CC BY
44
Технические науки
УДК 004.416.6
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ПРОЕКТА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ
Зайцева Елена Ивановна
Старший преподаватель кафедры Агроинженерия Красноярского государственного аграрного университета Ачинский филиал Россия, город Ачинск
Аннотация: В статье приведен расчет необходимой мощности на подогрев приточного воздуха, отопление, процессы горячего паро и водоснабжения, а также годового потребления энергии в тепловых процессах сельскохозяйственного производства в условиях дефицита энергоресурсов путем использования автоматизированной информационной системы управления микроклиматом.
Ключевые слова: тепловой баланс, микроклимат, имитационная модель, энергосберегающий эффект.
IMPLEMENTATION OF THE PROGRAM PROJECT OF THE AUTOMATED CALCULATION OF THERMAL BALANCE OF
LIVESTOCK BUILDINGS
Elena I. Zaytseva
senior lecturer of department of Agroengineering of Krasnoyarsk state agricultural university Achinsk branch Russia, city of Achinsk
Abstract: In article calculation of necessary power on heating of stitched air, heating, processes of hot Paro and water supply, and also annual consumption of energy is given in thermal processes of agricultural production in the conditions of deficiency of energy resources by use of the automated information management system by a microclimate.
Keywords: thermal balance, microclimate, imitating model, energy saving effect.
Значительная доля потребности животноводства в энергии (до 60%) приходится на тепловые нужды: отопление и вентиляцию производственных, бытовых и общественных помещений, тепловую обработку кормов, подогрев воды и выработку пара на технологические нужды, а также на обеспечение санитарно-гигиенических нужд производства, хранения и переработки продукции [1].
Все технологические процессы связаны с потреблением теплоты низкотемпературного
потенциала, которую можно получить, как путем использования электрической энергии, так и различных видов твердого, жидкого и газообразного топлив.
В различных зонах страны применение поставляемых и местных энергоресурсов и энергоносителей характеризуется разными энергетическими и технико- экономическими показателями использования энергоресурсов и требует проведения сравнительных расчетов по оценке их экономической эффективности.
При расчете и проектировании систем обеспечения микроклимата животноводческих зданий параметры наружного воздуха внутри помещения принимаются в соответствии с нормами технологического проектирования [2] и СНиПами [3, 4, 5, 6]. Система микроклимата должна предусматривать создание условий содержания животных в пределах требуемых параметров в течение всего периода их содержания в помещениях, в соответствии с технологическим процессом. Дефицит теплоты в помещениях определяется в соответствии с результатами расчета тепловлажностного баланса этих помещений [7]. Балансовые уравнения составляются и решаются по отношению к свободным тепловыделениям животных. Учет баланса влаги производится расчетом воздухообмена.
Уравнение тепловлажностного баланса имеет следующий вид:
0_0вент +Оисп +Оогр —Ось -Оут , (1)
где Овент - тепловой поток, необходимый на подогрев приточного воздуха от расчетной наружной до расчетной внутренней температуры, Вт; Оисп - теплота, теряемая на испарение влаги в помещении, Вт; Оогр - потери теплоты через ограждения здания, Вт; Осв - свободная теплота, выделяемая животными, Вт; Оут - тепловой поток, возвращаемый теплоутилизатором, Вт.
При понижении температуры наружного воздуха ниже расчетной может быть уменьшено количество работающих утилизаторов, либо снижена воздухоподача регулируемых приточных вентиляторов теплоутилизационных установок. [8]
При уменьшении воздухоподачи приточных вентиляторов теплоутилизационных установок в животноводческих помещениях должен обеспечиваться воздушный баланс по притоку и вытяжке за счет применения рециркуляции выбросного воздуха, прошедшего тепловую обработку в утилизаторе.
Потребность в дополнительном тепле может быть реализована с помощью воздухоподогревателей (водяных или электрокалориферов), встроенных в конструкцию теплоутилизаторов, либо с помощью предусматриваемых тепловентиляционных установок, работающих на рециркуляционном воздухе, либо с помощью приборов местного отопления (регистров, электроконвекторов и других нагревательных приборов).
Окончательный выбор тепловентиляционного оборудования для СОМ с утилизацией теплоты выбросного воздуха должен производиться на основе результатов вариантных расчетов тепловлажностных балансов с учетом различной степени утепления зданий и его отдельных элементов, эффективности теплоутилизаторов различного типа, мощности и эффективности средств дополнительного подогрева.
Как видим, расчет всех составляющих теплового баланса вызывает определенные трудности, так как требует использовать большое количество параметров и коэффициентов из области строительной теплотехники и климатологии, технологии содержания различных групп животных, требует наличия разнообразной справочной литературы и нормативной документации и является чрезмерно громоздким.
