CC BY
109
05.20.02 УДК 631:628.8
ФОРМИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА КОРОВНИКА
© 2016
Растимешин Сергей Андреевич, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБНУ ВИЭСХ, Москва (Россия) Трунов Станислав Семенович, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник (ФГБНУ ВИЭСХ, Москва (Россия) Маслова Алина Алексеевна, аспирант Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, (Россия)
Аннотация. Введение. Статья посвящена охлаждению внутреннего воздуха в помещении коровника. Рассмотрены способы охлаждения внутреннего воздуха в коровниках, с целью поддержания оптимальных значений последнего.
Материалы и методы. Pазработка эффективных способов и технических средств охлаждения воздуха в коровнике и снижение расхода энергии при этом, по сравнению с существующими способами охлаждения воздуха является актуальной задачей исследований.
Для уменьшения температуры воздуха в помещении применяют различные способы охлаждения воздуха, которые условно можно разделить на пассивные и активные. Все возможные пассивные методы в основном способствуют снижению тепловой нагрузки зданий, но не обеспечивают температурных условий воздушной среды животноводческих помещений. Это обусловлено тем, что для этих целей необходимо не только максимально снизить теплопоступления в помещения, но и удалить значительное количество избыточного тепла.
К активным способам борьбы с перегревом в первую очередь, относятся интенсивная вентиляция помещений с предварительным охлаждением.
Применение активного вентилирования в зоне нахождения животных требует установки дополнительно мощных вентиляторов, требующих значительного расхода энергии, при условии, что температура внутри помещения не превышает наружную температуру.
Рассмотрен изовлажностный процесс охлаждения внутреннего воздуха в коровнике с целью поддержания оптимальных значений последнего. Обосновано применение тепловентиляторов, используемых в качестве установок для охлаждения воздуха в помещении коровника по изовлажностному процессу изменения параметров влажностного воздуха.
Заключение. Проведённые исследования показали, что применительно к коровнику наиболее приемлемым является изовлажностное охлаждение воздуха внутри животноводческого помещения, с помощью поверхностных теплообменников. В качестве охладителей внутреннего воздуха в коровнике, может быть использован водяной тепловентилятор, а в качестве хладоагента может применяться холодная вода.
Ключевые слова: изовлажностное охлаждение, коровник, оптимальные параметры, пластинчатый теплообменник, система охлаждения воздуха.
THE FORMATION OF A HEAT MODE BARN
© 2016
Rastimesina Sergey Andreevich, doctor of technical Sciences, Professor, key researcher, FSBI viesh (Moscow) Trunov Stanislav Semenovich, candidate of technical Sciences, associate professor, leading researcher (INSTITUTE viesh (Moscow) Maslova Alina Alekseevna, graduate student Nizhniy Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino (Russia)
Abstract. Introduction. The article is devoted to the cooling of the internal air of the barn. The methods of cooling internal air in barns, for the purpose of maintaining the optimal values of the latter.
Materials and methods. Development of effective methods and technical means for cooling the air in the barn and reduced power consumption when compared with existing methods of cooling air is an important task of research.
To reduce the temperature of the air in the room using various methods of cooling air, which can be divided into passive and active. All possible passive techniques mainly help to reduce the heat load of buildings, but do not provide
the temperature conditions of the air environment in livestock houses. This is because for these purposes it is necessary not only to minimize heat gain in the space, but also remove significant amounts of excess heat.
Active ways of dealing with overheating in the first place, include intensive room ventilation and with preliminary cooling.
The use of active aeration in the area of finding animals requires the installation of additional fans, require significant power consumption, provided that the room temperature does not exceed the ambient temperature.
Considered soblaznenii the process of cooling internal air in the barn for the purpose of maintaining the optimal values of the latter. It justifies the use of heaters that are used as units to cool the air in the barn on solenostoma the process of changing the parameters of humid air.
Conclusion. Studies have shown that, with respect to the barn is most appropriate isoflavone cooling of the air inside the livestock building, with surface heat exchangers. As cooler indoor air in the barn may be used water heater, and the refrigerant can be used cold water.
