CC BY
0Столыпинский вестник №8/2024
Научная статья Original article УДК 636.083
ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ КОРОВНИКА В УСЛОВИЯХ РЕЗКО КОНТИНЕНТАЛЬНОГО КЛИМАТА РЕГИОНА
ORGANIZATION OF COWSHED HEAT SUPPLY UNDER CONDITIONS OF SHARPLY CONTINENTAL CLIMATE OF THE REGION
Трофимова Варвара Семеновна, ассистент кафедры, Инженерный факультет, ФГБОУ ВО Бурятская ГСХА, г.Улан-Удэ, Республика Бурятия, trofimovarvara 15 @mail. ru
Тимофеев Петр Егорович, студент, Инженерный факультет, ФГБОУ ВО Арктический ГАТУ, г.Якутск, Республика Саха (Якутия)
Жамаганов Баир Леонидович, студент гр. Б-422-А, Инженерный факультет, ФГБОУ ВО Бурятская ГСХА, г.Улан-Удэ, Республика Бурятия Елисеев Никита Викторович, студент гр. Б-421-А, Инженерный факультет, ФГБОУ ВО Бурятская ГСХА, г.Улан-Удэ, Республика Бурятия
Varvara S. Trofimova, Assistant of the Department, Faculty of Engineering, Buryat State Agricultural Academy, Ulan-Ude, Republic of Buryatia, trofimovarvara15@mail.ru
Petr E. Timofeev, student, Faculty of Engineering, Arctic State Agrotechnological University, Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia)
Bair L. Zhamaganov, student of group B-422-A, Faculty of Engineering, Buryat State Agricultural Academy, Ulan-Ude, Republic of Buryatia
Столыпинский вестник
Nikita V. Eliseev, student gr. B-421-A, Faculty of Engineering, Buryat State Agricultural Academy, Ulan-Ude, Republic of Buryatia
Аннотация. Проблема микроклимата в коровнике является одной из наиболее актуальных проблем для животноводов, занимающихся содержанием крупного рогатого скота (КРС). Одной из основных проблем, связанных с микроклиматом в коровнике, является недостаточное теплоснабжение и вентиляция. В резко-континентальном климате зимой температура может опускаться до очень низких значений, что может негативно сказываться на здоровье животных. Поэтому необходимо обеспечить надлежащее отопление и циркуляции воздуха коровника, чтобы поддерживать благоприятный на здоровье КРС микроклимат. Таким образом, проблема микроклимата в коровнике требует комплексного подхода и внедрения современных технологий, таких как эффективное теплоснабжение, системы вентиляции и тепловые сети. Обеспечивая комфортные условия для животных, можно повысить производительность и качество молока, что приведет к увеличению прибыли и улучшению условий содержания КРС. В статье рассматривается микроклимат коровника и его теплоснабжение в условиях резко континентального климата Республики Саха (Якутия), амплитуда колебаний температуры воздуха которого может достигать до 100°С (от +40°С летом, до -60°С зимой).
Abstract. The problem of microclimate in a cowshed is one of the most urgent problems for livestock breeders engaged in the maintenance of cattle (cattle). One of the main problems associated with the microclimate in the cowshed is insufficient heat supply and ventilation. In a sharply continental climate, temperatures can drop to very low values in winter, which can negatively affect the health of animals. Therefore, it is necessary to ensure proper heating and air circulation of the cowshed in order to maintain a microclimate favorable to the health of cattle. Thus, the problem of microclimate in a cowshed requires an integrated approach and the introduction of modern technologies such as efficient heat supply, ventilation systems
and heating networks. By providing comfortable conditions for animals, it is possible to increase the productivity and quality of milk, which will lead to increased profits and improved conditions for cattle. The article examines the heat supply of a cowshed in the sharply continental climate of the Republic of Sakha (Yakutia), the amplitude of air temperature fluctuations of which can reach up to 100°C (from +40°C in summer to -60°C in winter).
Ключевые слова: КРС, крупный рогатый скот, коровник, теплоснабжение, вентиляция, микроклимат, резко-континентальный климат, тепловые сети.
Keywords: cattle, cowshed, heat supply, ventilation, microclimate, sharply continental climate, heating networks.
Введение. Коровник - место, где проходит основная жизнь КРС: кормление, дойка, сон, размножение, отел. Они хорошо переносят холод и быстро адаптируются к содержанию в сложных климатических условиях. Однако для обеспечения высокой продуктивности животных необходимо создать оптимальные условия содержания в коровнике. Один из ключевых аспектов - поддержание правильного микроклимата в помещении. Помимо основной конструкции, важным является теплоснабжение и вентиляция.
Микроклиматом животноводческих помещений называется совокупность физических и химических факторов воздушной среды, сформировавшаяся внутри помещения (коровника). К важнейшим факторам микроклимата относятся: температура и относительная влажность воздуха, скорость его движения, качество воздуха (концентрация вредных газов и микроорганизмов) и запыленность.
Организация теплоснабжения показана на примере коровника на 200 голов в селе Маралайы Республики Саха (Якутия). В селе Маралайы распространена симментальская порода крупного рогатого скота и холмогорской породы. Основная масть животных этой породы - палевая, палево-пёстрая, встречается красно-пёстрая и красная с белой головой.
Симментальская порода молочно-мясного (комбинированного) направления продуктивности. Животные симментальской породы привлекли скотоводов относительной нетребовательностью, хорошим сочетанием молочной продуктивности с высокой энергией роста, прекрасными откормочными и мясными качествами молодняка. Холмогорская порода - отечественная порода мясо и молочного направлений продуктивности. Масть преимущественно чёрно-пёстрая (реже чёрная, красная, красно-пёстрая, белая).
Условия и методика исследований. Республика Саха (Якутия) - один из самых крупных по территории субъектов Российской Федерации. Климат -резко континентальный: амплитуда колебаний температуры воздуха 100°С (от +40°С летом, до -60°С зимой). Средняя температура воздуха зимой составляет -45°С, в июле +20°С.
