О климатических установках транспортных средств птицеводческой отрасли Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТРАНСПОРТ И ЭНЕРГЕТИКА

ilvina@intbel.ru Ильина Т.Н., канд.техн.наук, доц.,

Феоктистов А.Ю., канд.техн.наук, доц., Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Дегтев В.М., Шатерников В.В. ООО «Автоклимат», г. Белгород

О КЛИМАТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПТИЦЕВОДЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ

Рост производства птицеводческой продукции сопровождается увеличением количества рейсов для перевозки молодняка птиц и яиц на инкубацию, что приводит к ужесточению требований к климатическим установкам для создания микроклимата в автофургонах и совершенствованию их конструкции. В работе представлен теплотехнический расчет наружных ограждений современныгх транспортныгх средств и последовательность расчета производительности систем кондиционирования воздуха, обеспечивающих требуемыге парамет-ры1 микроклимата. Показана схема обработки воздуха в автофургонах ООО «Автоклимат».

В России с 1989 г наметился рост производства птицеводческой продукции, который в 2007 г составил 1888 тыс. т., что на 1258 тыс. т. больше чем в 1997 г. Динамичное развитие отрасли осуществляется в рамках национального проекта «Развитие АПК». Белгородская область является безусловным лидером в производстве яиц и мяса птицы, которое осуществляют крупные агрохол-динги и птицеводческие предприятия.

По расчетам специалистов Росптицесоюза 15% прирост производства бройлеров получен за счет улучшения продуктивных показателей и 85% за счет ввода новых мощностей, реконструкции и модернизации.

Потребление мяса птицы на душу населения составило 22,3 кг, в том числе отечественного - 13,3 кг. В целом потребление мяса птицы на душу населения по отношению к 1990 г увеличилось на 9,9 кг или на 80%. Следует отметить, что динамичное развитие промышленного птицеводства в России привело к увеличению удельного веса мяса птицы с 18% (1990 г) до 33% (2007 г).

По данным Росптицесоюза прирост мяса птицы составил в 2008 году более 200 тыс. т., а общее производство к 2012 г составит - 2,5 млн. т. в убойной массе, по яйцу - 8,9 млрд., что соответственно позволит обеспечить население диетической и экологически чистой продукцией. В пересчете на инкубационное яйцо эта цифра в 2012 г составит 1 млрд. 388 тыс. 888 шт. Таким образом, для перевозки яиц и молодняка птиц, количество рейсов составит в среднем в месяц 3300 рейсов автомобилей.

Для перевозки суточных цыплят, инкубационных и пищевых яиц применяется специальный автомобиль-

ный транспорт, осуществляющий перевозку на расстояние более 100 км в зонах с климатическими условиями от минус 30 0С до плюс 3 5 0С.

Устройство фургонов для перевозки молодняка птиц и яиц на инкубацию осуществляют в соответствии с требованиями к микроклимату в условиях транспортирования, строгое выполнение которых обеспечивает сохранность перевозимого груза.

В Советском Союзе при перевозках суточных цыплят, инкубационных и пищевых яиц массово применялся специализированный автомобильный транспорт, например, спецавтомобиль 3 716, предназначенный для транспортирования инкубационных яиц и молодняка птицы в возрасте до 3-х суток в специализированной таре на расстояние до 100 км в зонах с климатическими условиями от минус 30 до плюс 35 0С.

Он имеет изотермический кузов (с задней двухстворчатой дверью) который оснащен отопительно-вентиля-ционной системой, комплектом трехколесных контейнеров для укладки ящиков с яйцом или цыплятами, звуковой и световой сигнализацией, системой энергоснабжения кузова. Краткая характеристика автомобиля приведена в табл. 1.

Изотермический кузов был изготовлен из деревянных конструкций и обшит затем металлическими листами. В качестве утеплителя использовали минерало-ват-ные плиты. Этот образец спецавтомобиля идеально подходил для частой мойки и дезинфекции в соответствии с правилами ветеринарно-санитарного контроля. Однако, слабыми местами данной конструкции были: недолговечная деревянная конструкция фургона и низкая на-

дежность систем вентиляции и кондиционирования. При транспортировании цыплят трехколесные тележки практически не использовались и ящики с цыплятами устанавливались на дно кузова в несколько ярусов. До настоящего времени большое количество подобных автомобилей эксплуатируется как на территории России, так и за ее пределами.

