CC BY
132
УДК 636
КИРСАНОВ ВЛАДИМИР ВЯЧЕСЛАВОВИЧ, докт. техн. наук, профессор1
Е-mail: kirvv2014@mail.ru
ИГНАТКИН ИВАН ЮРЬЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент12
Е-mail: ignatkinivan@gmail.com
Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация
^Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1, Москва, 105005, Российская Федерация
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА МИКРОКЛИМАТА
Приведено описание разработанной автоматизированной системы микроклимата свинарника. Система микроклимата с утилизацией теплоты вытяжного воздуха была разработана, изготовлена и испытана в секции откорма свиноводческого комплекса площадки «Дубовская» ООО «Тамбовский бекон» в течение 2012-2015 гг. Данная система позволяет обеспечить эффективное функционирование при минимальных затратах энергии. Это достигается благодаря применению разработанного алгоритма управления и системы рекуперации теплоты вытяжного воздуха. Установлено, что применение автоматизированной системы регулирования параметров микроклимата в совокупности с системой утилизации теплоты вытяжного воздуха позволяет добиться снижения установленной тепловой мощности отопительного оборудования в 2 раза, что приводит к сокращению годового потребления тепловой энергии на 80 процентов. Система утилизации, обеспечивая эмиссию углекислого газа и водяных паров от теплогенерирующего оборудования, обеспечивает нормативную концентрацию углекислого газа (0,18 процента) даже при использовании теплогенераторов открытого горения. Экспериментально установлено, что автоматизированная система поддерживает заданные параметры микроклимата равномерно по всей площади помещения как в летний, так и в зимний период. Так, в зимний период для помещения 90 на 24 м температурное поле колебалось в пределах 0,6 градусов Цельсия, а относительная влажность изменялась на 5 процентов. Данная система позволяет в летний период использовать рекуператоры для охлаждения приточного воздуха на 7,4 градуса Цельсия (с 26,6 до 19,2 градуса Цельсия), а также сократить количество приточных систем за счет реверсирования вытяжного канала и использования рекуператора полностью на приток наружного воздуха.
Ключевые слова: автоматизация, вентиляция, микроклимат, рекуперация теплоты, свиноводство, система микроклимата, система отопления и вентиляции, утилизация теплоты, энергосбережение.
Введение. Создание и поддержание оптимального микроклимата в свинарниках - необходимое условие реализации генетического потенциала животных. Отклонение параметров микроклимата в производственных помещениях от регламентированных значений может привести к снижению продуктивности животных на 20.. .30%; продолжительности продуктивного периода жизни у маточного поголовья - на 15.20%; увеличению отхода молодняка - до 5.40%; затратам корма на производство единицы продукции; затратам на обслуживание оборудования и производственных помещений; энергоемкости производства [1-9].
Одним из важных направлений обеспечения микроклимата в производственных помещениях является совершенствование автоматизированных системы микроклимата. Это позволяет увеличить выход продукции при снижении энергопотребления, улуч-
шает условия эксплуатации оборудования, зданий и сооружений и повышает их долговечность [10-12].
Цель исследования - оценка эффективности применения автоматизированной системы поддержания микроклимата с утилизацией теплоты вытяжного воздуха.
В качестве показателей эффективности определены:
- обеспечение заданного микроклимата по параметрам температуры, относительной влажности, концентрации углекислого газа и аммиака равномерно по всему помещению;
- энергетическая эффективность системы (расход природного газа);
- оценка эффективность охлаждения приточного воздуха в летний период года.
Разработан алгоритм, основывающийся на контроле и регулировании параметров микроклимата в соответствии с нормативными требованиями для
различных половозрастных групп животных. Его блок-схема приведена на рисунке 1.
Изначально устанавливаются параметры микроклимата, значения которых соответствуют требованиям к конкретной породе животных (являются целевыми), и система к ним стремится. Мероприятия по обеспечению заданных параметров микроклимата в холодное время года направлены преимущественно
на удаление избытков влаги и восполнение теплопо-терь. В теплое время года, наоборот, система вентиляции направлена на удаление избытков теплоты [13].