Основу теплоснабжения республики составляют локальные котельные мощностью от 0,1 Гкал/час до 60 Гкал/час.
По всей Республики эксплуатируются 1903 котельных в т.ч. по видам топлива работающих на угле - 928 котельных, на природном газе - 437, на нефти - 204 котельных, на газоконденсатном топливе - 114 котельных, на дровяном топливе - 194 котельных, на дизельном топливе - 10.
Рисунок 1. Виды топлива в населенных пунктах и городах Республики по видам
топлива
Ежегодно котельными установками производится 11860718 Гкал тепловой энергии, при этом населению отпускается 5741135 Гкал, объектам социальной сферы - 2883232 Гкал, объем отапливаемого фонда социальной сферы - 21008415 м3. Протяженность тепловых сетей, находящихся на балансе предприятий коммунального хозяйства Республики, составляет 2422,7 км.
Самыми распространенными типами котлов в Республике являются: КВ-300, КВ - 200, Универсал - 2 и 3, Энергия - 1.
Чурапчинский улус (район) образован 25 марта 1930 г. Расположен в Центральной Якутии. Площадь 12,6 тысяч квадратных километров. Село Маралайы расположено в 34 км к западу от села Чурапчи. Численность населения на 2021 год (постоянных жителей) составляет 807 человек. Зимняя температура наружного воздуха для расчета отопления -54С, средняя температура отопительного периода -22С, продолжительность отопительного периода 259 суток.
Производственные объекты, объекты социальной инфраструктуры, административные здания в основном отапливаются с котельных.
Жилой сектор подразделяется на три группы:
1. Дома с печным отоплением на дровяном топливе;
2. Дома, подключенные к системе центрального отопления;
3. Дома, имеющие автономную отопительную систему: на угле с добавкой дров или чисто дровяные.
Количество сжигаемого топлива взято из материалов, предоставленных местными администрациями. Используемое топливо представляет собой уголь из Харбалахского района Республики и дров. Источник теплоснабжения -местная центральная котельная, в котором эксплуатируется котел типа КВр. Его топят бурым углем, способ подачи угля ручной. Особенности данного типа котла, в том, что его срок службы большой, который проверен годами, простота
в обслуживании и уходе за котлом. Теплоноситель вода с параметрами Т1/Т2=95/70°С поступает в тепловой узел коровника.
В таблице приведены расходы топлива котельных предприятий в виде твердого топлива - угля и расход топлива жилого сектора села по результатам зимнего отопительного периода 2019-2020 гг.
Таблица 1. Расход топлива для котельных предприятий с. Маралайы
Наслеги Отопление организаций Объем дров, сжигаемых в котельных и печах организаций (м3) Объем угля, сжигаемого в котельных (т)
Количество котельных Количество печей
с. Маралайы 2 1 225 2500
Жилой сектор имеет печное отопление, а некоторая часть подключена к центральному отоплению. Объясняется этот факт усадебным типом застройки сельских поселений, их разбросанностью, а также дороговизной наружных тепловых сетей, нехваткой мощности котлов.
Частный жилой сектор не использует уголь как топливо. Выделение при сжигании большого количества золы и серы, а также каменноугольной пыли делают его потребление весьма нежелательным. Другим определяющим моментом является дорогая доставка и покупка угля. Дрова же обходятся намного дешевле ввиду того, что потребитель платит только за лесной билет и за доставку дров с более близкого (20-25 км) расстояния.
Таблица 2. Общий расход топлива с. Маралайы Чурапчинского улуса
Наслеги Центры наслегов Расход топлива
Всего сжигается угля (т) Всего сжигается дров (м3)
Мугудайский с. Маралайы 2500 6675
В результате обработки собранных материалов известно общий расход топлива за год котельными предприятиями и жилого сектора. Полученные
результаты с большой достоверностью могут служить исходной базой для дальнейших расчетов по вопросам топливоснабжения села.
Результаты исследований и их обсуждение. Коровник должен быть достаточно тёплым, светлым и сухим, а холодное, тёмное и сырое помещение будет отрицательно влиять на здоровье животных и их продуктивность. Поэтому при содержании животных огромное внимание надо уделять помещению, в котором они содержатся. Коровник должен удовлетворять следующим требованиям: температура воздуха (зимой) 8-10°С; относительная влажность не свыше 85%; освещённость (отношение площади окон к площади пола) - 1/12 - 1/16.
Воздушная среда животноводческих помещений должна соответствовать требованиям санитарно-гигиенических норм. Естественный воздухообмен не всегда может обеспечить достаточную вентиляцию. Поэтому, животноводческие и птицеводческие помещения оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, подающей в них свежий воздух и одновременно удаляющей загрязненный.
Объем приточного воздуха определяют из расчета уменьшения концентрации углекислоты и водяных паров до допустимых пределов. При таком воздухообмене происходит поглощение вредных выделений (аммиака, сероводорода, пыли), содержащихся в помещении в значительно меньших количествах.
Часовой объем приточного воздуха, м3/ч, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле 1.
Ьсо^гт, (1)
где с = 126 - это количество С02, выделяемое одним скотом, л/ч;
п = 200 - количество КРС в помещении;
сг = 2,5 - предельно допустимая концентрация С02 в воздухе помещения, л/м3;
с2 - концентрация С02 в наружном воздухе. В сельской местности С2 = 0,3 ... 0,4 л/м 3.
Подставив свои данные получаем:
126* 200
Ьсо = тгт:—^г = 12000 м3/ч. С02 2,5 - 0,4 '
Часовой объем приточного воздуха, м3/ч, необходимого для растворения
водяных паров находят по формуле 2.
Ьщ = ^-^р' (2)
где W - масса влаги, выделяющейся в помещении, г/ч;
dв и dн - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха,
г/кг;
р - плотность воздуха в помещения, кг/м3.
Плотность воздуха зависит от температуры и атмосферного давления
(р):
= 993 =1,22 кг/м3, (3)
к 273+tв 99,3 273 + 10 99,3 ' ' 4 '
Значения dв и dн определяют при помощи hd-диаграммы для влажного воздуха по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха.
