CC BY
134
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бацанов И.Н., Лукьяненков И.И. Уборка и утилизация навоза на свиноводческих комплексах. - М.: Россельхозиздат, 1977.
2. Марцулевич И.А. Определение объема осадочной зоны от-
стойника жидкого свиного навоза// Вопросы технологии, механизации, электрификации и автоматизации производства кормов и продуктов животноводства: Научные труды. - Вып. 26. - Л.:
НИПТИМЭСХ НЗ, 1978. - С. 70-73.
3. Афанасьев В.Н., Марцулевич И.А. Исследование процесса разделения навоза в радиальном отстойнике // «Технология и механизация заготовки кормов и работ на животноводческих фермах»: Сб. науч. тр. - Л.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1979. - С. 74-77.
Получено 23.04.01.
УДК 631.371:621.311
Н.П. КОЗЛОВА, канд. техн. наук;
Н.В. МАКСИМОВ, канд. техн. наук
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Приведен краткий анализ состояния вопроса и сформулированы требования к разработкам энергоэффективных технических средств для обеспечения экологически безопасной среды обитания на объектах по производству животноводческой продукции
В настоящее время в связи с наметившимся ростом объемов реконструкции и нового строительства появляется востребованность разработок по оптимизации систем обеспечения микроклимата (СОМ) животноводческих помещений.
105
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
Анализ состояния вопроса свидетельствует о необходимости пересмотра подходов к проблеме на всех этапах создания и эксплуатации СОМ. При создании СОМ животноводческих помещений следует учитывать следующие их особенности, обусловливающие необходимость комплексного, системного подхода:
- в большинстве типов помещений оптимизация среды обитания животных обеспечивает технологический эффект, т.е. повышение продуктивности животных;
- системы обеспечения микроклимата являются одними из наиболее энергоемких и по разным оценкам затраты на микроклимат при традиционном подходе могут составлять до 80 % всех энергозатрат на ферме;
- вентиляционные выбросы животноводческих помещений - источник загрязнения воздушной среды. В локальном масштабе это проявляется в наличии специфических запахов, опасности распространения патогенной флоры. В глобальном масштабе - в усилении парникового эффекта, обусловленного выбросом в атмосферу многоатомных газов [1].
Животноводческие помещения как объекты вентиляции различаются по требованиям к параметрам микроклимата и характеру тепловлажностной нагрузки. Среди животноводческих объектов имеются помещения с избытком теплоты и влаги и помещения с дефицитом теплоты во все периоды года; различают помещения с постоянной и переменной тепловлажностной нагрузкой.
Требования к основным показателям среды обитания животных в настоящее время определяются Нормами технологического проектирования [2, 3], разработанными более 10 лет назад. Номенклатура оборудования, применяемого в СОМ животноводческих помещений, построенных, как правило, по типовым проектам, весьма разнообразна - это и общепромышленные вентиляторы, и теплообменники, и приточные тепловентиляционные установки серии КПС. Схемы управления - типовые.
Проведенные нами многочисленные обследования показали, что состояние СОМ в большинстве животноводческих помещений хозяйств Северо-Западной зоны неудовлетворительно, что является следствием ряда обстоятельств.
106
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
1) . Несовершенство ограждающих конструкций и технологии содержания животных. Очевидно, что в неутепленном помещении и при нерегулярной уборке навоза самая совершенная СОМ не сможет обеспечить нормируемый микроклимат. Для получения максимального эффекта от СОМ необходимо уменьшить выделения вредностей, особенно от смоченных поверхностей и навозных каналов, усовершенствовать ограждающие конструкции с целью уменьшения теплопотерь.
2) . Проектные решения по вентиляции не оптимальны с точки зрения энергозатрат. Практически во всех зданиях завышены значения воздухо- и теплопроизводительности вентиляционных установок, завышена площадь нагрева водяных калориферов, что даже при хорошем источнике теплоснабжения приводит к замораживанию теплообменников и делает систему неработоспособной [4].
3) . Низкое качество строительства и уровень эксплуатации. На многих объектах СОМ не используются с момента пуска в эксплуатацию и постепенно приходят в негодность. На всех объектах не проводились пуско-наладочные работы. Работающие системы, как правило, эксплуатируются в режимах, отличных от проектных, не говоря об оптимальных.
Специализированное отопительно-вентиляционное оборудование для обеспечения микроклимата животноводческих помещений до 1990 года производилось в разных республиках бывшего Союза; основной недостаток оборудования, выпускаемого ранее, низкая надежность. Техническая политика по созданию отечественного оборудования для микроклимата заключалась в воспроизводстве в наших условиях зарубежного оборудования. Так обстояло дело с комплектом осевых вентиляторов, которые трансформировались в комплекты "Климат", а затем с отопительно-вентиляционными агрегатами с центробежными вентиляторами типа КПС (прототипом для них служило оборудование итальянской поставки).
