CC BY
7
УДК 621.1:621.3:631.22 DOI 10.22314/27132064-2023-1-85
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБОГРЕВА ПОЛА
ТЕЛЯТНИКА
И.Э. Турдуев, кандидат технических наук, доцент
Ошский технологический университет им. М.М. Адышева
E-mail: oshtu.adyshev@mail.ru
А.Ж. Жусубалиева, старший преподаватель
Ошский государственный университет
E-mail: edu@ oshsu.kg
Ж.Ы. Осмонов, аспирант
М.С. Нарымбетов, кандидат технических наук Ы.Дж. Осмонов, доктор технических наук, профессор Кыргызский национальный аграрный университет им. К.И. Скрябина E-mail: osmonov.ysman@mail.ru
Реферат. Навоз сельскохозяйственных животных является одним из видов возобновляемых ресурсов энергии, который обладает свойством самонагревания в процессе перегноя. Выделяет биотеплоту, пригодную для использования (подогрев воды для поения животных, мойки вымени коров, обогрева пола животноводческих помещений и т. п.). Авторами разработана и испытана биотермическая установка для повышения эффективности использования биотеплоты, выделяемой при самонагревани навоза. Биотермическая установка снабжена датчиками температуры на входе, а также на выходе из установки и непосредственно в навозной массе, в характерных точках. Период активного самонагревания составляет 40-42 дня со дня начала. Исследованиями установлена средняя температура самонагревания навозной массы (3000-3100 кг - смесь конского и овечьего навоза в пропорции 1:1, влажность 70-75%) за данный период, которая равна 57,9±5,67°С с коэффициентом вариации 9,8% при колебании температуры воздуха 17°С...-2°С. Колебание температуры воздуха не оказывает существенного влияния на процесс самонагревания навозной массы. При минусовой температуре окружающей среды самонагревание навоза продолжается с незначительным замедлением. В установившемся режиме работы средняя температура воды на входе в биотермическую установку и на выходе из нее составляет, соответственно, 44,9°С и 54,9°С. Средняя теплопроизводительность и тепловая мощность биотермической установки равны 50-53 кДж/кг и 320-325 Вт.
Ключевые слова: навоз, биотермическая установка, биотеплота, тепловой режим, тепловая мощность.
Для цитирования: Результаты экспериментальных исследований биотермической установки для обогрева пола телятника / Турдуев И.Э. и др. // Техника и технологии в животноводстве. 2023. № 1(49). С. 85-88. EDN VYHBDT
Введение. Использование энергии возобновляемых источников путем разработки соответствующих технических средств отвечает требованиям энергосбережения и экологии. Корма, преобразуясь в организме животных в энергию, частично расходуются на биологические процессы развитая, частично выделяются в виде экскрементов. В общем балансе выделяемая в окружающую среду энергия кормов, преобразованная в биотеплоту навоза, составляет до 50% от потребляемой [1]. Навоз - самый дешевый, до-
ступный, экологически чистый источник энергии, ресурсы которого неисчерпаемы. Потенциал использования навоза в Кыргызстане составляет около 5,6 млн тонн в год. При этом будет предотвращен выброс около 214 млн м3 парниковых газов [2]. Данный потенциал имеет устойчивую тенденцию развития, так как рост поголовья всех видов сельскохозяйственных животных в республике ежегодно составляет 4-5%. Утилизировать навоз животных как низкопотенциальный вид энергии с целью отопления и снаб-
о
жения животноводческих ферм теплой водой можно с помощью специальных теплообъ-емных устройств [3].
Материалы, методы и результаты исследований. В предыдущей публикации нами было сообщено об использовании биотеплоты навоза, образующейся в процессе перегноя, в системе обогрева пола телятника при совместном функционировании гелиоколлектора и биотермической установки [4].
Общий принцип регистрации выделения биотеплоты в процессе перегноя навозной массы определенного количества показан на рисунке 1, где экспериментальная биотермическая установка снабжена датчиками температуры на входе, а также на выходе из установки и непосредственно в навозной массе, в характерных точках. Использован ртутный термометр с пределами измерения 0...100°С и ценой деления 0,1°С.
Основные показатели, характеризующие тепловой режим биотермической установки, отражены на рисунках 2, 3, 4 и в таблице.
„15
св
а о
аГ С
,,
И О
-5
"и) —-
Гн Г7— =Ат„) ^(Г ч)
О
90 <
се
с« р,
<и
30 Щ
<и
н
ч5 \8 '6
Рис. 1. Схема экспериментальной биотермической установки: 1- бак-аккумулятор; 2 - вентиль; 3 - трубопроводы; 4 - термометр; 5 - емкость для навоза; 6 - змеевик; 7 - крышка; 8 - люк
Укладка навозной массы в емкость 5 осуществлялась в виде штабеля высотой 1,15 м (с учетом укладки соломы сверху), шириной 1,5 м и длиной 2,5 м. Масса навоза, равная 3000-3100 кг - смесь конского и овечьего навоза в пропорции 1:1, влажностью 70-75%. Общая продолжительность времени активного самонагревания навозной массы составила 40-42 дня (с 30 октября по 9 декабря).