Суммарные выделения влаги, г/ч, в помещении для животных подсчитывают по формуле 4.
Ш = Шж + Шисп, (4)
Влагу, выделяемую животными, определяют по формуле 5.
Шж = к Е[=1 = 1 * 404 * 200 = 80800 г/ч. (5)
где N =200 - количество половозрастных групп;
П - число скотов с одинаковым выделением водяных паров (в ьй половозрастной группе);
= 404 - выделение водяных паров одним скотом, г/ч; к = 1 - коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых коровой водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения.
Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и пр.):
Шисп = £Шж=0,125 X 80800 = 10100 г/ч. (6)
где £ - коэффициент, равный 0,125. Большие значения £ относятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при не удовлетворительной работе канализации.
Подставив полученные значения Шж и Шисп в формулу 4 получаем значение суммарного выделения влаги в помещении:
Ш = 80800 + 10100 = 90900 г/ч.
Часовой объем приточного воздуха по формуле 2 будет
90900
Ьш = 77—ттт^т = 14901,64 м3/ч. щ (6-1)1,22 '
Необходимый воздухообмен L, м3/ч, для коровника принимается по наибольшей из двух величин:Ьс02 или Ьщ.
Внутренний объем помещения = 84 * 18 * 2,55 + 18 * 84 * 1,235 = 5722,92 м3.
Принимаем часовой объем приточного воздуха Ь = КУп = 3 * 5722,92 = 17168,76 м3/ч.
Наибольший воздухообмен принимаем Ь=17168,76 м3/ч.
Расчет воздухообмена произведен согласно СП 60.13330.2016, В.М. Юрков «Микроклимат животноводческих ферм и комплексов»
- из условия удаления избытков влаги в холодный период (стойловое помещение)
- из условия удаления избытков тепла в переходный период (стойловое помещение)
- поддержание необходимого газового состава по углекислоте (стойловое помещение)
- по кратности (из вспомогательных помещений и помещений молочного блока).
Животноводческие помещения в холодный период года необходимо отапливать. В производственных помещениях преимущественное применение получило воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией.
Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса (7).
Фот Фогр + Фв + Финф + Фисп Фж, (7)
где Фогр, Фв, Финф, Фисп - тепловые потоки, Вт, теряемые помещением соответственно через наружные ограждения, на нагрев приточного воздуха, испарение влаги в помещении, нагрев инфильтрирующегося воздуха и поступающих извне кормов;
Фж, Фэл, Фмэ, Фпод - тепловые потоки, Вт, поступающие в помещение соответственно от животных, электрооборудования, средств местного электрического обогрева и глубокой подстилки.
Поток теплоты теряемой через наружные ограждения Фогр складывается из основных потерь теплоты, через все ограждающие конструкции (стены, потолок, пол, окна, двери) и добавочных теплопотерь £ Фдоб (8).
Ф = £Ф + £Фдоб, (8)
Основные потери теплоты через отдельные ограждения определяют
р-
Ф;=^в-*нК Ф = £Ф;, (9)
к01
где F¿ - площадь ограждения, которую вычисляют с точностью до 0,1 м2; ¿ви ¿н - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, оС;
- общее термическое сопротивление 1-го ограждения, м2 оС/Вт; п - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху. Определяем общую площадь:
окон - = 1 * 3 * 20 = 60 м2; ворот - ^ор = 2,5 * 4 = 10 м2; пола - ^ = 18 * 84 = 1512 м2;
стен - ^ = (18 X 2,55 X 2 + 84 X 2,55 X 2) = 520,2 м2; перекрытия - ^ер = 1611,9 м2. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций рассчитывается по формуле 10.
Д0 = Дв + Ш^ + Дн, (10)
где Дв - термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, м2 оС/Вт;
v ^ï
— сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных
слоев m-слойного ограждения толщиной , м, выполненных из материалов с теплопроводностью Aj, Вт/(м- оС);
Дн - термическое сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждения, м2 оС/Вт.
Потери теплоты через неутепленные полы вычисляют по зонам-полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам. Сопротивление теплопередаче R для первой зоны составляет 2,15, для второй - 4,3, для третьей - 8,6, для остальной площади пола - 14,2 м2 оС/Вт. Площадь участков пола, примыкающих к углам в первой двухметровой зоне, вводится в расчет дважды, т.е. по направлению обеих наружных стен, образующих угол. Сопротивление утепленных полов теплопередаче:
Ду.п = Дп + 5у.с/Яу„ (11)
где Дп - сопротивление теплопередаче неутепленного пола, м2- оС/Вт; 5ух и Яу.с - толщина утепляющего слоя, м, и теплопроводность утепляющего слоя, Вт/(м оС).
Определяем основные теплопотери:
• через окна - Фок = ^ * (10 + 31) = 7235,3 Вт;
• через пол - Фп = £ Ф^,
Фх = (10 + 31) = 7475,4 Вт, Ф2 =360(10 + 31) = 3432,6 Вт,
Ф3 = 328(10 + 31) = 1563,7 Вт, Ф4 = (10 + 31) = 1247,3 Вт,
в сумме Фп = 7475,4 + 3432,6 + 1563,7 + 1247,3 = 13719 Вт;
10
через ворота - Фвор = — (10 + 31) = 953,48 Вт; через стены - Фс = ^^ (10 + 31) х 1 = 59989,15 Вт;
• через перекрытие - Фпер = (10 + 31) = 388752,35 Вт;
• через наружные ограждения - Фогр = Фок + Фвор + Фп + Фс + Фпер = 7475,3 + 953,48 + 59989,15 + 13719 + 388752,35 = 470649,18 Вт.
