороны; наибольшие разрушения наблвдаются во внутреннем фактурном слое огра-кдений.

Анализом зарубежного опыта строительства животноводческих зданий выявлено,' что разработка новых строительных решений и повышение энергосберегающей эффективности зданий базируется на принципах максимального использования естественных и возобновляемых источников энергии с совершенствованием теплозащитных ка -чест^ и повышением компактности зданий.

Значительный вклад в рс звитие физико-технических основ создания и совершенствования животноводческих зданий внесли Л.Н.Ануфриев, М.Л.Быков, С.М.Гришеч-со-Климов, А.Г.Егпазаров, И.А.Конинов, Б.Я.Маравин, Л.С.Некрасов, М.С.Осмоловский,Ю.М.Прыгунов, Л.А.Рунов, А.Л.Старков,Д.Н.Топчий, Л.К.Юргенсон.В.А.Яку-шова и др. Теоретической базой.развития физико-технических основ формирования производствешшх зданий и микроклимата помещений гэ^яотся работы В.Н.Богословского, О.Е.Власова, А.Г.Глндояна, Э.Л.Дешко, В.А.Дроздова, В.М.Ильпнского, А.В.Лыкова. В.Д.Мачин-ского, Ю.А.Табунщикова, В.П.Титова, Ф.В.Ушкова, К.Ф.Фокина, А.М.Шкловера и др.

В условиях энергетического дефицита современные физико-технические основы формирования среды содержания животных требуют дальнейшего развития ка принципах предпочтительного исполь -зования естественных энергетических ресурсов и возобновляемых источников энергии. Наиболее эффективное развитие монет быть в области: использования системы энергосберегающих строительно-техничёс" их мероприятий с разработкой' методов теплофизических расчетов и способов организации микроклимата помещений; совер-иекетвования строительных решений зданий с учетом особенностей климатических воздействий и возможностей акклиматизации кивот-ннх;'использования положительных теплофизических эффе ктов при совмещении в ограздавдих конструкциях функций теплозащиты и воздухообмена помещений; организации тешювозд ушного режима микроклимата с учетом-заполняемости помещений, способов "здоржания, ритмичности и продолжительности осуществления технологических операций л генетически обусловленной продуктивности животных.

10 4

Этот комплекс мероприятий кашел отражение в диссертации на основе исследований и разработок автора и привлечения результатов исследований отечественных и зарубежных исследователей.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ СИСТЕМЫ СОДЕРЖАНИЯ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПГТРЕБНОСТЕЙ ЖИВОТНЫХ, МК ОСНОВА ФОРМИРОВАНИЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ЗДАНИЙ

Создание животноводческого здания,как технико-биоло.ической и энергетической системы, представляется более сложной и ответственной задачей по сравнению с большинством промышленных зданий. Если в гражданских и промышленных зданиях качество среды определяется требованиями человека и технологического процесса, то в животноводческих - требованиями системы "человек-машина-живот -вое", то есть добавляются требования животных, дающих продукцию, Животноводческое здайю, как технико-биологическая система, обладает значительными потенциальными энергетическими ресурсами. Наиболее перспективным путем повышения тепловой эффективности зданий является совершенствование энергосберегающей эффективности систем воздухообмена, технологий содержания и повышение теплозащитных качеств помещений. Так, анализом теплового баланса типовых зданий для содержания крупного рогатого скота выявлено, что затраты тепла на общеобменную вентиляцию помещений достигают 70,6$, а суммарное теплопотери через огравдающие конструкции - 29,4$.

Широкие возможности совершенствования зданий ..а основе учета реально выполнимых физиологических потребностей, акклиматизации и способов содержания животных позволяют создать среду содержания на основе параметров динамического взаимодействия животных со средой. Травматизм, стр->.ссы адаптации и акклиматизации животных можно существенно сократить за счет разработки элементов .системы содержания (пол, ограждения стойл, боксы, кормушки, привязи и 1.д.), нормирования параметров и организации микроклимата на основе принципа динамического взаимодействия животных и среды с учетом амплитуды их подвижности, величин силов: х воздействий и фпзиолоп. ¡еского состояния. Использование материалов и конструкций с соответствующей упругостью, гибкостью, податливостью, шероховатостью и профилем поперечных сечений способствует снижению и сличению травмирующих усилий, а динамичнее параметры микроклимата обьопочииают физиологический тренинг животных.

Из опыта промышленного животноводства выявлены более' перспективные способы содержания крупного рогатого скота для условий Сибири, которые способствуют снижению энергозатрат на поддержание микроклимата помещений и учитывают физиологические потребности скота: боксовое свободно-выгульное содержание скота на глубокой подстилке для откорма бычков и ремонтных телок; содержание взрослого поголовья скота в комбибоксах; боксовое содержание молочных коров на автоматической привязи с доением, в доильном блоке и мобильно-стационарной системой кормораздачи.

результаты анализа акклиматизации животных в характера влшг'ия климатических параметров на их физиологическое состояние выявили широкие возможности использования естественных средств в регулировании.микро!. шмата помещений. Вместе с тем отмечаются некоторые особенности использование естественных средств регу -лирования микроклимата в климатических условиях Сибири. Так, при бесспорком положительном влиянии естественного освещения и ультрафиолетового облучения на.физиологическое состояние животных доказана их ¡шзкая эффективность в период зимнего стойлового зодерхания скота.

По результатам анализа отечественных а зарубежных исследований, интервал зоны термонейтрали для различных пород крупного рогатого скота находится в весьма широких пределах. Для отдель--ных пород скота нижний предел термонейтрадгюй зоны достигает -5 и даже -12 °С, а верхний - +25 °С. С учетом выявленных возможностей акклиматизации животных и широкого интервала термо-. нейтрал ной зоны условиях энергетического дефицита при соблюдении теплового режима для технологического процесса целесообразен более широкий температурный интервал содержания скота, который можн-> обеспечивать с помощью естественных средств регулирования. Однако при нормировании параметров микроклимата помещений дохз-ды учитыватьс генетические возможности и физиологические потребности животных; микроклимат помещений не столько повышает продуктивность скота, сколько способствует реализаш"! генетически обусловленной его продуктивности. Таким образом, подтверждается необходимость в экономически оправданном температурном интервале содержания крупного рогатого скота, затраты по обеспечению которого оправдываются соответствующей продуктивностью животных.

'Приоритетность применения той или иной системы кормления, доения и наво^оудаления определяется не только её собственной • энергоёмкостью, надежностью и характером влияния на животных, но и степенью отрицательного влияния на тепловой режим помещений. Зти системы должны способствовать снижению .энергетических затрат на поддержание теплового и« воздушного режимов микроклимата помещений.

По степени роста отрицательных влияний на тепловой и воздушный режимы микроклимата, снижения энергосберегающей эффективности и соответствия зоогигиеническим требованиям системы кормо-раздачи находятся в следующей последовательности: стационарные доставка и раздача; мобильная доставка и стационарная раздача; мобильные доставка и раздача. Систем навозоудаления' по степени роста положительного влияния на микроклимат помещений и отрицательного влияния на окружающую среду располагаются в последовательности: механическая,-пневматическая.и гидравлическая.»

