Научная статья на тему 'Исследование температуры наружного воздуха для определения оптимальных расчетных значений рекуперативного теплообменного аппарата'

Исследование температуры наружного воздуха для определения оптимальных расчетных значений рекуперативного теплообменного аппарата Текст научной статьи по специальности «Сельскохозяйственные науки»

CC BY
37
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник НГИЭИ
ВАК
Ключевые слова
качество воздуха / кожухотрубный теплообменный аппарат / микроклимат / рекуперация / температура / энергосбережение / energy saving / microclimate / air quality / temperature / recuperation / shell-and-tube heat exchanger

Аннотация научной статьи по Сельскохозяйственные науки, автор научной работы — Васильков А. А., Матвеева А. А.

Введение. Одним из актуальных направлений снижения энергозатрат при содержании животных и птиц является сокращение потребления энергии на создание оптимальных условий микроклимата. Использование в приточно-вытяжной системе вентиляции теплообменных аппаратов – одно из перспективных технических решений в энергосбережении. Однако эффективность теплообменных аппаратов зависит от выбранных технических параметров для работы в климатических условиях конкретного региона, в качестве которого выбран Костромской район Костромской области. Материалы и методы. Методологической основой послужили проведённые эмпирические исследования при наблюдении изменения динамических рядов температурных режимов Костромского района, Костромской области за период с 2014 по 2022 год. Планирование проведения экспериментов с проектируемой установкой для определения степени влияния температуры окружающей среды на эффективность работы. В работе использованы теоретические методы научных исследований анализ и синтез. Результаты и обсуждение. Производительность приточно-вытяжных систем вентиляции должна выбираться из условия обеспечения оптимального количества свежего воздуха, подаваемого в птичник из расчета метров кубических в час на килограмм живой массы птицы, в зависимости от вида и возрастной группы, типа содержания и времени года. В процессе изучения материала было выявлено отсутствие специализированного оборудования по созданию оптимального микроклимата для малых и средних предприятий, а также частного сектора с содержанием небольшого количества поголовья. В ходе исследования было установлено, что в системе вентиляции птицеводческих помещений наиболее рационально применение рекуперативных теплообменных аппаратов (теплообменников), в которых не происходит контакт входящего и выходящего из помещения воздуха. Данное техническое решение было заложено при проектировании теплообменника. Заключение. Исходя из полученных данных анализа максимальных, минимальных и средних значений температур наружного воздуха в Костромском районе в период с 2014 по 2022 гг., были определены месяцы наиболее эффективной работы теплообменного аппарата, температуры для расчетов теплового баланса помещения и дальнейших конструктивных расчетов теплообменного аппарата. Полученные данные экстремальных значений температуры, в первую очередь минимальных, будут использованы для технических расчетов дополнительного сектора теплообменного аппарата.

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.

Investigation of the outdoor air temperature to determine the optimal design values of the regenerative heat exchanger

Introduction. One of the most urgent ways to reduce energy consumption when keeping animals and birds is to reduce energy consumption to create optimal microclimate conditions. The use of heat exchangers in the supply and exhaust ventilation system is one of the promising technical solutions in energy saving. However, the efficiency of heat exchangers depends on the selected technical parameters for operation in the climatic conditions of a particular region, as which the Kostroma district of the Kostroma region is selected. Materials and methods. The methodological basis was the empirical studies carried out when observing changes in the dynamic series of temperature regimes for the period from 2014 to 2022, planning experiments with the projected installation to determine the degree of influence of ambient temperature on work efficiency. The paper uses theoretical methods of scientific research analysis and synthesis. Results and discussion. The performance of supply and exhaust ventilation systems should be selected from the condition of ensuring the optimal amount of fresh air supplied to the poultry house at the rate of cubic meters per hour per kilogram of live weight of poultry, depending on the type and age group, type of content and time of year. In the process of studying the material, the lack of specialized equipment for creating an optimal microclimate for small and medium-sized enterprises, as well as the private sector with a small number of livestock was revealed. In the course of the study, it was found that in the ventilation system of poultry premises, the most rational use of regenerative heat exchangers (heat exchangers), in which there is no contact of incoming and outgoing air from the room. This technical solution was laid down during the design of the heat exchanger Conclusion. Based on the obtained data of the analysis of the maximum, minimum and average outdoor temperatures in the Kostroma region in the period from 2014 to 2022, the months of the most efficient operation of the heat exchanger, the temperatures for calculating the thermal balance of the room and further constructive calculations of the heat exchanger were determined. The obtained data of extreme temperature values, primarily minimum, will be used for technical calculations of the additional sector of the heat exchanger.