Расчет теплового баланса показывает, что в итоге необходимо выбрать тип и количество оборудования для животноводческого комплекса с учетом всех потерь. Целью расчета годовой потребности фермы в теплоте является определение наиболее экономичного варианта схемы теплообеспечения и выбора энергоносителя. Облегчить вопросы реализации энергоэффективных режимов может информационная система по расчету и выбору системы
обеспечения микроклимата для животноводческого помещения, напрямую работающая с частотно- регулируемым электроприводом.
Для проведения массовых расчетов потребной мощности отопительной установки, тепловой нагрузки на горячее паро и водоснабжение, годового расхода энергии на животноводческих объектах разработан программный проект [9] для персонального компьютера (ПЭВМ) в среде проектирования С#.
Все параметры и коэффициенты, заложенные в программу расчета, взяты из действующих норм технологического проектирования предприятий КРС и соответствующих СНиПов.
Программа написана для работы в диалоговом режиме с ПЭВМ таким образом, что все необходимые справочные данные включены в ее базу и пользователю нет необходимости в поиске какой-либо информации, что очень удобно и существенно упрощает работу. Программный продукт, содержащий программные модули, базу данных и экранные формы (рисунки 1.. .3) транслирован в исполняемое Windows-приложение (ехе-файл) [9].
Рабочая форма предполагает проведение расчета теплового баланса помещения при использовании различных материалов для внутренней поверхности стен и покрытий, при различной геометрии здания.
Основными исходными данными для расчета тепловых и энергетических параметров помещений и зданий животноводческих ферм являются:
- объект (здание, помещение), группы и возраст животных и технология их содержания;
- температура наружного воздуха, °С;
- температура воздуха внутри помещения, °С;
- вес животного, кг;
- количество животных в помещении, гол.;
- площади ограждений, м2;
2
- площадь открытой водной поверхности, м2;
2
- площадь поилок, м2;
- площадь смоченной поверхности пола, м2;
- количество испаряющейся влаги с поверхности пола;
- количество испаряющейся влаги с поверхности поилок.
В процессе работы на экран монитора в форме отчета (или печатающее устройство) выводятся следующие результаты:
- нормируемые температура, относительная влажность воздуха, теплопотери при испарении внутри помещения, согласно нормам технологического проектирования;
- откорректированные пользователем исходные данные для расчета (фактический расчетный воздухообмен, потребность в дополнительном количестве теплоты, минимальное количество теплоутилизаторов);
- поток тепловыделения от животных, Вт;
Рисунок 1 - Экранная форма программы расчета
Рисунок 2 - Экранная форма подпрограммы справочника
Рисунок 3 - Экранная форма подпрограммы построения диаграммы количества теплоутилизаторов и изменения внутренних температур в помещении
При использовании теплоутилизаторов дополнительно вводятся в качестве исходных данных их теплоэнергетические показатели (можно использовать подпрограмму справочник), и проводится анализ влияния теплоутилизаторов на мощность отопительной установки и годовой расход теплоты.
Разработанный программный проект позволяет: значительно ускорить, автоматизировать расчет составляющих уравнения тепловлажностного баланса помещений для различных групп животных с учетом технологий их содержания; повысить точность расчета годового расхода тепловой энергии на микроклимат; исследовать в динамике режимы работы проектируемой вентиляционно-отопительной установки при изменении параметров наружного и внутреннего воздуха; проанализировать эффективность применения утилизации теплоты удаляемого вентиляционного воздуха.
Программный проект представлен в виде исполняемого Windows-приложения, не требует специального программного обеспечения и подготовки для работы с ним.
Список литературы:
1. Энергетическая стратегия сельского хозяйства России на период до 2020г. / Ю.Ф. Лачуга, Д.С. Стребков, А.В. Тихомиров и др. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2009. - 64 с.
2. РД-АПК 1.10.01.02-10. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота. - М.: Минсельхоз РФ. - 2011. - 108 с.
3. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование зданий, Москва 1997.
4. СНиП 2.10.03-84. Животноводческие, птицеводческие и звероводческие здания и помещения, Госстрой СССР, Москва 1984.
5. СНиП П-3-79* Строительная теплотехника. Москва 1995.
6. СНиП 23-01-99* Строительная климатология. Москва 2003.
7. Расстригин, В.Н. Методические рекомендации по расчету и применению систем электротеплообеспечения на животноводческих предприятиях / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров, Л.И. Сухарева. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2007. - 36 с.
8. Тихомиров А.В. Энергосберегающие электрические системы и технические средства теплообеспечения основных технологических процессов в животноводстве. / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 2015
9. Зайцева Е.И., Гузев С.А., Долгих П.П. «Моделирование энергоэффективных режимов работы климатического оборудования в животноводческих помещениях». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014614825. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 08 мая 2014 г.
