CC BY
67
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
2. А. С. Николаев. Минимизация мажоритарного элемента в базисе И-ИЛИ. - /«Современная наука: теоретический и практический взгляд». Сборник статей Международной научно-практической конференции 25 декабря 2014 г. - Уфа: АЭТЕРНА, - 2014, - с. 52 - 54.
© Николаев А. С., 2016
УДК 636 : 658.382
Осмонов Ысман Джусупбекович
д.т.н. профессор кафедры «Защита в ЧС» КРСУ Шабикова Гульмира Аскаровна
ст. преподаватель кафедры «Защита в ЧС», КРСУ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА В КОРОВНИКЕ
СЕЛЬХОЗКООПЕРАТИВА «ВЕТКА»
Аннотация:
Теоретико-экспериментальными исследованиями обоснованы параметры микроклимата коровника, где в качестве источника тепловой и электрической энергии использована биогазовая установка.
Ключевые слова:
микроклимат, тепловой баланс, коэффициент теплопередачи, биогазовая установка, воздухообмен.
В Кыргызской Республике аграрный сектор был и остается основным в обеспечении продовольственной безопасности и продовольственной независимости страны. Развитие сельского хозяйства оказывает содействие развитию других отраслей, поскольку позволяет обеспечить эти отрасли сырьевыми ресурсами.
В существующей структуре сельского хозяйства Кыргызстана перспективным является сельхозкооперативы. Практика показывает, что эффективность ведения сельскохозяйственного производства в кооперативных хозяйствах выше по сравнению с мелкими хозяйствами. Наряду с развитием сельскохозяйственного кооперативного движения вопросы, связанные с улучшением условий труда и микроклимата в производственных помещениях приобретают актуальность. Микроклимат необходим не только для человека, но и для животных. В животноводческих помещениях широко используются различные виды машин, технологического оборудования, виды энергии, химические препараты и т.п. Отдельные процессы протекают при повышенных температурах и давлениях, сопровождаются с выделением вредных веществ. Сами животные выделяют теплоту, влагу, углекислый газ, навоз. Животные могут быть источниками заразных болезней и опасными, с их нравами и агрессивностью.
Исследованная нами, действующий коровник сельхозкооператива «Ветка» содержит 200 голов дойных коров. Основным способом содержания животных является стойлово - выгульная независимо от времени года.
Потребность тепловой и электрической энергии для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях растет в осеннее-зимний период, ориентировочно с октября по март. В данном периоде увеличивается время стойлового содержания животных. При обосновании параметров и режима работы технических систем обеспечения микроклимата, коровник рассматривается как биотехническая система, где имеет место технологический процесс обеспечения микроклимата в двух видах в зависимости от времени года:
- тепло животных (ТЖ) - тепловая энергия отопительного устройства (О) - микроклимат (МК), (ТЖ - О - МК);
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х
- тепло животных (ТЖ) - вентилятор (В) - микроклимат (МК), (ТЖ- В - МК).
В-вентилятор; ЭК-электрокалорифер; Г-генератор; Т -паровая турбина; К- котел; БУ - биогазовая установка.
Рисунок 1 - Технологическая схема обеспечения микроклимата в коровнике
Теоретическое описание данных технологических процессов можно осуществить с помощью следующих зависимостей , соответственно [1,с.6]:
тепло производительность технологического процесса «ТЖ - О- МК »
ф[Чж-Когр(£т-гв)]-ф[дж - когр (¿т-^н)] -exp( - т-С£- ) холодопроизводительность технологического процесса «ТЖ - В - МК »
Чж-когр(^ш-^в ) -[ Чж-когр(^ш-^н)] exP(- Т-0— )
Чх
1- exp(- т-—2-)
Св
( 1 )
( 2 )
Закономерность изменения температуры воздуха внутри коровника ( 1в) для обоих
( 3 )
рассматриваемых процессов имеет вид:
^в = ^т _ Т (Чх _ ЧЖ )_ " [ Чж— Чх— когр ( ^т ± ^н)] ехр(_
Когр Когр Св
где - температура атмосферного воздуха расчетного периода ,о С ;
£в - температура помещения, о С; кОГр- коэффициент теплопередачи ограждения коровника, кДж/м2 ч-° С; дж - тепло животных, кДж
;
£н - нормативная температура помещения, оС; Св - теплоемкость воздушной среды, кДж /кг0- С ; т-продолжительность времени обеспечения микроклимата коровника, ч;^ -коэффициент преобразования температуры отопительного устройства.