Поток теплоты расходуемый на нагрев приточного воздуха Фв, определяют по формуле 12:
Фв = 0,278 * I * р * Ср^в - О = = 0,278 * 17168,76 * 1,22 * 1(10 + 31) = 168865,743 Вт, (12) где Ь - расчетный воздухообмен помещения, м3/ч; р - плотность воздуха при расчетной температуре ¿в, кг/м3. Поток теплоты, расходуемой на испарение влаги, Фисп, с мокрых поверхностей животноводческого помещения
Фисп = 0,692 X Жисп = 0,692 X 10100 = 6989,2 Вт, (13) Поток свободной теплоты, выделяемой животными, Ф ж определяется
Фж = п * ц * ^ = 200 X 704 X 1 = 140800 Вт, (14)
где п - число животных с одинаковым выделением свободной теплоты; ц - поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт;
- коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животными теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.
Потеря теплоты на нагрев воздуха, инфильтрирующего через окна, двери, ворота:
Финф = 30%Фогр = 0,3 X 470649,18 = 24569 Вт, (15)
Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса: Фот = 470649,18 + 24569 + 6989,2 + 168865,743 - 140800 = 530273 Вт. Для воздушного отопления и вентиляции животноводческих, птицеводческих и других производственных помещений применяются калориферы. По виду теплоносителя они подразделяются на паровые, водяные и электрические.
Наибольшее применение в практике благодаря экономичности, компактности и высокой производительности получили водяные и паровые калориферы. Они представляют собой два коллектора, соединенных между собой пакетом стальных трубок, расположенных рядами по ходу движения воздуха. В верхнем коллекторе расположен входной штуцер для теплоносителя, в нижнем - выходной.
Для поддержания в помещениях параметров воздушной среды в соответствии с санитарными нормами предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция. Приток механический, вытяжка естественная и механическая. Выпуск воздуха осуществляется через утепленные вентиляционные шахты.
Приточные вентиляционные установки запроектированы с регулированием температуры приточного воздуха путем управления подачей теплоносителя в воздухонагреватель. Наружный воздух перед подачей в помещение очищается в фильтрах, в зимний период подогревается в калориферах. Предусматривается две ступени подогрева воздуха: I и II ступень - водяная с раствором пропиленгликоля 40%, полученный через теплообменник, установленный в приточной вентиляционной камере.
Выбирают калориферы по следующей методике:
1. Сначала вычисляют площадь живого сечения калорифера для прохода воздуха
Lc 17168,76X1,22 __ 2 , л
L =---= -=0,29 м2, (16)
JP 3600(нс)р 3600X20 ' v '
где /р - площадь живого сечения калорифера, м2, (ир)р=(4/12) - расчетная
массовая скорость воздуха, кг/(°С *м2).
Выбираем подходящий водяной калорифер «Volcano VR1»:
- площадь поверхности нагрева, F = 25,3 м2;
- площадь живого сечения по теплоносителю, f = 0,0076 м2;
- масса, m = 125 кг.
2. Для выбранного калорифера вычисляют действительную массовую скорость воздуха
Г \ 17168,76*1,22 , 2л
(ир)Р = —— =-= 9,86 кг/(°С*м2), (17)
4 3600*/ 3600*0,590 ' у 4 '
где / = 1,2985- действительное живое сечение калорифера, м2.
Аэродинамическое сопротивление калорифера проходу воздуха:
Др„ = п * Л£ = п * 2,75(ир)р1,65 = 3 * 8,15 * 9,86^65 = 1067 Па, (18)
3. Определяем скорость воды в трубках калорифера:
Ф 265136,562
ю = —------=-----= 0,33 м/сек, (19)
103xсвcв(tг-tо)x/тр 1000X1000X4,19X(95—70)X0.0076 ' 4 7
4. Определяем действительный поток теплоты
Фк = к*F*w* (¿ср - ¿ср) = 17,79 X 9,860,34 X 0,330,106 X (82,5 +
10,5) = 71713 Вт (20)
В результате расчетов принимаем 2 системы по 3 калорифера в каждой. Вентиляционная система - это совокупность устройств для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха.
По способу побуждения движения воздуха различают системы с естественной и принудительной вентиляцией. В естественных системах воздух поступает в помещение и удаляется из него вследствие разности плотности воздуха внутри помещения и снаружи, а также под влиянием ветра.
Простейшей схемой естественной вентиляции в животноводческом помещении является шахтная вентиляция.
Площадь сечения всех вытяжных шахт при естественной тяге
Ь 17168,76 - 2
F =-=-= 3,85 м2, (21)
3600иш 3600X1,24 ' 4 '
где - скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с. Скорость воздуха рассчитывается по формуле 22
иш = 2,2Т^Г-ОТ273 = 2,2^3(10 + 31)/273 = 1,24 м/с, (22) где И - высота вытяжной шахты, м, равная вертикальному расстоянию от приемного отверстия до устья шахты. Для обеспечения надежной вентиляции значение И должно быть не менее 3 м;
£н.в - расчетная вентиляционная температура наружного воздуха, оС. Число вытяжных шахт:
п = р// = 3,85/0,42 = 24, (23)
где f - площадь живого сечения одной шахты, м, (в типовых проектах животноводческих помещений обычно принимают вытяжные шахты квадратного сечения со стороной квадрата 400, 500, 600 и700 мм или прямоугольного сечения).
Для обеспечения естественной вытяжной вентиляции коровника необходимо 24 вытяжных шахт квадратного сечения со стороной квадрата 400 мм.
Вентиляторами называют устройства, предназначенные для подачи воздуха в помещения при напоре не более 15 кПа. Вентиляторы подбирают по подаче и полному давлению, которое должен развивать вентилятор.
Подачу вентиляторов ¿в, м3/ч, для данного помещения принимают по значению расчетного воздухообмена L с учетом подсосов воздуха в воздуховодах:
г , г 273+С „ „ 17168,76 273-10,5 _ о.
¿в = -= 1,1 *-— *-- = 8758,8 м3/ч, (24)
в п 273+Св 2 273 + 10 ' у '
где =1,1 - поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах (для стальных, пластмассовых и асбоцементных воздухопроводов длиной до 50 м - 1,1, в остальных случаях - 1,15);
t - температура воздуха, проходящего через вентилятор, оС. Расчетное полное давление Рв, Па, которое должен развивать вентилятор складывается из потерь давления в вентиляционной системе ДР и потерь давления в калорифере Дрк.