В настоящее время в России налажено производство специализированных автомашин на предприятиях ЗАО «Агротехсервис» [1], ЗАО «Техснаб»[2], ООО «Автокли-мат»[3,4], наряду с этим осуществляется поставка спецавтомобилей из-за рубежа.

Основным отличием изотермического кузова спецавтомобилей производства ЗАО «Агротехсервис» является конструкция фургона. Толщина стенок у предлагаемого фургона: боковых - 60 мм, крыши - 45...165 мм, передней - 60 мм, пола - 100...225 мм, дверей - 70 мм. В качестве утеплителя используется полиуретан. Рама кузова выполнена из стальных конструкций. Внешняя облицовка изотермического кузова (как внутри, так и снаружи) выполнена из полиэстера, усиленного стекловолокном, поверхность гладкая. Двери при погрузке и разгрузке фиксируются на боковых стенках кузова. Обе двери имеют один запорный вал и три петли. Двери обрамлены изоляционной резиной.

На внешней стороне передней стенки кузова установлен блок циркуляции. В нем смонтирован рециркуляционный клапан, управляющий объемом воздуха, подаваемого на рециркуляцию, два радиальных вентилятора с регулируемым электрическим приводом и фильтры приточного воздуха.

Обогрев воздуха конвекторного типа, связанный с бойлером. Мощность отопительной установки - 35 кВт. Внутри кузова установлены 3 датчика температуры, рас-

положенные на равном удалении по длине кузова. Результаты замеров выводятся на 3-х символьный дисплей блока управления внутри кабины водителя.

Основные параметры работы климатической установки:

- температура в кузове -+18...+35 0С;

- объем подаваемого воздуха - 3500 м3/ч;

- скорость подаваемого воздуха - 18 м/с на выходе из воздухораспределителей.

Таким образом, транспортные средства, эксплуатировавшиеся в СССР, отвечали следующим требованиям: перевозка за один рейс не менее 35..40 тыс. шт. яиц или цыплят; изотермический кузов; система кондиционирования, обеспечивавшая внутри кузова температуру в пределах 18...35 0С, относительную влажность в пределах 70...85 %, скорость движения воздуха в кузове - 3...5 м/с. Обязательным условием является стабильность поддержания вышеприведенных климатических параметров.

Наряду с этим, кузов должен иметь прочную, гладкую, легко моющуюся поверхность, дающую возможность проводить дезинфекцию агрессивными химическими веществами.

Автомобиль, предназначенный для перевозки яиц и молодняка птицы должен иметь пневматическую подвеску для снижения тряски и вибраций. Тележки для установки ящиков должны быть прочными, легкими и должны переносить воздействие дезинфицирующих растворов.

В настоящее время действует стандарт, определяющий требования к содержанию молодняка птиц при перевозке - ОСТ 10 331-2003 «Яйца инкубационные и молодняк сельскохозяйственной птицы. Транспортирова-

Таблица 1

Техническая характеристика спецавтомобиля 3 716

Показатель Значение

Вместимость кузова, в том числе:

инкубационных яиц, тыс. шт. 35,64

суточных цыплят, тыс. гол. 12,6...14,4

Число контейнеров, шт. 9

Температура внутри кузова при перевозке, °С:

инкубационных яиц 10...35

суточных цыплят 28...35

Скорость движения воздуха, м/с 0,3...0,4

Воздухообмен внутри кузова при перевозке цыплят (на 1 кг живой массы), м /ч 1,5

Габариты, мм

длина 6 400

ширина 2 450

высота 3 270

Грузоподъемность платформы, кг 1 000

Погрузочная высота, м 1,35

Время загрузки и разгрузки кузова, мин 8

Скорость движения с грузом, км/ч 45...50

Радиус поворота, м 6

Масса загруженного автомобиля, кг 7 250

ние», нормирующий следующие параметры: внутри транспортного средства:

- температура - +20...+28 0С,

- относительная влажность воздуха - 55...75 %,

- скорость движения воздуха - не более 2 м/с;

в секциях тары:

- температура - +27...+33 0С,

- относительная влажность воздуха - 60...70 %,

- уровень СО2 - не более 1,5 %.

Биологические характеристики перевозимого молодняка птицы представлены в виде следующих показателей:

- температура тела молодняка птицы - +39...+40,5 0С,

- масса одной птицы - 32...48 г,

- тепловыделения - 12,7 ккал/(кг-час),

- выделения углекислого газа (СО2) - 1,82 л/(кг-час),

- влаговыделения - 9 г/(кг-час).

