CC BY
115
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Долгих Павел Павлович к.т.н., доцент, профессор Российской академии естествознания ФГБОУВПО Красноярский государственный аграрный
университет Россия, город Красноярск
Зайцева Елена Ивановна ст. преподаватель кафедры Агроинжененрии Ачинский филиал ФГБОУ ВПО Красноярского государственного
аграрного университета Россия, город Ачинск
Аннотация: В условиях дефицита энергоресурсов проблемы энергосбережения приобретают особую актуальность. Решить некоторую часть этой проблемы можно путем использования автоматизированной информационной системы управления микроклиматом.
Ключевые слова: Тепловой баланс, микроклимат, имитационная модель, энергосберегающий эффект.
Сравнение эффективности использования электрической энергии по усредненному показателю удельных энергозатрат в различных областях АПК показывает, что затраты на содержание животных, на производство сельскохозяйственной продукции и пр. в России значительно превышают аналогичные показатели стран зарубежья. Наибольший интерес как в направлении энергосбережения (снижение бесполезных потерь энергии), так и с точки зрения энергоэффективности различных технологических
процессов представляет применение электрической энергии в сельском хозяйстве.
Энергетика сельского хозяйства имеет ряд специфических особенностей: рассредоточенность сельских потребителей, малая единичная мощность, большая протяженность сетей — электрических, тепловых, газовых, значительная часть которых в настоящее время разрушена, небезопасна и непригодна для дальнейшей эксплуатации, а также наличие больших регионов, где ведется сельскохозяйственное производство, без централизованного энергообеспечения. Потери энергии в энергосетях и у потребителя очень большие и в ряде случаев достигают 40 %, а общий коэффициент полезного использования топливно-энергетических ресурсов в сельской энергетике не превышает 35 %, что значительно ниже, чем в промышленных отраслях. Анализ структуры потерь в сфере производства, распределения и потребления электроэнергии показывает, что определяющая доля потерь (до 90 %)-приходится на сферу энергопотребления, тогда как потери при производстве и передаче электроэнергии составляют лишь 8-10 %.
Функциональный и структурный анализ энергозатрат позволяет выявить основные направления, технологические процессы, элементы систем энергоснабжения и энергопотребления, где энергосберегающие мероприятия могут дать наибольший эффект. К основным мероприятиям энергоэффективного функционирования АПК относятся:
- экономия электроэнергии в системах электроснабжения и при ее использовании (снижение потерь в сетях, регулируемый электропривод, внедрение электротехнологий, экономное осветительное оборудование, качественная эксплуатация, учет);
- энергоэкономные тепловые процессы и теплоэнергетическое оборудование;
- использование древесных и растительных отходов, местных видов топлива взамен традиционных энергоресурсов, газогенераторы;
- новые технологии и энергоэкономная техника, и оборудование в животноводстве и растениеводстве (регулируемый микроклимат с утилизацией тепла, комбинированные технологии);
- использование возобновляемых источников энергии;
- использование вторичных энергоресурсов;
- альтернативные виды топлива;
- эффективные эксплуатационно - ремонтные службы, оргтехмероприятия, рациональная структура энергоносителей.
Микроклимат в помещении - это климат ограниченного пространства, включающий в себя совокупность факторов среды: температура, влажность, скорость движения и охлаждающая способность воздуха, атмосферное давление, уровень шума, содержание взвешенных в воздухе пылевых частиц и микроорганизмов, газовый состав воздуха и др. [1]
Создание и поддержание микроклимата в животноводческих помещениях связаны с решением комплекса инженерно-технических задач и наряду с полноценным кормлением являются определяющим фактором в обеспечении здоровья животных, их воспроизводительной способности и получении от них максимального количества продукции высокого качества.
Современные технологии содержания животных предъявляют высокие требования к микроклимату в животноводческих помещениях. По мнению ученых, специалистов животноводства и технологов, продуктивность животных на 50-60 % определяется кормами, на 15-20 % -уходом и на 10-30 % - микроклиматом в животноводческом помещении. Отклонение параметров микроклимата от установленных пределов приводит к сокращению удоев молока на 10-20 %, прироста живой массы -на 20-33 %, увеличению отхода молодняка до 5-40 %, уменьшению яйценоскости кур - на 30-35 %, расходу дополнительного количества
кормов, сокращению срока службы оборудования, машин и самих зданий, снижению устойчивости животных к заболеваниям. [1, 2]
Дальнейшее развитие сельскохозяйственной техники будет характеризоваться еще более интенсивным использованием средств и методов автоматизации, информатизации и робототехнических комплексов, в связи с тем, что мировой уровень механизации основных процессов в полеводстве и животноводстве приближается к 100%.
