Научная статья на тему 'Теплоутилизационная установка с адаптивной рециркуляцией'

Теплоутилизационная установка с адаптивной рециркуляцией Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
491
93
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник НГИЭИ
ВАК
Ключевые слова
ВЕНТИЛЯЦИЯ / МИКРОКЛИМАТ / РЕКУПЕРАЦИЯ ТЕПЛОТЫ / РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ВОЗДУХА / СВИНОВОДСТВО / СИСТЕМА МИКРОКЛИМАТА / СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ / СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ / УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ / ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / VENTILATION / CLIMATE / HEAT RECOVERY / AIR CIRCULATION / PIG / CLIMATE SYSTEM / HEATING AND VENTILATION SYSTEM / COOLING SYSTEM / HEAT RECOVERY AND ENERGY EFFICIENCY

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Игнаткин Иван Юрьевич

В данной статье описана технология и конструкция утилизатора теплоты вытяжного воздуха с адаптивной рециркуляцией. Микроклимат оказывает значительное влияние на продуктивность и здоровье животных. Отклонение параметров микроклимата в производственных помещениях от регламентированных значений приводит к снижению продуктивности животных на 20-30 %, продолжительности продуктивного периода жизни у маточного поголовья на 15-20 %, снижению срока службы технологического оборудования; увеличению отхода молодняка до 5-40 %, периода откорма, затрат корма на производство единицы продукции, тепловому стрессу или даже смерти взрослых животных. В структуре капитальных затрат на строительство современного свинокомплекса стоимость комплекта оборудования системы отопления и вентиляции составляет порядка 40 % от стоимости всего оборудования. В этой связи задача снижения капитальных и эксплуатационных затрат на обеспечение микроклимата является одной из важнейших на пути снижения себестоимости свинины. Предлагаемое устройство позволяет утилизировать теплоту исключая обмерзание конденсата в вытяжном канале рекуперативного теплообменника. Это достигается за счет снижения производительности приточного канала пропорционально снижению наружной температуры и направления части вытяжного воздуха после рекуперации обратно в помещение. В статье рассмотрен тепловой баланс рекуператора с учетом изменения эффективности утилизации теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха и производительности рекуператора по притоку. В результате предложенное устройство исключает обмерзание втяжного канала теплообменника, снижает энергозатраты на подогрев приточного воздуха, обеспечивает непрерывное и надежное функционирование в условиях различных климатических зон. Утилизатор не нуждается в дополнительной комплектации дорогостоящими устройствами предварительного подогрева приточного воздуха. Аппарат работает непрерывно и не нуждается в остановках для оттаивания, что обеспечивает более равномерный микроклимат. Плавное регулирование производительности обеспечивает необходимый воздухообмен для животных в начальный и конечный период содержания.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

HEAT RECOVERY UNITS WITH ADAPTIVE RECIRCULATION

This article describes the technology and design of the exhaust air heat exchanger with adaptive recycling. Climate has a significant impact on the productivity and health of the animals. Deviation microclimate in the premises of the regulated values leads to a decrease in animal productivity by 20-30 %, the duration of the productive period of life of breeding stock by 15-20 %, reduce the service life of process equipment; increase young retreat to 5-40 %, of the fattening period, feed cost per unit of production, heat stress or even death of adult animals. In the structure of capital expenditure on the construction of a modern pig farm cost of the set heating and ventilation equipment is about 40 % of the cost of all the equipment. In this context, the task of reducing capital and operating costs to ensure the climate is one of the most important ways to reduce the cost of pork. The device allows utilizing the heat of condensation freezing except in the exhaust duct recuperative heat exchanger. This is achieved by reducing the performance of the supply channel is proportional to the decrease in the outside temperature and the direction of the exhaust air after the recovery back into the room. The article deals with the heat exchanger sheet with changes in the efficiency of heat recovery, depending on the outside temperature and the heat exchanger performance for the influx. As a result, the proposed device eliminates freezing retractable channel heat exchanger, reduces energy consumption for heating supply air ensures a continuous and reliable operation in a variety of climatic zones. The heat exchanger does not require additional costly equipment preheat supply air devices. The unit runs continuously and does not require stops for defrosting, which provides a more uniform climate. Modulating capacity control provides the necessary ventilation for the animals in the initial and final period of detention.

Текст научной работы на тему «Теплоутилизационная установка с адаптивной рециркуляцией»

http://www.liberatedmanuals.com/TM-38-301-4.pdf (data ob-rashheniya 12.09.2008).

16. Seleznev M. V. Regeneratsiya otrabotannykh transmissionnykh masel i ikh ispol'zovanie v avtomobil'-nykh transmissiyakh (na primere avtomobilej KÀMÂZ) (Recovery of used transmission oils and their use in automotive powertrains (for example KAMAZ)) : avtoreferat dissertatsii na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk, Penzenskaya gosu-darstvennaya sel'skokhozyajstvennaya akademiya, Penza, 2015. 17 p.

17. GOST 23652-79. Masla transmissionnye. Tekhnicheskie usloviya (Oil transmission. Specifications), Vved. 1981-01-01, M.: FGUP Standartinform, 2011, 11 p.