Рв = ДР + Дрк = 351,4 + 1067 = 1418,4 Па, (25)
Удобно вести подбор вентиляторов по номограмме, представляющей собой сводные характеристики вентиляторов одной серии. Из точки, соответствующей найденному значению подачи ¿в, проводят прямую до пересечения с лучом номера вентилятора (№ вент.) и далее по вертикали до линии расчетного полного давления Рв вентилятора. Точка пересечения соответствует КПД вентилятора ц и значению безразмерного коэффициента
А, по которому подсчитывают частоту его вращения - п = Л/№вент. = 8000/2,5 = 3200 об/мин.
Необходимую мощность, кВт, на валу электродвигателя для привода вентилятора подсчитывают по формуле
Р = ^ = 8758-8х1418-4 = 5,67 кВт, (26)
дв 3,6х10бзвзп 3,6х10бх0,62х1 ' v '
Установленную мощность электродвигателя определяют по формуле
Руст = £3Рдв = 1,1 X 5,67 = 6,23 кВт, (27)
Выбираем асинхронный электродвигатель АИР112М2УЗ, Рдв = 7,5 кВт, п = 3000 об/мин.
В таблице 3 показано сравнение монтажа отопления с радиатором и отопления с тепловентиляторами.
Таблица 3. Сравнение монтажа отопления с радиатором и отопления с
тепловентиляторами
С радиатором С тепловентилятором
Всего 1 200 000 руб. 1 580 000 руб.
Монтаж трубы 900 000 руб. 1 150 000 руб.
Монтаж радиаторов 300 000 руб. 200 000 руб.
Монтаж тепловентиляторов 230 000 руб.
Тепловентиляторы при монтаже дороже, чем радиаторы. В нашем случае установлены тепловентиляторы Volcano VR. У них КПД составляет 90%, это значит, что он в 3 раза эффективнее устаревших батарей. Поэтому за год монтаж с тепловентилятором окупится.
На рис. 2 представлена схема тепловой сети коровника, на рис. 3 - схема системы вентиляции.
I Гми-»1м1 11Мич|М*, 1 НпватЦмм. 1 Вп н^мя* ■ и я» |ш С 1Ъм1|ЙШ* (м уяниакт |ц«пДимй ЯпаП Мн. *> Цш-шиДцр. 6. Ф()ра1на«. ' ЙиЬимориая В Вмпяшма* иим*»и 9 КщЫ1>р Ю Пвм«мк П 1|тв(п1«|Мва« 17 &а».у^чицг с««оя 1) Катришрш» К Ч <1 уярцПл*«*«
Рисунок 2. Схема тепловой сети коровника
Рисунок 3. Схема системы вентиляции Узел учета тепловой энергии (УУТЭ) предназначен для строгого учета количества тепловой энергии и теплоносителя, служит для взаимных расчетов с энергоснабжающей организацией за потребленную тепловую энергию и теплоноситель.
Состав теплосчетчика ТСР-043:
- Тепло вычислитель - 1 шт;
- Расходомер-счетчик электромагнитный - 3 шт;
- Термопреобразователь сопротивления - 1 пара.
Основные технические характеристики УУТЭ приведены в таблице 4
Таблица 4. Основные технические характеристики УУТЭ
Наименование параметра Значение параметра
1. Количество каналов измерения:
- расхода до 6
- температуры до 5
- давления до 4
2. Количество контролируемых теплосистем до 3
3. Диапазон измерения среднего объема расхода от 0,01 до 1000000
4. Диапазон измерения температуры от -50 до 180
5. Диапазон измерения разности температур от 1 до 180
6. Диапазон измерения давления, МПа от 0,1 до 2,5
7. Напряжение питания постоянного тока, В:
- внешнее 24
- автономное 3,6
8. Потребляемая мощность, мВт не более 5
9. Средняя наработка на отказ, ч 75000
10.Средний срок службы, лет 12
Для учета потреблений тепловой энергии используются преобразователи расхода, температуры, установленные на подающем и обратном трубопроводах на вводе УУТЭ здания потребителя, в месте, максимально приближенном к границе балансовой принадлежности. Расчетные формулы для тепловой системы - ТС следующее:
Стс = ^ * - Я2), (28)
где - масса теплоносителя, полученная потребителем по подающему трубопроводу (т);
^ - энтальпия теплоносителя по подающему трубопроводу (Гкал/т); Я2 - энтальпия теплоносителя по обратному трубопроводу (Гкал/т). Расчетные формулы для подпитки:
Сподп. = м *Л, (28)
Потребленная тепловая энергия в отопительный период определяется по
алгоритму (А.1) по руководству эксплуатации ч. 2 (В84.00-00.00 РЭ) тепло
вычислителя ТСРВ-043.
Схема А1, ТС1, ТС2 О тс = м 1 * (Ь 1 -Ь 2 ) О подп = м Ь М 1 = р 1 * V 1 ; М 2 =р 2 *у 2 р 1 = ^ 1 , Р 1 ); р 2 =«(1 2 , Р 2 ) Ь 1 = «(1 1 , Р 1 ); Ь 2 =«(1 2 , Р 2 )
При расчете потребленной абонентом тепловой энергии к показаниям
УУТЭ (ежемесячный отчет) должна быть прибавлена расчетная величина
тепловых потерь на участке от границы балансовой принадлежности тепловых
сетей до прибора УУТЭ.
Расчет производится на основании СП 124.13330.2012 «Тепловые сети»,
далее РМ-1, «Нормирование расхода тепла и топлива на отопление и горячее
водоснабжение зданий в ЯАССС», утвержденное постановлением Совета
министров ЯАССР от 22.04.1986 №186, далее РМ-2, Постановления
Правительства Республики Саха (Якутия) от 08.07.2004 №326, далее РМ-3.