Текст научной работы на тему «Исследование температуры наружного воздуха для определения оптимальных расчетных значений рекуперативного теплообменного аппарата»

XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX

XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX

4.3.2 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

Научная статья

УДК 66.045.122:551.524

Б01: 10.24412/2227-9407-2023-4-29-38

Исследование температуры наружного воздуха для определения оптимальных расчетных значений рекуперативного теплообменного аппарата

Алексей Анатольевич Васильков1, Арина Александровна Матвеева'2в

12 Костромская государственная сельскохозяйственная академия, п. Караваево, Костромская область, Россия

1 аа^аъйкоуЩшаИги, https://orcid.org/0009-0004-2531-8928

2 on@inbox.ruhttps://orcid.org/0009-0003-7224-9956

Аннотация

Введение. Одним из актуальных направлений снижения энергозатрат при содержании животных и птиц является сокращение потребления энергии на создание оптимальных условий микроклимата. Использование в приточно-вытяжной системе вентиляции теплообменных аппаратов - одно из перспективных технических решений в энергосбережении. Однако эффективность теплообменных аппаратов зависит от выбранных технических параметров для работы в климатических условиях конкретного региона, в качестве которого выбран Костромской район Костромской области.

Материалы и методы. Методологической основой послужили проведённые эмпирические исследования при наблюдении изменения динамических рядов температурных режимов Костромского района, Костромской области за период с 2014 по 2022 год. Планирование проведения экспериментов с проектируемой установкой для определения степени влияния температуры окружающей среды на эффективность работы. В работе использованы теоретические методы научных исследований анализ и синтез.

Результаты и обсуждение. Производительность приточно-вытяжных систем вентиляции должна выбираться из условия обеспечения оптимального количества свежего воздуха, подаваемого в птичник из расчета метров кубических в час на килограмм живой массы птицы, в зависимости от вида и возрастной группы, типа содержания и времени года. В процессе изучения материала было выявлено отсутствие специализированного оборудования по созданию оптимального микроклимата для малых и средних предприятий, а также частного сектора с содержанием небольшого количества поголовья. В ходе исследования было установлено, что в системе вентиляции птицеводческих помещений наиболее рационально применение рекуперативных теплообменных аппаратов (теплообменников), в которых не происходит контакт входящего и выходящего из помещения воздуха. Данное техническое решение было заложено при проектировании теплообменника.

Заключение. Исходя из полученных данных анализа максимальных, минимальных и средних значений температур наружного воздуха в Костромском районе в период с 2014 по 2022 гг., были определены месяцы наиболее эффективной работы теплообменного аппарата, температуры для расчетов теплового баланса помещения и дальнейших конструктивных расчетов теплообменного аппарата. Полученные данные экстремальных значений температуры, в первую очередь минимальных, будут использованы для технических расчетов дополнительного сектора теплообменного аппарата.

А., Матвеева А. А., 2023

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.

© Васильков А.

Вестник НГИЭИ. 2023. № 4 (143). C. 29-38. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2023. № 4 (143). P. 29-38. ISSN 2227-9407 (Print)

¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё

lyvMlvMIII^ ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT

xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_

Ключевые слова: качество воздуха, кожухотрубный теплообменный аппарат, микроклимат, рекуперация, температура, энергосбережение

Для цитирования: Васильков А. А., Матвеева А. А. Исследование температуры наружного воздуха для определения оптимальных расчетных значений рекуперативного теплообменного аппарата // Вестник НГИЭИ. 2023. № 4 (143). С. 29-38. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-4-29-38

Investigation of the outdoor air temperature to determine the optimal design values of the regenerative heat exchanger

Alexey A. Vasilkov 1, Anna A. Matveeva2B

12 Kostroma State Agricultural Academy, Karavaevo, Kostroma Region, Russia

1 aa_vasilkov@mail.ru, https://orcid.org/0009-0004-2531-8928

2 redzon@inbox.ru^ https://orcid.org/0009-0003-7224-9956

Abstract

Introduction. One of the most urgent ways to reduce energy consumption when keeping animals and birds is to reduce energy consumption to create optimal microclimate conditions. The use of heat exchangers in the supply and exhaust ventilation system is one of the promising technical solutions in energy saving. However, the efficiency of heat exchangers depends on the selected technical parameters for operation in the climatic conditions of a particular region, as which the Kostroma district of the Kostroma region is selected.

Materials and methods. The methodological basis was the empirical studies carried out when observing changes in the dynamic series of temperature regimes for the period from 2014 to 2022, planning experiments with the projected installation to determine the degree of influence of ambient temperature on work efficiency. The paper uses theoretical methods of scientific research analysis and synthesis.

