CC BY
14
Научная статья УДК 62-93
Особенности поддержания заданных параметров микроклимата для свиноводческих комплексов
Александр Анатольевич Величков1, Виталий Юрьевич Соколов2,
Андрей Петрович Козловцев3, Зоя Вячеславовна Макаровская4
1 ООО «ОВК Инженерные системы»
2 Оренбургский государственный университет
3 Оренбургский государственный аграрный университет
4 Московский государственный университет пищевых производств
Аннотация. В отопительный период в животноводческих помещениях системы с отрицательным давлением не могут обеспечить нормируемые температуры воздушных потоков, из-за чего возникает необходимость компенсировать холодные потоки системой контурного отопления, что приводит к сквознякам и к неравномерности распределения температур в рабочей зоне. Предложено производителям оборудования для свинокомплексов заменить оборудование приточных систем вентиляции с вакуумметрическим давлением на системы с избыточным давлением. Это позволит создать комфортные условия для содержания животных с меньшими эксплуатационными затратами за счёт лучшей сохранности поголовья. Предлагаемая система с избыточным давлением не имеет недостатков, свойственных системам с отрицательным давлением, а более высокая цена при первоначальных инвестициях компенсируется улучшением условий содержания животных.
Ключевые слова: параметры микроклимата, тепловоздушный баланс, тепловой баланс, приточные и вытяжные вентиляционные системы, свинокомплекс.
Для цитирования: Особенности поддержания заданных параметров микроклимата для свиноводческих комплексов / А.А. Величков, В.Ю. Соколов, А.П. Козловцев [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 189 - 193.
Original article
Features of maintaining the set microclimate parameters for pig breeding complexes
Alexander A. Velichkov1, Vitaly Yu. Sokolov2, Andrey P. Kozlovtsev3, Zoya V. Makarovskaya4
1 OVK. Engineering systems
2 Orenburg State University
3 Orenburg State Agrarian University
4 Moscow State University of Food Production
Abstract. During the heating season in livestock buildings, systems with negative pressure cannot provide the normalized air flow temperatures, which makes it necessary to compensate for cold flows with a circuit heating system, which leads to drafts and uneven temperature distribution in the working area. It was proposed that manufacturers of equipment for pig farms replace equipment for supply ventilation systems with vacuum pressure with systems with excess pressure. This will create comfortable conditions for keeping animals with lower operating costs due to better safety of the livestock. The proposed overpressure system does not have the disadvantages of negative pressure systems, and the higher initial investment cost is offset by improved animal welfare.
Keywords: microclimate parameters, heat-air balance, heat balance, supply and exhaust ventilation systems, pig-plex.
For citation: Features of maintaining the set microclimate parameters for pig breeding complexes / A.A. Velichkov, V.Yu. Sokolov, A.P. Kozlovtsev et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 189 - 193. (In Russ.).
Основная задача поддержания правильного тепловоздушного баланса в зданиях и сооружениях заключается в том, чтобы сохранять в течение длительного времени заданные параметры микроклимата, а именно: температуру и относительную влажность воздуха, скорость и направление его движения, химический состав, а также наличие взвешенных частиц пыли и микроорганизмов [1 - 5].
Поддержание заданных параметров микроклимата - это сложная задача, особенно в зданиях специального назначения, где сохранение чётких диапазонов температур и влажности является важной составляющей всего технологического
процесса. К таким зданиям и сооружениям относятся животноводческие комплексы и, в частности, свинофермы.
Также сложности добавляет необходимость зонирования пространства, потому что на территории одного свинокомплекса, как правило, размещаются помещения с различным назначением, а именно: для содержания уже взрослых свиней, для опороса свиноматок и кормления новорождённых поросят, участки для выращивания молодых особей.
Проблемами формирования микроклимата в свинокомплексах занимались многие исследователи [6 - 12].
Самыми распространёнными способами формирования тепловоздушного баланса в свинокомплексах являются системы с отрицательным давлением. Суть этих способов заключается в том, что свинофермы комплектуются вытяжными установками, например крышного исполнения через шахты либо осевыми вентиляторами в ограждающих конструкциях. Также предусматриваются клапаны для подачи уличного воздуха, который поступает естественным путём при создании в помещениях разрежения. Воздух, поступающий в помещения через клапаны, подогревается контурным отоплением, если клапаны установлены в наружных стенах, либо за счёт смешивания с тёплыми конвективными потоками, если клапаны установлены в кровле.