СОМ животноводческих помещений традиционно считаются наиболее подготовленными к автоматизации; первые микропроцессорные системы управления разрабатывались именно для СОМ свинарников и птичников. Однако при наличии многих интересных экспериментальных систем из-за серьезного отставания в элементной
107
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
базе серийные системы управления микроклиматом уступали зарубежным образцам.
Поскольку создание собственного конкурентоспособного оборудования возможно только на основе высокой технологии и требует значительных вложений, как в производство, так и в науку, в экспериментальную базу, в ближайшее время при разработке новых систем придется ориентироваться на общепромышленное оборудование.
В работах СЗНИИМЭСХ по исследованию СОМ как объекта вентиляции и автоматизации, использованы подходы к проблеме, разработанные в трудах Гримитлина М.И., Рымкевича А.А., Успенской Л.Б, Сотникова А.Г.и др. Они трансформированы применительно к нашим объектам и возможностям имеющейся вычислительной техники.
Исследования показали, что СОМ животноводческих помещений как управляемый объект является многофакторным, с перекрестными связями, нелинейным, с переменными параметрами и структурой. Для получения исходных данных, необходимых для принятия решений на различных стадиях создания СОМ, разработана методика исследований СОМ с теплоутилизацией на основе цифровой модели, реализованная в виде программы для ПЭВМ [5].
В разработанной модели СОМ регулируемые параметры -температура и влажность; управляющие воздействия - количество теплоты и количество воздуха, подаваемых в помещение. Исходными данными для расчетов являются: параметры наружного воздуха в виде таблицы сочетаний его температуры, влажности и продолжительности периодов с этими сочетаниями в течение года; требуемые параметры внутреннего воздуха; тепло- и влаговыделения животных; характеристика помещения; режим работы СОМ. Результатом расчетов являются все параметры, характеризующие моделируемую СОМ, и в том числе значения мгновенных и годовых энергозатрат, длительность отклонения параметров микроклимата от оптимальных значений. Особенностью алгоритма расчета является выбор наименьших расходов тепла и воздуха для каждого сочетания исходных данных. Динамические характеристики СОМ исследовали, получая передаточные функции объекта по каналам управления методом активного
108
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
и пассивного эксперимента. Выходы работ по автоматизации СОМ -системы управления с использованием как релейной, так и микропроцессорной техники, реализующие режимы наименьших энергозатрат во всем диапазоне изменения наружного климата, массы и возраста животных. На основании разработанной модели исследованы режимы работы СОМ помещений для содержания КРС и свиней с различным характером тепло-влажностной нагрузки при обосновании комплекта оборудования с утилизацией теплоты [6,7,8].
Исследования режимов работы при помощи разработанной методики показывают, что все технические решения по созданию конкретной СОМ должны приниматься для каждого конкретного случая в зависимости от сочетания исходных данных на основании технико-экономического сравнения вариантов по энергетическим и экологическим критериям.
При возобновлении работ по микроклимату животноводческих помещений и на фоне существенного прогресса, как в оборудовании, так и в элементной базе систем автоматики и управления, имеется опасность повторения всех прежних ошибок. Поэтому становится актуальной задача преобразования на современном уровне имеющегося научного задела в пакет материалов, необходимых на различных этапах функционирования СОМ - обследование, выбор, расчет и подбор оборудования; проект; изготовление; монтаж; наладка; рекомендации по эксплуатации, и разработка, таким образом, современных научных основ создания энергоэффективных технических средств для обеспечения экологически безопасной среды обитания на объектах по производству животноводческой продукции. Такая постановка задач исследований является развитием идеи создания «умных» «зеленых» зданий применительно к животноводческим помещениям.
Результаты исследований показывают, что в перспективе при проведении НИР и при текущей разработке конкретных проектов должны реализовываться следующие пути снижения воздухообменов и энергозатрат в СОМ животноводческих помещений:
- оптимизация технологии содержания животных с целью уменьшения вредных выделений;
109
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
- оптимизация теплотехнических характеристик ограждающих конструкций;
- обоснование исходных данных для расчетов систем, обоснование значений минимально необходимых воздухообменов, совершенствование нормирования;
- подбор воздухопроизводительности оборудования по результатам расчетов систем во всем диапазоне изменения тепловлажностной нагрузки и наружных климатических условий;
- обеспечение при помощи алгоритма работы системы управления микроклиматом минимально необходимого воздухообмена для каждого сочетания исходных данных для каждого момента времени;
- снижение значений расчетных воздухообменов за счет применения средств очистки и осушки внутреннего воздуха;
- утилизация теплоты внутреннего воздуха.