Keywords: isoflavone cooling, the cowshed, the optimal parameters, plate heat exchanger, the cooling system
of air.
Введение
Исследуя влияние окружающей среды на продуктивность животных и расход кормов, специалисты по зоотехнике и ветеринарии пришли к выводу, что среди факторов окружающей среды температура воздуха помещения в сочетании с относительной влажностью оказывают наибольшее влияние на сохранность и продуктивность животных, а также расход кормов. Объясняется это тем, что животные чувствуют себя хорошо при той температуре окружающей среды, при которой выработанная ими теплота отводится в окружающую среду, т. е. теплопродукция организма животных равна его тепловым потерям. Установлено, что максимальная молочная продуктивность коров наблюдается при температуре воздуха в пределах от 10 до 20 °С [1, 2]. Поэтому необходимо содержать животных в помещениях с температурой воздуха, которая благоприятно воздействует на эффективность их хозяйственного использования. Этому же условию должны соответствовать и другие составляющие, входящие в понятие микроклимата животноводческих помещений (относительна влажность воздуха, газовый состав и т. д.)
[3].
Цель и задачи исследований. Вопрос охлаждения воздуха в помещениях коровников в различные периоды года до настоящего времени изучен не в полной мере. В связи, с чем на примере коровника привязного содержания были рассмотрены энергетические характеристики помещения, на основании которых можно определить структуру оборудования для создания температурно- влажностных параметров помещения и режимы работы оборудования в течение всего года. На основании проведенных исследований установлено, что режим охлаждения внутреннего воздуха в коровнике протекает достаточно длительный период времени в связи, с чем традиционные способы борьбы с перегревом воздуха в коровниках требуют уточнения. Необходимы
более эффективные с энергетической стороны и удовлетворяющие зоогигиеническим требованиям способы и установки для охлаждения внутреннего воздуха в помещении коровников.
Для уменьшения температуры воздуха в помещении применяют различные способы охлаждения воздуха, которые условно можно разделить на пассивные и активные. Все возможные пассивные методы в основном способствуют снижению тепловой нагрузки зданий, но не обеспечивают температурных условий воздушной среды животноводческих помещений. Это обусловлено тем, что для этих целей необходимо не только максимально снизить теплопоступления в помещения, но и удалить значительное количество избыточного тепла.
К активным способам борьбы с перегревом в первую очередь, относятся интенсивная вентиляция помещений с предварительным охлаждением.
Применение активного вентилирования со скоростью 1,0-1,5 м/с в зоне нахождения животных требует установки дополнительно мощных вентиляторов, требующих значительного расхода энергии. Однако самое интенсивное вентилирование помещений может обеспечить перепад температур между воздухом помещения и атмосферным не более 3 °С и то при условии, температура внутри помещения не превышает наружную температуру.
Методы и результаты исследований. Рассмотрены энергетические характеристики коровника, при которых обеспечивается наибольшая продуктивность коров. Анализ графика потребления тепловой энергии (рис. 1 [4] ) показывает, что отопление коровника в районах с умеренно холодным климатом( например, ^ расч. = -26 °С) осуществляется непродолжительное время, пока температура наружного воздуха не достигнет от расчётного значения до -14 °С ^н.кр. от). Далее, по мере повышения температуры наружного воздуха, для того чтобы в помещении коровника сохранялась температура воздуха,
соответствующая оптимальной продуктивности животных (+10-20 ^Х достаточно тепловыделений животных. Затем необходимо осуществлять мероприятия для охлаждения помещения коровника. Это можно сделать либо увеличением объема подаваемого вентиляционного воздуха, либо с помощью охлаждения приточного или внутреннего воздуха помещения [4].
Таким образом, представленные на рис. 1 энергетические характеристики коровника подтверждают тезис о том, что в ряде районов нашей страны с относительно мягким климатом даже в холодный период года тепловлажностный баланс помещений коровников может характеризоваться избытками тепла и влаги в обслуживаемом помещении [5]. Такой тепловой режим помещений обуславливает применение охлаждения перегретого воздуха помещений до оптимального значения.