Results and discussion. The performance of supply and exhaust ventilation systems should be selected from the condition of ensuring the optimal amount of fresh air supplied to the poultry house at the rate of cubic meters per hour per kilogram of live weight of poultry, depending on the type and age group, type of content and time of year. In the process of studying the material, the lack of specialized equipment for creating an optimal microclimate for small and medium-sized enterprises, as well as the private sector with a small number of livestock was revealed. In the course of the study, it was found that in the ventilation system of poultry premises, the most rational use of regenerative heat exchangers (heat exchangers), in which there is no contact of incoming and outgoing air from the room. This technical solution was laid down during the design of the heat exchanger

Conclusion. Based on the obtained data of the analysis of the maximum, minimum and average outdoor temperatures in the Kostroma region in the period from 2014 to 2022, the months of the most efficient operation of the heat exchanger, the temperatures for calculating the thermal balance of the room and further constructive calculations of the heat exchanger were determined. The obtained data of extreme temperature values, primarily minimum, will be used for technical calculations of the additional sector of the heat exchanger.

Keywords: energy saving, microclimate, air quality, temperature, recuperation, shell-and-tube heat exchanger

For citation: Vasilkov A. A., Matveeva A. A. Investigation of the outdoor air temperature to determine the optimal design values of the regenerative heat exchanger // Bulletin NGIEI. 2023. № 4 (143). P. 29-38. DOI: 10.24412/22279407-2023-4-29-38

Введение

Одним из актуальных направлений снижения энергозатрат при содержании животных и птиц является сокращение потребления энергии на создание оптимальных условий микроклимата. В иссле-

дованиях отечественных ученых доказано, что продуктивность сельскохозяйственных животных и птиц на 20-30 % зависит от условий микроклимата [1; 2]. К основным параметрам микроклимата, влияющим на процессы терморегуляции, относят тем-

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'

пературу, влажность и скорость движения воздуха. Наибольшее влияние на физиологическое состояние и продуктивность сельскохозяйственной птицы оказывает температура воздуха в помещении. При снижении температуры относительно нормы организм птицы увеличивает свою биологическую активность, вследствие этого возрастают тепловые потери и снижается продуктивность. Повышение температуры увеличивает теплоотдачу организма, у птицы увеличивается частота дыхания, снижается потребление корма и продуктивность [3]. В свою очередь, затраты энергии для создания оптимальных параметров микроклимата занимают 30-35 % в структуре всей энергии, затрачиваемой в отрасли [4]. Поэтому снижение энергоемкости производства за счет сокращения потребления энергии на создание оптимального микроклимата является актуальным направлением. Нахождение путей по снижению потребления энергии в сельском хозяйстве приводит к развитию новых энергосберегающих технологий. Использование в приточно-вытяжной системе вентиляции рекуперативного теплообмен-ного аппарата - одно из перспективных технических решений в энергосбережении [5; 6; 7].

В крупных птицеводческих предприятиях для оптимального содержания птиц применяют систему вентиляции с автоматизированным контролем основных параметров микроклимата, позволяющую обеспечить необходимый воздухообмен и качество воздуха. В процессе вентилирования из помещения утилизируется отработанный воздух с частью тепловой энергии, долю которой за счет эффекта теплообмена можно вернуть в помещение. Однако в существующих системах вентиляции не всегда применяется рекуперация и в помещение подается принудительно нагреваемый воздух, что приводит к дополнительным энергозатратам. В проектировании - инновационный подход к организации движения воздушных потоков, позволяющий в процессе работы не только обеспечивать птиц необходимым количеством чистого воздуха, но и сокращать потери тепла и производственные затраты. При расчёте воздухообмена основой послужили нормативные значения минимального количества свежего воздуха, подаваемого в птичник из расчета метров кубических в час на килограмм живой массы, регламентированные действующими нормами и правилами содержания птиц, представленные в таблице 1 [8].

Таблица 1. Минимальное количество свежего воздуха, подаваемого в птичник на 1 кг живой массы взрослой птицы

Table 1. Minimum amount of fresh air supplied to the poultry house per 1 kg of adult live weight

Количество свежего воздуха, подаваемого в птичники,

м /ч на 1 кг живой массы /

Вид и возрастная группа птицы / The amount of fresh air supplied to poultry houses,

Bird species and age group m3/h per 1 kg of live weight

Периоды года / Periods of the year

холодный / cold теплый / warm

Куры яичных пород (в клетках) / Chickens of egg breeds (in cages) 0,70 6,0

Куры мясо-яичных пород (на полу) / Chickens of meat and egg breeds (on the floor) 0,70 6,0

