CC BY
0М.П. Калашников, д-р техн. наук, e-mail: kmp02@rambler.ru А.В. Ванников, аспирант Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 628.8: 631.2
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В КАРТОФЕЛЕХРАНИЛИЩЕ ПРИ КОНТЕЙНЕРНОМ СПОСОБЕ ХРАНЕНИЯ
Проанализированы аэродинамические и теплофизические недостатки систем общеобменной вентиляции при контейнерном хранении сочного растительного сырья. Основным путем повышения функциональной надежности систем обеспечения микроклимата является переход на хранение с применением систем активной вентиляции. Приведена оценка экономической эффективности строительства новых и реконструкции существующих хранилищ, показана равнозначность понятий «капиталовложения» и «инвестиции» для таких сооружений.
Ключевые слова: сочное растительное сырье, хранение, эффективность систем вентиляции, капитальные и эксплуатационные затраты.
M.P. Kalashnikov, Dr. Sc. Engineering, Prof.
A.V. Vanchikov, P.G.
ECONOMIC EFFICENCY OF AIR DISTRIBUTION IN POTATO STOREHOUSE WITH THE USE OF CONTAINERS
The article reveals the analysis of the aerodynamic and thermal drawbacks of general ventilation systems in the storage of succulent plant materials with the use of containers. The main way of increasing the reliability of the storage systems microclimate is to use active ventilation. An assessment of the economic efficiency of the construction of new storehouses and reconstruction of existing ones, the equivalence of the concepts of " capital spending" and "investments" for such facilities are given in the article.
Key words: succulent vegetable raw materials, storage, efficiency of ventilation systems, capital and operating costs.
Общеобменная механическая вентиляция (рис. 1) широко применяется в картофелехранилищах при укладке продукции в контейнеры и планчатые ящики. Однако она не имеет значительного распространения, так как нормируемые параметры воздуха поддерживаются в объеме хранилища, а не в массе плодоовощной продукции. Нами установлено, что формирование параметров микроклимата в контейнерах осуществляется за счет естественной конвекции и теплопроводности. При этом температура продукции в контейнерах выше на 1,22,3 °С температуры окружающего воздуха, а величина относительной влажности составляет не менее 98-100%. Картина циркуляции вентиляционного воздуха характеризуется тем, что 70-90% его проходят в пространстве между контейнерами и чрезвычайно незначительно внутри продукции. Отсюда следует, что общеобменная вентиляция при контейнерном хранении неэффективна с точки зрения управления микроклиматом в массе продукции.
В России при непрерывном режиме работы общеобменной вентиляции за основу расчета принята кратность воздухообмена: к = 6-8 ч - в период «осушка поверхности», к=8-12 ч - в период охлаждения, к = 4-6 ч - в основной период хранения. Это объясняется тем, что отсутствует методика оптимизации удельных расходов воздуха для систем общеобменной вентиляции картофелехранилищ. Рекомендуемые значения удельных расходов воздуха различаются в большом диапазоне, так, в Германии Lnp, м /(т-ч), составляет 15-20, в Англии - 36-38, в Болгарии - 50-60, но значительно больше в Чехословакии - 100-150, и в Голландии - 150-2000.
Рис 1. Стационарные хранилища для плодоовощной продукции: а - с общеобменной вентиляцией; б - с активной вентиляцией; 1 - продукция; 2 - приточные воздуховоды; 3 - вытяжная шахта; 4 - контейнер с продукцией; 5 - вентилятор; 6 - воздушно-отопительный агрегат; 7 - оборудование для обработки наружного воздуха; 8 - рециркуляционный воздуховод; 9 - вытяжной воздуховод; 10 - вытяжная шахта; 11 - перфорированный напольный настил
Рис 2. Варианты размещения контейнеров:
а - складирование с подачей воздуха через крупногабаритные отверстия в полу; Ь - П-образное складирование; с - складирование с технологическим колодцем; d - П-образное встречное
складирование; 1 - крупногабаритное отверстие; 2 - воздухораспределитель; 3 - технологический проход (колодец); 4 - контейнер
Для рационального использования подаваемого воздуха в хранилищах контейнерного типа при раздаче воздуха «снизу вверх» и струями «сверху вниз» под воздухораспределителем в штабеле должен быть колодец или технологический проход (проезд) (рис. 2). При складировании плодоовощной продукции в контейнерах, в хранилище непосредственно за грузовой дверью необходимо предусматривать свободную площадку не менее 3,5 х 3,5 м.