18. Anan'in A. D., Mikhlin V. M., Gabitov I. I.

Diagnostika i tekhnicheskoe obsluzhivanie mashin : uchebnik dlya studentov vysshikh uchebnykh zavedenij (Diagnostics and maintenance of machines: textbook for students of higher educational institutions), M. : Iz-datel'skij tsentr Akademiya, 2008, 432 p.

19. Polkanov I. P. Metodicheskoe posobie po sovershenstvovaniyu metodicheskikh issledovanij (Toolkit for the development of methodological research), Ulyanovsk. : USKHI, 1986, 86 р.

20. GOST 9490-75. Materialy smazochnye zhid-kie i plastichnye. Metod opredeleniya tribologicheskikh kha-rakteristik na chetyrekhsharikovoj mashine (s Iz-meneniyami No. 1-4) (Lubricating fluid and plastic. Method of determination of tribological characteristics on four-ball machine (with Amendments № 1-4)), Vved. 1978-01-01, M. : IPK Izdatel'stvo standartov, 2002,13 р.

21. Braun EH. D., Bushe N. А., Buyanovs-kij I. А. Osnovy tribologii (trenie, iznos, smazka) (Fundamentals of tribology (friction, wear, lubrication)), pod red. А. V. CHichinadze : uchebnik dlya tekhnicheskikh vuzov, M. : TSentr Nauka i tekhnika, 1995, 778 р.

Дата поступления статьи в редакцию 24.08.2016

05.20.01 УДК 636

ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННАЯ УСТАНОВКА С АДАПТИВНОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ

© 2016

Игнаткин Иван Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры МТ-13, НУК МТ

ФГБОУ ВО МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва (Россия)

Аннотация. В данной статье описана технология и конструкция утилизатора теплоты вытяжного воздуха с адаптивной рециркуляцией. Микроклимат оказывает значительное влияние на продуктивность и здоровье животных. Отклонение параметров микроклимата в производственных помещениях от регламентированных значений приводит к снижению продуктивности животных на 20-30 %, продолжительности продуктивного периода жизни у маточного поголовья на 15-20 %, снижению срока службы технологического оборудования; увеличению отхода молодняка до 5-40 %, периода откорма, затрат корма на производство единицы продукции, тепловому стрессу или даже смерти взрослых животных.

В структуре капитальных затрат на строительство современного свинокомплекса стоимость комплекта оборудования системы отопления и вентиляции составляет порядка 40 % от стоимости всего оборудования. В этой связи задача снижения капитальных и эксплуатационных затрат на обеспечение микроклимата является одной из важнейших на пути снижения себестоимости свинины.

Предлагаемое устройство позволяет утилизировать теплоту исключая обмерзание конденсата в вытяжном канале рекуперативного теплообменника. Это достигается за счет снижения производительности приточного канала пропорционально снижению наружной температуры и направления части вытяжного воздуха после рекуперации обратно в помещение.

В статье рассмотрен тепловой баланс рекуператора с учетом изменения эффективности утилизации теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха и производительности рекуператора по притоку.

В результате предложенное устройство исключает обмерзание втяжного канала теплообменника, снижает энергозатраты на подогрев приточного воздуха, обеспечивает непрерывное и надежное функционирование в условиях различных климатических зон. Утилизатор не нуждается в дополнительной комплектации дорогостоящими устройствами предварительного подогрева приточного воздуха. Аппарат работает непрерывно и не нуждается в остановках для оттаивания, что обеспечивает более равномерный микроклимат. Плавное регулирование производительности обеспечивает необходимый воздухообмен для животных в начальный и конечный период содержания.

Ключевые слова: вентиляция, микроклимат, рекуперация теплоты, рециркуляция воздуха, свиноводство, система микроклимата, система отопления и вентиляции, система охлаждения, утилизация теплоты, энергосбережение.

HEAT RECOVERY UNITS WITH ADAPTIVE RECIRCULATION

© 2016

Ignatkin Ivan Yurievich, the candidate of technical sciences, the associate professor of department MT-13

Bauman Moscow State Technical University, Moscow (Russia)

Annotation. This article describes the technology and design of the exhaust air heat exchanger with adaptive recycling. Climate has a significant impact on the productivity and health of the animals. Deviation microclimate in the premises of the regulated values leads to a decrease in animal productivity by 20-30 %, the duration of the productive period of life of breeding stock by 15-20 %, reduce the service life of process equipment; increase young retreat to 5-40 %, of the fattening period, feed cost per unit of production, heat stress or even death of adult animals.

In the structure of capital expenditure on the construction of a modern pig farm cost of the set heating and ventilation equipment is about 40 % of the cost of all the equipment. In this context, the task of reducing capital and operating costs to ensure the climate is one of the most important ways to reduce the cost of pork.

The device allows utilizing the heat of condensation freezing except in the exhaust duct recuperative heat exchanger. This is achieved by reducing the performance of the supply channel is proportional to the decrease in the outside temperature and the direction of the exhaust air after the recovery back into the room.

The article deals with the heat exchanger sheet with changes in the efficiency of heat recovery, depending on the outside temperature and the heat exchanger performance for the influx.