Рисунок 1 - Энергетическая характеристика коровника на 200 коров
Традиционно для создания нормативного тем-пературно-влажностного режима помещения используется процесс ассимиляции избытков тепла и влаги кондиционно приготовленным приточным воздухом, подаваемым в помещение системой вентиляции или системой кондиционирования приточного воздуха в основном в теплый период года, когда в помещении происходит существенное превышение температуры воздуха над нормативными значениями. При этом существуют различные способы обработки приточного воздуха [6, 7].
В [8] для выбора способа охлаждения приточного воздуха рассматривается соотношение теплосодержания (энтальпий) наружного !н и внутреннего !в воздуха при заданном значении тепловлажностно-го отношения помещения е (углового коэффициента). Представленный в [8] анализ соотношений энтальпий внутреннего и наружного воздуха показывает, что возможны три варианта соотношений энтальпий и влагосодержания внутреннего и наружного воздуха, от которого и зависит способ тепловлаж-ностной обработки приточного воздуха [9, 10].
Для коровника в холодный и переходный период года это соотношение выглядит так: ^ < ^ и dн < dв. Такое соотношение энтальпий показывает, что без охлаждения наружного приточного воздуха принципиально возможно обеспечить ассимиляцию общих теплоизбытков помещения, используя интенсивную вентиляцию. Но на практике из-за различных отклонений параметров внутреннего и наружного воздуха невозможно поддержать выбранные параметры воздуха в помещении без дополнительной обработки (охлаждения) приточного воздуха[11, 12, 13].
В нашем случае, если посмотреть на рисунке1 для достижения эффекта охлаждения воздуха в помещении необходимо охлаждать уже холодный приточный воздух, который будет смешиваться с внутренним более тёплым.
Если посмотреть процесс смешивания на И диаграмме влажного воздуха [4], то можно убедиться в том, что в результате смешивания в помещении коровника, при определенных параметрах (температуре и влагосодержании) наружного и внутреннего воздуха может образовываться конденсат. Это происходит потому, что при соприкосновении тёплого внутреннего воздуха, насыщенного влагой, с холодным наружным воздухом эта влага будет конденсироваться, что естественным образом будет отражаться на микроклимате помещения коровника.
Учитывая вышесказанное и исследуя энергетические характеристики коровника на 200 коров (рис. 1) нами было установлено, что для создания комфортной зоны пребывания коров возникает не-
обходимость в обработке внутреннего воздуха коровника уже в холодный период года, с помощью охладительной установки, расположенной внутри помещения коровника. При этом энтальпия входящего в охладительную установку воздуха Im = I„ > IK и dвх = d^ < dв.
При таких условиях целесообразно использовать процесс изовлажностного (процесс с постоянным влагосодержанием, dв = const) охлаждения воздуха, осуществляемый в поверхностных теплообменниках, по трубкам которых проходит холодная вода с температурой выше точки росы внутреннего воздуха. Охлаждаемый воздух при этом будет поступать со стороны оребрённой поверхности охладителя и не имеет непосредственного контакта с холодной водой охладителя (рис. 2) [14].
Если требуется осуществление режимов одновременного охлаждения воздуха с понижением его влагосодержания, необходимо располагать холодной водой с температурой ниже температуры точки росы. Поверхностные теплообменники для этих режимов должны обладать некоторыми конструктивными отличиями, обеспечивающими отвод с наружной поверхности оребрённых трубок сконденсированной влаги, сбор этой влаги и её удаление [15, 16, 17, 18].
Таким образом, режимные характеристики отопления и вентиляции коровника таковы, что общепринятое, традиционное понимание охлаждения помещения, с помощью подачи охлажденного в охладителе приточного воздуха не приемлемо, поскольку приточный воздух нельзя охлаждать, он уже холодный.