Достаточного распространенная в различных регионах России схема воздухораспреде-ления естественного приточного воздуха в верхнюю или среднюю зону «сверху вверх» при естественной вытяжной вентиляции из верхней зоны имеет значительный недостаток - неравномерное обдувание контейнеров воздухом, что вызывает перепад температуры в гори-
о о
зонтальной плоскости до 1,8 С, а в вертикальной свыше 3,2 С (рис. 3). Поэтому в настоящее время получает практическое применение для картофелехранилищ контейнерного типа механическая приточно-вытяжная вентиляция с подачей воздуха по схемам «снизу вверх» или «сверху - вниз» (рис. 1 а). Приточный воздуховод, обеспечивающий равномерную раздачу вентиляционного воздуха в свободное пространство между полом и перфорированным напольным настилом (подпольный канал), располагается внизу (у пола), вытяжной - под перекрытием хранилища (рис. 1 б). При массовом хранении сочной растительной продукции в контейнерах принципиально возможно применение горизонтальных схем продувки (рис. 2).
Контейнерный способ экономически оправдан при хранении на городских базах в случае многократной оборачиваемости контейнеров и доставки продукции на большие расстояния с неоднократными перевалками. В местах производства целесообразно хранить 25-30 % картофеля. Остальной нужно доставлять в районы потребления осенью. По нашему мнению, хранение в местах производства можно осуществлять силами фермерских хозяйств, товариществ и заготовительных агрофирм.
Применение естественной вентиляции при хранении СРП с экономической точки зрения выгодно, так как не требуется значительных капитальных вложений на ее устройство. Вместе с тем потери продукции при хранении достигают значительных размеров (до 40%). Несмотря на неперспективность применения естественной вентиляции при хранении СРП, необходимость изучения закономерностей формирования параметров микроклимата в насыпи при естественной конвекции диктуется тем, что последняя является одним из определяющих факторов, влияющим на режимы работы систем кондиционирования микроклимата плодоовощехранилищ.
В заполненном картофелем хранилище контейнерного типа объемом 5040 м3 (70 х 12 х 6 м) производительность механической приточно-вытяжной системы вентиляции составит при Кр = 10 ч 1 около 50 400 м3/ч, при Кр = 5 ч 1 в пределах 25 200 м3/ч. В первом случае скорость воздуха между контейнерами равна 0,27 м/с, во втором - около 0,14-0,18 м/с, а скорость в межклубневом пространстве контейнеров, соответственно, около 0,024 и 0,019 м/с, т.е. устойчивое движение воздуха в контейнерах отсутствует.
Расстояние ло боковых стенок закрома, мм Рис. 3. Формирование температурного поля Рис. 4. Схема активной вентиляции контейнеров:
в массе картофеля в контейнере 1 - приточная вентиляционная камера; 2 - воздуховод
нагнетания; 3 - приточное отверстие; 4 - воздухораспределительная полость; 5 - контейнер
Необходимо констатировать, что вышеприведенные скорости воздуха в загруженных картофелем контейнерах при механической приточно-вытяжной вентиляции меньше необходимых для поддержания температурных параметров воздушной среды в контейнерах. В результате натурных исследований в контейнере, заполненном картофелем, зафиксирована зона повышенных температур воздуха (рис. 3). Можно сделать вывод о практической неэффективности управления параметрами формирования микроклимата в массе картофельной продукции контейнеров путем регулирования скорости фильтрации и увеличения кратности воздухообмена. Преодоление этого недостатка возможно при изменении конструкции системы активной вентиляции, формы штабеля контейнеров с продукцией или разработки контейнеров более совершенной конструкции. В нашей стране контейнеры имеют квадратную форму и практически одинаковую высоту (0,74-0,87 м). Расстояние между деревянными
планками в боковых стенках назначается в пределах 15-25 мм. Количество рядов контейнеров по высоте обычно составляет 5-6.
Для рационального использования подаваемого воздуха в хранилищах контейнерного типа при раздаче воздуха «снизу вверх» и струями «сверху вниз» под воздухораспределителем в штабеле должен быть колодец или технологический проход (см. рис. 2).