Скорость движения автомобильного транспорта по асфальтированным дорогам не должна превышать 80 км/ч, а по грунтовым - 30 км/ч. Допустимое время транспортирования молодняка с момента загрузки - не более 24 часов.

Основным требованием к изотермическим фургонам для перевозки молодняка птицы и инкубационных яиц является обеспечение требуемых параметров микроклимата с помощью систем кондиционирования воздуха (СКВ).

СКВ представляет совокупность технических средств, служащих для приготовления, транспортирования и распределения воздуха, автоматического регулирования его параметров, контроля и управления всеми процессами. Выбор аппаратов СКВ зависит от производительности по воздуху и требований к параметрам воздуха.

Для создания требуемой климатической обстановки внутри фургона необходимо провести теплотехнический расчет наружных ограждений, оценить изотермич-ность кузова, составить тепловой баланс внутри транспортных средств при различном количестве перевозимого молодняка птиц. По результатам построения процесса обработки воздуха на М диаграмме для холодного и теплого периодов года, рассчитывают требуемую производительность системы кондиционирования воздуха, количество тепла или холода, необходимого для обработки воздуха.

Теплотехнический расчет наружных ограждений фургонов сводится к определению теплопотерь через ограждающие конструкции:

= к-Ы■ F ,

(1)

где Ы = I в - tн - разница температур внутри и снаружи фургона, в качестве внутренней принимаем максимально допустимую +28°С, в качестве наружной соответственно требованиям для Белгородской области -23°С -средняя температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92; Б площадь рассчитываемой ограждающей конструкции; k коэффициент теплопередачи, зависящий от свойств конструкции, условий омыва-ния воздухом и т.п.

к=I=_I_

Я а -тч О; 1

(2)

а 1

а

где Я - ермическое сопротивление теплоотдачи конструкции температур;ос1ос2 - коэффициенты теплоотдачи с наружной и внутренней стороны ограждения фургона соответственно, Вт/(м2Ч°С); 8 - толщина слоя наружного ограждения, м; А,- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(мЧ°С).

Термическое сопротивление ограждающей конструкции Як, м2 • °С/Вт с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев

Я. = Я, + Я., + ... + Я

к 1 2 п

(3)

где Я1, Я2, ... , Яп - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2 • °С/Вт, определяемые по формуле;

Я=А/8

к

(4)

Для сравнения рассчитаем 4 варианта термического сопротивления теплопередачи.

Значение коэффициентов теплоотдачи а! выбраны согласно СНиП 23-02-2003 - «Тепловая защита зданий»» Вариант 1 — нормативный а= 3 Вт/(м2 • °С) для статистических условий транспортного средства.

Таблица 2

Термическое сопротивление и коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций фургона

при различных внешних условиях

вариант Стены Пол Крыша Торцы

R k R k R k R k

1 1,41 0,71 3,53 0,28 2,16 0,46 2,16 0,46

2 1,42 0,70 3,55 0,28 2,17 0,46 2,17 0,46

3 1,39 0,72 3,51 0,29 2,13 0,47 2,13 0,47

4 1,38 0,72 3,51 0,29 2,13 0,47 2,13 0,47

Таблица 3

Теплопотери через ограждающие конструкции фургона

Ограждение к, Вт/(м2?°С) Размеры Кол-во ограждений Площадь 5, м2 Г 0С Г 0С 'н, С Г -Г 0С "•вн Теплопотери <2,Вт

а, м Ь, м

стены 0,72 3 7 2 35 28 -23 51 1292

пол 0,29 3 7 1 21 28 -23 51 305

крыша 0,47 3 7 1 21 28 -23 51 502

торцы 0,47 3 2,5 2 15 28 -23 51 359

Вариант 2—при минимальной нормативной скорости ветра 1 м/с, 0^=17,4 Вт/(м2 • °С), т.е. при условии обдувания фургона малой скоростью ветра.

Вариант 3—при скорости ветра 10 м/с, обдувающий транспортное средство <х1=42,48 Вт/(м2 • °С)

Вариант 4—при скорости движения транспорта 80 км/ч и соответственно приведенной скорости ветра 22,2 м/с, «,=60,48 Вт/(м2 • °С).

Толщина теплоизоляционного слоя составляет 5.=0,05 и теплопроводность теплоизоляции составляетА,=0,04 Вт/ (м • °С) по данным производителя фургона.

Расчетные значения сопротивления теплопередачи R, м2 • °С/Вт и коэффициента теплопередачи к = 1/ Я, Вт/ (м2 • °С) ограждающих конструкций представлены в табл. 2.