Принцип действия автоматики в подобных системах основывается на работе датчиков-газоанализаторов, гигрометров и термостатов, которые реагируют на превышение ПДК аммиака или углекислого газа и на превышение заданной температуры и влажности. Контроллер, получая сигнал от датчиков, даёт команду вытяжным вентиляторам на запуск, а клапанам подачи воздуха - на открытие. При этом интенсивность воздухообмена определяется датчиком давления, который измеряет степень разряжения в помещении.
Данный способ организации тепловоздушного баланса имеет целый ряд недостатков:
- наличие сквозняков, которые особо опасны во время пиковых морозов, и, как следствие, уменьшение полезной площади пребывания животных;
- некорректность работы системы при нарушении герметичности ограждающих конструкций (этот недостаток особенно ощутим в реконструируемых фермах);
- из-за постоянного разряжения в зданиях происходит инфильтрация воздуха из системы самосплавной канализации, что способствует формированию неблагоприятного бактериального фона;
- возникновение промерзаний вокруг приточных клапанов, а также в местах конструктивных дефектов (осадочных трещинах, узлах примыкания кровли к наружным стенам);
- конденсатообразование на приточных клапанах с последующей коррозией исполнительных механизмов;
- сложность интеграции в данные схемы систем охлаждения.
Несмотря на большое количество недостатков подобных систем, крупнейшие производители оборудования для свинокомплексов (BIGDUTCH-МА^ Неофорс) по-прежнему не предлагают животноводам варианты с избыточным давлением, аргументируя это высокой стоимостью оборудования приточных систем, но при этом игнорируя
затраты на работы по ремонту конструкций зданий из-за промерзаний, а также увеличенный падёж поголовья из-за сквозняков и неблагоприятного бактериального фона [9, 10, 13].
Материал и методы. Рассмотрим этот вопрос на примере реконструируемого свинокомплекса в селе Софиевка Пономарёвского района Оренбургской области, план которого представлен на рисунке 1.
В здании суммарной площадью 1600 м2 и высотой помещений 3,5 м располагаются: 5 секций для подсосных свиноматок по 14 станков в каждой; 6 секций для поросят на доращивании по 140 мест. Всего 840 мест; 194 индивидуальных станка для свиноматок; манеж, лаборатория, бытовые помещения.
При таких габаритах здания и такой вместительности поголовья, а также исходя из нормируемых показателей тепло- и влаговыделения животных, для обеспечения санитарных норм достаточно обеспечить кратность воздухообмена 3,5 раза за час. Первоначальная схема представлена на рисунке 2.
Красным (кружком) обозначены вытяжные шахты с осевыми вентиляторами, управляемые частотными преобразователями, а синим (квадратиком) - приточные клапаны. Данная схема обеспечивает четырёхкратный воздухообмен, т.е. суммарная производительность вытяжных систем составляет 22400 м3/час.
Таким образом, для того чтобы обеспечить избыточное давление в помещениях свинокомплекса, необходимо подобрать оборудование приточной вентиляции производительностью не менее 24000 м3/час. Чтобы исключить риск разморозки водяного калорифера, а также для обеспечения резервирования приточных систем целесообразно применить на объекте два приточных газовых теплогенератора, например, GG/160 уличного исполнения (завод BPSCLIMA) производительностью 12300 м3/час каждый. Предлагаемая схема усовершенствованной установки представлена на рисунке 3.
На этом изображении также красным обозначены вытяжные шахты с осевыми вентиляторами, управляемые частотными преобразователями, а синим - газовые теплогенераторы и приточные воздуховоды. Жёлтым цветом обозначена ветка воздуховода с клапанами для обеспечения резервирования на случай выхода из строя одного из агрегатов.