Характеристика тепловых нагрузок:
1.1. Расчетные температуры составляют °С:
а) в подающем трубопроводе - 95 °С
б) в обратном трубопроводе - 70 °С
1.2. Система теплоснабжения: закрытая Климатические данные района установки:
Продолжительность отопительного периода - 259 сут. Расчетная температура отопления - -54 °С Средняя температура отопительного сезона - -10 °С
По формуле (29) рассчитывается годовая потребность в тепле, Гкал, на отопление:
Сгод.от. = У * 9от * (£вн - ¿ср.от) * 24 * По * 10-6, (29)
где дот - удельная отопительная характеристика здания, ккал/(м3/ч*°С); V - наружный строительный объем здания, м3; £вн - расчетная температура отапливаемых помещений, °С; £срот - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С; по - продолжительность отопительного периода, сут.
Получаем ^год.от.=1665*0,7*(10-(-21,8))*24*24*10 -6 =88,95 Гкал. По формуле (30) находим максимальный часовой расход тепла на отопление, Гкал/ч:
= Кдот(^н - ¿н.р) = 1665 * 0,7 * (10 - (-54)) = 0,0745 Гкал/ч, (30) где £н.р - расчетная температура наружного воздуха для отопления, °С. Расчетный расход G 0 тах , т/ч по формуле (31)
Со шах = (Сот * 10-3)/(с * Т - Т2) = = 0,712 т/ч (31)
где @от - максимальный часовой расход тепла на отопление, Гкал/ч; с - удельная теплоемкость воды, принимаемая в расчетах равной 4,187 кДж/(кг*°С);
Т, Т2 - температура воды в подающем и обратном трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха, °С.
Данному расходу £0 тах = 0,712 т/ч соответствует расходомер-счетчик электромагнитный Взлет ЭР модификации Лайт М с Д/у 50 мм Примерное потребление теплоты представлена в таблице 5.
Таблица 5. Примерное потребление теплоты
Коэф-т
Дни
Месяц распределен Всего, Тариф на тепло- Всего, (с НДС)
подачи
т/э ия тепла в гкал энергию, (с НДС) руб. руб.
месяц
Январь 31 0,841 15,938 19 600,43 312 394,36
Февраль 28 0,753 12,864 19 600,43 252 146,88
Март 31 0,586 11,081 19 600,43 217 188,46
Апрель 30 0,395 7,248 19 600,43 142 065,06
Май 25 0,217 4,098 19 600,43 80 329,98
Июнь 0 0 0 19 600,43 0,00
Июль 0 0 0 19 600,43 0,00
Август 0 0 0 19 600,43 0,00
Сентябрь 22 0,170 3,112 19 600,43 60 991,28
Октябрь 31 0,376 7,134 19 600,43 139 833,67
Ноябрь 30 0,667 12,219 19 600,43 239 502,35
Декабрь 31 0,805 15,255 19 600,43 299 006,03
Итого 259 88,95 1 743 458,07
Выводы. Наибольшее применение в практике благодаря экономичности, компактности и высокой производительности получили водяные калориферы. Они представляют собой два коллектора, соединенных между собой пакетом стальных трубок, расположенных в несколько рядами по ходу движения воздуха. В верхнем коллекторе расположен входной штуцер для теплоносителя, в нижнем - выходной.
Для увеличения площади поверхности нагрева на трубки калорифера надевают тонкие стальные пластины или навивают стальную ленту. Изготовленные таким образом калориферы называют пластинчатыми или спирально-навивными.
Тепловыми сетями называют систему трубопроводов, поставляющих тепловую энергию потребителям. В нашем случае тепловые сети двухтрубные, водяные с закрытой системой. В закрытой системе вся вода возвращается к источнику теплоснабжения.
Если помещения для крупного рогатого скота не соответствует нормам, от этого страдает в первую очередь сам фермер. Высокая влажность, жара и т.п., порой, неочевидные факторы снижают продуктивность животных, срок их жизни. Кроме этого, они влияют на долговечность оборудования и самих
помещений. Поэтому нужно правильно рассчитать, подобрать систему отопления, вентиляции и спроектировать.
Организуя содержание животных по всем рекомендациям и стандартам, возможно, вначале могут быть дополнительные траты, но они с лихвой окупятся в дальнейшем.
Литература
1. Власов, Ю.А. Проектирование технологического оборудования автотранспортных предприятий: учебное пособие / Власов Ю.А., Тищенко Н.Т. - Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2017. - 229 с.
2. Егоров Е.Г., Дарбасов В.Р. Аграрная экономика Севера. -Якутск: Компания «Дани Алмас», 2018.-С.105-108.
3. Захаров А.А. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в сельском хозяйстве.- М.: Колос,2010.
4. Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве.-М.: Агропромиздат,2019.
5. Качество жизни населения в условиях рыночной экономики: учебное пособие / А.А. Попов, А.Н. Мыреев. — Якутск: Изд. дом СВФУ, 2018.-С. 132.
6. Кириллина, М. Ф. Модернизация вентиляционной системы в животноводческой ферме с использованием рекуперации тепла / М. Ф. Кириллина, Г. Е. Кокиева // Современные проблемы и достижения аграрной науки в Арктике : Сборник научных статей по материалам Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием в рамках «Северного форума - 2020» (29-30 сентября 2020 г., Якутск) и Международной научной онлайн летней школы - 2020 (6-20 июля 2020 г., Якутск), Якутск, 06 июня - 30 2020 года. -Якутск: Ставропольский государственный аграрный университет, 2020. -С. 18-26. - EDN BYDRBP.
7. Кокиева, Г. Е. Инновационные пути управления отраслями жизнеобеспечения в Арктике / Г. Е. Кокиева // Научно-технический вестник Поволжья. - 2020. - № 3. - С. 63-65. - ББК /ШБУБ.
8. Кокиева, Г. Е. Исследование эффективности использования машины при автоматизации сельскохозяйственного производства / Г. Е. Кокиева // Вестник АГАТУ. - 2023. - № 2(10). - С. 39-53. - ББК ТОМИБЬ.