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ПУТЕЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ . '

31 ¡ЕРГОСБЕРЕГАКЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ЗДАНИЙ

Практическим ответом диссертации на современную необходимость экономии энергии является новый ..ринцип совершенствована, животноводческих зданий: повышение их энергосберегающей эффективности п компромиссным с.лажиЕанием противоречий мезду требованиями улучшения эксплуатационных качеств зданий, и сокращения энергозатрат на создание внутренней среды помещений. Для совершенствования животноводческих зданий выявлена и исследована система энергосберегающих строительно-технических мероприятий с использованием естественных энергетических источников и средств регулирования микроклимата помещений; совершенствование объемно-, планировочной структуры и'конструктивных решений.зданий, обеспе-чг дающих сокращение фронта внешних отрицательных воздействий и исключающих сквозьзе продувание помещений; повышение теплозащитных качеств и улучшение тепловлажностного режима эксплуатации ограждаших конструкций;, использование воздухопроницаемых „граж-дащих конструкций, работающих в условиях поровой инфильтрации и соыайщгшцих функции теплозащиты и воздухообмена помещений; эффективное использование естественных энергетических источников (освещения, воздухообмена, солнечной радиации а инсоляции);

использование энергосберегающих.систем воздухообмена, способствующих сохранению тепла в помещениях зимой и- удалению газовнх вредностей из мест их непосредственного образования; утилизация тепла удаляемого воздуха; использование геотермальных систем отопления н вентиляции; применение энергосберегающих технологий содержания животных, способствующих сохранению тепла в помещениях в зимнее время.

Анализ строительных решений животноводческих зданий по основным критериям энергосберегающей эффективности, эксплуатационной технологичности и возможностям использования естественных средств регулирования микроклимата помещений выявил, что в природно-климатических условиях Сибири наиболее целесообразны частично сблокированные здания вместимостью до 2С0 голов скота, котс^ые появились в результате компромиссного объединения положительных качеств зданий павильонной и моноблочной застройки. Данный вывод подтверждает необходимость дальнейшего совершенствования строительных решений этих зданий с повышением их энергосберегающей эффективности.

В климатических условиях Сибири совершенно не оправдана избыточная остекленность помещений, достигающая 30 и даже 40% площади стен. С учетом особенностей технологического процесса животноводческих зданий и климатических воздействий, необходимости снижения инсоляции помещений летом и максимального использования её зимой доказана целесообразность ориентации зданий продольной осью в пределах сектора от шпротной до диагональной. 3 данных условиях оказывается целесообразным полный или частичный отказ от устройства светопроемов в наружных стенах, обращенных на север, северо-восток и северо-запад.

Из всех систем организации воздухообмена в стойловых помещениях по схемам: "снизу-вверх", "сверху-вверх", "сштзу-вниз"-практически' ни одна не удовлетворяет требованиям раздельного или совместного удаления отработанного воздуха из нижней и верхней зон помещений в зависимости от сезонов года. Для удаления газовых вредностей непосредственно из зоны их образования с сохранением тепловой "подушки" под покрытием в зга,шее время и удаления тепла из верхней зоны помещений в теплое вреда года предложена и практически испытана комплексная система организа-ЦП1 воздухообмена, сонмэщаюиая возможности схем "сверху-вниз"

и "сверху-вверх". Перспективным является использование нами разработанных вытяжных устройств, выполняемых по принципу "труба в трубе" или устройств с Г-образными опусками в нижнюю зону. Эти устройства позволяют осуществлять удаление воздуха из нижней или верхней зоны помещения, а также одновременно из этих зон. Комплексная система организации воздухообмена не исключает возможности использования активного естественного проветривания помещений через проемы в стенах.

В настоящее время основной принцип повышения долговечности и сохранения теплозащитных качеств ограждающих конструкций животноводческих зданий заключается в повышении их непроницаемости и защите от агрессивных воздействий как внешней,так и внутренней сред плотными непроницаемыми фактурными слоями,то есть защищаются конструкции от агрессивных воздействий микроклимата, в то время как обслуживавдий персонал, животные и технологическое оборудование остаются в этой агрессивной среде.

В работе предлагается теоретически и экспериментально обоснованный путь совершенствования теплозащитных качеств,улучшения тепловлакностного режима эксплуатации и обеспечения долговечности ограэдающих конструкций за счет изготовления их воздухопроницаемыми и совмещения в них функций теплозащиты и воздухообмена помещений. Конструкции с заданной воздухопроницаемостью работают в условиях устойчивой поровой инфильтрации с проявлени- ' ем её положительных э|фектов: теплового, осушающего, вентиляционного, аффекта отдува влажного воздуха с микрофлорой от внутренней поверхности наружных ограждений и эффекта диффузионного переноса газовых вредностей в наружный воздух.

ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕШШИЗИЧВСКИХ

ОСНОВ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ЗДАНИЙ

Геотермальные, системы вентиляции позволяют использовать теплоту и холод земли для подогрева приточного воздуха в холодный период года.и охлаждения его в теплое время;обеспечивать воздухообмен в широкогабаритных зданиях; осуществлять осушение воздуха в переходные периоды года; предварительный подогрев приточного воздуха с последующей подачей его на теплообменники для окончательного нагрева. Вместе с тем ГТСВ обладают значи-

тельными затратами на устройство, сложностью ремонта подземных каналов, опасностью затопления и трудностью устройства подземных каналов при высоком уровне стояния грунтовых вод, возможностью антисанитарного состояния подземных устройств.

Основным параметром, характеризующим теплофизическуп эффективность ГТСВ, является температура приточного воздуха, подаваемого в здание. Теплообмен ме:кду воз,пухом, движущимся внутри заглубленного канала и грунтом, является нестационарны!.!. С учетом определенных допушешш в работе приводится математическая модель процессов теплообмена в системах, которая позволила разработать инженерную методику расчета ГТСВ.

Уравнение теплового баланса нестационарного теплообмена воздушного потока, движущегося внутри канала, с грунтом можно представить в виде:

Св-бпр-^и 3 9(х.г/С*Х. (I)

где ^(х.г)" средняя плотность теплового потока на участке с1х ,Вт/м.

Представив канал в неограниченном массиве с радиально сходящимися "стержнями" грунта, получили основу задачи нестационарного теплообмена полуограничанного стержня с условной теплоизоляцией боковой поверхности при гранич^д условиях третьего рода. Для данного случая А.В.Лыковым выведена зависимость для плотности теплового потока, которая, пренебрегая термическим сопротивлением стенок канала, записана в следующем виде:

У ^[(аД^-а^аг/^^/Лг) . (2)

Подставив выражение (2) в (I), после разделения переменных и интегрирования с учетом граничных условий, получили выражение для определения температуры воздуха на выходе из канала:

где

А » N ахрН3 ег/сН; (4)

Ы"сС,-иг-^Пктп/сл-6^р ; (5)

Здесь Кг представляет собой аналитически полученный ко^шш-онт воюченля грунта радиальиых клиньев, Кг~2, т »/V?Л/У/?/?„.

Для уточнения расчетных зависимостей учтено влияние сезонного изменения температуры наружного воздуха, подаваемого через каналы ГТСВ, на характер изменения температуры грунта на глубине заложения. С этой целью получено и решено уравнение теплового баланса воздушного потока через канал относительно температуры грунта в определенный момент времени Ze + nZ¡,которое имеет

c«e^díe = ^(trz-í82)c/x. (?)