Расчетную температуру наружного воздуха ¿и, °С, следует принимать по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 для соответствующего городского или сельского населенного пункта. При отсутствии данных для конкретного пункта расчетную температуру следует принимать для ближайшего пункта, который указан в СНиП 23-01-99 - «Строительная климатология».

Соответственно принимаем температуру -23°С для Белгородского региона.

Размеры типового фургона для перевозки цыплят: длина 7м, высота 2,5м, ширина 3м.

Расчетные теплопотери через наружные ограждения фургонов представлены в табл. 3:

Для составления теплового баланса необходимо рассчитать теплопоступления.

Количество теплопоступлений определим по удельным тепловыделениям на 1 кг живой массы цыплят, равным 14,77 Вт/кг. При максимальном количестве цыплят

Итого 2459 Вт = 2,5 кВт

в фургоне, равном 50 000 шт. и массе 1-го цыплёнка 40 г, их общая масса составляет 2 000 кг. Соответственно общие тепловыделения составляют:

2000*14,77= 29 540 Вт, Округленно принимаем 30 000 Вт = 30кВт Дополнительными теплопоступлениями пренебрегаем, в связи с их незначительностью по сравнению с тепловыделениями от цыплят. Тепловой баланс фургона представлен в табл. 4.

Как видно из табл.4, теплопотери малы по сравнению с теплопоступлением и автофургон можно считать изотермическим.

Количество подаваемого воздуха зависит от количества вредностей, ассимилируемых СКВ. Для фургона по перевозке птиц такими вредностями являются теплопо-ступления и влаговыделения от молодняка птиц, содержание углекислого газа (СО2). Производительность СКВ должна обеспечить требуемое потребление кислорода, воздухообмен на 1 кг живой массы.

Количество тепловыделений (кДж/ч) зависит от количества перевозимого молодняка и рассчитывается согласно уравнению:

01 = М ■ Ч,, (5)

где М - масса птицы:

М = п ■ , (6)

где п - количество цыплят, шт; т. - масса цыпленка (т. = 32...48 г), принимаем т. = 38 г, д. - тепловыделения (д. = 12,7 ккал/(кг-ч) = 53,4 кДж/(кг-ч)).

Поступление влаги в воздух происходит с выдыхаемым воздухом, а также при испарении влаговыделений

Таблица 4

Период Расчетная Теплопоступления, Теплопотери, Теплоизбытки,

температура, 0С кВт кВт кВт

ТП — 30 0 30

ХП -23 30 2,5 27,5

Таблица 5

Количество выделяемых вредностей в фургоне

п птиц, шт М, кг е, кДж/ч 6, кВт Ж, кг/ч 2Ш2, м3/ч Е, кДж/кг вл.

28400 1079,2 57424 15,95 9,71 1,96 5914

35640 1354,3 72063 20,01 12,19 2,46 5911

50000 1900,0 101099 28,08 17,1 3,46 5912

и рассчитывается согласно уравнению, кг/ч:

W = M ■ ^, (7)

где м - влаговыделения, кг/(кг-ч) = 9 г/(кг-ч), в том числе с выдыхаемым воздухом 4,5 г/(кг-ч)). В расчетах используем общее количество влаговыделений.

При дыхании в воздух выделяется углекислый газ в количестве Z д = 1,82 л/(кг-ч). Общее количество поступлений С02, м3/ч:

2со2 = m ■ Z уд .

(8)

Согласно требованиям к перевозке молодняка птиц воздухообмен внутри кузова должен составлять 1,5 м3/ч на 1 кг живой массы птицы = 1,5 м3/(кг-ч)).

Расчет производительности СКВ (Ъ, м3/ч) для теплого периода года проводится по следующим формулам: - по избыткам полной теплоты

Ь =

по избыткам влаги

Ь =-

Qi

р( - 1п)

W -103

(9)

(10)

р(у - ап )

- по нормируемой кратности воздухообмена

Ь = М ■ N , (11)

- по количеству выделяемых вредных веществ

¿4 =

X - X

У п

(12)

где 1, 1п - удельная энтальпия удаляемого и приточного воздуха соответственно, кДж/кг; dу, dп - влагосодержа-ние удаляемого и приточного воздуха соответственно, г/кг; Zу, Zn - концентрация С02 в удаляемом и приточном воздухе соответственно, % = 1,5%, Zn = 0,5%), р -плотность воздуха, принимаем р = 1,2 кг/м3.

Значение параметров приточного и удаляемого воздуха находим при построении процессов обработки воздуха на М диаграмме.