Куры мясных пород (на полу) / Chickens of meat breeds (on the floor) / 0,75 7,0

То же (в клетках) / Also (in cages) / 0,75 8,0

Индейки / Turkeys 0,60 6,0

Утки / Ducks 0,70 7,0

Цесарки / Guinea fowl 0,70 7,0

Гуси / Geese 0,60 7,0

Перепела / Quail 0,75 0,8

Источник: составлено автором по данным источника [8]

i electrical technologies, electrical equipment

AND POWER SUPPLY OF THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX

Производительность приточно-вытяжных систем проектируется из условия обеспечения удельных значений воздухообменов, приведенных в таблице 1, в зависимости от вида и возрастной группы птицы, типа содержания и времени года. К примеру, при содержании небольшого птичника с курами мясо-яичных пород в холодный период года на 1 килограмм живой массы необходимо подавать 0,75 м3/ч. При напольном содержании 50 кур со средней массой одной птицы 2 кг необходимо обеспечить подачу свежего воздуха в количестве 75 м3/ч. При этом выходящий из помещения воздух будет уносить с собой тепло. Данную энергию целесообразно использовать за счет рекуперации для подогрева поступающего холодного воздуха.

В ходе исследования было выявлено отсутствие специализированного оборудования для малых предприятий и частного сектора с небольшим количеством содержащейся птицы. Невозможность создания оптимальных условий содержания птицы приводит к уменьшению яйценоскости, повышению заболеваемости и гибели птицы.

В птицеводческих помещениях наиболее рационально применение рекуперативных теплооб-менных аппаратов (теплообменников), в которых теплообмен осуществляется через разделяющую стенку и не происходит контакт входящего и выходящего из помещения воздуха [9; 10; 11; 12; 13]. Это связано с тем, что удаляемый из помещения воздух, как правило, сильно загрязнен, и подобный контакт будет способствовать возврату в помещение нежелательной загазованной и загрязненной фракции. Разделение воздушных потоков входящего и выходящего из помещения воздуха заложено при конструировании проектируемого теплообмен-ного аппарата.

При работе с влажным внутренним воздухом существенным недостатком имеющихся систем вентиляции с утилизацией теплоты является потеря работоспособности, вследствие обмерзания тепло-обменной поверхности при наружных температурах меньше -10 °С. Это происходит в холодных климатических условиях, при температурном перепаде более чем 20-25 °С и при соотношении воздушных потоков 1:1 [14; 15; 16; 17; 18].

Цель исследования - оценка возможности применения теплообменного аппарата в исследуемом регионе и определение оптимальных расчетных значений для нахождения конструктивных параметров теплообменника, таких как: длина, диаметр и количество труб в трубном пучке [19].

Материалы и методы Эффективность теплообменных аппаратов зависит от выбранных технических параметров для работы в климатических условиях конкретного региона, в качестве которого выбран Костромской район Костромской области. Методологической основой послужили проведённые эмпирические исследования при наблюдении изменения динамических рядов температурных режимов за период с 2014 по 2022 год, планирование проведения экспериментов с проектируемой установкой для определения степени влияния температуры окружающей среды на эффективность работы. В работе использованы теоретические методы научных исследований анализ и синтез.

В качестве устройства для теплообмена предлагается использовать спроектированный авторами кожухотрубный теплообменный аппарат с дополнительным сектором [20], корпус которого выполнен из ПВХ трубы, а теплообменный пучок из алюминиевых труб. В начале теплообменного аппарата с помощью разделяющей пластины отделен дополнительный сектор, в котором происходит противоточ-ное движение воздушных потоков, для предварительного подогрева уличного воздуха. Технический результат - повышение эффективности работы при отрицательных температурах ниже минус 10 °С. Устройство предполагается разместить в верхней части помещения, где наблюдается наибольшее скопление теплого воздуха.

Результаты Костромская область характеризуется умеренно континентальным климатом, с холодной продолжительной снежной зимой и сравнительно коротким, теплым летом. На первом этапе исследования были собраны данные распределения среднемесячной температуры наружного воздуха в Костромском районе за период с 2014 по 2022 гг. для определения периода работы теплообменника, которые представлены на рисунке 1.

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'

-10

-15

Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь ■2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022

Рис. 1. Диаграмма распределения среднемесячной температуры наружного воздуха в Костромском районе с 2014 по 2022 гг. Fig. 1. Diagram of the distribution of the average monthly outdoor temperature in the Kostroma region from 2014 to 2022 Источник: разработано авторами на основании собственных исследований

На основе исследуемых данных, представленных на рисунке 1, можно сделать вывод, что наибольшая эффективность от работы теплообменника будет в период с октября по апрель включительно вследствие наибольшего перепада температур наружного и внутреннего воздуха.