После разделения переменных и интегрирования с учетом граничных условий получено выражение для температуры грунта в момент времени z = z0+nz¡

h.z - {Ko.z- tnp z exp W - e*P V ' . (8)

Теплосъем за определенный интервал времени 2= П Z¡,то есть количество утилизированной теплоты в канале определяется выражением _

От»" W^ ^'2- (9>

Здесь Íпр2 есть средняя температура приточного воздуха за расчетный интервал времени 2,- и определяется выражением

Для выражения годового хода средних ожидаемых температур наружного воздуха t«0.z и грунта tro.z с достаточной степенью точности они приняты в виде синусоид:

t^Abüntiizj-zJ + i?-, (П)

troz= ArSintifa-Zr) ♦ Vr°\ (12)

где (jO - частота повторения тех или иных суток,сут~1; Zj-момент времени, в который определяется температура наружного воздуха или грунта на заданной глубине, считая с I января,сут; ZH, Zr ~ момент времени, в который температура наружного воздуха илц^ грунта равна среднегодовой, то есть trtZ= t™ или trz = .

Формула (II) определяет годовой ход средней температуры наружного воздуха, и она может быть использована для определения температур наружного^воздуха с большей обеспеченностью при наличии значений Ав и ÍJ,0 с соответствующей обеспеченностью.

На основе полученных математических зависимостей разработана инженерная методика теплотехнического расчета системы вентиляция животноводческих зданий с использованием теплоты и холода

земли, а также блок-схема алгоритм! автоматизированного расчета ГТСВ на ЭВМ. С использованном результатов практических расчатов (рнс.1) осуществлен анализ возможных режимов работы (сезонных или круглогодичных) • и регулирования ГТСВ животноводческих зданий, результаты которого могут быть использовавд при проектировании автоматического регулирования работы этих систем.

На основе анализа отечественного и зарубежного опита использования и экспериментальных исследовании ГТСВ, а также собственных разработок предложены варианты функционально-технических решений и прокладки каналов топлообмошшков.и схемы организации воздухообмена в помещениях при естественном а механическом способах перемещения воздуха.

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕЕИЫА И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ

ТШЛОйИЗИЧЕХЛШХ ГАСЧЕТОВ &1В0Т1ЮЮДЧЕС1С1Х ЗДАН'ЛП С ЕСТЕСТВЕННЫМИ СРЕДСТВАМИ РЕГУЛИРОВАНИЯ 1.!Ш^иП1МЛТА

помщенш!

Комплексное внедрение систомы энергосберегающих строительно-технических мероприятий позволяет обеспечить нормируемый микроклимат в животноводческих помещениях за счет естественных энергетических источников. Цатематичоокно завис иыости.полу.чещшо для прогнозирования теплового режима помещений (и особенно в пристенных зонах конструкций) и работающих в условиях подвой инфильтрации наружного воздуха, результаты расчетов и натурных исследований^; экспериментальных зданиях убедительно подтвердили эти возможности.

При совмещении в воздухопроницаемых ограждающих конструкциях функций теплозащиты и воздухообмена помещений значительно осложняется их теплофизический расчет: необходимо установить,какой воздухопроницаемостью и какими теплозащитными качествами они должны обладать. В качестве основных критериев, определяющих допустимый расход лоздуха через ограждение, работающее и условиях породой инфильтрации, принята температура внутренней поверхности ограждения из условий достижения максимального теплового эффекта порового проветривания и обооночония норматпшюго температурного иоропяда .

Циратонио для определения требуемого сопротивления роздухо-ироиицаемого ограждения при ппфильтрацнч получено в пидо

ОГпкЖ № <6

Рис Л.Динамика теплотехнических параметров ГТСВ при круглогодичном резаше ее работы (Омская область): I - сезонное изменение средной температуры наружного воздуха; 2 - естест-ьо!1ний температурный режим грунта на глубине 2м; 3 - температура приточного воздуха : ч виходе из канала; 4 - кривая теплосъима в канале

R

тр.

DU

f

Pn

d"

сfWu l" btH * (ig - t„) exp (-cg- Wu RgM) - /;

Максимальный расход инфильтрующегося воздуха определяется по формуле .

(13)

W,

/

тах

Ce-Rka

in

(Tg.n - tu ) 1 t| " £„/ '

(14)

которая получена из выражения (13) при условии равенства знаменателя натурального логарифма нулю

При заданной температуре внутренней поверхности воздухопроницаемого ограадения существует множество сочетаний R0.u и Wu , обеспочиващих нормативный температурный пзр-пад siH. Поэтому для однозначного определения требуемого сопротивления теплопередаче и целесообразного массового расхода инфильтрующегося воздала введено дополнительное условие соблюдения теплового баланса здания или достижения минимума приведенных затрат, которые отраяают взаимосвязь между Rou и Wu .

Сопротивлеше теплопередаче ограадения, требуемоо для сохранения теплового баланса здания, определяется выражением

Cg Wu Fa(tg ~tH) йш " Овгнт - ОЗоп Совместное решение уравнений (13) и (15) однозначно определяет требуемые теплозащитные качества воздухопроницаемых конструкций и расход инфильтрующегося воздуха, обеспечивающих тепловой ртким помещений и нормативный перепад AtH.

при условии Q„ - QStHm - Qjan £ о , когда уравнение (15) не имеет положительного решения, определение Rom и Wu производится из условий достижения минимума сушы приведенных затрат:

CfWaitt j) _

pm(>. "au'

i

'ce4

ь

t -

(15)

П - £„•/?,

* Л Ctm ♦ axp(ct Wu R0M) -/

Экономически оправданное общее сопротивление теплопереда-1*и , при котором сумма приведенных затрат имеет наименьшее

7 С -i

•от п т

(16)

че R3*

значение, определено из условия равенства нулю производной от

с утаи приведенных затрат по /?„„:__•

\21 2

?п

гдч RylJ, - экономически целесообразное термическое сопротирлстие

~ov. , U

теплоизоляционного слоя ограждающей конструкции традиционного тина, ы^С/Вт.

Совместное решение уравнений (13) и (17) позволяет однозначно определить трооусмые величшш и \А/и (рис.2).

В условие заданной теглпературы внутренней поверхности ограждения отмечается весьма згшетная зависимость допустимого расхода иц;и«ьтруысогося' воздухб от величины коэффициента теп-дооомена oig , поэтому в работе эти коэффициенты уточнены с учетом.влияния воздухопроницаемости ограждений.

При проектировании к использовании огралцун-цих конструкций о заданной воздухопроницаемостью существенное значение имеет возможность прогнозирования их тепловдажностного состояния.Теоретические Vi экспериментальные исследования тепловлажностиого режима ограждающих конструкций, работающих в условиях фильтрации воздуха, проведенные совместно с Г.А.Пахотакьш, вняьнди ре-алькум возможность эффективного использования осушающего эффекта породой инфильтрации по удучаэкию тепловлажностного состо -ыш ограждений животноводческих зданий. Степень влияния ги -фильтрации ьзздуха на влажностный режим ограждения значительно преьыа:ао? степень влияния на теплопередачу. Если расход инфмльт-pyiií^rocH воздуха и зшнеа время в количестве З.ОкгДы^ч). через игснкцасиео ограждение не вызывает увеличения теплопотерь более чím на то ocyzun;»к э^окг инфильтрации начинает проявляться г.рц расходе воздуха кг/(м'ч). Выполненные исследования ио.ио.л:ли заработать метод расчета ьлахнэстього режима воздухо-

Рис.2. Ноыограиш для определения Rl*u и W„ в зависимости от и ( tH --37 °С.