Отсюда можно сделать вывод, что охлаждение воздуха в помещении коровника должно быть автономным и не зависящим от подачи наружного воздуха, т.е. необходимо охлаждать воздух непосредственно внутри помещения коровника.
Для этого рассмотрим оборудование, которое можно использовать в качестве охладителей воздуха внутри животноводческого помещения. Исследования показывают, что охлаждение воздуха помещения можно осуществить в поверхностных теплообменниках, которые используются при создании водяных воздушно-отопительных агрегатов (водяных тепловентиляторов), выпускаемых серийно различными фирмами в нашей стране и за рубежом, но при этом вместо горячей воды, проходящей сквозь теплообменник, будет применяться холодная вода, в качестве естественного источника холода. Охлаждаемый воздух помещения прокачивается сквозь теплообменник с помощью осевого вентилятора. Для направления потока воздуха агрегаты имеют направляющие решетки - жалюзи (рис. 2) [19].
Рисунок 2 - Воздухоохладительная установка (тепловентилятор)
Таким образом, частично в холодный и переходный период года в коровнике температурно-влажностный режим обеспечивается с помощью функционирования двух систем: 1) приточно-вытяжной, подающей наружный воздух в объёме, обеспечивающем ассимиляцию избыточной влаги и 2) система охлаждения, обеспечивающей рециркуляцию и охлаждение внутреннего воздуха коровника.
Кроме того, воду, использованную в теплообменнике охладителя можно аккумулировать в специальной теплоизолированной ёмкости, поскольку она уже предварительно нагрета и, использовать её в технологических целях, затратив на это меньше энергии, чем без предварительного нагрева холодной водопроводной воды.
Заключение
1. Проведённые исследования показали, что применительно к коровнику наиболее приемлемым является изовлажностное охлаждение воздуха внутри животноводческого помещения, с помощью поверхностных теплообменников. В качестве охладителей внутреннего воздуха в коровнике, может быть использован водяной тепловентилятор, а в качестве хладоагента может применяться холодная вода.
2. Использованная нагретая в теплообменнике вода может аккумулироваться в баках аккумуляторах и затем использоваться на технологические цели, позволяя при этом уменьшить затраты на подогрев холодной воды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 11-33-75. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Нормы проектирования. Стройиздат, 1982.
2. Уварова В. В. Справочник по теплоснабжению сельскохозяйственных предприятий. М. : Колос, 1983.
3. Рекомендации по расчёту, проектированию и применению систем электротеплоснабжения животноводческих ферм и комплексов. Запорожье. 1985. 79 с.
4. Трунов С. С. Анализ энергетических режимов коровника. // Вестник ВИЭСХ. 2015. № 4 (21). С.68-72.
5. Егиазаров А. Г., Кокорин О. Я., Прыгунов Ю. М. Отопление и вентиляция сельскохозяйственных зданий. Киев, Буд1вельник, 1976. 224 с.
6. Михайлов Ф.С. Отопление и основы вентиляции. М. : Стройиздат, 1972. 225 с.
7. Каменев П. М. Отопление и вентиляция. Издание 2. Часть 2. Вентиляция. М. : Издательство литература по строительству, 1964. 470 с.
8. Лебедь А. А. Микроклимат животноводческих помещений, М. : Колос, 1984. 199 с.
9. Мурусидзе Д. Н., Зайцев А. М., Степанова Н. Н. Установки для создания микроклимата на животноводческих фермах. М. : Колос, 1979. 327 с.
10. Расстригин В. Н. Стратегия развития систем теплообеспечения в сельскохозяйственном производстве. Труды 5-й Международной научно-технической конференции (16-17 мая 2006года, г. Москва, ГНУ ВИЭСХ). В 5-х частях. Часть 3. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике. М.; ГНУ ВИЭЧСХ. 2006. 420 с.
11. Дроздов В. Ф. Отопление и вентиляция : Учебное пособие для строительных вузов и факультетов. По спец. «Теплогазоснабжение и вентиляция». В 2-х ч. Ч.2 Вентиляция. М. : Высшая шк.,1984. 263 с.