Для обоснования оптимальной продолжительности эксплуатации в течение года предлагаемого кожухотрубного теплообменного аппарата с дополнительным сектором проведен анализ минимальных и максимальных температур наружного воздуха в исследуемом регионе (таблица 2). В ходе мониторинга данных был выявлен кратковременный абсолютный минимум минус 39 °С только в

январе 2017 года. В остальной период температура наружного воздуха не отпускалась ниже минус 31 °С.

С целью получения более достоверных параметров, закладываемых в технические расчеты дополнительного сектора кожухотрубного теплооб-менного аппарата, было определено среднее количество дней со значениями среднесуточных температур за период с 2014 по 2022 гг. (таблица 3).

Например, в 2022 году количество дней с температурой ниже 10 °С составило 234 дня. При исследовании температура наружного воздуха в холодный период была разбита на пять диапазонов, представленных на рисунке 2.

¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё

lyvMlvMIII^ ELEClRlCAL TECHNOLOGIES, ELEC lRlCAL EQUlPMENl

xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx

Таблица 2. Минимальные и максимальные температуры наружного воздуха в Костромском районе за период с 2014 по 2022 гг.

Table 2. Minimum and maximum outdoor temperatures in the Kostroma region for the period from 2014

to 2022

\ Год / 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г. 2019 г. 2020 г. 2021 г. 2022 г.

\ Year

МесяЦ/\ Month \ min max min max min max min max min max min max min max min max min max

Январь / January Февраль / February -27 3 -26 3 -26 2 -39 3 -19 2 -20 2 -17 5 -29 4 -23 -2

-22 3 -20 5 -11 3 -28 3 -26 -1 -16 4 -17 7 -31 -2 -14 2

Март / March -12 11 -11 12 -17 9 -11 8 -23 5 -15 11 -11 15 -27 10 -20 8

Апрель / April -7 21 -3 26 -3 21 -9 24 -5 19 -5 23 -11 15 -2 23 -8 16

Май / May 1 29 1 29 -1 25 -3 25 1 28 -2 29 -3 27 -1 31 -3 23

Июнь / June 6 29 4 29 3 28 0 24 1 31 -1 31 4 28 1 35 8 30

Июль / July 10 30 3 28 10 30 7 28 10 29 4 28 6 31 6 33 10 31

Август / August 8 31 6 26 5 30 5 29 7 29 2 26 3 26 5 32 11 31

Сентябрь/ September 0 21 3 27 2 21 0 23 -2 25 -2 25 4 23 -1 22 4 17

Октябрь / October -19 13 -7 13 -6 15 -4 12 -8 18 -8 18 -6 20 -2 14 -1 17

Ноябрь / November -10 6 -11 10 -21 2 -10 5 -13 7 -15 11 -10 9 -11 11 -15 11

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

Декабрь / December -20 3 -19 8 -27 2 -10 4 -22 1 -10 4 -20 2 -29 1 -17 1

Источник: составлено авторами на основании исследований

от 0 до 10 от -0,01 до -10 ■ от -10,01 до -20 от -20,01 до -30 ■< -30,01

Рис. 2. Диаграмма распределения среднесуточной температуры наружного воздуха по количеству дней в холодный период 2022 года Fig. 2. Diagram of the distribution of the average daily outdoor temperature by the number of days in the cold period of 2022 Источник: разработано авторами на основании собственных исследований

34

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'

В 2022 году прослеживается отсутствие двух диапазонов с температурой наружного воздуха ниже минус 20 °С. Таким образом, проведенный анализ свидетельствует о том, что 2022 год был комфортным для работы проектируемого теплообменника. Прогнозируемый период работы теплообмен-

ного аппарата с дополнительным сектором составит 26 дней, что подтверждает его целесообразность и практическую значимость для повышения эффективности работы. Аналогично были сгруппированы данные за период 2014-2022 годы и представлены в таблице 3.

Таблица 3. Динамика и структура распределения среднесуточной температуры наружного воздуха по дням за период с 2014 по 2022 гг.

Table 3. Dynamics and structure of the distribution of the average daily outdoor temperature by day for the period from 2014 to 2022

^^^^ Год / Year Диапазон, Range, оС ^^^ 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г. 2019 г. 2020 г. 2021 г. 2022 г. В среднем дней за год / Average days per year В % среднем дней за год / In % average days per year

> 10 135 135 145 120 139 149 151 129 131 136,9 37,5

от 0 до 10 104 118 87 122 85 110 124 117 104 107,9 29,6

от -0,01 до -10 95 95 96 102 95 93 79 65 104 91,6 25,1

от -10,01 до -20 25 14 34 13 45 13 12 40 26 24,7 6,8

от -20,01 до -30 6 3 4 5 1 0 0 14 0 3,7 1,0

< -30,01 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0,3 0,1

Источник: составлено авторами на основании исследований

Количество дней с температурой выше 10 °С составляет 37,5 % в год. Самым холодным за исследуемый период был 2017 год, когда среднесуточная температура наружного воздуха опускалась ниже минус 30 °С на протяжении трех дней. В 2021 году было 14 дней со среднесуточной температурой наружного воздуха ниже минус 20 °С. По расчетам именно при температуре ниже минус 10 °С потребуется дополнительный сектор кожухотрубного теплообменного аппарата для работы вентиляционных систем. Данное техническое решение сможет обеспечивать стабильную работу системы вентиляции до температуры наружного воздуха минус 20.