В ряде стран Европы широко используются контейнеры не с решетчатыми, а с плотными воздухонепроницаемыми стенками и двойным (решетчатым и сплошным) дном. Помещение оборудуют проходными вентиляционными воздуховодами, которые размещают у стен на всю их высоту. В стенках воздуховодов устраиваются отверстия, совпадающие со щелями между сплошным и решетчатым дном контейнеров. Контейнеры устанавливаются впритык к воздуховодам. Воздух через щели в решетчатом дне поступает в контейнеры и удаляется через специальные зазоры в стенках (рис. 4), т.е. происходит активная горизонтальная вентиляция продукции в контейнере. В нашей стране все большее распространение получает использование принципа работы систем активной вентиляции при контейнерном хранении по следующей схеме. Контейнеры со сплошными боковыми стенками и решетчатым дном устанавливаются в штабель над специальным воздухораспределяющим отверстием в полу. При подаче воздуха осуществляется охлаждение всего штабеля контейнеров.
Тепловой баланс контейнерных хранилищ и необходимость подогрева наружного приточного воздуха для поддержания расчетной внутренней температуры ^ определяется, согласно методике, как для любого производственного сельскохозяйственного здания с учетом условной температуры наружного воздуха, начиная с которой необходимо нагревать приточный воздух в холодный период года.
Удельные капитальные затраты Кхр, руб./т снижаются с увеличением вместимости хранилищ:
КЩ)=АО-°'26, (1)
где А - удельные нормы затрат на хранение продукции; О - вместимость хранилищ.
Оценка удельного годового экономического эффекта строительства контейнерных и навальных хранилищ, оборудованных системами активной вентиляции, основывается на составлении приведенных затрат:
(2)
где Схр - удельные эксплуатационные расходы, руб./(т-год); Ен = 0,10.. .0,12 - нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, 1/год.
Удельные эксплуатационные затраты Схр включают стоимость естественной убыли и абсолютного отхода плодоовощной продукции в процессе хранения. Повышение сохранности продукции способствует, помимо уменьшения потерь, другим положительным социальным эффектам, величину которых учтем величиной удельного суммарного социально-экономического эффекта Эп, руб./(т-год):
Пхр=Схр-Эп+Ен-К^ (3)
Определение удельного годового экономического эффекта от реконструкции, если она направлена только на повышение качества хранения (дополнительная вместимость хранилища не может быть получена), ведется сравнением с показателями хранилища до реконструкции:
=^2-[(СХр1-СХр2) + Рп2 (4)
где А2 - удельная масса сохраненной продукции относительно базового варианта, т/т; Эп2 и Эп1 - соответственно, удельный экономический эффект после реконструкции и по базовому варианту, руб./(т-год); Крек - удельные капитальные затраты на реконструкцию, руб./т.
Общий годовой экономический эффект Э2общ, руб./год, от повышения степени сохранности продукции равен:
общ . (5)
Когда реконструкция сопровождается увеличением вместимости хранилищ, удельная эффективность Э1, руб./(т-год), определяется по формуле:
Э1=(Схр1-А-Схря)-(\ + А1)-А2-Схр2 + (\ + А1)-(Э^-Эи1) + Ея-(А1-Кхря + Крек), (6)
где А1 = АО / О - удельный прирост емкости при реконструкции, т/т; Схр.н - удельная себестоимость хранения в реконструированных хранилищах, руб./ (т-год); Кхр.н - удельные капитальные затраты на строительство новых хранилищ удельной емкостью АО, руб./т.
Общий годовой экономический эффект Э1общ, руб./год от повышения надежности хранения картофеля и овощей и увеличения вместимости хранилищ в результате реконструкции составляет:
Э1о0щ=ЭгО. (7)
Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, Т, лет, на реконструкцию хранилищ при отсутствии и наличии увеличения емкостей хранилищ, соответственно:
т = кд/л2-о-сзак; т = кд/(1+А1)-А2-о-сзак, (8)
где Кд - сумма дополнительных капитальных вложений на реконструкцию, руб. Закупочная цена Сзак, руб./т, на хранящуюся продукцию повышается в течение периода хранения.