As a result, the proposed device eliminates freezing retractable channel heat exchanger, reduces energy consumption for heating supply air ensures a continuous and reliable operation in a variety of climatic zones. The heat exchanger does not require additional costly equipment preheat supply air devices. The unit runs continuously and does not require stops for defrosting, which provides a more uniform climate. Modulating capacity control provides the necessary ventilation for the animals in the initial and final period of detention.

Keywords: ventilation, climate, heat recovery, air circulation, pig, climate system, heating and ventilation system, cooling system, heat recovery and energy efficiency.

Введение

Обеспечение оптимального микроклимата в свинарниках - необходимое условие на пути реализации генетического потенциала животных. Плотность посадки животных в современных комплексах высока и для ассимиляции продуктов их жизнедеятельности необходимо поддерживать высокие воз-духообмены. Согласно теплового баланса свинарника при хорошей теплоизоляции ограждающих конструкций на нагрев приточного воздуха приходится 60-80 % всей тепловой энергии, затрачиваемой на отопление. А в структуре капитальных затрат на строительство современного свинокомплекса стоимость комплекта оборудования системы отопления и вентиляции составляет порядка 40 % от стоимости всего оборудования. В этой связи задача снижения капитальных и эксплуатационных затрат на обеспечение микроклимата является одной из важнейших на пути снижения себестоимости свинины.

Значительный вклад в решение проблем микроклимата в животноводстве внесли Мурусид-зе Д. Н., Самарин Г. Н., Растимешин С. А., Тихомиров Д. А., Новиков Н. Н., Гулевский В. А., Ильин И. В. и другие, а также ряд иностранных компаний: «Hoval», «BigDutchman», «DAKS», «RIMU», «REVENTA», «HAKA», «Gemmel», «Tuffigo Rapidex» и др. Это продиктовано значительным

влиянием микроклимата на продуктивность животных. В частности, отклонение параметров микроклимата в производственных помещениях от регламентированных значений приводит к снижению продуктивности животных на 20-30 %, продолжительности продуктивного периода жизни у маточного поголовья на 15-20 %, снижению срока службы технологического оборудования; увеличению отхода молодняка до 5-40 %, периода откорма, затрат корма на производство единицы продукции, тепловому стрессу или даже смерти взрослых животных [1; 2; 3; 4, с. 18; 5, с. 30-31; 6, с. 26; 7, с. 5-10; 8].

С понижением температуры в свинарнике на один градус Цельсия потребность в тепловой энергии сокращается приблизительно на 3 %. Отмеченная закономерность порождает желание «сэкономить» путем содержания животных в условиях пониженных температур, что приводит к неминуемому увеличению расхода корма и снижению среднесуточных привесов [10, с. 237-240; 11, с. 237-240].

В сложившихся обстоятельствах логичным решением на пути снижения издержек на отопление производственных помещений является утилизация теплоты вытяжного воздуха, как наиболее энергонасыщенного и нереализованного ресурса.

Утилизацию теплоты целесообразно осуществлять в теплообменнике рекуперативного типа. Это

обусловлено простотой его конструкции, минимальным количеством подвижных элементов, отсутствием промежуточного теплоносителя и исключением возможности перемешивания чистого уличного воздух и загрязненного, удаляемого из помещения. Движение потоков приточного и вытяжного воздуха осуществляется в герметичных каналах, а теплообмен происходит через разделяющую стенку [11; 12, с. 196-197; 13, с. 40-41; 14, с. 256-261; 15, с. 42; 16; 17, с. 107-111; 18, с. 14-20; 19, с. 17-18].

В системах рекуперации теплоты известна проблема образования конденсата в вытяжном канале и его кристаллизация при понижении температуры поверхности теплообмена ниже нуля градусов Цельсия. Одним из решений является использование рекуператоров в циклическом режиме «рекуперация-оттаивание», когда допускается обледенение вытяжного канала, далее аппарат останавливается и прогревается теплым воздухом помещения до полного оттаивания. Недостатком указанного способа является цикличность использования устройства, часть времени рекуператор работает в режиме рециркуляции, часть - в режиме оттаивания. Такой режим использования оборудования предполагает двукратное резервирование.

Другой способ предполагает предварительный подогрев уличного воздуха до температуры, исключающей обмерзание. Такое решение предполагает применение электрических или жидкостных калориферов, что удорожает конструкцию и обязывает к использованию дорогого энергоносителя или подводу тепловых сетей. В климатических условиях России игнорировать проблему обмерзания конденсата в вытяжном канале рекуператоров нельзя, т. к. это приводит к снижению эффективности рекуперации теплоты или полному промерзанию вытяжного канала вплоть до перекрытия пропускного сечения.

Таким образом формируется задача разработки отечественной технологии и технических средств обеспечения требуемого микроклимата в свинарниках в зимний период года, со сниженной капиталоёмкостью и энергопотреблением на подогрев приточного воздуха, пригодных для использования в различных климатических зонах РФ.