" У™ 4 « ' RAü=o,H5 1Г.°с/ат)

О I 2.3 4-3 6Ккг/ч-н2

проницаемых конструкций в стационарных и нестационарных условиях фильтрации воздуха и увлажнения.

В животноводческих зданиях с "влажным" и "мокриц" режимами эксплуатации помещений увлажнение ограждающих конструкций, как правило, совместное, парообразной д жидкой влагой. Влажност-ное состояние однородной пористой стенки при совместном перемещении влаги в жидкой и парообразной фаза:; в нестационарных условиях инфильтрации воздуха получено в вида

««

В этом уравнении левая часть выражает прярадекиа влажности материала во времени. Первое слагаемое правой части выражает перенос влаги вследствие диффузии, второе -диффузионный перенос пара, последнее - перенос пара дкфильтруюцнмся через ограждение воздухом. Решение этого уравнения методом конечных разностей для влажности в тол^е ограждения, пренебрегав диффузионным переносом ввиду его малости (не более 5>), имеет ввд

В диссертации приводится метод расчета нестационарной теплопередачи ограждающих конструкций при фильтрации воздуха.

Дифференциальное уравнение переноса тепла через пористую стенку при нестационарном температурной режиме в условиях фильтрации ьоздуха шеет вид

Решение этого уравнения методом конечных разностей для распределения температур по сечении стенки пелученэ е виде:

б толщине ограждений

t ♦ /А.+1 ,1 ♦ | + ^м)

л? ■ \лх* ЛХ Г^у • С?\1Р лх )

(21)

ка наружной поверхности.огрсаденая на ыгугрышеЁ поес рхкостк о:'р&£секи.г.

22 .

При расчета^ и организации теплового режима животноводческих зданий с воздухопроницаемыми ограждающими конструкциями, дополняющая тепловая мощность геотермальной системы вентиляции, систем утилизации и других естественных и искусственных источников энергии описывается выражением

'(у г п Д" С* ' / /л А - /тлАг ,г,л)

Температура внутреннего воздуха определяется методом последовательных приближений по формуло

1 1 Шгтса + 0шН _

'"^Г^п-.Г п* , в" '

¿А»1 ¿ехркМ-Ли)-Г1 ае-йн

а гршшчная температура наружного воздуха, начала подачи в помещение тепла выражением

Пйбн

С-'.-т, Г- г.1* -—- <26)

---------п, ^

В диссертации приводятся основные принципы расчета и организации естественного воздухообмена в животноводческих зданиях о воздухопроницаемыми стенами из условий максимального использования вентиляционного эффекта и обеспечения устойчивой автономно-надежной инфильтрации через стены. Способ расчета аэрации при совместном действии тепловых и ветровых перепадов давлений базируется на условии, что стены о заветренной стороны здания полностью находились в зоне устойчивой инфильтрации. Использование так называемого способа "нулевой точки" (рис.3)', то есть равенства на заданном уровне заветренных стен по абсолютной величине эпюр положительного теплового и отрицательного ветрового перепадов давлений | л Рл. э | е | ДРв.з | позволило разработать методику расчета аэрации с устойчивым притоком воздуха через воздухопроницаемые стены и приточные отверстия.

При заданном уровне нулевых суммарных давлений Н0 по карнизу или парапету стен, то ость включения всех стен в работу в условиях поровой инфильтрации, уравнение воздушного баланса представлено в виде

]наЬМ+ {*,-}(>) + Ш . (27)

¿,0т ¿Ра

д

аР/п

ДРи

Рио.З. Эшоры суммарных перепадов теплового и ветрового давлений о обеспечением условий устойчивой инфильтрации через стены

Для создания условий постоянно действующей инфильтрации, поддерживающей огракданцио конструкции в сухом состоянии и исключающей конденсатообразование на их внутренней поверхности, а также условий максимально возможного притока свежего воздуха через эти ограждения'в зависимости от изменений температуры наружного воздуха предложены различные варианты систем воздухообмена как с естественным, так и искусственным побуждением вытяжки из помещений. Представлены основы расчета и организации автономно-надежной инфильтрации наружного воздуха чороз воздухопроницаемые стены на периоды возможных отключений или перекрытия вытяжных устройств общего воздухообмена помещений. Предложенные варианты строительно-технических решений практических расчетов элементов системы автономно-надежной инфильтрации базируются на основа.использования сквозного проветривания помещений с минимально возможным расходом инфцльтруюшегося воздуха 0.1 -1.0хг/(нгч) и организацией вытяжки через постоянно действующую ¡4c.il в коньке здания, пористые вставки, работающие в условиях экефнльтрации, свободные от заделки швы и зазоры между плитами покрытия, перекрытых утеплителем без пароизоляции.

Для вытяжных шахт предпочтительно определение площади ¡а сечения при заданной высоте в условиях эксплуатации имеется возможность регулирования воздухообмена без нарушения режима работы устройств автономно-надежной инфильтрации.

С целью комплексного объединения энергосберегающих возможностей воздухопроницаемых конструкции, П'СВ и других утилизирующих систем разработана олок-схема теплофизичеекого расчета и варианты совместного обеспечения теплового и воздушного р»-::ил.*оц

помещений в течение стоккового периода. Методика расчета позволяет учесть кестационарность внешних воздействий, определить дефицит тепла и энергетический вклад наглого источника, а также получить необходимые материалы для автоматизации процессов регулирования работы.

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЯ ОГРАЖДАХиЖ КОНСТРУКЦИЙ С ЗАДАШО/1 ВОЗДШШРОНИЦАИОСТЫО

Выявленные практические возможности воздухопроницаемых ог-раждгшцих конструкций вызвали необходимость разработки физико-техттческих основ обеспечения заданной их воздухопроницаемости. Эти основы базируются на результатах, выполненных разработок и исследований, которые включают: варианты конструктивных рсшоний воздухопроницаемых конструкций и их обоснования с учотом физико-климатических воздействий; предпосылки нормирования воздухопроницаемости; закономерности структурообразования крупнопористого легкого бетона; основные свойства крупнопористого легкого бетона и воздухопроницаемость крупнопористого херамзитобетона и конструкций из него.

Исследованиям воздухопроницаемости строительных материалов и влияния фильтрации воздуха на тепловлажностный режим оградда-пцих конструкций посвящены работы В.С.Беляева, Р.Е.Бриллинга, Б.5.Васильева, А.И.Зятькова, 0.П.Орел, С.И.Пермякова, В.П.Титова, Ф.В.Ушлсова и др. Однако задача получения ограждающих конструкций с заданной воздухопроницаемостью по существу является новой, так как до настоящего времени при разработке новых конструкций ставилась задача максимального ограничения или полного исключения их проницаемости. Для использования конструкций в режиме организованной фильтрации воздуха необходимы целенаправленные разработки и исследования строительных маториалов с заданной и даже направленной воздухопроницаемостью.