Для достижения максимальной продуктивности требуется создание и поддержание нормативных параметров микроклимата, которые индивидуальны для каждого вида животных и птицы, половозрастной группы, но это не гарантирует минимальной себестоимости производимой продукции. Поэтому в животноводческих помещениях следует поддерживать оптимальные параметры микроклимата. Однако существующие методы оптимизации микроклимата в животноводческих помещениях пока учитывают один-два параметра микроклимата, как правило, температуру и влажность воздуха.
Анализ показал, что в настоящее время разработаны различные энергосберегающие методы и оборудование, средства для их реализации при обеспечении оптимального микроклимата на фермах крупного рогатого скота. Часть этого оборудования требует совершенствования и проверки эффективности использования в практических условиях [3].
Однако, внедрение энергосберегающих методов и оборудования сдерживается отсутствием программного продукта, который бы обеспечивал управление микроклиматом при помощи вычислительной и микропроцессорной техники.
Потребность в дополнительном тепле может быть реализована с помощью воздухоподогревателей (водяных или электрокалориферов), встроенных в конструкцию теплоутилизаторов, либо с помощью предусматриваемых тепловентиляционных установок, работающих на рециркуляционном воздухе, либо с помощью приборов местного
отопления (регистров, электроконвекторов и других нагревательных приборов).
При этом максимальный энергосберегающий эффект возможен за счет учета при расчете теплового баланса по методике [4] теплопритоков от электротехнологического оборудования, обеспечивающего производственные процессы внутри животноводческих помещений, помимо электрического нагрева (электродвигатели, электроклапаны, осветительные установки).
Теплопритоки от электрооборудования (КИП, соленоиды и т.д.) принимают равными их установленной мощности.
Современные животноводческие комплексы представляют собой сложные технологические системы с высоким показателем удельной установленной мощности электрооборудования на квадратный метр помещения. Если рассматривать, например, типовой коровник на 200 голов площадью 2800 м2 с установленной мощностью электрооборудования 138 кВт, то в среднем, согласно приведенным выше формулам, можно учитывать, что удельная тепловая мощность теплопритоков от электротехнологического оборудования может приниматься равной удельной электрической мощности работающего электрооборудования с учетом коэффициента загрузки.
Повысить эффективность сельскохозяйственного производства в животноводстве возможно путем оптимизации параметров микроклимата внутри животноводческого помещения. В задачах оптимизации теплообменных аппаратов и теплообменных систем на стадии проектирования выделяются следующие основные этапы:
производится общий анализ задач оптимизации; определяется критерий эффективности; составляется математическая модель аппарата или процесса; выбирается стратегия исследования модели и метод поиска экстремума, критерия оптимизации и проведения оптимального расчета.[6]
Облегчить вопросы реализации энергоэффективных режимов может автоматизированная информационная система (АИС) по расчету и выбору системы обеспечения микроклимата для животноводческого помещения, напрямую работающая с частотно- регулируемым электроприводом. Такая система разрабатывается студентами и преподавателями Ачинского филиала ФГБОУ ВПО КрасГАУ на языке С# - компилируемом статически типизированном языке программирования общего назначения.
Инфологическая модель представляет собой схему базы данных АИС по расчету и выбору системы обеспечения микроклимата для помещения коровника, которая представлена на рисунке 1.
Лялгргччы
1|1111 Ш1||к|
Рисунок 1 - Схема взаимодействия информационных потоков АИС по расчету и выбору системы обеспечения микроклимата для помещения коровника должна иметь множество входной информации для заполнения справочников (таблиц базы данных ИС). Выходные документы представляют собой файлы отчетов с расширением .1x1.. Некоторые из таких отчетов печатаются по мере необходимости, а другие ежедневно. Документами, печатающимися ежедневно, считаются: диаграммы работы теплоутилизаторов. Архив результатов изначально создается для хранения промежуточной информации, появившейся при работе прикладной программы - таблиц или файлов баз данных расчета теплового баланса, имеющих расширение .шёЬ. Подразумевается, что при работе с АИС
возможно будет извлечь данные или графики за определенный период времени и проанализировать течение рабочего процесса.