Совершенствование нормирования параметров воздушной среды при создании СОМ - одно из важнейших направлений работ. Некоторые требования к параметрам среды действующих «Норм технологического проектирования», непоследовательны. Так, расчетные параметры определены для «холодного» и «переходных» периодов года; указаний по определению границ между периодами нет. В существующих ОНТП отсутствуют данные, необходимые для обоснования технических решений - нет данных по потерям, к которым приводят отклонения параметров от заданных. Существующие «Нормы...» основываются на предпосылках создания комфорта для животных, требования к среде обитания человека не учитываются.
Буквальное следование «Нормам.» приводит к завышению расчетных расходов воздуха и значений теплоты и соответственно производительности оборудования. Так, например, расчеты показали, что для условий Архангельской области допущение снизить кратковременно расчетную температуру в коровнике до 5,5 0С и повысить относительную влажность до 85 % позволяет снизить мощность дополнительного нагрева на 30 %, а годовые энергозатраты снизить втрое. Величина экономии за счет оптимизации воздухообмена зависит от сочетания конкретных исходных данных; энергозатраты на микроклимат при этом могут быть снижены в 2-3 раза по сравнению с существующими типовыми проектными решениями.
110
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
При условии стабилизации экономики рынок сбыта для СОМ практически неограничен, т.к. они должны использоваться как при новом строительстве, так и при реконструкции во всех типах помещений для содержания животных. По самым скромным расчетам -потенциальный спрос не менее 2000 комплектов в год для СевероЗападной зоны. В основном, это объекты с высокой общей культурой производства и интенсивной технологией содержания животных, в которых отсутствие механической вентиляции может привести к гибели животных или резкому снижению продуктивности - птичники и свинарники, здания для молодняка КРС, коровники для высокопродуктивного стада. До сих пор живуч миф о том, что в коровниках для нашей зоны СОМ не нужны. На самом деле, для КРС термонейтральная зона довольно широкая (+5оС...+20оС), при низких надоях плохой микроклимат не влияет на экономические показатели. При этом не учитывается значение микроклимата для сохранения здоровья обслуживающего персонала, сохранности и увеличения срока службы ограждающих конструкций и технологического оборудования. При высокопродуктивном стаде - задача создания оптимальной среды обитания в коровниках становится не только актуальной, но и даст ощутимый экономический эффект. Следует отметить, что и естественная вентиляция, достаточная для ряда объектов, требует квалифицированной эксплуатации; перспективны разработки систем управления, оптимизирующих режимы работы системы естественной вентиляции путем изменения сечений приточных и вытяжных каналов, степени догрева.
СЗНИИМЭСХ разрабатывает предложения по созданию энергоэффективных СОМ при реконструкции животноводческих зданий на основании технико-экономического сравнения вариантов, используя требования комплексного подхода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Максимов Н.В., Скуратов В.Б. Организация воздухообмена в свинарниках-откормочниках промышленного типа// Животноводству - промышленную основу: Сб. науч.тр. - М: ВАСХНИЛ, 1978, с.32-35.
111
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
2. Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота, ОНТП.1-89.- М.: ГОСАГРОПРОМ; 1989.
3. Общесоюзные нормы технологического проектирования свиноводческих предприятий, ОНТП 2-85 - М.: ГОСАГРОПРОМ;
1986.
4. Козлова Н.П., Перцева И.Б., Цивилев А.Ю. Сокращение запаса поверхности нагрева водяных калориферов в системе обеспечения микроклимата// Интенсификация механизации работ в кормопроизводстве и животноводстве Нечерноземной зоны РСФСР: Сб. на-уч.тр. -Л., НИПТИМЭСХ НЗ, 1998. - Вып. 53. - С. 121-126.
5. Козлова Н.П., Валге А.М., Скуратов В.Б. и др. Методические рекомендации по расчету режимов работы отопительновентиляционных систем животноводческих ферм и комплексов. - Л.,
1987. - 53с.
6. Козлова Н.П., Скуратов В.Б., Максимов Н.В. и др. Обеспечение микроклимата в свинарниках-откормочниках: Методические рекомендации. - Л.1987. - 40с.
7. Максимов Н.В., Козлова Н.П. Энергосбережение в системах обеспечения микроклимата животноводческих помещений// Шестой съезд Ассоциации инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционирования воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике: Сборник докладов. Часть II. - СПб., 1998. - С. 199-204.
8. Козлова Н.П., Максимов Н.В., Скуратов В.Б. Теплообменник-утилизатор в системах обеспечения микроклимата животноводческих помещений//: Совершенствование технологических процессов и технических средств в кормопроизводстве и животноводстве: Сб. науч.тр. -СПб.: СЗНИИМЭСХ, 1998. - Вып.68. - С. 144-159.
Получено 10.04.01.
112