Для осуществления поставленных задач свинарники оборудуются вытяжными и приточными системами, теплогенерирующими устройствами, рекуператорами тепла и системой водоиспаритель-ного охлаждения [14].
Рис. 1. Блок-схема алгоритма работы системы отопления и вентиляции с утилизацией теплоты и охлаждением воздуха: I — температура, °С; ф - относительная влажность, %; W - воздухообмен, м3/ч
Методика исследований. Система микроклимата с утилизацией теплоты вытяжного воздуха была разработана, изготовлена, смонтирована и испытана в секции откорма свиноводческого комплекса площадки «Дубовская» ООО «Тамбовский бекон» в течение 2012-2015 гг. Здание представляет собой типовую рамно-связевую конструкцию, обшитую утепленными сэндвич-панелями. Количество скотомест - 2300, размеры помещения - в плане
90 х 24 м. Измерения проводились в соответствии с «СТО АИСТ 31.2-2007 Испытания сельхозтехники. Комплекты оборудования для создания микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях. Методы оценки функциональных показателей» в точках, указанных на рисунке 2, на высоте 600 мм от уровня пола. В качестве измерительных приборов использовался газоанализатор ПГА-200 и термоанемометр с функцией влагомера TESTO 425 [15].
49
90000
¡-Приточная шахта Датчик отн. влажности возуха/Теплогенератор7 Вентилятор
© © оу / 7 0 ©
® а 0 12- ® |> ► / ® > 13 ©
© О © 9 / <Р © • о © А @
® / © / ® © \ ®
Рекуператор УТ-11000 С1 / Кассеты водоиспарительного охлаждения-¿'Температурный датчик N31 ¿Температурный датчик №2 Температурный датчик №3-
Рис. 2. Схема размещения контрольных точек в опытном секторе откорма
с рекуперацией теплоты
Для оценки эффективности рекуперации теплоты две соседние секции откорма (с рекуперацией тепла и без) были оборудованы газовыми счетчиками. В настройки контроллеров введены одинаковые целевые параметры микроклимата. Помещения были заполнены равновозрастными животными.
С целью снижения капитальных затрат опытная секция откорма была укомплектована 4 отечественными рекуператорами УТ-11000 производства фирмы ООО «АгроПроектИнвест», с коэффициентом утилизации теплоты 0,5, расчетной производительностью 11 000 м3/ч каждый. Суммарная расчетная производительность составила 44 000 м3/ч, что с учетом цикла «Рекуперация/оттаивание» составляет половину от необходимого по расчету воздухообмена в период наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.
Результаты исследований. Согласно полученным результатам отмечена высокая равномерность показателей микроклимата по всей площади помещения. Результаты замеров в летний период показали, что при температуре наружного воздуха плюс 29°С и относительной влажности воздуха 25,5% параметры микроклимата в помещении с животными составили: температура воздуха - 20.. ,22°С, относительная влажность -56.. .67% при целевых значениях 21°С и 65%.
Результаты замеров в зимний период показали, что при температуре наружного воздуха минус 15°С и относительной влажности воздуха 87% параметры микроклимата в помещении с животными составили: температура воздуха - 21,0...21,6°С, при целевых - 21,5°С, относительная влажность воздуха - 63.68% при целевых - 65%.
В период исследований целевые параметры микроклимата многократно изменялись ввиду как естественного изменения массы животных, так и управленческих решений руководства предприятия. При этом система стабильно и точно отрабатывала заданные установки.
В период с 12.02.2014 г. по 20.02.2014 г. в секции откорма, оборудованной системой рекуперации тепла, расход газа на отопление составил 12,6 м3,
в контрольной секции - 166,8 м3 газа, что составляет 92% экономии. Температура наружного воздуха в указанный период колебалась от -2,7°С до 4,5°С. При этом средняя концентрация углекислого газа в секции с рекуперацией тепла составила 0,18%, в контрольной секции - 0,25%.