Для этого рассчитывают луч процесса, кДж/кг влаги:

£ =

о.

W

(13)

Результаты расчета выделяемых вредностей для фургонов различной заполненности представлены в табл. 5.

При построении на М диаграмме процессов обработки воздуха получено, что параметры воздуха при одинаковых значениях луча процесса составляют:

t = 20 0С, d = 12,8 г/кг, I = 53 кДж/кг

\ = 32 0С, dу = 17,0 г/кг, 1у = 76 кДж/кг

А = 4,2 г/кг, , А = 23 кДж/кг Рассчитанные значения производительности СКВ, предназначенные для удаления различных вредностей из фургонов различной нагруженности, представлены в табл. 6. Расчет кратности воздухообмена произведен на основании принятых значений производительности СКВ и объема фургона размером 7,0х2,5х3 м (V = 52,5 м3), 1/ч:

Ь V

(14)

Таблица 6

Производительность СКВ

Количество молодняка птиц в фургоне и, шт М3/Ч ¿2, М3/ч ¿3, м3/ч ¿4, м3/ч Кратность воздухообмена иоб, 1/ч

28400 2081 1927 1619 196 39,6

35640 2610 2418 2031 246 49,7

50000 3663 3393 2850 346 69,8

Зызопя1пи>£ ос^дутаволы

Рис. Схема обработки, раздачи и удаления воздуха в автофургоне

Как видно из табл. 6, наибольшие значения производительности СКВ соответствуют расходу воздуха, необходимого для удаления избытков теплоты.

После расчета требуемых воздухообменов по всем вредным факторам принимается максимальный из рассчитанных расходов воздуха, как позволяющий компенсировать воздействие всех вредных факторов.

Выбор схемы организации воздухообмена должен обеспечивать равномерную подачу приточного воздуха во весь рабочий объем транспортного средства и равномерное удаление загрязненного воздуха из фургона.

В настоящее время, при производстве систем создания и поддержания микроклимата в автофургонах ООО «Автоклимат» применяют следующую схему обработки воздуха, представленную на рис.

Надежность системы и стабильность значений параметров микроклимата обеспечивается 2-х кратным резервированием систем подготовки воздуха: нагрев приточного воздуха осуществляется автономным холодиль-но-отопительным агрегатом и подогревателями воздуха; охлаждение приточного воздуха осуществляется тем же автономным холодильно-отопительным агрегатом и испарительным блоком кондиционера. Оборудование установлено в общей камере в передней части фургона, оборудованной приточными вентиляторами, и подает обработанный воздух в горизонтальный воздуховод равномерной раздачи. Удаление воздуха осуществляется через вытяжные отверстия, организованные в полу фургона и оборудованные утепленными вытяжными насадками.

Таким образом, по результатам комплексного расчета производительности СКВ проводится подбор хо-лодильно-отопительного оборудования и выбор схемы воздухораспределения в изотермическом фургоне транспортных средств для перевозки молодняка птиц.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пат. 2170009 Российская Федерация, (51) 7 А01К45/00, В65Д85/32. Способ транспортирования яиц с эмбрионами сельскохозяйственной птицы / Мелехина Т.А.; заявитель и патентообладатель государственное науч. учрежд. Всероссийский науч.-исслед. ин-т птицеводства. - № 2000102400/13: заявл. 31.01.00; опубл. 10.07.01.

2. Пат. 2023605 Российская Федерация, (51) 5 В60Р3/04. Транспортное средство для перевозки птицы / Циммерман А.Б., Вистяк В.Б., Белобородов В.А. и др.; заявитель и патентообладатель головное специальное конструкторское бюро по ремонтным мастерским и кузовам. - № 4924858/11: заявл. 11.02.91; опубл. 30.11.94.

3. Пат. 68430 Российская Федерация, (51) МПК В60Р3/04 (2006.01). Система микроклимата в транспортном средстве для перевозки молодняка птиц и яиц на инкубацию / Дегтев В.М.; заявитель и патентообладатель ООО «Автоклимат». - №2007125868/22: заявл. 10.07.07; дата начала отсчета действия патента 10.07.07.

4. Пат. 76607 Российская Федерация, (51) МПК В60Р3/04 (2006.01). Транспортное средство для перевозки молодняка птиц с защитными устройствами нижних воздуховодов / Дегтев В.М.; заявитель и патентообладатель ООО «Автоклимат». - №2008118866/22: заявл. 13.05.08; дата начала отсчета действия патента 13.05.08