Материалы и методы

Для исключения необходимости формирования резервной мощности вентиляционного оборудования и дооснащения рекуператоров устройствами предварительного подогрева воздуха предлагается применить способ утилизации теплоты в режиме адаптивной рециркуляции. Идея заключается в поддержании температуры теплообменной стенки со стороны вытяжного воздуха в области положительных температур. Что является синтезом функций обеспечения требуемого воздухообмена и ути-

лизации теплоты вытяжного воздуха в рамках условий, исключающих обмерзание конденсата.

Для решения указанной задачи ось вращения рециркуляционной заслонки 8 (рис. 1) располагается на ее верхней кромке, для исключения перетоков воздуха, при этом заслонка и приточный вентилятор 1 связаны с датчиком температуры приточного воздуха 2, обеспечивая регулировку воздухоподачи пропорционально снижению уличной температуры при постоянстве расхода вытяжного воздуха. Заслонка приоткрывается и направляет часть потока воздуха после теплообменника непосредственно в помещение. В то же время снижается производительность приточного вентилятора. Величина снижения производительности равна расходу рециркуляционного воздуха.

^ \fi\J

Рисунок 1 - Теплоутилизационная установка с адаптивной рециркуляцией: 1 - приточный вентилятор; 2 - датчик температуры;

3 - вытяжной патрубок; 4 - теплообменник; 5 - приточный воздуховод; 6 - вытяжной вентилятор; 7 - выпускной воздуховод;

8 - рециркуляционная заслонка;

9 - конденсатоотводчик

Работает установка следующим образом. В корпусе расположен теплообменник 4 с каналами для приточного и вытяжного воздуха. Приток и вытяжка с механическим побуждением и осуществляются приточным 1 и вытяжным 6 вентиляторами. Удаляемый из помещения теплый воздух подогревает холодный приточный воздух, теплообмен осуществляется через пластины, разделяющие приточный и вытяжной каналы. В результате теплообмена вытяжной воздух охлаждается, достигает точки росы, что сопровождается образованием конденсата, который под действием гравитации стекает в поддон и удаляется через конденсатоотводчик 9. В наиболее холодный период года при температурах

ниже -15 °С возможно охлаждение теплообменной поверхности до отрицательных температур, в таких условиях конденсат обмерзает, утолщая теплооб-менную стенку, уменьшая пропускное сечение и снижая эффективность теплообмена. Для исключения этого явления предлагается поддерживать температуру теплообменной поверхности со стороны вытяжного воздуха выше 0 °С. Контролировать это можно косвенно по температуре приточного воздуха. Это достигается за счет регулирования расхода приточного воздуха пропорционально снижению уличной температуры при постоянстве расхода вытяжного воздуха.

Регулирование осуществляется контроллером по сигналу от датчика температуры приточного воздуха. Устанавливается связь между температурой приточного воздуха <Ф>, частотой вращения приточного вентилятора «ш» и положением рециркуляционной заслонки «ф» с коэффициентами пропорциональности «Х» и <^» соответственно. Контроллер, получив сигнал от датчика температуры, отдает управляющие сигналы приводам заслонки и приточного вентилятора.

При охлаждении приточного воздуха до 0 °С снижается частота вращения приточного вентилятора. Вытяжной вентилятор работает с неизменной производительностью. В результате расход удаляемого воздуха превышает расход приточного воздуха, что приведет к образованию разрежения в помещении и компенсации дисбаланса за счет инфильтрации и дросселирования вытяжки. Для устранения описанного выше явления конструкцией предусмотрена рециркуляционная заслонка 8, которая открывается пропорционально снижению часто-

ты вращения приточного вентилятора и направляет часть вытяжного воздуха обратно в помещение. Таким образом, теплообменник работает с требуемым расходом приточного и вытяжного воздуха, необходимым для исключения обмерзания вытяжного канала. Проходя через теплообменник, образуется конденсат, и вытяжной воздух частично осушается. С конденсатом в систему канализации удаляются растворенные в нем газы (особенно хорошо растворяется аммиак), что обеспечивает частичную регенерацию рециркуляционного воздуха.

Ось заслонки 8 расположена в ее верхней части для предотвращения эжекционного подсоса воздуха в вытяжной патрубок.

Экспериментальные исследования описанной системы проводились в соответствии с СТО АИСТ 31.2-2007 «Испытания сельскохозяйственной техники «Комплекты оборудования для создания микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях».

Для проведения оценки годовой экономии энергетических ресурсов при использовании адаптивной рециркуляции необходимо определить зависимость эффективности утилизации теплоты вытяжного воздуха от производительности рекуператора. И установить зависимость производительности приточного канала рекуператора от температуры наружного воздуха при условии, что температура теплообменной поверхности со стороны вытяжного канала не опустится ниже 0 °С.

Оценивая эффективность утилизации теплоты при изменении производительности по притоку, мы получили график, изображенный на рисунке 2.

=0.70

ЕД60

0.45

500

\ • А •

•л • \ •

• ф • • • •

•• • • •

1500

3500

4500

5500

5500

Производительность ]

) притоку м?ч

Рисунок 2 - Изменение эффективности утилизации теплоты в зависимости от производительности по притоку

Если учесть влияние дисбаланса производи-тельностей приточного и вытяжного каналов при постоянстве производительности по вытяжке, график приобретет вид, отраженный на рисунке 3. Вычисление значений коэффициента эффективности

утилизации теплоты осуществлено по следующей формуле:

t -t Т/1/ . .