Главным преимуществом такой схемы организации тепловоздушного баланса является увеличение зоны комфорта содержания животных. Под зоной комфорта подразумеваем совокупность скорости воздушных потоков и температуры в рабочей зоне по мере удаления от приточного воздухораспределителя. Так как размер и количество приточных клапанов и при-
точных решёток мы рассматриваем одинаковыми, считаем, что скорость воздушных потоков будет одинаковой. Поэтому для определения параметров комфортности далее рассчитываем только температуру ^ подаваемого воздуха по мере удаления от приточного воздухораспределителя по формулам [8, 12]:
^ = А^ + tрз (1)
%
1 !
Рис. 1 - Схема здания свинарника, 1600 м2
Рис. 2 - Схема установки существующей системы вентиляции
nAtnx ¡К 1
Ах =---, (2)
Х х КСКН
где tр3 - нормируемая температура воздуха в рабочей зоне, °С (в отопительный период в зависимости от назначения помещения составляет от +14 °С до +20 °С, для расчёта принимаем +16 °С);
Min
[ЗМ tnjc 1 « ■ bjcm шэ*
Г
вкаа
Рис. 3 - Предлагаемая схема системы вентиляции
Atx - избыточная температура приточного воздуха, °С;
n - температурный коэффициент воздухораспределителя (в качестве воздухораспределителей принимаем жалюзийные решётки с сечением 200 на 200 мм как для подогреваемого притока, так и для стеновых приточных клапанов, (n = 3,2 [12, табл. 3]); At0 - избыточная температура приточного воздуха, At0 = t0 - tр3, (где t0 - температура приточного воздуха на выходе из воздухораспределительного устройства, °С); F0 - площадь воздухоподводящего патрубка (размер патрубка 200 на 200 мм, значит, F0 = 0,04 м2);
х - расстояние от воздухораспределителя, м; Кс - коэффициент стеснения, характеризующий отношение площади сечения воздухопод-водящего патрубка к размеру площади поперечного сечения помещения, приходящейся на один воздухораспределитель, (Кс = 0,85 [12, табл. 4]);
Кн - коэффициент неизотермичности, характеризующий угол входа воздуха из воздухораспределителя в рабочую зону, (Кн = 1 [12, рис. 4]).
Результаты исследования. В отопительный период температура подаваемого воздуха от приточной установки одинакова, примем её равной 17,5 °С. Температура подаваемого воздуха через стеновые приточные клапаны зависит от температуры уличного воздуха, поэтому выполним расчёт для -25 °С, -15 °С, -5 °С, +5 °С.
Подставляя значения температур подаваемого воздуха и расстояние от воздухораспределителей в формулы (1) и (2), получаем температуры воздушной струи в зависимости от удаления от воздухораспределителя. Полученные значения величин температур потоков представим в виде графиков (рис. 4).
На рисунке 4 верхняя кривая - это график изменения температуры приточного воздуха, подаваемого от газового теплогенератора, а остальные - при подаче воздуха через приточные клапаны в наружных стенах при разных уличных температурах.
Данная диаграмма показывает, что в отопительный период системы с отрицательным давлением не могут обеспечить нормируемые температуры воздушных потоков, из-за чего возникает необходимость компенсировать холодные потоки системой контурного отопления, что приводит к сквознякам и к неравномерности распределения температур в рабочей зоне.
Выводы. Предлагаемая система с избыточным давлением не имеет недостатков, свойственных системам с отрицательным давлением, а более высокая цена при первоначальных инвестициях компенсируется следующими факторами:
- снижением затрат на котельное оборудование для контурного отопления, потому что подогреваемый приток является частью теплового баланса;
- уменьшение падежа поголовья за счёт формирования благоприятного бактериального фона;
- исключение затрат на монтаж приточных клапанов с системой приводных механизмов;
- возможность организовать приточную вентиляцию для бытовых и других непроизводственных помещений, где это должно быть предусмотрено согласно нормативам;
- снижение затрат на капитальный и косметический ремонт конструкций;
- простота организации охлаждения подаваемого воздуха в летний период посредством монтажа фреонового испарителя или водяного охладителя в приточные установки.
> а
JS
0
1
3
5
20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20
£ -25 -30
t(-25) t(-15) t(-5)
t(+5)
t(+17,5)
Расстояние от воздухораспределителя, м
Рис. 4 - Графики зависимости температуры воздушной струи в зависимости от удаления от воздухораспределителя
Литература
1. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм и комплексов. Л.: Колос. Ле-нингр. отделение,1978. 560 с.