В период с 24.05.2013 г. по 25.05.2013 г. в секции откорма производственной площадки «Дубовская» Тамбовского бекона были проведены испытания системы рекуперации в режиме охладителя. Штатная система автоматической промывки рекуператора орошала поверхность теплообменника. При запуске вытяжных вентиляторов системы рекуперации в режиме реверса (с подачей уличного воздуха через вытяжной канал) и одновременной подачей воды системы промывки приточный воздух охлаждался в среднем на 7,4°С (с 26,6°С до 19,2°С). Параметры наружного воздуха в период испытаний составили 26,6°С, относительная влажность воздуха - 38%.
В летний период года система вентиляции работает с разрежением 20.30 Па, благодаря чему производительность рекуператора увеличилась с 11 000 м3/ч до 15 000 м3/ч на канал. Благодаря реверсированию вытяжного канала каждый рекуператор дополнительно подавал в помещение около 30 000 м3/ч приточного охлажденного воздуха.
Срок окупаемости системы рекуперации теплоты вытяжного воздуха сокращается, так как при использовании рекуператоров в летний период в качестве охладителей повышается интенсивность их использования.
Выводы
Применение разработанной автоматизированной системы регулирования параметров микроклимата позволяет:
- добиться снижения установленной тепловой мощности отопительного оборудования, лимитов на газоснабжение, капитальных вложений на систему газоснабжения (электроснабжения) присоеди-
нительных мощностей теплоснабжения (электроснабжения), пропорционально снижению тепловой мощности системы отопления в два раза;
- сократить годовое потребление тепловой энергии на обеспечение требуемого микроклимата в свиноводческих помещениях на 80%;
- сократить эмиссию углекислого газа и водяных паров от теплогенерирующего оборудования и обеспечить нормативную концентрацию СО2 (0,18% в опытной секции при 0,25% в контрольной) даже при использовании теплогенераторов открытого горения;
- обеспечить поддержание заданных параметров микроклимата равномерно по всей площади помещения как в летний, так и в зимний период года: в частности, в зимний период для помещения 90 х 24 м температурное поле варьирует в диапазоне 0,6°С, а относительная влажность в пределах 5%;
- использовать рекуператоры в летний период года для охлаждения приточного воздуха на 7,4°С (с 26,6°С до 19,2°С);
- сократить количество или производительность приточных систем за счет реверсирования вытяжного канала и использования рекуператора полностью на приток.
Библиографический список
1. Ильин И.В. Влияние параметров микроклимата на продуктивность свиней / И.В. Ильин, И.Ю. Иг-наткин, М.Г. Курячий // Эффективное животноводство. Свиноводство. 2011. № 05/67. С. 30-31.
2. Иванов Ю.Г. Влияние параметров воздушной среды коровника на физиологические показатели животных / Ю.Г. Иванов, Д.А. Понизовкин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2015. № 4. С. 18-21.
3. Брофман Л.И. Микроклимат помещений в промышленном животноводстве и птицеводстве / Л.И. Брофман. Кишинев: Штиинца, 1984. 208 с.
4. Самарин Г.Н. Энергосберегающая технология формирования микроклимата в животноводческих помещениях: Дис. .д-ра техн. наук. М.: МГАУ имени В.П. Горячкина, 2009.
5. Игнаткин И.Ю., Курячий М.Г. Системы вентиляции и влияние параметров микроклима-
та на продуктивность свиней // Вестник НГИЭИ.
2012. № 10 (17). С. 16-34.
6. РД-АПК 1.10.02.04-12. Методические рекомендации по технологическому проектированию свиноводческих ферм и комплексов. М.: Минсель-хоз РФ, 2012. 144 с.
7. Иванов Ю. Г. Система принудительной вентиляции коровника для теплого времени года / Ю.Г. Иванов, Д.А. Понизовкин // Сельский механизатор. 2015. № 8. С. 26-27.
8. Кирсанов В.В., Мурусидзе Д.Н., Некраше-вич В.Ф., Шевцов В.В., Филонов Р.Ф. Механизация и технология животноводства: Учебник. Москва,
2013. 585 с.
9. Механизация и автоматизация животноводства / В.В. Кирсанов, Ю.А. Симарев, Р.Ф. Филонов: Учебник. Москва, 2004. 398 с.
10. Тихомиров Д.А. Энергосберегающие электрические системы и технические средства тепло-обеспечения основных технологических процессов в животноводстве: Дис. .д-ра техн. наук. М., 2015.