Анализ теплофиэических характеристик существующих материалов показывает, что при совмещении в однослойных ограэдаэдих конструкциях функций теплозащиты и воздухообмена помещений весьма трудно одновременно обеспечить их заданную воздухопронпца -емость и требуемые топлозащитные качества: но всегда тробуемые теплозащитные качества материала сочетаются с необходимо Я его воздухопроницаемостью, выход из данного положения в разработке

многослойных огравдаодих конструкции с разделением функций по обеспечению требуемых теплозащитных качеств и тепловой инерции, прочности и необходимой воздухопроницаемости ограждения между отдельными слоями.

Результаты исследований и практические разработки новых ограждающих конструкций из крупнопористого керамзитобетона оказываются пригодными при использовании любых крупнопористых бетонов на пористых заполнителях. Крупнопористый бетон применим как для однослойных, так и многослойных конструкций, в которых необходимо иметь конструктивный слой, обеспечивающий прочность и требуемую тепловую инерцию. Для выявления особенностей структу-рообразования крупнопористых бетонов приняты модель фиктивного грунта и его расчетные структурные характеристики, изложенные в трудах Л.С.Лейбензона. Для анализа формирования структуры и физико-технических свойств крупнопористого бетона с учетом тэх-нологических факторов использованы результаты исследований И.Н.Ахвердова, Г.А.Бужевича, Ю.Л.Воробьева, Г.И.Горчакова, В.Г.Довжика, С.М.Нцковича, Л.А.Кейсера, Б.Г.Скрамтаева.Н.Я.Спи-вака и др. Реальность получения ограждающих конструкций с заданной воздухопроницаемостью подтверждается опытом разработки и исследований проницаемых батонов с за,данными фильтрационными свойствами, используемых в мелиоративном и гидротехническом строительстве.

Нами рассмотрено два конструктивно-технологических способа обеспечения задшшой воздухопроницаемости ограждающих конструкций из крупнопористого керамзитобетона путем регулирования воздухопроницаемости крупнопористого бетона утепляющего слоя иди создания фактурных слоев, обеспечивающих заданную воздухопроницаемость конструкций.

Несмотря на множество выявленных факторов, влияющих на воздухопроницаемость крупнопористого бетона и конструкций из него, установлено, что надежное её регулирование возможно лшь некоторыми из них, в частности варьированием крупности и зернового состава заполнителя, количеством и вязкостью цементного теста, причем межзерновая пустотность заполнителя является основой обеспечения заданной воздухопроницаемости бетона. Многие факторы, влияющие на воздухопроницаемость крупнопористого бетона, не могут рассматриваться в качестве её регуляторов, так как их пара-

метры задаются требованиями по обеспечению конкретных физико-механических свойств бетона. Наибольшая плотность упаковки заполнителя пористого бетона получается при использовании смесей многофракционного заполнителя. Собственные исследования и результаты исследований Б.Г.Скрамтаева и В.С.Беляева свидетельствуют, что крупнопористый бетон на однофракционном .заполнителе фракций 20-40,10-20 ¡i даже 5-20 ш имеет воздухопроницаемость.намного превы'лунгую требуете значешш для воздухопроницаемых ограждений.

На основе анализа существутадих и собственных исследований (совместно с С.Н.Лпатиным) особенностей структурообразования и формирования свойств крупнопористого бетона установлен реальный путь получения ограждающих конструкций с заданной воздухопроницаемостью из крупнопористого бетона конструктивных и фактурных слоев .из мелкозернистого, но по структуре крупнопористого бетона или раствора, в частности фактурных слоев, изготовляемых из цементного раствора на керамзитовом паске фракции 0-5 мм с добавлением циклонной керамзитовой пыли.

Полученные зависимости воздухопроницаемости керамзитобетона от фракционного состава заполнителя подтверждают, что с уменьшением крупности заполнителя заметно снижается воздухопроницаемость бетона. Tai:, воздухопроницаемость крупнопористого бетона на керамзитовом гравии смесей фракций 5-10 и Ю-20 мм с расходом цемента 250 кг/м3 при содержании 82^ зерен фракции 10-20 мм и дР=10 Па составляет 50 м^м2-ч, а при содержании 32% зерен той яе фракции и том же перепаде давлений составляет 20 м3Лг- ч.

Исследованиями установлено, что воздухопроницаемость фактурных слоев из раствора на керамзитовом песке изменяется в широких пределах введением в растворную смесь микронаполнителей (зола ТЭЦ и циклонная керамзитовая пыль) и варьированием продолжительности виброуплотнения смесей при формовании изделий. Наиболее эффективным способом регулирования воздухопроницаемости фактурных слоев является добавка в растворную смесь на керамзитовом песке циклонной керамзитовой шли. результаты испытаний показали, что за счет варьирования соотношений керамзитовых песка и пыли можно добиваться заметных изменений воздухопроницаемости фактурных слоев. Так, при дР =10 Па изменения воздухопроницаемости составляэт от 54,5 до 7,5 м3/мЯ ч.'

Варьируя фракционном составом паиолнитолей крупнопористо -

го бетона утепляющего слоя, а в растворимых смесях для фактурных слоев - добавками микронаполнителей, интенсивностью вибро-уплотнония, можно получать ограждающие конструкции из круинопо-ристого бетона с заданной воздухопроницаемостью, что подтверзда-ется результатами испытаний на воздухопроницаемость стеновых панелей из крупнопористого керамзитобетона.

Результаты практических разработок, опыта эксплуатации и . экспериментальных исследований новых ограздающих конструкций показали, что наибольший практический интерес представляют следующие типы воздухопроницаемых конструкций: ограждения со сквозной воздухопроницаемостью; ограждения с воздушной прослойке!!, сообщающейся с наружным воздухом, то есть воздухопроницаемое ограздение с наружным экраном на относе; ограждения с поперечно-продольным поровым проветриванием утепляющего слоя. Приводятся варианты конструктивных решений каждого типа воздухопроницаемого ограждения, стен, покрытий и утеплешшх подвесных потолков.

Указанная классификация воздухопроницаемых ограждающих конструкций позволяет использовать их в зависимости от особенностей климатических воздействий. В разделе приводятся обоснования конструктивных решений стеновых панелей из крупнопористого керамзитобетона с фактурными слоями из цементного раствора на керамзитовом песке со сквозной воздухопроницаемостью с учетом климатических воздействий: температурных колебаний, солнечной радиации, увлажнения косыми дождями. Основное внимание уделено возможности и последствиям увлажнения стеновых панелей косыми дождями. Однако практические расчеты увлажнения и многолетний опит эксплуатации экспериментальных зданий с воздухопроницаемыми стенами в условиях Омской области подтвердили возможность эксплуатации панелей с фактурными слоями из раствора на керамзитовом песке в климатических условиях зоны развитого животноводства Сибири и районах с аналогичным климатом. В районах страны со значительными ветровыми воздействиями необходимо использовать воздухопроницаемые ограждения с экраном на относе.

На основании исследований и практических расчетов воздухопроницаемости ограждающих конструкций на различные сочетания температур внутреннего й наружного воздуха с учетом ветровых воздействий получена допустимая их воздухопроницаемость для различных районов зоны развитого животноводства в пределах от 0,5 ДО 4,5 м2 ч Па/кг.

ОПЫТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ

ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ЗДАНИЙ С ЕСТЕСТВЕННЫМИ СРЕДСТВАМИ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА

С целью выявления возможностей естественных средств в организации микроклимата помещений, эксплуатационного состояния и теплофизической эффективности новых ограждающих конструкций осуществлено экспериментальное строительство животноводческих зданий. В Омской области было построено три животноводческих здания с воздухопроницаемыми конструкциями: два коровника и животноводческое здание - лаборатория из четырех изолированных боксов для комплексных физико-технических, зооветеринарных и микробиологических исследований. Кроме того построено несколько зданий с геотермальными системами вентиляции в Алтайском крае. Исследованиями в помещениях экспериментальных зданий с воздухопроницаемыми конструкциями и в климатическом боксе выявлены: тепловлажкостный режим ограадапцих конструкций и микроклимата помещений; условия обеспечения устойчивой инфильтрации наружного воздуха; динамика инфильтрации наружного воздуха; динамика влияния технологических операций эвакуации и возврата животных в помещения на тепловлажност-ный режим ограждающих конструкций и микроклимата; возможность строительства животноводческих зданий в климатических условиях Сибири без подачи технического тепла.

Для воздухопроницаемых огра-адающих конструкций, работающих а условиях поровой инфильтрации, зимний период характеризуется интенсивным процессом сукки, а для традиционных непроницаемых -процессом интенсивного влагонакопления: если массовая влажность воздухопроницаемых керамзитобетонных стен составляет 1,5—5,556»■ то у типовых непроницаемых она достигает 15-20$ (рис.4). В этих условиях подтверждается эффект отдува влажного воздуха от внутренней поверхности воздухопроницаемых конструкций; при расходах инфильтрувдегося воздуха до 4-5 м^м2 ч в период резких похолоданий отсутствует конденсат, хотя температура этой поверхности может быть и ниже температуры точки росы. Отмечается реальная возможность использования естественного чоздухообмена в зданиях с воздухопроницаемыми ограждениями с равномерно распределенным притоком свежего воздуха через эти ограздения и подогревом его за счет теплового эффекта поровой ин^/льтргшии. В помещениях о

0

16 14. 121 10. 8. ¿1 4 21

Рис.4. Влажностный режим однослойных панелей в экспериментальных коровниках (а,б) и климатическом боксе (в):1-5-воздухопрони-цаемый и 6-9 - типовой соответственно I и 6-5.II.80 г/; 2 л 716.11.81 г.; 3 -2.04.82 г.; 4 и 8 - 30.03.83 г." 5 и 9 -6.П4.84 г.; 10 и II - типовой и 12-15 - воздухопроницаемой на 26.11.85 г.; 16-типовой и 17-19-воздухопроницаемой на 26.04.85 Г.

воздухопроницаемыми ограждениями температурный режим, зсак правило, соответствует нормативным требованиям и при регулировании . системы вытяжки отличается высокой стабильностью, в то время как в традиционных зданиях отмечаются более низкие температуры внутреннего воздуха и значительная неравномерность их распределения (рис.5-).

В работе рассматриваются возможные моменты возникновения условий «зксфильт рации и конденсатообразования в воздухопроницаемых конструкциях в процессе эксплуатации зданш: и систем воздухообмена, проведения технолог, ческих операций по эвакуации и возврату животных в помещения с проявлением тепливлакностного "удара" на ограждающие конструкции и даются рекомендации по их предупреждению. . '

Экономическая эффективность животноводческих зданий с воэ-

0

■зо

Риз.5. Тепловой решал экспериментального (а) и типового (б) зданий коровников при {н =-24 °С

духопроницаемыми стеновыми панелями, в частности из крупнопористого керамзитобетона, достигается за счет повышения теплозащитных 1сачестэ стеновых конструкций в результате проявления эффектов ..оровой .инфильтрации и снижения объемной массы керамьлтобе-тона на 20-30% при выполнении его крупнопористым; увеличения долговечности стеновых конструкций; сокращения или исключения едикоаременных и эксплуатационных затрат на искусственные системы микроклимата; снижения стоимости конструкций в результате уменьшения расх( ;а керамзитового гравия на 10-12$, цемента - на 15-20/= и замены кварцевого песка керамзитовым песком и добавками золы ТЭЦ или циклонной керамзитовой пыли; сокращения транспортных расходов в результате снижения оассы конструкций на 20-30$. Годовой экономический эффект ло приведенным затратам от использования животноводческих зданий с воздухопроницаемыми стеновыми пгчелями из керамзитобетона составляет 4,05 руб/м~.Сравнительными зоогигиеническими исследованиями ОГВМ выявлено,-то в зимний период среднесуточные привесы молодняка крупного рогатого скота,'содержащегося в знании с воздухопроницаемыми ограздащи-ми конструкциями были на 1X0 г больше, чем животных контрольн-й группы в типовом здании. Среди коров экспериментального коровника на 22$ меньше случаев заболевания маститами, а надои на фуражную корову за 19Б6 г. были на 324,2 больше, чем у животных контрольной группы в типовом здании.

Экономическая эффективность животноводчески зданий с геотермальными системами вентиляции определяемся в основном тепло-съемом и затрат- ш на устройство подземных каналов. В сравнимых условиях закладки и функционально-технических решений ГТ'В при использовании для подземных каналов полиэтиленовых труб,

экономический 1хфект по приведенным затратам на здаыю коровника вместимостью 200 голов ско-ч составляет 8,6 тыс.рубле!..!

основные вывода

1. Главная особешость физико-технических основ формирования среды содержания крупного рогатого скота в условиях зоны развитого животноводства Сибири - комплексное использование ее- ' тественных энергетических источников с реализацией их возможностей через систем;-: энергосберегающих строительно-технических мероприятий. Совершенствование животноводческих зданий, как технико-биологической системы, базируется на обеспечении оптимальной взаимосвязи технических решений системы содержания и физиологических потребностей животных. Травматизм, стрессы адаптац:и и акклиматизации животных предотвращаются разработкой элементов систем • содержания и организации мшероклшата на основе предложением принципа динамического взаимодействия животных и среды

с выявлением амплитуды их подвижности, силовых воздействий и физиологического состояния.

2. Отечественные нормативные параметры микроклимата, практически одинаковые для различных пород скота, часто не соответствуют реальной продуктивности животных или но отвечают требованиям энергосбережения, в то время как затраты на поддержание микроклимата должны окупаться соответствующим проявлением продуктивности животных. Параметры микроклимата предлагается назначать дифференцированно для каждой породы животных в соответствии с их генетически обусловленной продуктивностью. L условиях энергетического дефицита экономически оправдан более широкий темие-ратуршй диапазон содержания крупного рогатого скота, который можно обеспечить с помощью естественных средств регулирования.

3. Предложенная система энергосберегающих строительно-технических мероприятий позволяет строить неотапливаемые животноводческие здания'в зоне*развитого животноводства Сибири с организацией теплового и воздушного режимов микроклггата помещений

с помощью естественных энерге ических источников. Основные мероприятия системы: совершенствование объемно-планировочной струги-туры и конструктивных решений зданий, обеспечивавших сокращение фронта внешних отрицательных воздействий, исключающих сквозное продувание помещений и способствующих эффективному использива-

нею естественных ^сурсов; использование воздухопроницаемых ог-раэданцих конструкций, работающих в условиях поровой инфилгграции, совмещающих функции теплозащиты и воздухообмена помещений; применение энергоэффективных систем воздухообмена с утилизацией " тепла удаляемого воздуха, способствующих сохранению тепла в помещениях зимой и удалению газовых вредное 'ей из зоны нахоздения животных; использование геотермальных систем вентиляции; применение энергосберегающих технологий содержания животных, способствующих сохранению тепла в помещениях в зимнее время.

