Воздухообмен и скорость потока воздуха. В чем разница?

1 мая 2025
Автор: Джон Тайсон, cельскохозяйственный инженер, педагог

Итак, давайте разбираться. Для правильной системы отвода тепла необходимы как воздухообмен, так и скорость движения воздуха.

Но с наступлением лета на молочной ферме возникает необходимость в снижении температуры. Каждое лето становятся актуальны вопросы «воздухообмена» и «скорости потока воздуха», а также важность каждого из них в системе снижения температуры.

Что такое воздухообмен?

Простыми словами, это замена воздуха внутри помещения, содержащего тепло от коров, частицы влаги, газов и другие загрязняющие вещества на наружный воздух, который считается «более свежим», так как содержит меньше тепла от животных, меньше влаги и других частиц. Для этого нам необходимо создать разность давлений снаружи и внутри помещения. Это можно сделать с помощью системы избыточного давления, нагоняя воздух в помещение или повышая давление внутри, что заставит воздух внутри помещения стремиться в зону более низкого внешнего давления и проходить через предусмотренные выпускные отверстия. Есть и другой вариант, это система с отрицательным давлением, при которой давление внутри помещения понижается с помощью вытяжных вентиляторов. Затем наружный воздух попадает в зону пониженного давления через предусмотренные впускные отверстия.

Что делает воздухообмен?

С точки зрения теплоотдачи, наиболее важной частью воздухообмена является отвод избыточного тепла животных из помещения, где они содержатся. Используя различные модели, удалось выдвинуть гипотезу, что высокопродуктивная голштинская корова (масса тела 680 кг; 41 кг молока в день) будет производить почти 0,9 кВт ощутимого тепла при температуре 21°С. Ощутимое тепло относится к теплу, которое вы можете ощутить. И поскольку это тепло передается окружающему воздуху путем конвекции, воздух нагревается.

Согласно правилу, которое применяется в системе отопления, вентиляции и кондиционировании воздуха, для нагрева воздушного потока скорость которого составляет 2,8 м3/мин на 1°C требуется 0,06кВт тепла. Если наша задача состоит в том, чтобы не допускать повышения температуры более, чем на 1°C, то система теплообмена должна обеспечивать воздухообмен на уровне 42 м³/мин на одну корову в помещении. Таким образом, воздухообмен — это механизм, который отводит тепло от коров из помещения.

Какая должна быть скорость воздуха?

Увеличение скорости движения воздуха в коровнике повышает способность самих коров к охлаждению путем конвекции. Это позволяет улучшить передачу тепла окружающему воздуху.

Наша цель — достичь скорость движения воздуха 2 м/с на уровне животных. Такой скорости воздуха можно достичь, установив циркуляционные вентиляторы на боковых стенках. Для этого следует соблюдать правило: вентиляторы необходимо размещать на расстоянии, превышающем их диаметр в 8–10 раз. Несмотря на то, что скорость движения воздуха на уровне животных увеличивает отвод тепла от животных, она не ускоряет вывод тепла из помещения, за это отвечает воздухообмен.

Для правильной работы системы отвода тепла необходим как воздухообмен в помещении в целом, так и соответствующая скорость движения воздуха на уровне животных. Скорость движения воздуха отвечает за отвод тепла от животных, которое нагревает окружающий воздух. Затем воздухообмен удаляет этот теплый воздух из помещения и заменяет его свежим воздухом, чтобы повторить процесс.

Естественная вентиляция часто используется для обеспечения воздухообмена. Как правило, это более бюджетный вариант, но он сопряжен с определенными трудностями. Поскольку естественная вентиляция зависит от природы, которую обеспечивает ветер, необходимый для работы системы, то она может быть ненадежным вариантом в жаркий день. Единственный фактор, который, по сути, зависит от человека — это размер проема в стене. Поэтому в жаркую погоду боковые и торцевые проемы должны быть максимально открыты для проникновения любых ветров. Давайте рассмотрим на примере. Если коровы содержатся в типичном 6-рядном дворе с боковыми стенами высотой 4,9 м, в таком случае требуется постоянный ветер со скоростью 5 км/час, чтобы обеспечить необходимый воздухообмен в 42 кубических метра в минуту на животное. Однако при размещении в типичном трехрядном коровнике с боковыми стенами высотой 4,3 м постоянный ветер со скоростью 3 км/ч обеспечит воздухообмен в 42 кубометра на животное. Из-за ненадежности естественной вентиляции все больше крупных молочных ферм используют ту или иную форму механической вентиляции для обеспечения воздухообмена в помещении в жаркую погоду. В качестве вариантов можно использовать туннельную вентиляцию, кросс-вентиляцию или системы с избыточным давлением. При правильном проектировании и управлении эти системы могут обеспечить воздухообмен, необходимый во всём помещении. Часто требуются циркуляционные вентиляторы для поддержания высокой скорости воздуха на уровне животных. Подводя итог, можно сказать, что в системе отвода тепла необходимы как воздухообмен, так и скорость движения воздуха. Они играют разную роль, но оба относятся к решающим факторам успеха в жаркую погоду.

Оригинал статьи: https://extension.psu.edu/air-exchange-vs-air-velocity