11. Игнаткин И.Ю. Анализ эффективности применения рекуператоров теплоты УТ-6000С, УТ-3000 в системе микроклимата секции откорма на 300 голов свинокомплекса «Фирма Мортадель» // Вестник ВНИИМЖ. 2015. № 1(17). С. 107-111.
12. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях: Ан. обзор / Н.П. Мишуров, Т.Н. Кузьмина. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2004. 96 с.
13. Рекомендации по расчету и проектированию систем обеспечения микроклимата животноводческих помещений с утилизацией теплоты выбросного воздуха. М.: ГИПРОНИСЕЛЬХОЗ, 1987.
14. Игнаткин И.Ю. Оценка эффективности рекуперации теплоты в свинарнике-откормочнике ООО «Фирма Мортадель» // Вестник ФГБОУ ВПО «МГАУ имени В.П. Горячкина». 2016. № 1 (71). С. 14-20.
15. Ильин И.В. Опыт проектирования систем отопления и вентиляции на свиноводческих фермах и комплексах / И.В. Ильин, И.Ю. Игнаткин, М.Г. Курячий // Эффективное животноводство. 2011. № 6/68. С. 40-42.
Статья поступила 23.06.2016 г.
POWER EFFICIENT AUTOMATED MICROCLIMATE SYSTEM
VLADIMIR V. KIRSANOV, DSc (Eng), Professor1
E-mail: kirvv2014@mail.ru
IVAN YU. IGNATKIN, PhD (Eng), Assistant Professor 12
E-mail: ignatkinivan@gmail.com
1Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev, Timiryazevskaya str., 49, Moscow, 127550, Russian Federation
2 Bauman Moscow State Technical University, 2-ya Baumanskaya str., 5/1, Moscow, 105005, Russian Federation
The description of the developed automated microclimate system of pigsty was given. The microclimate system with heat scrap of extract air was developed, made and tested in the hog fattening section of the pig-breeding complex on the territory of the area "Dubrovskaya" of "Tambov Bacon OOO" (Limited Liability Company) during 2012-2015. The given system allows to provide effective functioning using minimal energy consumption. It is achieved by using the developed controlling algorithm and heat recovery system of extract air. It is stated, that using automated process monitoring microclimate system together with heat scrap of extract air system allows to reduce by 2 times speci ied heat rate of heating equipment, that leads to reducing annual intake of heat energy by 80 percents. The scrap system provides standard concen-tration of caibon dioxide (0,18 percents) even while using the heat generator of open combustion, providing the emission of carbon dioxide and water vapor from heat-radiating equipment. It is experimentally stated, that automated system keeps set-up parameters evenly along the whole loor space both in summer and in winter. In winter temperature ield luctuated within 0,6 Celsius degree for the room 90x24 m, and relative humidity variated within 5 per cents. The given system allows to use recuperators for cooling fresh air for 7,4 Celsius degree (between 26,6 and 19,2 Celsius degree) in summer, and also reduce the number of supply air systems by exhaust duct reversing and using a recuperator for fresh air completely.
Key words: automatization, ventilation, microclimate, heat recuperation, pig-breeding, microclimate system, heating and ventilation system, heat scrap, energy-saving.
References
1. Ilyin I.V Vliyanie parametrov mikroklimata na pro-duktivnost' sviney [Microclimate influence on pig-breeding] / I.V Ilyin, I. Yu. Ignatkin, M.G. Kuryachiy // Effective breeding. Pi-breeding. 2011. Issue 05/67. Pp. 30-31.
2. Ivanov Yu.G. Vliyanie parametrov vozdush-noy sredy korovnika na fiziologicheskie pokazate-li zhivotnykh [Air quality influence on physiological rates among animals in cowshed] / Yu.G. Ivanov, D.A. Ponizovkin // Mechanization and electrification of farming. 2015. Issue 4. Pp. 18-21.
3. Brofman L.I. Mikroklimat pomeshcheniy v promyshlennom zhivotnovodstve [Room microclimate in commercial breeding] / L.I. Brofman. Kishinev: Shtiinza, 1984. 208 p.