Оценивая возможность применения в исследуемом регионе проектируемого кожухотрубного теплообменного аппарата с дополнительным сектором, было выявлено, что в среднем в год он будет эффективно функционировать на протяжении 224 дней, минимальное количество работы за исследуемый период равно 215 дней, а максимальная продолжительность составила 234 дня в 2022 году.

Заключение

Построив динамические ряды изменения температуры наружного воздуха в Костромском районе Костромской области с 2014 по 2022 год на основе

имеющихся в официальных источниках статистических данных, выполнен анализ максимальных, минимальных средних значений температуры наружного воздуха посуточно. Исходя из полученных данных, было определено, что наиболее эффективно теплообменный аппарат будет работать в период с октября по апрель включительно, вследствие наибольшего перепада температур наружного и внутреннего воздуха. Проведенное исследование позволило определить, что для эффективной работы теплообменника в периоды, когда минимальная температура наружного воздуха находится в диапазоне от -10 до -20 °С, необходима работа дополнительного сектора теплообменного аппарата. Предлагаемое техническое решение будет обеспечивать предварительный подогрев наружного воздуха до температуры, исключающей обмерзание основного сектора. Полученные данные будут использованы, в частности, для технических расчетов дополнительного сектора кожухотрубного теплообменного аппарата и позволят применять его в более холодные периоды года, по сравнению с ранее спроектированным вариантом установки. Изменённая конструкция теплообменника в настоящее время проходит экспериментальное исследование.

¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nízirs fi ргтшгд! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё

lyvMIvMIII^ ELE C1 Kl CAL TECHNOLOGIES, ELEC ÍKICAL EQUlPMENl

XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Овсянников А. П., Домолазов С. М. Показатели микроклимата в птицеводческом помещении для кур-несушек // Ученые записки КГАВМ им. Н. Э. Баумана. 2015. № 1. С. 160-161.

2. Мамедов Э. С. Особенности воздухообмена в животноводческих и птицеводческих помещениях // Вестник АПК Ставрополья. 2015. № 4 (20). С. 51-54.

3. Андреева О. Н., Меднова В. В., Хорошилова Т. И., Жариков А. Ю. Научные основы оптимизации условий содержания сельскохозяйственных животных и птицы // Научный журнал молодых ученых. 2020. № 3 (20). С. 23-32.

4. Ерошенко Г. П., Лошкарев И. Ю., Шестаков И. В., Лошкарев В. И. Электроемкость продукции промышленного птицеводства // Аграрный научный журнал. 2016 № 2. С. 48-50.

5. Вербицкий А. П., Филонов Р. А., Омельчук В. И., Мещеряков Я. О. Энергосбережение способом рекуперации тепла в свинарнике-маточнике индивидуального хозяйства // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. 2017. № 12 (175). С. 79-86.

6 Морозов В. Ю., Колесников Р. О., Калиткина К. А., Черников А. Н. Обзор проблем применения рекуператоров тепловой энергии для выращивания сельскохозяйственной птицы // Актуальные вопросы ветеринарной биологии. 2022. № 2 (54). С. 47-52.

7. Гусев В. А., Салеева И. П., Тарабрин А. А., Мохов В. В., Шоль В. Г. Повторное использование тепла при выращивании бройлеров в клеточных батареях // Вестник ВНИИМЖ. 2012. № 1. Т. 5. С. 153-158.

8. Кузнецов А. Ф., Тюрин Г. С., Семенов В. Г., Рожков К. А., Лунегова И. В., Никитин Г. С. Промышленное птицеводство: содержание, разведение и кормление сельскохозяйственной птицы, ООО «Квадро», 2017. 392 с.

9. Васильков А. А., Смирнова А. А. Использование теплообменных аппаратов для снижения энергозатрат при обеспечении оптимального микроклимата в объектах АПК // Аграрный вестник Нечерноземья. 2022. № 1 (5). С. 30-35.

10. Архипцев А. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г. Эффективная система вентиляции // Вестник НГИЭИ 2013. № 8 (27). С. 10-15.

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

12. 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.