5 10 15 20 25 30 35 40 Продолжительность самонагревания навозной массы, Т„, дни
Рис. 2. Зависимость температур ^р, и и ^ от продолжительности периода самонагревания навозной массы Тн. 4кр - температура окружающей среды; и - температура внутри телятника; ^ - температура навозной массы
Из графической интерпретации (рис. 2) следует, что температуры окружающей среды ^окр) и внутри телятника ^т) не оказывают существенного влияния на процесс самонагревания навозной массы, уложенной в виде штабеля, укрытой соломой и размещенной внутри животноводческого помещения. При минусовой температуре окружающей среды процесс самонагревания навозной массы продолжается с незначительным замедлением. Средняя температура навозной массы за данный период (40-42 дня) равна 57,9°С со среднеквадратическим отклонением ±5,67°С и коэффициентом вариации 9,8%. Колебание температуры окружающей среды за весь период самонагревания навозной массы составило от 16°С до -2°С, а температура внутри телятника изменялась в диапазоне 17°С...1°С.
Средняя температура теплоносителя на входе в биотермическую установку составила tвх= 44,9°С, на выходе из нее - ¿вых=54,9°С (рис. 3). Изменение температуры внутри телятника в диапозоне 17...-2°С не оказывает существенного влияния на температуры tвх и tвых, так как процесс самонагревания навозной массы продолжается и при минусовой температуре окружающей среды.
Фб.у. = -бг-^вых—вх) • 7н • 24; (2)
Аб Рб.у. =
(Сн'—н)( ^вых '•вх)
(3)
5 10 15 20 25 30 Продолжительность самонагревания навозной 1
Рис. 3. Зависимость температур tвх, tвых и ^ от продолжительности времени самонагревания навозной массы Тн:
?вх - температура теплоносителя на входе в биотермическую установку; ?вых -температура теплоносителя на выходе из биотермической установки; ?т - температура воздуха внутри телятника
Зависимости ¿вх = ЛТн) и ?вых = ЛТ) позволили определить энергоемкость бака-аккумулятора фб, теплопроизводи-тельность фб.у. и тепловую мощность Рб. у. биотермической установки:
Фб = С (А?);
24-Тн
где С - удельная теплемкость воды, С=4,19 кДж/кг-°С; А? - разность температур воды на входе в бак-аккумулятор и выходе из него, °С; Об.у. - расход воды через бак-аккумулятор, кг/ч; Аб - тепловоспринимаю-щий объем, м3; Сн - удельная теплоемкость навозной массы, Сн = 4,06 кДж/кг-°С [5]; О н - количество навозной массы, кг.
(1)
10 15 20 25 30 35 40
Время самонагревания навозной массы, Г„, дни
■ теплопроизводительность
■ тепловая мощность
Рис. 4. Зависимость теплопроизводительности Qб.у. и тепловой мощности Рб.у. от времени самонагревания навозной массы Тн
Таблица. Изменение температуры навозной массы за 15 суток с начала самонагревания (с 15.10 до 29.10)
Время суток Температура окружающей среды Температура внутри телятника
¿окр=7...12°С (ночь); 4кр=13...16°С (день) ¿т=8...14°С (ночь); ¿т=15...16°С (день)
Температура навозной массы °С
■-и ±<гя mm Lmax Lmrn lmax
День (12:00) 42,7 1,75 2,11 1,48 -
Ночь (21:00) - 39,3 1,87 2,08 2,13
Результаты расчета теплопроизводительности Сб.у. и тепловой мощности Рд.у. биотермической установки (рис. 4) показывают, что навоз массой 3050 кг выдает максимальные значения теплопроизводительности и тепловой мощности в период между 20-м и 35-м днями самонагревания навозной массы. В эти дни максимальные значения данных параметров равны: @б'уах=50-53 кДж/кг и Рбуах=320-325 Вт. К сороковому дню температура навозной массы снижается и соотве-ственно снижается ее тепловая мощность,
что свидетельствует о целесообразности замены навозной массы на свежую. Средняя температура самонагревания навозной массы за 15 суток самонагревания (таблица) составляет: = 42,7 ± с, °С - днем, при температуре окружающей среды 13... 16°С, = 39,9 ± с, °С - ночью, при температуре окружающей среды 7... 14°С.
Выводы. Биотермическая установка повышает эффективность использования биотеплоты, выделяемой при самонагревании навоза. Активный период времени самона-
гревания навоза массой 3050 кг составляет 40 дней. За данный период средняя температура навозной массы равна 57,9±5,67°С при колебании температуры наружного воздуха 17°С...-2°С. Средняя температура теплоносителя на входе в биотермическую установку и на выходе из нее соответственно равна 44,9°С и 54,9°С. Биотермическая установка обеспечивает теплопроизводительность 5053 кДж/ кг и тепловую мощность 320-325 Вт.