4. Исследованиями опыта проектирования и эксплуатационного состояния животноводческих зданий, систем содержания и особенностей выполнения технологических операций установлено, что по объемно-планировочной структуре, технико-эконо.мическим, энергосберегающем, санитарно-гигиеническим и зооветеринарным требованиям для климатических условий Сибири наиболее соответствуют частично сблокированные здания со стационарно-мобильной системой кормораздачи. Блокировка отдельно стоящих зданий целесообразна поперечными вставками с торца или по центру их длины при размещении в них доильных залов, кор--^приготовительных цехов, подсобно-вспомогательных помещений и транспортно-ко; ловых галерей. Исследованиями доказана целесообразность широтной и диагональной ориентации животноводческих зданий, то есть с ориентацией светоироемов в продольных стонах в пределах сектора ЮВ-ЮЗ и СЗ-СВ. При данной ориентации целесообразен полный или частичный гказ от устройства светопроемов в продольных стенах, обращенных на север, северо-восток и северо-запад.

•5.-Существующий принцип сохранения теплозащитных свойств и повышения долговечности огравдающих конструкций животноводческих зданий, основанный т исключении их проницаемости и защг-е от агрессивных воздействий окружающей среды защитно-фактурными слоями, оказывается весьма сомнительным: защищаются конструкции от агрессивных воздействий микроклимата помещений, в то время как оЗслувдвающий персонал, животные и технологическое оборудование остаются в этой агрессивной среде. Теореач :ескими и экспериментальными исследованиями доказана пеу.пекг'вность повышения и сохранения теплозащитных и технических качеств огр&ада- • гада: конструкций за счет выполнения их воздух*, лроницаеишл и включения их в работу в условиях порог й инфильтрации, й конструкциях сокмешаютоя функции теплозащиты.ч воздухообмена помете-

ний с использованием положительных эффектов норовой инфильтрации осушаемого, теплового, вентиляционного, эффекта отдуг.и и диффузионного переноса газовых вредностей.

6. Принимая в качестве критериев назначения и оценки теплозащитных свойств воздухопроницаемых конструкций условля обеспечения максимального теплового и вентиляционного эффектов поровой инфильтрации, нормированного значения температуры внутренней поверхности, предложены аналитические зависимости для однозначного определения требуемого сопротивления теплопередаче воздухопроницаемых ограждений из условий экономической целесообразности' ' и соответствующего расхода кнфильтрующегося воздуха.

7. Разработанные на основе исследований теплофизпчоских характеристик ограждающих конструкций при фильтрации воздуха расчетные методы прогнозирования тепловлажностного состояния воздухопроницаемых ограждений в нестационар1!ых условиях инфильтрации воздуха, теплопередачи и увлажнения доведены до уровня практического применения в инженерных расчетах.

8. Результаты обобщеши опыта эксплуатации и выявления теп-лофизических характеристик ГТСВ животноводческих зданий,рассмотрения модели процессов нестационарного теплообмена в подземных каналах и аналитического решения уравнений,описиватгдх эти процессы позволили разработать инженерную методику теплофизического расчета системы вентиляции животноводческих помещений с использованием теплоты и холода земли.разработанные методы теплофизического расчета и результаты практических расчетов дали возможность определить режимы работы и предложить функционально-технические решения ГТСВ.

9. Разработанная инженерная методика расчета воздухообмена животноводческих зданий с воздухопроницаемыми конструкциями базируется на обеспечении условий устойчивой инфильтрации наружного воздуха как при естественном, так и смешанном воздухообмене. Для обеспечения автономно-надежной инфильтрации наружного воздуха с расходом 0,1-1,0 кг/ы2 ч через воздухопроницаемые ограждения предложены строительно-технические решения естественной вытяжки через коньковую щель, пористые вставки и свободные от заделки ■ швы между плитами покрытия.

10. Выявление и обобщение особенностей формирования теплового и воздушного режимов животноводческих зданий позволило по-

лучить аналитические зависимости по расчету теплового режима и прогнозированию микроклимата помещений при любых сочетаниях используемых естественных з*зргетических источников и энергосберегающих строительно-технических мероприятий. Разработанная блок-схема теплофизических расчетов зданий на основе полученных зависимостей позволяет учитывать нестационарность внешних климатических воздействий, определять дефицит теплопоступлений, находить пути их восполнения и систему регулирования.

11. Экспериментально проверенные основные положения по созданию ограждающих конструкций с заданной воздухопроницаемостью для животноводческих зданий позволили организовать технологию

их изготовления на действующих заводах строительной индустрии с использованием существующих оснастки и технологического оборудован! :. Воздухопроницаемые стеновые панели использованы &>~1 строительства трах экспериментальных зданий в Омской области.

12. Ограждающие конструкции с заданной воздухопроница -емостью выполнил1 многослойными с разделением функций теплозащиты,требуемой воздухопроницаемости и прочности мезду отдельными слоями. Для райпов со значител_дыми ветровыми воздействиями предложены воздухопроницаемые конструкции с непроницаемым экраном на относе. Заданная воздухопроницаемость ограздазощих конструкций из крупнопористого керамзитобето: 1 обеспечивается фактург ныки слоями из раствора на керамзитовом песке с добавкой циклонной керамзитовой пыли. Требуемое сопротивление воздухопроницашш новых конструкций для различных районов зоны развитого животноводства Сибири находится в диапазоне 0,5-4,5 м2 ч Па/кг.

13. Внедрение системы энергосберегающих строительно-технических мероприятий с использованием естественных энергетических ресурсов на базе разработанных физико-технических основ в опктн.-промышленное строительство неотапливаемых животноводческих зданий обеспечило получение высокой экономии материальных средств и энергии. Годовой экономический эффект по приведенным затратам от внедрения воздухопроницаемых ограздащих конструкций составил

4.05 руб./м'- ограждения, а геотерлалышх систем вентиляции - до

8.6 тыс.руб. на здание вместимостью 200 го.:ов С1 та. Подтвержденный экономический эффект от внедрения результатов исследований, инженерно-технических разработок в практику строктельст а новых к реконструкции-существующих)животноводческих зданий в Омском агропроме составил 532,7 тыо.руглой в год.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Валов В.М. Дифференцированное решение воздухообмена и освещения в производственных зданиях. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции "Тепловой режим зданий и учет климата

в строительстве". - Владивосток, 1975. - C.2II-2I4.

2. Валов В.М.,Апатин С.Н. Микроклимат родильных отделений и телятников.Земля сибирская,дальневосточная.-1979.-ЯЮ.-С.52-53.

3. Валов В.М., Пахотин Г.А. Улучшение влажностного режима стен. Земля сибирская,дальневосточная.-1980.-Л9. -С.48-50.

4. Валов В.М., Пахотин Г.А., Апатин С.Н. Улучшение теьшора- ' турно-влажностного режима ограждающих конструкций. Земля сибирская,дальневосточная. - I980.-№l0.-C.48-iL,.

5. Валов В.М., Пахотин Г.А.,Апатин С.Н. Исследование темпе-ратурко-влажноетного режима стен животноводческих зданий в климатическом боксе.СибАДИ,Омск,1980.-8 с.-Доп.ВНИИИС,1980.-J»22229.