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

14. Новиков Н. Н., Кольчик И. Е. Современное оборудование и технические средства обеспечения микроклимата на животноводческих фермах // Техника и технологии в животноводстве. 2020. № 1 (37). С. 81-88.

15. Игнаткин И. Ю. , Кирсанов В. В. Универсальная установка обеспечения микроклимата // Вестник НГИЭИ. 2016. № 8 (63). С. 110-116.

16. Новиков Н. Н. Новые решения для утилизации теплоты, рассеиваемой ограждениями животноводческих помещений // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2014. № 4 (16). С. 174-177.

17. Дискин М. Е. Эффективность рекуперации теплоты в системах вентиляции при температурах наружного воздуха ниже температуры опасности обмерзания // АВОК. 2006. № 4. С. 8-11.

18. Ганеев Т. Р. Разновидности современных пластинчатых теплообменных аппаратов, их устройство и отличия // Наука и бизнес: пути развития. 2017. № 12 (78). С. 19-23.

19. МихеевМ. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М. : Изд. дом «Бастет». 2010.

20. Васильков А. А., Смирнова А. А. Патент № 2726448 C2 РФ, Кожухотрубный теплообменный аппарат с дополнительным сектором; заявл. 24.12.2018; опубл. 14.07.2020 Бюл. № 20.

Статья поступила в редакцию 18.01.2023; одобрена после рецензирования 20.02.2023;

принята к публикации 22.02.2023.

XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX

XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX

Информация об авторах: А. А. Васильков - к.э.н., доцент, Spin-код: 9704-3944; А. А. Матвеева - аспирант, Spin-код: 5904-8327.

Заявленный вклад авторов: Васильков А. А. - общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Матвеева А. А. - сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Ovsyannikov A. P., Domolazov S. M. Pokazateli mikroklimata v pticevodcheskom pomeshchenii dlya kur nesushek [Microclimate indicators in the poultry room for laying hens], Uchenye zapiski KGAVMim. N. E. Baumana [Scientific notes of the KGAVM named after N. E. Bauman], 2015, No. 1, pp. 160-161.

2. Mamedov E. S. Osobennosti vozduhoobmena v zhivotnovodcheskih i pticevodcheskih pomeshcheniyah [Features of air exchange in livestock and poultry premises], Vestnik APK Stavropol'ya [Agricultural Bulletin of Stavropol Region], 2015, No. 4 (20), pp. 51-54.

3. Andreeva O. N., Mednova V. V., Horoshilova T. I., ZHarikov A. Yu. Nauchnye osnovy optimizacii uslovij soderzhaniya sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh i pticy [Scientific bases of optimization of conditions for keeping farm animals and poultry], Nauchnyj zhurnal molodyh uchenyh [Scientific Journal of Young Scientists], 2020, No. 3 (20).

4. Eroshenko G. P., Loshkarev I. Yu., Shestakov I. V., Loshkarev V. I. Elektroemkost' produkcii promyshlennogo pticevodstva [Electrical capacity of industrial poultry products], Agrarnyj nauchnyj zhurnal [Agricultural Scientific Journal], 2016, No. 2, pp. 48-50.

5. Verbickij A. P., Filonov R. A., Omel'chuk V. I., Meshcheryakov Ya. O. Energosberezhenie sposobom rekuperacii tepla v svinarnike-matochnike individual'nogo hozyajstva [Energy saving by the method of heat recovery in the pigsty-motherhouse of an individual farm], Izvestiya sel'skohozyajstvennoj nauki Tavridy [Transactions of Taurida Agricultural Scienc], 2017, No. 12 (175).

6. Morozov V. Yu., Kolesnikov R. O., Kalitkina K. A., Chernikov A. N. Obzor problem primeneniya rekuperatorov teplovoj energii dlya vyrashchivaniya sel'skohozyaj stvennoj pticy [Overview of the problems of using heat energy recuperators for poultry farming], Aktual'nye voprosy veterinarnoj biologii [Actual questions of veterinary biology], 2022. No. 2 (54), pp. 47-52.

7. Gusev V. A., Saleeva I. P., Tarabrin A. A., Mohov V. V., Shol' V. G. Povtornoe ispol'zovanie tepla pri vyrashchivanii brojlerov v kletochnyh batareyah [Reuse of heat when growing broilers in cell batteries], Vestnik VNIIMZH [Bulletin VNIIMZH], 2012, No. 1, Vol. 5.

8. Kuznecov A. F., Tyurin G. S., Semenov V. G., Rozhkov K. A., Lunegova I. V., Nikitin G. S. Promyshlennoe pticevodstvo: soderzhanie, razvedenie i kormlenie sel'skohozyajstvennoj pticy [Industrial poultry farming: keeping, breeding and feeding of poultry], OOO «Kvadro», 2017, 392 p.