Коэффициент теплопередачи ограждения коровника:
К0гр _ Хп = 1 К0гр • ^огр, ( 4)
где ^гр - площадь п-го ограждения, м2 ; Тепло выделяемое животными
9ж = !к=1^ • 9г • а1 • а , ( 5)
где пг дгколичество теплоты, выделяемое П1 животными, кДж ;
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
ai a2 - коэффициент тепло и влаговыделений животными в зависимости от температуры помещений (tB ) и времени суток (для дневного а2=1; ночного а2=0,8). Теплоемкость воздушной среды
Св = с • V- рв ( 6 )
где с- удельная теплоемкость воздуха, кДж /кг оС (1кДж /кг оС) ;
V - объем воздуха в коровнике, м3 ; рв- плотность воздуха ,кг/м3 Рассмотрим технологический процесс «ТЖ- О -МК», (tB > tH ). Коровник отапливается для соблюдения нормативной температуры tH.
При tB > tH тепловой поток Q направится изнутри наружу и возникнут следующие ситуации : - восприятие тепла внутренней поверхностью стены и чердачного перекрытия коровника ; - переход тепла через толщу стен и чердачного перекрытия ; - отдача тепла наружной поверхностью.
Количество тепла воспринимаемое внутренней поверхностью стен Qв слагается из своего конвективного Q^. и лучистого QM. тепла.
Qв = Q^. + Q™. ( 7 )
Допускается, что температура на внутренних поверхностях всех внутренних ограждений коровника постоянна в любой их точке , по формуле Ньютона - Рихмана [ 2, с. 98] находим :
Qв = ак.в.(1н - tm ) Богр -Т + ал .в.^н -tm )Рогр-Т ав^н - tm ) Рогр
% ( 8 )
где, ав.- суммарный коэффициент тепловосприятия для внутренней поверхности стен коровника, кДж / м2 -ч -о С ; Количество тепла, проходящее через толщу стен,
QT = ^ (tn - tm ) Fezp • Т ( 9 )
1
где, Si- толщина стен ,м; - коэффициент теплопроводности стен коровника,
Количество тепла отдаваемое наружной поверхностью стен QH слагается также , из своего конвективного Q^. и лучистого Qn.a тепла :
Qн =ак.н.^н - tm ) Fc^ Т + ал.н. (tн - tm ) Fq^ • Т = ан (tн - tm ) Fq^ Т,кДж ( 10 )
где ан - суммарный коэффициент теплоотдачи для наружной поверхности стен коровника, кДж/ м2 -ч-оС. При установившемся режиме обеспечения микроклимата в коровнике количества тепла Qв, Qт и Qн уравновешиваются :
Qв = Qт = Qн = Qq^ ( 11)
следовательно
Q1 = ав (tн -tm ) Fq!p • т = ^.^н - tm ) FQгр • т = ан(tн - tm ) FQгр т; кДж или
1
Ql -1 - t •_—_=t - t ■ _—_= t - t ( 12 )
i-н Lm ;5 ^н Lm; c 1н Lm. ( 12 )
н m н m
aB •Forp • x 1 Forp • x ан Forp • x
Путем математических преобразований уравнения (12) имеем : при ^ - и = 1 оС , Рогр= 1 м2 и т = 1 час .
Qcip 1 \ 1 ^ "^Ч3 ^ (13 )
■ + о" + "
ав Я1 ан
1
ч = ^з^т = К = Когр , ( 14)
ав Я^ ан
где К = Когр - коэффициент теплопередачи стен коровника, кДж/м2 чо С ;
Величина обратная К , характеризует общее термическое сопротивление Я ограждение коровника
1
, Я = - ( 15 )
к к '
Аналогично и величины, обратные ави ан, также термические сопротивления : восприятию Яв = 1/ ав и отдаче тепла Ян = 1 / ан , а величина Яо = 5 / X - термическое сопротивление материала.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
С учетом известной конструкции материала Ro = 5 / в , где поправочный коэффициент ( в = 1,1.......1.2).
Определить Значения R-в, R-н , Ro и Когр можно с помощью справочных данных [3,с.107; 4с.130] с учетом эксплуатационных , санитарно- технических, конструктивных и других требований .
Аналогично определяются теплоотдача через чердачное перекрытие коровника при tв > tm,
„ tH - tm
Q^n = ----- • F^ • Т. ( 16 )
— + t2 + —
ав Я2 ан
где Бчи - площадь чердачного перекрытия , м2 ; 52 - толщина чердачного перекрытия , м ; Х2 -коэффициент теплопроводности чердачного перекрытия.
Таким образом основные теплопотери коровника при tH > tm составляют сумму Qoip + Qч.п. Однако , также имеет место добавочные потери тепла на нагрев приточного воздуха Q^, на испарение влаги Qnon и на инфильтрацию воздуха Qm^,. Для полного учета теплопотерь составим уравнение теплового баланса коровника:
Qoу = (Qo^ + Q ч.п + + Qnon+ Qинф ) ^ж ( 17 )
где Qoу - тепловой поток, поступающий в коровник от отопительного устройства.