Широкое использование критерия приведенных П обусловлено простой и наглядной формой его представления. В плановой экономике он был единственным критерием, в основу которого был заложен нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных вложений Т или обратная величина Е = 1 / Т. В рыночных условиях, при замене понятия «капиталовложения» на более широкое «инвестиции», использование критерия приведенных затрат оправданно [9] при условии замены коэффициента эффективности капитальных вложений Е в прежнем понимании на коэффициент бездисконтной эффективности Еэ = 1 /Тэ.
В зависимости от использования дохода, полученного после окупаемости инвестиций, величина коэффициента эффективности определяется по следующим формулам:
Еэ1 = г/(\-е(-~г-Т'«>); (9)
в случае капитализации дохода, т.е. изъятия его из оборота и наращивания:
Еэ2 - ге{~г'т™) -1), (10)
где г - расчетная норма дисконта, 1/год; Ток - предельный срок окупаемости инвестиций, год.
В таблице приведены величины Еэ, 1/год, при различных значениях г и предельного срока окупаемости Ток, год.
Таблица
Значения коэффициента эффективности Еэ1
г Значения Еэ1 для различных величин срока окупаемости Ток, год
1 2 3 4 5 7 9 11 13
0,05 1,03 0,53 0,36 0,28 0,23 0,17 0,14 0,12 0,11
0,10 1,05 0,55 0,39 0,30 0,25 0,20 0,17 0,15 0,14
0,15 1,08 0,58 0,41 0,33 0,28 0,23 0,20 0,19 0,158
Как видно из таблицы, при разумных сроках окупаемости производственных сельскохозяйственных зданий (более 9-10 лет) методика расчета по зависимости (2) пригодна как по понятию «капиталовложения», так и по понятию «инвестиции».
Заключение
Перспективным путем повышения эффективности систем обеспечения параметров микроклимата при контейнерном и навальном хранении сочного растительного сырья является переход от систем общеобменной механической к системам активной вентиляции продукции. Показана однозначность оценки удельной годовой экономической эффективности при строительстве, реконструкции и эксплуатации хранилищ, оборудованных системами активной вентиляции, по приведенным затратам и с использованием понятия чистого дисконтного дохода.
Библиография
1. Калашников М.П. Обеспечение параметров микроклимата для хранения картофеля и овощей в условиях резкоконтинентального климата. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 1999. - 235 с.
2. Самарин О.Д. Вопросы экономики в обеспечении микроклимата зданий.- М.: Изд-во МГСУ; Изд-во АСВ, 2011. - 127 с.
3. ОНТП 6-86. Общесоюзные нормы технологического проектирования зданий и сооружений для хранения и переработки картофеля и плодоовощной продукции. - М.: Минплодоовощхоз СССР, 1985. - 40 с.
4. Бодров В.И., БодровМ.В., Ионычев Е.Г. и др. Микроклимат производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений. - Н. Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2008. - 623 с.
5. Дмитриев, A.H.fu др.]. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. - М.: Изд-во АВОК-ПРЕСС, 2005.
6. Бодров М.В. Эффективность систем обеспечения параметров микроклимата овощекартофе-лехранилищ // Вестник ВСГУТУ. - Улан-Удэ, 2011. - № 4. - С. 105-108.
Bibliography
1. Kalashnikov M.P. Ensuring microclimate parameters for storing potatoes and vegetables in extremely continental climate. - Ulan-Ude: ESSUTM Press, 1999. - 235 p.
2. Samarin O.D. The economic issues for ensuring buildings micro-climate. -M.: MSSU. ASV Publishing House, 2011. - 127 p.
3. ONTP 6-86. All-Union norms of technological design of buildings and facilities for potatoes, fruits and vegetables storage and processing. - М: USSR Minplodoovoshhoz, 1985. - 40 p.
4. Bodrov V.I., Bodrov M.V., Ionychev E.G .et al. Microclimate of industrial agricultural buildings and constructions. - N. Novgorod: NNGASU, 2008. - 623 p.
5. Dmitriev, A.N./el al.]. Management on assessing the economic efficiency of investments in energy saving measures. - M.: AVOK - PRESS Publishing House, 2005.
6. Bodrov M.V. Systems to ensure the effectiveness of microclimate parameters of potato and fruit-and-vegetable produce // ESSUTM Bulletin. - Ulan-Ude, 2011. - N 4. - P. 105-108.