6. Валов В.М., Пахотин Г.А. Естествешшй воздухообмен в животноводческих зданиях. -Земля сибирская,.дальневосточная.-1980.-ЯЗ. - С.48-49.

7. Валов В.М. Проблемы строительства комплексов. Земля сибирская, дальневосточная. - 1981. - Jö. - С.46-49.

8. Валов В.М., Кривошеин А.Д. Использование ..¿отапливаемых жи- отноводческих зданий. Земля сибирская, дальневосточная. -

' 1981. - №12., - С.49-51.

9. Валов В.М. Пути совершенствования животноводческих зданий в условиях Сибири. Тезисы региональной научно4 конференции _ "Социально-экономические проблемы развития регионального Западно-Сибирского АПК". - Омск, 1982. - С.172-174.

Ю. Валов В.М., Пахотин Г.А. Влажностный режим наружных ог-■ равдений из воздухопроницаемых бетонов.Применение цементных и асфальтовых бетонов в Сибири:Сб.науч.тр./0мГШ.-0мск,1982.-С.49-53.

11. Валов В.М., Пахотин Г,А. Температурно-влажностный режим ограждающих конструкций при фильтрации воздуха: Учебное пособие/ ОмПИ. - Омск, 1982. - 95 с. ■<>

12. Валов В.М.Пути использования воздухопроницаемых огравда-ющих конструкций в животноводческих-зданиях.Вопросы механизации животноводства в Западной сибири:сб.тр.0мсх11.-0мск,1983.-с.37-43.

13. Валов ü.M. Воздухопроницаемые ограждения животноводческих зданий. Механизация к электрификация сельского хозяйства.-1963. - яг. - С.21-23.

14. Валов В. Г/. .Апатин С.Н..Кривошеин А.Д. Улучшение эксплуатационного состояния животноводческих &,4аниЙ - резерв повышения продуктивности крупного рогатого скота.Повышение мясной и молочной продуктивности КРС:Сб.науч.тр.^мСХИ.-Омск,1984.-0.37-47.

Ib. В?лов В.М., Апатин С.К..Кривошеин А.Д.Совершенствование световой и тепловой среды содержания сельскохозяйственных животных в условиях Сибири. Повышение мясной и молочной продуктивности КГС: Сб. науч. тр. ОмСХИ. - Омск,1984. - С.46-54.

16. Валов В.М. Энергосберегающие строительные мероприятия. . Земля сибирская, дальневосточная.-IC8I. - И. - С.40-42.

17. Проектные предложения по реконструкции животноводческих зданий под цехи отг-а.СибШШТИН СО BACXH/JI.-Новое ибирск,1985.-100 с.

18. Валов В.М., Шлигерский И.М.,Шестаков А.Н.,Апатин С.Н., Кривошеин А.Д. Геотермальные системы вентиляции животноводческих зданий. Водоснабжение и санитарная техника.-1985.-JilO.-С.II—12.

19. Валов В.М. Животноводческие здания с воздухопроницаемыми ограждающими конструкциями:Уч.пособие/0ШИ.-Омск, 1986.-92 с.

20. ^рекомендации по расчету, проектированию,строительству и эксплуатации геотермальных систем вентиляции в условиях Западной Сибири. Сибзнияэпсельстрой. -Новосибирск, 1986» - 37 с.

21. Методические указания по строительно-техническому обеспечению нормируемого микроклимата при реконструкции телятнгков и родильных отделений i упного рогатого скота(для условий Сибири и районов с аналогичным климатом).М..Гипронисельхоз.-1986.-59 с.

22. Валов В.М., Кривошеин А.Д. Повышение энергоэффективности животноводческих зданий.Тезисы докладов"Новые прогрессивные строительные конструкции для обеспечения эффективности долговечности сельскохозяйственных зданий и сооружений". - Челябинск, 1986. - С.47-48.

23. Валов В.М., Апатин С.Н. Обеспечение заданной воздухопроницаемости керамзитобетошшх стеновых панелей животноводческих зданий.Тезисы докладов"Новые прогрессивные строительные конструкции для обеспечения эффективности и долговечности сельскохозяйственных зданий и сооружений".-Челябинск,198(>.-С.47.

24. Валов В.М. К вопросу совершенствования взаимосвязи тех-

нических решений системы содержания и физиологических потребностей животных/СибАДИ. Оме к. -Д е;. .ШИИТЭИСХ .-1936 .-,№877.-24" с.

25. Валов В.М.»Кривошеик А.Д.,Апатин С.{{.Перспективные кон-■ струкции.Зешш сибирская, дальневосточная.-1987>-Н5.-С.44-45.

26. А-.с. Я474244(СССР) .Неотапливаемое адэиие/В.М. Валов, А.Д.Кривошеин, С.Н.Апатия. Опубл. в ЕИ. 198Э.Ж5.

27. Система вектиляизш зданий. Заявка на изобретете М246523/29-29/0798591 с положительным решением от 27.06.80 г. (Валов В.М., КривЬшеия А.Д.).

28. Система вентиляции зданий. Заявка на изобретение М3624443/29/175902 с положительным решением от 27.06.88 г. (Валов В.М.,- Кривошеин А.Д., Апатин С.Н.).

29. Валов В.М., Абакумова Н.Н. Применение тентовых воздухопроницаемых штор дая аэрации тентовых животноводческих сооружений/Тезисы региональной конференции "Наука - строительному производству". - Новокузнецк.1989.- С.84-85.

Основные условия обозначения: £ , V - температуры среды и поверхности, °С; Л , & - коэффициенты теплопроводности и теплообмена, Вт/(м-°С) и Вт/(м2-°С); а - коэффициент температуропроводности, м^/с; А -амплитуда колебаний температуры, °С; С6 . удельная теплоемкость воздуха, равная-0,279 Вт ч/кг-°С, или 1.П05 1Дж/(кг °С); (2е, /?„- сопротивления тепловосприятию, теплопередаче и теплоотдаче, м^-°С/Вт; /?,,-сопротивление возду-хопроницанию ограждения, м^-ч-Па/кг; Я -тепловой поток,Вт, кДя/ч; б -расход воздуха, кг/ч, м3/ч;_/> -объемная масса, кг/м3; с/1 > с/м -влагосодержания внутреннего и наружного воздуха,г/кг; •

- влагоем'кость воздуха, г/(кг-гПа); Лт-коэффициент паро-проницаемости материала, г/(м-ч-гПа); (& -влажность материала, %\ $ -ускорение силы тяжести,м/с^; к -аэродинамический коэффициент; <У -скорость движения,м/с; £ -(лаксимальная упругость во-.дяного пара,.гПа; в -поток влаги, г'ч; Р -площадь, м3; п -количество, шт; Р -длина, м; Ь - глубина заложения, и.

Индексы: -внутрегамя поверхность; н.п -наружная поверхность; щ-относящееся к вентшахтам; лг -относящееся я животным; пр -приток воздуха; уд -удаление воз,духа; «-канал; г -грунт; и -инс^ильтрация воздуха; Вчнгп-вентиляция; о -начало процесса и отсчета.

Подписано к печати _Х5_ 06 1903г. ЦД 0x437 Формат Ы)х84 1/16 Печ. офс. Заказ К 39 Г Тираж 100 екз» Объем 2 уч. - изд.л. Бесплатно.

Лаборатория множительной техники СибАДЙ Омск, Лешша, 3