Использование данной среды программирования позволяет сделать информационную систему гибкой и использовать ее при проектировании любых сельскохозяйственных сооружений: животноводческих, птицеводческих и складских помещений, сооружений закрытого грунта [5,
7].
АИС обеспечивает отображение всей информации для адекватной оценки и управления объектом в виде: таблиц, графиков, ведомостей событий. Архив результатов изначально создается для хранения промежуточной информации, появившейся при работе прикладной программы - таблиц или файлов баз данных расчета теплового баланса, имеющих расширение .mdb. Подразумевается, что при работе с АИС возможно будет извлечь данные или графики за определенный период времени и проанализировать течение рабочего процесса.
Созданное программное изделие имеет доступный интерфейс, независимо от среды программирования, обеспечивает ввод и вывод данных, совместимо с современными версиями операционных систем семейства Windows, содержит помощь пользователю. Кроме того, программный продукт обеспечивает:
- возможность редактирования (изменения) значений предупредительных и аварийных уставок для каждого режима управления;
- корректность и точность вводимых данных;
- подсчет времени работы исполнительных механизмов для учета эксплуатационных параметров;
- графическое представление результатов работы;
- возможность добавления расчетных параметров;
- непрерывное сохранение результатов расчета автономно от программы с цикличностью 100мс.
Разработанная АИС решает весь круг задач по сбору, обработке и передаче информации. На основании физических взаимозависимостей была составлена адекватная математическая модель регулирования микроклимата в животноводческих помещениях.
На основании этой модели разработано программное приложение для имитации регулирования систем микроклимата и выработки управляющих воздействий, поддерживающих температуру и влажность воздуха в животноводческом помещении на оптимальном уровне. Прикладная программа выполнена в виде имитационной системы, позволяющей специалистам в режиме непосредственного диалога с ПЭВМ рассчитывать возможные последствия принимаемых решений, анализировать результаты.
Предложенная компьютерная программа формирования микроклимата в животноводческих помещениях позволяет выбрать технологию и состав технологических линий по критерию минимума потребленной электроэнергии. Разработанные теоретические положения, математические модели и результаты лабораторных исследований позволяют проектировать системы регулирования микроклимата для животноводческих помещений, которые могут поддерживать нормативные параметры микроклимата как в зимний, так и летний периоды года.
Список литературы:
1. Баланин, В.И. Зоогигиенический контроль микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях [Текст]/В.И. Баланин. -Л.: Агропромиздат, 1988. - С.5
2. Бароти, И. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах [Текст]/ И. Бароти, П. Рафан. - М.: Агропромиздат, 1988. - 227 с.
3. Мишуров, Н.П., Кузьмина, Т.Н. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях. Научный аналитический обзор [Текст]/ Н.П. Мишуров, Т.Н. Кузьмина. - Москва, 2004
4. Рекомендации по расчету и проектированию систем обеспечения микроклимата животноводческих помещений с утилизацией теплоты выбросного воздуха [Текст] - ФГНУ НПЦ «Гипрониисельхоз», 2004.
5. Долгих, П.П., Зайцева, Е.И., Гузев, С.А. Энергосберегающие технологии обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях [Текст]/П.П. Долгих, Е.И. Зайцева, С.А. Гузев// Технические науки и современное производство. «Современные наукоёмкие технологии» . -2013. - №6. - С. 147-148.
6. Самарин, Г.И. Энергосберегающая технология формирования микроклимата в животноводческих помещениях [Текст]: дисс.докт.техн.наук/ Г.И. Самарин. - Москва, 2009. - 443 с.
7. Долгих, П.П., Зайцева, Е.И., Гузев, С.А. Интеллектуальная система управления микроклиматом в животноводческих помещениях [Текст]/П.П. Долгих, Е.И. Зайцева, С.А. Гузев//Проблемы автоматизации. Регионально управление. Связь и автоматика. - ПАРУСА-2013/ Сборник трудов II Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - Геленджик: Издательство Южного федерального университета, 2013 - Т.1. - 260 с. ISBN: 978-5-8327-0494-4