Тепло , расходуемое на нагрев приточного воздуха определяется по формуле :
Q пр = [ W •Рв • с (tн - tm) ] Т, ( 18 )
где W - расчетный воздухообмен коровника, м3/ч ;
Расход теплоты на испарение влаги [ 5,с.120.. .135.] :
Qnon = [ n -qr kt ( 1 + Z)] T , ( 19 )
где, n-число животных ,голов ;qi- тепловыделение одним живoтным(qi=799 Вт [6,с.53] ) ; kt-коэффициент учитывающий изменение количества выделяемых
животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха коровника ( Kt= 1) ;Z-коэффициент, равный для коровников (Z = 0,1.....0,25 ).
Тепловые потери на инфильтрацию наружного воздуха, инфильтрирующегося через притворы окон, дверей и ворот для животноводческих помещений принимают равными 30% основных потерь
(Qo^ + 0ч.п) то есть Qинф= 0,3(Qoгр + Q^n) . (20)
Подставляя (13), (16), (18), (19) и (20) в уравнение теплового баланса (17) имеем: Qoу = { 0,3- т (
Рогр+Рч.п ) [-5-1--5-] С ( tн - tm ) +
Rв + --1 +RH Rв+ -т2 +RH
^ 2 ^ 2
Чж • n • kt (1+Z ) } - q>* Т (21)
Существующий коровник сельхозкооператива «Ветка» имеет стандартные строение из силикатного кирпича и чердачного покрытия из железобетонных плит с битумным покрытием. С учетом этого путем предварительных расчетов некоторых величин уравнение (21) имеет вид :
Qoу=x{0,3(Fo^+Fч.n)[tH¿^ + ^Н--т]+0,339тен-и)]+958,8-п}- 639,2- n (22)
Таким образом, было получена формула (22) для расчета тепло производительности отопительного устройства (Q^) в зависимости от температуры атмосферного воздуха (tm, о С). Данная формула эквивалентна к формуле (1) тепло производительности технологического процесса «ТЖ - О - МК ». Поэтому зависимости (22) и (1) позволяют определить тепловую (потребную) мощность отопительного устройства :
Роу = ^ = = 1000^(кВт) (23)
Согласно технологической схемы обеспечения микроклимата в коровнике данную мощность Роу , потребляет генератор (Г) для обеспечения работы электрокалорифера (ЭК) или вентилятора (В). Источником тепловой энергии для работы паровой турбины (Т) является биогазовая установка (БУ). Потребный расход биогаза Q6! , сжигаемого в котле (К) составляет :
Роу , м\ , ч
q* = ( мт) , (24)
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
где - теплотворная способность биогаза, кДж/м3; - к.п.д. генератора
Расход биогаза за отопительный сезон ,
„ q6r (tH-tm) 24 • То
Обг---—--, (25)
tH-tm
где то - продолжительность отопительного периода, дни. Требуемая поверхность нагрева электрокалорифера :
F = ^ (26)
к лг' v '
где а- коэффициент запаса ; Ж- разность средних температур , o C ;
М= ir+io - inp^ü , (27)
где tr и to, t^ и tпр - температура теплоносителя и воздуха на входе и выхода их из калорифера, о С. Таким образом разработана технологическая схема обеспечения микроклимата в коровнике путем использования биогазовой установки как источник тепловой и электрической энергии . При этом решены вопросы энергосбережения за счет анаэробной переработки навоза как собственное сырье и улучшения санитарного состояние окружающей среды коровника. Список использованной литературы:
1. Омаров Р.А. Ресурсо и энергосберегающая технология и технические средства тепло и хлодоснабжения животноводческих ферм [ Текст] . Автореферат диссертационной работы ,д.т.н., 05.20.01., 05.20.02./Р.А. Омаров
- Алматы, 2005. - 37с.
2. Безопасность жизнедеятельности / [С.В.Белов, А.В. Ильницкая и др.].- М.: Высшая школа, 2001. -210с.
3. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. - Л. : Стройиздат, 1986.
4. Справочник по теплоснабжению и вентиляции / [ Р.В.Щекин, С.М. Кореневский и др.] - Киев : Будивельник ,1974.
5. Электроснабжение сельского хозяйства / [И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская и др. ] - М. : Колос, 2000 - 536с.
6. Проектирование электрического освещения / Н.А. Фалилеев, В.Г. Ляпин . - М., ВСХИЗО ,1189. - 97с.
© Осмонов Ы.Дж., Шабикова Г.А., 2016
УДК 66.047
Пахомов Андрей Николаевич
канд. техн. наук, доцент ТГТУ, г.Тамбов, РФ E-mail: [email protected] Бирюкова Ирина Александровна студент ТГТУ, г.Тамбов, РФ Васенина Светлана Владимировна
студент ТГТУ, г.Тамбов, РФ
ВОЗМОЖНОСТИ МАСШТАБИРОВАНИЯ СУШИЛКИ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ ИНЕРТНЫХ ТЕЛ
Аннотация
Представлено описание подходов для масштабного перехода от лабораторной сушилки к полупромышленной установке.