9. Кокиева, Г. Е. Повышение эффективности агропромышленного комплекса / Г. Е. Кокиева, И. В. Гоголева // Научно-технический вестник Поволжья. -2023. - № 6. - С. 230-232. - ББК ЛЬОБОЬ.
10. Кокиева, Г. Е. Эффективность использования машины при автоматизации сельскохозяйственного производства / Г. Е. Кокиева // Столыпинский вестник. - 2023. - Т. 5, № 6. - ББК ОБРУКЛ.
11. Крылова, А. Н. Анализ деятельности крестьянских (фермерских) хозяйств в Республике Саха (Якутия) / А. Н. Крылова // Аграрная наука -сельскохозяйственному производству Сибири, Казахстана, Монголии, Беларуси и Болгарии : Сборник научных докладов XXIV Международного научно-практического форума, посвященный 100-летию установления дипломатических отношений между Монголией и российской Федерацией, под эгидой 65-летия Якутского научно-исследовательского института сельского хозяйства имени М.Г. Сафронова и 300-летия РАН, Якутск, 1920 августа 2021 года. - Якутск: Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук, 2022. - С. 139-141. - ББК КОРИШ.
12. Крылова, А. Н. Рациональные размеры специализированных скотоводческих хозяйств Республики Саха (Якутия) / А. Н. Крылова // Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Сибири, Монголии, стран СНГ и BRICS : Сборник научных докладов XXV юбилейного международного научно-практического форума, Краснообск, 29 ноября 2022 года. - Краснообск: Агронаука, 2023. - С. 149-151. - ББК ХБШББ.
13. Мартынова, Е. Н. Анализ микроклимата животноводческих помещений в экстремальных погодных условиях / Е. Н. Мартынова, Е. А. Ястребова // Инновационному развитию АПК и аграрному образованию - научное обеспечение : материалы Всероссийской научно-практической конференции: в 3 томах, Ижевск, 14-17 февраля 2012 года / Ижевская государственная сельскохозяйственная академия. Том 2. - Ижевск: Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, 2012. - С. 161165. - EDN QBEHYR.
14. Никифоров А.Г. Анализ потребления продуктов питания местного производства в Республике Саха (Якутия) как фактор характеризующий потребительский спрос населения / А.Г. Никифоров // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). - 2015. - №6 (15) - с. 119.
15. Природно-климатическая характеристика, территории Республики Саха (Якутия) / С. А. Павлова, Е. С. Пестерева, Г. Е. Захарова [и др.] // Система ведения сельского хозяйства в Республике Саха (Якутия) на период 20212025 годы : методические пособия / Министерство сельского хозяйства Республики Саха (Якутия), Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. М. Г. Сафронова. -Белгород : Сангалова К. Ю., 2021. - С. 8-19. - EDN ZKUURV.
16. Сливинский Е.В. Современное состояние и перспективы социально-экономического развития Республики Саха (Якутия) // ECONOMICS / «Colloquium-journal». - № 5(57). - 2020. С.112-115.
17. Современное состояние и перспективы социально-экономического развития Республики Саха (Якутия) // Аналитический вестник. 2021. № 29 (685). С.15-17.
18. Сюбаев, О. А. Разработка системы электроотопления в коровнике / О. А. Сюбаев // ТРИБУНА МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ : сборник статей II Международной научно-практической конференции, Пенза, 05 июня 2023
года. - Пенза: Наука и Просвещение (ИП Гуляев Г.Ю.), 2023. - С. 110-113. - EDN UGRMXK.
19. Татарникова, П. А. Факторы, определяющие устойчивое кормообеспечение крупного рогатого скота в республике Саха (Якутия) / П. А. Татарникова, А. А. Харлампьев, В. П. Друзьянова // Стратегия и перспективы развития агротехнологий и лесного комплекса Якутии до 2050 года : Сборник научных статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 100-летию образования Якутской АССР и 85-летию Первого президента РС(Я) М. Е. Николаева (Николаевские чтения), Якутск, 17 ноября 2022 года. - Якутск: Издательство "Знание-М", 2022. - С. 308-313. - EDN SNJLZH.
20. Тетерин, М. О. Сохраним тепло в животноводческих помещениях / М. О. Тетерин // Научные труды студентов Ижевской ГСХА / ФГБОУ ВО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия». Том Выпуск 2 (5). - Ижевск : Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, 2017. - С. 243-246. - EDN VUTTNJ.
21. Технологическая модернизация и реконструкция ферм крупного рогатого скота / В. И. Трухачев, И. В. Капустин, Н. З. Злыднев, Е. И. Капустина. -Ставрополь : Издательство "АГРУС", 2017. - 336 с. - ISBN 978-5-95961331-0. - EDN YYWAQX.
Literature
1. Current state and prospects of socio-economic development of the Republic of Sakha (Yakutia) // Analytical Bulletin. 2021. № 29 (685). С.15-17.
2. Egorov E.G., Darbasov V.R. Agrarnaya ekonomika Severa. -Yakutsk: Company "Dani Almas", 2018.-C.105-108.
3. Kirillina, M. F. Modernization of the ventilation system in the livestock farm using heat recovery / M. F. Kirillina, G. E. Kokieva // Modern problems and achievements of agrarian science in the Arctic : Collection of scientific articles on the materials of the All-Russian student scientific-practical conference with international participation in the framework of the "Northern Forum - 2020"
(September 29-30, 2020, Yakutsk) and International Scientific Online Summer School - 2020 (July 6-20, 2020, Yakutsk), Yakutsk, June 06-30, 2020. -Yakutsk: Stavropol State Agrarian University, 2020. - C. 18-26. - EDN BYDRBP.
4. Kokieva, G. E. Efficiency of machine utilization in the automation of agricultural production / G. E. Kokieva // Stolypinskii vestnik. - 2023. - T. 5, № 6. - EDN GBPVKA.
5. Kokieva, G. E. Increasing the efficiency of agroindustrial complex / G. E. Kokieva, I. V. Gogoleva // Scientific and Technical Bulletin of the Volga Region. - 2023. - № 6. - C. 230-232. - EDN ALQBOL.