(1)

„ _ 1пр tн ■ ( ^пр )0.4

I + _f мл/ '

^вн Ьн "'выт

где Ьпр - температура приточного воздуха на выходе из рекуператора, °С; £н - температура наружного

воздуха, °С; Ьвн - температура в помещении, °С; Шпр - производительность рекуператора по притоку, м3/ч; Швыт - производительность рекуператора по вытяжке, м /ч.

Степенная зависимость в учете влияния производительности рекуператора обусловлена нелинейным характером взаимосвязи коэффициента теплоотдачи и скорости движения потока.

Аппроксимируя эмпирические данные, получим зависимость эффективности утилизации теплоты от производительности приточного канала:

ц = 0,0912 ■ Ипр1957, (2)

где Жпр - производительность рекуператора по притоку, м3/ч.

Тепловой баланс рекуператора отражает теплопередачу избыточной явной теплоты от вытяжного канала к приточному, которая складывается из теплоты нагретого вытяжного воздуха и теплоты конденсирующейся влаги. Эффективность теплопередачи энергии конденсации можно приблизительно учесть коэффициентом эффективности утилизации теплоты:

Чпр = Чвыт + (3)

где цпр - теплоусвоение приточного воздуха, Вт; цвыт - избыток явной теплоты вытяжного воздуха, Вт; - теплота конденсации влаги вытяжного воздуха, Вт.

0.55

3.5

0.45

о:зз

V.

•< • • ¡С/. • • • •

• * ъ •¿«С • •

■ ж •

••

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5::

1500

2500

3500

4500

55:;

55;:

Производительность по притоку, мЗ.ч

Рисунок 3 - Изменение эффективности утилизации теплоты с учетом дисбаланса производительностей приточной и вытяжной систем

Тепловой поток от вытяжного воздуха к приточному определим по известной формуле [20]:

Чвыт ^выт ■ Рвыт

С

3,6

где рвыт - плотность вытяжного воздуха, кг/м ; Жвыт - производительность рекуператора по вытяжке, м3/ч; ст - удельная массовая теплоемкость воздуха

(1,006), ^ ; Мвыт = £вн ст - температурный

кг К

напор в вытяжном канале, °С; Ьст - температура стенки со стороны вытяжного карала (0 °С), °С.

Плотность охлаждаемого и подогреваемого воздуха может быть определена по следующей формуле [16]:

Р =---, (5)

где Р - атмосферное давление, Па; Я - газовая постоянная (287),

кгК

Тепловой поток от конденсации влаги в рекуператоре можно определить по нижеследующей формуле [21]:

г/кг с. в.; йохл - влагосодержание охлажденного в рекуператоре воздуха, г/кг с. в.; сп - удельная массовая теплоемкость сухого пара (1,8068), кДж; г -

кгК

удельная теплота парообразования воды при 0 °С равна 2501кДж, 3600 - количество секунд в часу; 103 - количество миллиметров в метре.

Влагосодержание воздуха определяется по следующей формуле [17]:

. _ __ ю 5516,89(——, 1 0 ¿ = 0,77 —е 253 (273+1^, (7)

100 > \ /

где ^ - относительная влажность воздуха, %; е -основание натурального логарифма (2,72); £ - температура воздуха, °С.

Исходя из условия теплового баланса приточной и вытяжной систем определим максимально-допустимую производительность рекуператора по притоку при условии исключения кристаллизации конденсата в вытяжном канале рекуператора:

Чй =

Швы

(6)

щ = Чпр'103'3,6

пр 1,005 •Дгпр-Рпр'

(8)

где ШвЪ

3600 103

производительность рекуператора по

вытяжке, м /ч; рвыт - плотность вытяжного воздуха, кг/м3; йвн - влагосодержание воздуха в помещении,

где рпр - плотность приточного воздуха, кг/м ; А£ - температурный напор в приточном канале, °С. Результаты

пр

Полученные результаты можно вывести в виде графика зависимости производительности при-

точного канала от температуры наружного воздуха (рис. 4).

Рисунок 4 - Производительность приточного канала рекуператора в зависимости от наружной температуры

Требуемое количество рекуператоров следует подбирать из условия обеспечения необходимого воздухообмена при температуре наиболее холодной пятидневки. По данным технико-экономического обоснования возможно уточнение вышеуказанной рекомендации.

Так для секции откорма на 480 голов ООО «Псофида», расположенной в Ленинградской области, достаточно двух рекуператоров производительностью 6 000 м3/ч.

Для расчета затрат энергетических ресурсов, необходимых для отопления указанной выше секции откорма мы выполнили расчет тепло-влажностного баланса, в котором определили необходимую тепловую мощность для отопления свинарника на протяжении всего отопительного периода. Расчет тепловой мощности вели с шагом в один градус Цельсия наружной температуры начиная с температуры наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 [12].

Для расчета годового энергопотребления мы воспользовались данными о длительности стояния температур для исследуемого региона [22].