Литература:
1. Омаров Р.А. Пути вовлечения в энергобаланс АПК возобновляемых источников энергии // Научное обеспечение развития АПК Респ. Казахстан, Сибири, Монголии и Кыргызстана. Улан-Батор, 2004. С. 194-195.
2. Темирбаева Н.Ы. Внедрение биогазовых технологий в Кыргызстане // Исследования, результаты. 2013. № 1(057). С. 123-125.
3. Абдуллаев М.А., Оспанов Е.С. Эффективность применения отходов продукции животноводства для по -догрева воды в окотный период // Научное обеспечение развития АПК Респ. Казахстан, Сибири, Монго-лолии и Кыргызстана. Улан-Батор, 2004. С. 29-30.
4. Энергосберегающая технология обогрева пола телятника / Осмонов Ы.Дж. и др. // Техника и технологии в животноводстве. 2022. № 1(45). С. 39-44.
5. Тепловой баланс биогазовой установки / Нестеров Е.Б. и др. // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. 2007. № 1. С. 50-52.
Literatura:
1. Omarov R.A. Puti vovlecheniya v energobalans APK vozobnovlyaemyh istochnikov energii // Nauchnoe obes-pechenie razvitaya APK Resp. Kazahstan, Sibiri, Mongo-lii i Kyrgyzstana. Ulan-Bator, 2004. S. 194-195.
2. Temirbaeva N.Y. Vnedrenie biogazovyh tekhnologij v Kyrgyzstane // Iscledovaniya, rezul'taty. 2013. № 1(057). S. 123-125.
3. Abdullaev M.A., Ospanov E.S. Effektivnost' primene-niya othodov produkcii zhivotnovodstva dlya podogreva vody v okotnyj period // Nauchnoe obespechenie ustojchi-vogo razvitaya APK Resp. Kazahstan, Sibiri, Mongololii i Kyrgyzstana. Ulan-Bator, 2004. S. 29-30.
4. Energosberegayushchaya tekhnologiya obogreva pola telyatnika / Osmonov Y.Dzh. i dr. // Tekhnika i tekhnolo-gii v zhivotnovodstve. 2022. № 1(45). S. 39-44.
5. Teplovoj balans biogazovoj ustanovki / Nesterov E.B. i dr. // Vestnik sel'skohozyajstvennoj nauki Kazahstana. 2007. № 1. S. 50-52.
THE EXPERIMENTAL STUDIES OF A BIOTHERMAL INSTALLATION FOR CALF HOUSE
FLOOR'S HEATING RESULTS I.E. Turduev, candidate of technical sciences, docent Osh technological university after M.M. Adyshev A. Zh. Zhusubalieva, senior lecturer Osh state university Zh.Y. Osmonov, post graduate student M.S. Narymbetov, candidate of Technical Sciences Y.J. Osmonov, doctor of technical sciences, professor Kyrgyz national agrarian university named after K.I. Scriabin
Abstract. Farm animal manure is one of renewable energy resources types that the self-heating at humus process's property has had. It allocates bio-heat suitable for use (heating water for animals watering and cows' udders washing, livestock premises floor heating, etc.). The authors have developed and tested a biothermal installation to increase the efficiency at bio-heat released during manure self-heating's using. The biothermal installation with temperature sensors at the inlet is equipped, as well as at the installation outlet and in the manure mass, at characteristic's points directly. The active self-heating period is 40-42 days from the start date. Studies have established the average self-heating temperature of the manure mass (3000-3100 kg - a mixture of horse and sheep manure in a ratio of 1:1, humidity 70-75%) for this period, which is 57.9 ± 5.67 °C at a variation's coefficient of 9,8% with an air temperature fluctuation of 17°C...-2°C. Fluctuation of air temperature does not significantly affect the process of manure mass self-heating. At subzero ambient temperature, the manure self-heating with a slight slowdown continuing . In the steady-state operation mode, the average water temperature at the biothermal installation's entrance and at the exit from it, is respectively, 44.9 °C and 54.9 °C. This biothermal installation's average heating capacity and thermal power are 50-53 kJ/kg and 320-325 watts.
Keywords: manure, biothermal plant, bio-heat, thermal regime, thermal power.
For citation: The experimental studies of biothermal installation for calf house floor heating results / Turduev I.E. et al. // Machinery and technologies inlivestock. 2023. No. 1(49). p. 85-88. EDN VYHBDT
Заявленный вклад авторов: И.Э. Турдуев, А.Ж. Жусубалиева - обработка и анализ экспериментальных исследований; Ж.Ы. Осмонов, М.С. Нарымбетов - экспериментальное тестирование установки в животноводческом помещении; Ы.Дж. Осмонов - общее руководство, введение, аннотация, теоретические предпосылки. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