12. Егиазаров А. Г. Общая теплотехника, теплоснабжение и вентиляция. М. : Стройиздат, 1977. 215 с.
13. Дегтярёв Н. В., Баркалов Б. В., Архипов Г. В., Павлов Р. В. Кондиционирование воздуха. Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре. М. : 1953. Л. 321 с.
14. Шмикин С. А. Влияние микроклимата и способа содержания телят в профилактории на их рост и клиническое состояние. Автореферат дисс.канд.с.-х. наук пос. Дубровицы, ВИЖ, 2004. 21 с.
15. Электронный ресурс com. www. teploventilyatory.
16. Пчёлкин Ю. Н., Сорокин А. И. Устройства и оборудование для регулирования микроклимата в животноводческих помещениях. М., 1977. 216 с.
17. Голубков Б. Н., Пятачков Б. И., Романова Т. М. Кондиционирование воздуха, отопление и вентиляция. М. : Энергоиздат,1982. 232 с.
18. Баркалов Б. В., Карпис Е. Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях.- 2-е изд. Перераб. и доп. М. : Стройиздат, 1982.311 с.
19. Тихомиров Д. А., Трунов С. С. Растимещин С. А. Комбинированная установка для подогрева и охлаждения приточного воздуха животноводческих помещений. Патент на полезную модель №130375 от18 декабря 2012 г.
20. Каган Н. Б., Кауфман В. Г., Пронько М. Г., Яневский Г. Д. Электротермическое оборудование для сельскохозяйственного производства. М. : Энергия, 1980.192 с.
REFERENCES
1. SNiP 11-33-75. Otoplenie, ventilyaciya i kon-dicionirovanie vozduha. Normy proektirovaniya., Stroji-zdat, 1982.
2. Spravochnik po teplosnabzheniyu sel'skoho-zyajstvennyh predpriyatij; Pod obshch. Red. V. V. Uva-rova. M. : Kolos,1983.
3. Rekomendacii po raschyotu, proektirovaniyu i primeneniyu sistem ehlektroteplosnabzheniya zhivotno-vodcheskih ferm i kompleksov. Zaporozh'e. 1985, p.79
4. Trunov S. S. Analiz ehnergeticheskih rezhimov korovnika // Vestnik VIEHSKH. 2015. № 4 (21), pp.68-72.
5. Egiazarov A.G., Kokorin O.YA., Prygunov YU.M. Otoplenie i ventilyaciya sel'skohozyajstvennyh zdanij. Kiev, Budivel'nik, 1976, p. 224.
6. Mihajlov F.S. Otoplenie i osnovy ventilyacii. M. Strojizdat, 1972, p. 225.
7. Kamenev P. M. Otoplenie i ventilyaciya. Izda-nie 2. CHast' 2. Ventilyaciya. M. : Izdatel'stvo literatura po stroitel'stvu, 1964. p. 470.
8. Lebed' A.A. Mikroklimat zhivotnovodcheskih pomeshchenij, M. : Kolos, 1984, p. 199.
9. Murusidze D. N. Zajcev A. M. Stepanova N. N. Ustanovki dlya sozdaniya mikroklimata na zhivotno-vodche-skih fermah. M. : Kolos ,1979, p. 327.
10. Rasstrigin V. N. Strategiya razvitiya sistem teploobespecheniya v sel'skohozyajstvennom proiz-vodstve. Trudy 5-j Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii (16-17 maya 2006 goda, g. Moskva, GNU VI-EHSKH). V 5-h chastyah. CHast' 3. EHnergosberegayushchie tekhnologii v zhivotnovodstve i stacionarnoj ehnergetike.- M.;GNU VIEHCHSKH. 2006, p. 420.
11. Drozdov V. F. Otoplenie i ventilyaciya: Uchebnoe posobie dlya stroitel'nyh vuzov i fakul'tetov. Po spec. «Teplogazosnabzhenie i ventilyaciya». V 2-h ch. CH.2 Ventilyaciya. M. : Vysshaya shk.,1984, p. 263.