Произведение тепловой мощности для конкретной наружной температуры на длительность ее стояния является энергопотреблением. А сумма таких произведений для всего отопительного периода - годовые затраты теплоты на отопление в кВтч:

(2 = Тл=1Р1-Т1 , (9)

где - >я тепловая мощность, кВт, т^ - продолжительность стояния 1-ой температуры, ч.

При использовании системы рекуперации тепла необходимая тепловая мощность для отопле-

ния производственного помещения вычисляется как разница мощности на отопление без рекуперации тепла и тепловая мощности рекуператора при расчетной температуре. График изменения тепловой мощности рекуператора в зависимости от наружной температуры приведен на рисунке 5. Расчет значений для построения кривой осуществлен по следующей формуле:

Ш :

(10)

р _ ^ Гр.а _

3600

' Рпр.1 ' ^т ' ^тах ' VI,

где ^прх - производительность по притоку при 7-й наружной температуре, м3/ч; рпрх - плотность приточного воздуха при 7-й наружной температуре, кг/м3; Ытах = Ьвн — Ьн - максимальный температурный напор, °С; ^ - коэффициент эффективности утилизации теплоты при 7-й наружной температуре.

Предлагаемая система позволяет обеспечить снижение затрат на отопление производственных помещений. Графики годового энергопотребления для секции откорма на 480 голов с рекуперацией теплоты и без приведены на рисунке 6.

Расчет значений энергозатрат для системы утилизации теплоты с адаптивной рециркуляцией выполнен по нижеприведенной формуле:

Qр = 1ЫР1— Ррд'Ъ. (11)

Разность площадей криволинейных трапеций, изображенных на рисунке 6, отражает годовую экономию энергетических ресурсов за счет применения системы рекуперации тепла с адаптивной рециркуляцией. Согласно проведенных расчетов снижение затрат на отопление составляет 91 %.

кВт

¿г ...... 30 2 О4 ......15 10 _5

-Й- \

-30

-20

-10

10

20 Ы°С

Рисунок 5 - Тепловая мощность рекуператора в зависимости от наружной температуры

-20 -15 -10 о 0 5 10

-Энергопотребеление с рек. тепла кВт-ч Энергопотребление без рек. тепла кВт-ч

Рисунок 6 - Годовые затраты тепловой энергии на отопление с системой рекуперации тепла и без нее

Обсуждение

Полученные результаты свидетельствуют о том, что предложенный метод утилизации теплоты в отличие от системы циклического оттаивания по принципу «Рекуперация-оттаивание» обеспечивает непрерывный воздухообмен и, следовательно, более стабильный равномерный микроклимат. В то же время снижение производительности приточного канала приводит к дисбалансу производительности и предполагает снижение эффективности утилизации теплоты. Согласно графика, изображённого на рисунке 5, это влияние значительно проявляется при температурах наружного воздуха ниже -24 °С.

Касательно годовой экономии топливных ресурсов, то этот вопрос требует дополнительных исследований и обозначением предельно эффективной температурой наиболее холодной пятидневки.

В то же время наибольший экономический потенциал системы раскрывается в небольших предприятиях и на малых производственных участках (секции опороса, доращивания, хрячники). Это связано в первую очередь с тем, что рекуператоры с циклической системой оттаивания устанавливаются попарно, дабы обеспечить воздухообмен в период оттаивания второго в паре рекуператора. Система

адаптивной рециркуляции позволяет обойтись одним рекуператором требуемой производительности, что, несомненно, дешевле.

Заключение Предложенное устройство позволяет предотвратить обмерзание втяжного канала теплообменника, снижает энергозатраты на подогрев приточного воздуха, обеспечивает непрерывное и надежное функционирование в условиях различных климатических зон. Утилизатор не нуждается в дополнительной комплектации дорогостоящими устройствами предварительного подогрева приточного воздуха. Аппарат работает непрерывно и не нуждается в остановках для оттаивания, что обеспечивает более равномерный микроклимат. Плавное регулирование производительности обеспечивает необходимый воздухообмен для животных в начальный и конечный период содержания. В процессе рекуперации влага вытяжного воздуха конденсируется, часть осушенного воздуха после теплообмена направляется обратно в помещение. С конденсатом в систему канализации удаляются растворенные в нем газы (особенно хорошо растворяется аммиак), что благотворно сказывается на микроклимате помещения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. РД-АПК 1.10.02.04-12 Методические рекомендации по технологическому проектированию свиноводческих ферм и комплексов. М. : Минсель-хоз РФ. 2012. 144 с.

2. Кирсанов В. В., Симарев Ю. А., Филонов Р. Ф. Механизация и автоматизация животноводства : Учебник для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 3103 «Зоотехния». Москва, 2004. Сер. Среднее профессиональное образование. Сельское хозяйство. 398 с.

3. Кирсанов В. В., Мурусидзе Д. Н., Некраше-вич В. Ф., Шевцов В. В., Филонов Р. Ф. Механизация и технология животноводства. Учебник. Москва, 2013. Сер. Высшее образование - бакалавриат. 585 с.