6. Kokieva, G. E. Innovative ways to manage life support industries in the Arctic / G. E. Kokieva // Scientific and Technical Bulletin of the Volga Region. - 2020. -№ 3. - C. 63-65. - EDN ZIWFVS.
7. Kokieva, G. E. Study of the efficiency of machine utilization in the automation of agricultural production / G. E. Kokieva // Bulletin of AGATU. - 2023. - № 2(10). - C. 39-53. - EDN TOMRDL.
8. Krylova, A. N. Analysis of the activity of peasant (farmer) farms in the Republic of Sakha (Yakutia) / A. N. Krylova. Krylova // Agrarian science - agricultural production of Siberia, Kazakhstan, Mongolia, Belarus and Bulgaria : Collection of scientific reports of the XXIV International Scientific and Practical Forum, dedicated to the 100th anniversary of the establishment of diplomatic relations between Mongolia and the Russian Federation, under the auspices of the 65th anniversary of the Yakutsk Research Institute of Agriculture named after M.G. Safronov and the 300th anniversary of the Russian Academy of Sciences, Yakutsk, August 19-20, 2021. - Yakutsk: Siberian Federal Scientific Center of Agrobiotechnology of the Russian Academy of Sciences, 2022. - C. 139-141. -EDN NOPHIF.
9. Krylova, A. N. Rational sizes of specialized cattle breeding farms of the Republic of Sakha (Yakutia) / A. N. Krylova // Agrarian science - agricultural production of Siberia, Mongolia, CIS countries and BRICS : Collection of
scientific reports of the XXV anniversary international scientific and practical forum, Krasnobsk, November 29, 2022. - Krasnobsk: Agronauka, 2023. - C. 149-151. - EDN XSWIFB.
10. Martynova, E. N. Analysis of microclimate of livestock buildings in extreme weather conditions / E. N. Martynova, E. A. Yastrebova // Innovative development of agroindustrial complex and agrarian education - scientific support : proceedings of the All-Russian scientific-practical conference : in 3 volumes, Izhevsk, February 14-17, 2012 / Izhevsk State Agricultural Academy. Volume 2. - Izhevsk: Izhevsk State Agricultural Academy, 2012. - C. 161-165. -EDN QBEHYR.
11. Natural and climatic characteristics of the territory of the Republic of Sakha (Yakutia) / S. A. Pavlova, E. S. Pestereva, G. E. Zakharova [et al.] // System of agriculture in the Republic of Sakha (Yakutia) for the period 2021-2025 : methodological manuals / Ministry of Agriculture of the Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Yakutsk Research Institute of Agriculture named after M. G. Safronov. - Belgorod : Sangalova K. Y., 2021. - C. 8-19. - EDN ZKUURV.
12. Nikiforov, A.G. Analysis of local food consumption in the Republic of Sakha (Yakutia) as a factor characterizing the consumer demand of the population / A.G. Nikiforov // Eurasian Union of Scientists (EUU). - 2015. - №6 (15) - c. 119.
13. Quality of life of the population in the conditions of market economy: textbook / A.A. Popov, A.N. Myreev. - Yakutsk: Izd. dom SVFU, 2018.-S. 132.
14. Slivinsky E.V. Modern state and prospects of socio-economic development of the Republic of Sakha (Yakutia) // ECONOMICS / "Colloquium-journal". - № 5(57). - 2020. C.112-115.
15. Syubaev, O. A. Development of electric heating system in the cowshed / O. A. Syubaev // TRIBUNE OF YOUNG SCIENTISTS : collection of articles of the II International Scientific and Practical Conference, Penza, June 05, 2023. -
Penza: Science and Enlightenment (IP Gulyaev G.Yu.), 2023. - С. 110-113. -EDN UGRMXK.
16. Tatarnikova, P. A. Factors determining sustainable fodder supply of cattle in the Republic of Sakha (Yakutia) / P. A. Tatarnikova, A. A. Kharlampiev, V. P. Druzyanova. Druzyanova // Strategy and prospects of development of agrotechnologies and forestry complex of Yakutia until 2050 : Collection of scientific articles on the materials of the All-Russian scientific-practical conference with international participation, dedicated to the 100th anniversary of the formation of the Yakut ASSR and the 85th anniversary of the First President of the RS(Ya) M. E. Nikolaev (Nikolaev readings), Yakutsk, November 17, 2022. - Yakutsk: Publishing House "Znanie-M", 2022. - С. 308-313. - EDN SNJLZH.
17. Technological modernization and reconstruction of cattle farms / V. I. Trukhachev, I. V. Kapustin, N. Z. Zlydnev, E. I. Kapustina. - Stavropol : AGRUS Publishing House, 2017. - 336 с. - ISBN 978-5-9596-1331-0. - EDN YYWAQX.
18. Teterin, M. O. Save heat in livestock buildings / M. O. Teterin // Scientific papers of students of Izhevsk State Agricultural Academy / FGBOU VO "Izhevsk State Agricultural Academy". Vol. Issue 2 (5). - Izhevsk : Izhevsk State Agricultural Academy, 2017. - С. 243-246. - EDN VUTTNJ.
19. Vlasov Y.A., Tishchenko N.T. - Tomsk: Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering, 2017. - 229 с.
20. Zakharov A.A. Application of heat in agriculture.-M.: Agropromizdat,2019.
21. Zakharov A.A. Practicum on the application of heat and heat supply in agriculture.-M.: Kolos,2010.
© Трофимова В.С., Тимофеев П.Е., Жамаганов Б.Л., Елисеев Н.В., 2024
Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник» №8/2024.
Для цитирования: Трофимова В.С., Тимофеев П.Е., Жамаганов Б.Л., Елисеев Н.В.
ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ КОРОВНИКА В УСЛОВИЯХ РЕЗКО
КОНТИНЕНТАЛЬНОГО КЛИМАТА РЕГИОНА // Научный сетевой журнал «Столыпинский
вестник» №8/2024.