12. Egiazarov A. G. Obshchaya teplotekhnika, teplosnabzhenie i ventilyaciya. M. : Strojizdat, 1977. p. 215.
13. Degtyaryov N. V., Barkalov B. V., Arhipov G.V., Pavlov R. V. Kondicionirovanie vozduha. Gosu-dar-stvennoe izdatel'stvo literatury po stroitel'stvu i ar-hitekture. M.1953, L., p. 321.
14. SHmikin S.A. Vliyanie mikroklimata i spo-soba soderzhaniya telyat v profilaktorii na ih rost i klini-cheskoe sostoyanie . Avtoreferat diss.kand.s.-h. nauk pos. Dubrovicy, VIZH, 2004. p. 21.
15. EHlektronnyj resurs com. www. teploventi-lyatory.
16. Pchyolkin Yu. N., Sorokin A. I. Ustrojstva i oborudovanie dlya regulirovaniya mikroklimata v zhi-votnovodcheskih pomeshcheniyah. M., 1977, p. 216.
17. Golubkov B. N., Pyatachkov B. I., Romanova T. M. Kondicionirovanie vozduha, otoplenie i ventilya-ciya. M. : EHnergoizdat,1982, p. 232.
18. Barkalov B.V., Karpis E.E. Kondicionirovanie vozduha v promyshlennyh, obshchestvennyh i zhilyh zdaniyah. 2-e izd. Pererab. i dop. M. : Strojizdat, 1982, p. 311.
19. Tihomirov D. A., Trunov S. S. Rastimeshchin S. A. Kombinirovannaya ustanovka dlya podogreva i ohlazhdeniya pritochnogo vozduha zhivotnovodcheskih pomeshchenij. Patent na poleznuyu model' №130375 ot 18 dekabrya 2012g.
20. EHlektrotermicheskoe oborudovanie dlya sel'skohozyajstvennogo proizvodstva / N. B. Kagan, V. G. Kauf-man, M. G. Pron'ko, G. D. YAnevskij. M. : EHnergiya, 1980, p. 192.
УДК 631.3
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОМБИКОРМОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ
КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
© 2016
Савиных Петр Алексеевич, доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией «Механизация животноводства»
ФГБНУ НИИСХ Северо-Востока, Киров (Россия) Нечаев Владимир Николаевич, кандидат технических наук,
доцент кафедры «Технические и биологические системы» Нечаева Марина Леонидовна, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Бухгалтерский учет, анализ и аудит» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация. Современные требования к сельскохозяйственному производству, связанные с формированием рыночных отношений и нарастанием негативных процессов в животноводстве, ставят в качестве первоочередной задачи переход на принципиально новые технологии кормопроизводства, основанные на последних достижениях науки.
Внедрение ресурсосберегающих технологий в основном затруднено из-за большого объема информации, в которых прослеживается противоречия и ограниченность ресурсов. Поэтому возникает необходимость систематизации факторов, влияющих на принятие эффективных решений, их анализ и ранжирование, принятие решений с учетом возможностей конкретного предприятия.
В работе проведены исследования по определению основных факторов (направлений) по коренному и динамичному увеличению объема производства качественных комбикормов, так как безопасность кормов, технико-экономическая обоснованность и ценовая доступность должны стать приоритетным национальным проектом, во многом определяющим успешную реализацию программы социально-экономического развития страны.
Выявлено два основных фактора, влияющих на процесс интенсификации комбикормовой отрасли: фактор 1 «Технико-технологическая модернизация комбикормового производства» и фактор 2 «Качественный состав и безопасность кормов». Рассмотрено влияние факторов, определяющих перспективные направления для разработки и совершенствования комбикормового оборудования, с точки зрения восприятия руководителями и специалистами по качеству комбикормов.
В связи с необходимостью совершенствования и изучения рабочего процесса комбикормового оборудования в ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет» разработано несколько видов дробилок зерна. Данные технические средства определяют основные направления развития отрасли, а их применение повышает эффективность измельчения и качество готового продукта. На основании