2. Кармановский Л.П., Морозов Н.М., Цой Л.М. Обоснование системы технологий и машин для животноводства. М.: ИК «Родник», 1999. 228 с.
3. Механизация и технология производства продукции животноводства / В.Г. Коба, Н.В. Брагинец, Д.Н. Мурусидзе [и р.]. М.: Колос, 2000. 528 с.
4. Мирзоянц, Ю.А. Механизация производства продукции животноводства. Великие Луки, 2000. 164 с.
5. Андреев Л.Н., Юркин В.В., Басуматорова Е.А. Эффективность применения систем частичной рециркуляции воздуха в свиноводческих помещениях // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 5 (85). С. 140 - 144.
6. Федоренко И.Я., Садов В.В. Ресурсосберегающие технологии и оборудование в животноводстве. СПб.: Лань, 2012. 304 с.
7. Гавриленко В.М. Технические средства, обеспечивающие экономию энергии при создании микро-
климата на свиноводческих фермах: учеб. СПб.: Ладан, 2012. 192 с.
8. Мартынов В.М., Хамматов Р.А., Козловцев А.П. Расчёт системы обеспечения микроклимата животноводческого помещения // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (56). С. 106 - 112.
9. Гросскройтц И.С. Kiihlsystem fur optimale Temperaturen in jedem Stall. Берлин: «Big Dutchman», 2015. 455 с.
10. Писарев Ю.Н. Система микроклимата от фирмы «BigDutchman»: учеб. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2011. 548 с.
11. Андреев Л.Н., Басуматорова Е.А. Обоснование конструктивных параметров электрофильтра-озонатора // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 185 - 187.
12. Рекомендации по выбору и расчёту систем воздухораспределения животноводческих зданий. М.: Издательство ЦНИИЭПсельстрой, 1983. 49 с.
13. Красноухова В.М. Компания «BigDutchman». М.: МГИИЯ, 2014. 318 с.
Александр Анатольевич Величков, технический директор. ООО «ОВК. Инженерные системы». Россия, 460052, г. Оренбург, ул. Родимцева, 22/1, 45, 976705@mail.ru
Виталий Юрьевич Соколов, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, teploosu@mail.ru Андрей Петрович Козловцев, доктор технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, ap_kozlovcev@mail.ru
Зоя Вячеславовна Макаровская, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств». Россия, 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, 11, makarovskaya@yandex.ru
Alexander A. Velichkov, Technical Director. "OVK. Engineering systems". 45, 22/1, Rodimtseva St., Orenburg, 460052, Russia, 976705@mail.ru
Vitaly Yu. Sokolov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State University. 13, Victory Ave., Orenburg, 460018, Russia, teploosu@mail.ru
Andrey P. Kozlovtsev, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, ap_kozlovcev@mail.ru
Zoya V. Makarovskaya, Doctor of Technical Sciences, Professor. Moscow State University of Food Production.
11, Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russia, makarovskaya@yandex.ru
-♦-
Научная статья УДК 665.753.4
doi: 10.37670/2073-0853-2021-92-6-193-198
Интегрированная, непрерывная система очистки топлива на нефтебазах агропредприятий
Владимир Александрович Шахов, Павел Анатольевич Стрельцов,
Юрий Александрович Хлопко, Павел Григорьевич Учкин,
Ильдар Мирфаизович Затин, Сергей Сергеевич Базыло
Оренбургский государственный аграрный университет
Аннотация. Цель исследования - обоснование способа очистки топлива с разработкой конструкции интегрированного фильтра для его очистки. Выполненные расчёты позволили спроектировать конструкцию интегрированного фильтра для непрерывной очистки топлива. Конструктивные параметры рассчитаны и выполнены таким образом, что позволяют достичь необходимой чистоты топлива за счёт увеличения площади фильтрующей зоны. Фильтрующая зона имеет овалообразную форму в фильтре круглого сечения с изменением наклонной перегородки, позволяющей осуществлять сдвиг образуемого осадка потоком фильтруемого топлива. Использование гидродинамического эффекта очистки фильтрующей поверхности с увеличением площади рабочей зоны фильтра очистки от механических примесей существенно повы-