4. Иванов Ю. Г., Понизовкин Д. А. Влияние параметров воздушной среды коровника на физиологические показатели животных // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2015. № 4. С.18-21.

5. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю. Курячий М. Г. Влияние параметров микроклимата на продуктивность свиней // Эффективное животноводство. 2011. № 5. С. 30-31.

6. Иванов Ю. Г., Понизовкин Д. А. Система принудительной вентиляции коровника для теплого времени года // Сельский механизатор. 2015. № 8. С. 26-27.

7. Архипцев А. В., Игнаткин И. Ю. Автоматизированная система микроклимата с утилизацией теплоты вытяжного воздуха // Вестник НГИЭИ. 2016. № 4 (59). С. 5-14.

8. Тихомиров Д. А. Энергосберегающие электрические системы и технические средства тепло-обеспечения основных технологических процессов в животноводстве : дис. ... д-ра техн. наук. М., 2015. 342 с.

9. Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г., Бондарев А. М., Путан А. А. Технологии проектирования и строительства свиноводческих комплексов в различных климатических условиях // Инновации в сельском хозяйстве. 2015. № 4 (14). С. 237-245.

10. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г. Опыт проектирования систем отопления и вентиляции на свиноводческих фермах и комплексах // Эффективное животноводство. 2011. № 6. С. 40-42.

11. Мишуров Н. П., Кузьмина Т. Н. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях: Ан. Обзор. М. : ФГНУ «Росинформагротех», 2004. 96 с.

12. Юдаев Б. Н. Теплопередача : Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. школа, 1981. 319 с.

13. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г., Бондарев А. М. Рекуперация теплоты в свиноводстве // Эффективное животноводство. 2015. № 9 (118). С. 40-41.

14. Игнаткин И. Ю., Бондарев А. М., Курячий М. Г., Путан А. А., Архипцев А. В. Опыт внедрения системы рекуперации тепла вентиляционного воздуха в систему поддержания микроклимата в свинарнике ООО «Фирма «Мортадель» // Инновации в сельском хозяйстве. 2014. № 4 (9). С.256-261.

15. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г. Ресурсосберегающая система отопления и вентиляции // Эффективное животноводство. 2011. № 9. С. 42-44.

16. ООО АгороПроектИнвест [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.agroproj.ru/ articles/engene2.html (дата обращения 26.07.2016).

17. Игнаткин И. Ю. Анализ эффективности применения рекуператоров теплоты УТ-6000С, УТ-3 0 0 0 в системе микроклимата секции откорма на 300 голов свинокомплекса «Фирма Мортадель» // Вестник ВНИИМЖ. 2015. № 1 (17). С. 107-111.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

18. Игнаткин И. Ю. Оценка эффективности рекуперации теплоты в свинарнике-откормочнике ООО «Фирма Мортадель» // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина» 2016. № 1 (71). С.14-20.

19. Игнаткин И. Ю., Казанцев С. П. Рекуператор теплоты для свиноводческого комплекса // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2013. № 4. С. 17-18.

20. Юдаев Б. Н. Теплопередача : Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. школа, 1981. 319 с., ил.

21. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная версия. СНиП 23-01-99*. Минрегион России. М., 2012.

22. Строительная климатология. Справочное пособие к СНиП 23-01-99*. НИИ строительной физики РААСН. М., 2006.

REFERENCES

1. RD-APK 1.10.02.04-12 Metodicheskie rek-omendatsii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu svinovodcheskikh ferm i kompleksov (Guidelines for technological design of pig farms and complexes). M. : Minsel'khoz RF, 2012, 144 p.

2. Kirsanov V. V., Simarev Yu. A., Filonov R. F. Mekhanizatsiya i avtomatizatsiya zhivotnovodstva (Mechanization and automation of livestock). Uchebnik dlya studentov obrazovatel'nykh uchrezhdeniy srednego professional'nogo obrazovaniya, obuchayushchikhsya

po spetsial'nosti 3103 «Zootekhniya», Moskva, 2004, Ser. Srednee professional'noe obrazovanie. Sel'skoe khozyaystvo. 398 p.

3. Kirsanov V. V., Murusidze D. N., Ne-krashevich V. F., Shevtsov V. V., Filonov R. F. Mek-hanizatsiya i tekhnologiya zhivotnovodstva (Mechanization and technology of animal husbandry). Uchebnik. Moskva, 2013, Ser. Vysshee obrazovanie, bakalavriat. 585 p.

4. Ivanov Yu. G., Ponizovkin D. A. Vliyanie par-ametrov vozdushnoy sredy korovnika na fiziologiches-kie pokazateli zhivotnykh (Influence of parameters of the air environment of the barn on physiological parameters of animals), Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva. 2015, № 4. pp. 18-21.

5. Il'in I. V., Ignatkin I. Yu. Kuryachiy M. G. Vliyanie parametrov mikroklimata na produktivnost' sviney (The influence of microclimate parameters on the productivity of pigs), Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2011, № 5, pp. 30-31.

6. Ivanov Yu., Ponizovkin D. A. Sistema prinudi-tel'noy ventilyatsii korovnika dlya teplogo vremeni goda (Forced ventilation system of the barn for the warm time of the year), Sel'skiy mekhanizator. 2015, № 8, pp.26-27.