9. Vasil'kov A. A., Smirnova A. A. Ispol'zovanie teploobmennyh apparatov dlya snizheniya energozatrat pri obespechenii optimal'nogo mikroklimata v ob"ektah APK [The use of heat exchangers to reduce energy consumption while ensuring an optimal microclimate in agricultural facilities], Agrarnyj vestnikNechernozem'ya [Agrarian Bulletin of the Non-Chernozem region], 2022, No. 1 (5), pp. 30-35.

10. Arhipcev A. V., Ignatkin I. Yu., Kuryachij M. G. Effektivnaya sistema ventilyacii [Efficient ventilation system], Vestnik NGIEI [Bulletin NGIEI], 2013, No. 8 (27), pp. 10-15.

11. Il'in I. V., Ignatkin I. Yu., Kuryachij M. G., Bondarev A. M. Rekuperaciya teploty v svinovodstve [Heat recovery in pig farming], Effektivnoe zhivotnovodstvo [Efficient animal husbandry], 2015, No. 9 (118), pp. 40-41.

12. Ignatkin I. Yu., Bondarev A. M., Kuryachij M. G., Putan A. A., Arhipcev A. V. Opyt vnedreniya sistemy rekuperacii tepla ventilyacionnogo vozduha v sistemu podderzhaniya mikroklimata v svinarnike OOO «Firma «Mortadel'» [Experience in the implementation of the ventilation air heat recovery system in the microclimate maintenance system in the pigsty of LLC «Mortadel Firm»], Innovacii v sel'skom hozyajstve [Innovations in agriculture], 2014, No. 4 (9), pp. 256-261.

Вестник НГИЭИ. 2023. № 4 (143). C. 29-38. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2023. № 4 (143). P. 29-38. ISSN 2227-9407 (Print)

¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё

lyvMlvMIII^ ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT

XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX_

13. Il'in I. V., Ignatkin I. Yu., Kuryachij M. G. Resursosberegayushchaya sistema otopleniya i ventilyacii [Resource-saving heating and ventilation system], Effektivnoe zhivotnovodstvo [Efficient animal husbandry], 2011, No. 9, pp. 42.

14. Novikov N. N., Kol'chik I. E. Sovremennoe oborudovanie i tekhnicheskie sredstva obespecheniya mikroklimata na zhivotnovodcheskih fermah [Modern equipment and technical means of providing microclimate on livestock farms], Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve [Machinery and technologies in livestock], 2020, No. 1 (37).

15. Ignatkin I. Yu. Kirsanov V. V. Universal'naya ustanovka obespecheniya mikroklimata [Universal installation of microclimate provision], VestnikNGIEI [Bulletin NGIEI], 2016, No. 8 (63), pp. 110-116.

16. Novikov N. N. Novye resheniya dlya utilizacii teploty, rasseivaemoj ograzhdeniyami zhivotnovodcheskih pomeshchenij [New solutions for the utilization of heat dissipated by fences of livestock premises], Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve [Machinery and technologies in livestock], No. 4 (16).

17. Diskin M. E. Effektivnost' rekuperacii teploty v sistemah ventilyacii pri temperaturah naruzhnogo vozduha nizhe temperatury opasnosti obmerzaniya [Efficiency of heat recovery in ventilation systems at outdoor temperatures below the freezing hazard temperature], AVOK, 2006, No. 4, pp. 8-11.

18. Ganeev T. R. Raznovidnosti sovremennyh plastinchatyh teploobmennyh apparatov, ih ustrojstvo i otlichiya [Varieties of modern plate heat exchangers, their design and differences], Nauka i biznes: puti razvitiya [Science and business: ways of development], 2017, No. 12 (78), pp. 19-23.

19. Miheev M. A., Miheeva I. M. Osnovy teploperedachi [Basics of heat transfer], Moscow, 2010.

20. Vasil'kov A. A., Smirnova A. A. Patent № C2 RF, Kozhuhotrubnyj teploobmennyj apparat s dopolnitel'nym sektorom [Shell-and-tube heat exchanger with additional sector], zayavl. 24.12.2018; opubl. 14.07.2020 Byul. № 20.

The article was submitted 18.01.2023; approved after reviewing 20.02.2023; accepted for publication 22.02.2023.

Information about the authors: A. A. Vasilkov - Ph. D. (Economy), Spin-code: 9704-3944; A. A. Matveeva - postgraduate student, Spin-code: 5904-8327.

Contribution of the authors: Vasilkov A. A. - managed the research project, analyzing and supplementing the text. Matveeva A. A. - collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text.

The authors declare no conflicts of interests.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.