4. Samarin G.N. Energosberegayushchaya tekh-nologiya formirovaniya mikroklimata v zhivotnovod-cheskikh pomeshcheniyakh: Dis....d-ra tekh.nauk. [Energy safe technology in forming microclimate in stock building: Diss. Dr. Sci.Tech.]. M.: MSAU named after V.P. Goryachkin, 2009.
5. Ignatkin I. Yu., Kuryachiy M.G. Sistemy venti-lyatsii i vliyanie parametrov mikroklimata na produk-tivnost' sviney [Ventilation system and microclimate influence on pig-breeding] // Vestnik NSEEU. 2012. Issue 10 (17). Pp. 16-34.
6. Metodicheskie rekomendatsii po tekhnologich-eskomu proektirovaniyu svinovadcheskikh ferm i kom-pleksov [Methodological recommendations in technical design of pig farms and complexes]. M.: Ministry of Agriculture in Russian Federation, 2012. 144 p.
7. Ivanov Yu.G. Sistema prinuditel'noy ventilyat-sii korovnika dlya teplogo vremeni goda [Mechanical ventilation system in cowshed during warm periods of the year] / Yu.G. Ivanov, D.A. Ponizovkin // Country mechanic. 2015. Issue 8. Pp. 26-27.
8. Kirsanov VV, Murusidze D.N., Nekrashevich VF., Shevtsov VV, Filonov R.F. Mekhanizatsiya i tekhnologi-ya zhivotnovodstva: Uchebnik [Mechanization and breeding technology: student's book]. Moscow, 2013. 585 p.
9. Mekhanizatsiya i avtomatizatsiya zhivotnovod-stva [Mechanization and automatization in breeding] /
52 — BECTI
V.V Kirsanov, Yu.A. Simarev, R.F. Filonov: student's book. Moscow, 2014. 398 p.
10. Tikhomirov D.A. Energosberegayushchie elek-tricheskie sistemy i tekhnicheskie sredstva teploobespech-eniya osnovnykh tekhnologicheskikh protsessov v zhivot-
novodstve: Dis......d-ra tekh.nauk [Energy saving electric
systems and technical heat support of main technological processes in breeding: Diss.. ..dr. tech. sci.]. M., 2015.
11. Ignatkin I. Yu. Analiz effektivnosti primeneniya rekuperatorov teploty UT-6000C, UT-3000 v sisteme mikroklimata sektsii otkorma na 300 golov svinokom-pleksa "Firma Mortadel" [The analyses of effective usage of heat recuperator UT-6000C, UT-3000 in microclimate system of fattening section for 300 pigs in complex "Mortadel Firm"] // Vestnik VNIIMZH, 2015. Issue 1(17). Pp. 107-111.
12. Energosberegayushchee oborudovanie dlya obespecheniya mikroklimata v zhivotnovodcheskikh pomeshcheniyakh: An.obzor [Energy saving equipment for microclimate support in housing accommodation for animals: analytical review] / N.P. Mishurov, T.N. Kuz'mina. M.: FSSI "Rusinfoagrotech", 2004. 96 p.
13. Rekommendatsii po raschetu i proektirovani-yu system obespecheniya mikroklimata zhivotnovod-cheskikh pomeshcheniy s utilizatsiey teploty vybro-snogo vozdukha [Reccomendations for calculation and design of microclimate systems in housing accommodation for animals with discharged heat recovery]. M.: GIPRONISELKHOZ, 1987.
14. Ignatkin I. Yu. Otsenka effektivnosti rekuperatsii teploty v svinarnike-otkormochnike OOO"Firma Morta-del" [Performance evaluation of heat recovery in fattening pigsty OOO "Mortadel firm"] // Vestnik MSAU named after VP. Goryachkinn". 2016. Issue 1(71). Pp. 14-20.
15. Ilyin I.V. Opyt proektirovaniya system otopleni-ya i ventilyatsii na svinovodcheskikh fermakh i kompl-eksakh [Design experience in heat systems and ventilation on pig farms and complexes] / I.V. Ilyin, I. Yu. Ignatkin, M.G. Kuryachiy // Effective breeding. 2011. Issue 6/68. Pp. 40-42.
Received on June 23, 2016
C № 6 2016 -