7. Arkhiptsev A. V., Ignatkin I. Yu. Avtoma-tizirovannaya sistema mikroklimata s utilizatsiey tep-loty vytyazhnogo vozdukha (Automated microclimate system with heat recovery of exhaust air), Vestnik NGIEI. 2016, № 4 (59), pp. 5-14.

8. Tikhomirov D. A. Energosberegayushchie el-ektricheskie sistemy i tekhnicheskie sredstva teploo-bespecheniya osnovnykh tekhnologicheskikh protsessov v zhivotnovodstve (Energy saving electrical systems and technical means of heating the main technological processes in animal husbandry) : dis. ... d-ra tekhn. nauk. M., 2015. 342 p.

9. Ignatkin I. Yu., Kuryachiy M. G., Bonda-rev A. M., Putan A. A. Tekhnologii proektirovaniya i stroitel'stva svinovodcheskikh kompleksov v razlich-nykh klimaticheskikh usloviyakh (Technology the design and construction of pig farms in various climatic conditions), Innovatsii v sel'skom khozyaystve. 2015, № 4 (14), pp. 237-245.

10. Il'in I. V., Ignatkin I. Yu., Kuryachiy M. G. Opyt proektirovaniya sistem otopleniya i ventilyatsii na svinovodcheskikh fermakh i kompleksakh (Experience of designing of systems of heating and ventilation systems on pig farms and complexes), Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2011. № 6. pp. 40-42.

11. Mishurov N. P., Kuz'mina T. N. Energos-beregayushchee oborudovanie dlya obespecheniya mikroklimata v zhivotnovodcheskikh pomeshcheniyakh (Energy-saving equipment for microclimate in livestock buildings): An. Obzor. M. : FGNU «Rosinforma-grotekh», 2004. 96 p.

12. Yudaev B. N. Teploperedacha (Heat transfer) : Uchebnik dlya vuzov., 2-e izd., pererab. i dop., M. : Vyssh. shkola, 1981, 319 p.

13. Il'in I. V., Ignatkin I. Yu., Kuryachiy M. G., Bondarev A. M. Rekuperatsiya teploty v svinovodstve (Recovery of heat in the pig), Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2015. № 9 (118). pp. 40-41.

14. Ignatkin I. Yu., Bondarev A. M., Kuryachiy M. G., Putan A. A., Arkhiptsev A. V. Opyt vnedreniya sistemy rekuperatsii tepla ventilyatsionnogo vozdukha v sistemu podderzhaniya mikroklimata v svinarnike OOO «Firma «Mortadel'» ((Experience of introduction of system of heat recovery of ventilation air into the system maintaining the microclimate in a pigsty, OOO «Firm «Mortadel»)), Innovatsii v sel'skom khozyaystve. 2014. № 4 (9). pp. 256-261.

15. Il'in I. V. Ignatkin I. Yu., Kuryachiy M. G. Resursosberegayushchaya sistema otopleniya i venti-lyatsii (Resource-saving system of heating and ventilation), Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2011. № 9. pp.42-44.

16. OOO AgoroProektInvest [Electronniy resurs]. Redgim dostupa: http://www.agroproj.ru/ article s ,engene2.html (data obrashcheniya 26.07.2016).

17. Ignatkin I. Yu. Analiz effektivnosti prime-neniya rekuperatorov teploty UT-6000S, UT-3000 v sisteme mikroklimata sektsii otkorma na 300 golov svinokompleksa «Firma Mortadel'» (The analysis of efficiency of use of recuperators of heat UT-6000S, UT-3000 in the system of the microclimate of the section on feeding 300 head of pig «Firm Mortadel»), Vestnik VNIIMZh. 2015. № 1 (17). pp. 107-111.

18. Ignatkin I. Yu. Otsenka effektivnosti rekuper-atsii teploty v svinarnike-otkormochnike OOO «Firma Mortadel'» (Evaluation of the efficiency of heat recovery in the sty-the feed yard LLC, «Firm Mortadel»), Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obra-zovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya «Moskovskiy gosudarstvennyy agroin-zhenernyy universitet imeni V. P. Goryachkina». 2016. № 1 (71). pp. 14-20.

19. Ignatkin I. Yu., Kazantsev S. P. Rekuperator teploty dlya svinovodcheskogo kompleksa (The heat exchanger of the heat for a pig-breeding complex), Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva. 2013. № 4. pp. 17-18.

20. Yudaev B. N. Teploperedacha (Heat transfer) : Uchebnik dlya vuzov. 2-e izd., pererab. i dop. M. : Vyssh. shkola, 1981, 319 p., il.

21. SP 131.13330.2012 Stroitel'naya klimatologi-ya (Building climatology). Aktualizirovannaya versiya. SNiP 23-01-99*. Minregion Rossii. M., 2012.

22. Stroitel'naya klimatologiya (Building climatology). Spravochnoe posobie k SNiP 23-01-99*. NII stroitel'noy fiziki RAASN. M., 2006.

Дата поступления статьи в редакцию 30.08.2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.