CC BY
32
05.20.01 УДК 631.22
DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10013 Установка утилизации тепла с возможностью работы при низких температурах
А. А. Путан
РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, Москва, Россия alexsei.p@mail. ru
Аннотация
Введение. Для свиноводческих комплексов, расположенных на территории России, является проблемой поддержание оптимального микроклимата в зимний период времени. Для обеспечения оптимальных параметров микроклимата и оптимизации затраты на отопление в животноводческих помещениях применяют теплоутили-заторы тепла - рекуператоры. Одна из проблем работы рекуператоров в зимний период времени - это обмерзание вытяжного канала и отсутствие в рекуператорах систем, позволяющих восстановить работоспособность. Такая эксплуатационная проблема приводит к нарушению работы системы зимней вентиляции, нарушению распределения воздуха по секции и отсутствию подогрева приточного воздуха. Что, в свою очередь, приводит к ухудшению параметров микроклимата и увеличению расхода тепла на вентиляцию.
Материалы и методы. Был проведен эксперимент на свинокомплексе, расположенном в районе города Улан-Уде в секции доращивания. Для эксперимента были выделены две секции. В одной секции проводился эксперимент, вторая секция была контрольная. В экспериментальной секции рекуператор был приведён в работоспособное состояние и оснащён оборудованием, позволяющим поддерживать вытяжной канал свободным ото льда. При проведении эксперимента было использовано контрольно-измерительное оборудование, позволяющее замерить все нормируемые параметры микроклимата.
Результаты. Замеры микроклимата в экспериментальной секции, относительно контрольной, показали меньшую неравномерность по температуре и относительной влажности, было отмечено уменьшение концентрации аммиака в 1,6 раза. Было выявлено образование конденсата на металлических конструкциях подшивного потолка в контрольной секции.
Обсуждение. Были выявлены и обоснованы причины большей неравномерности температуры и относительной влажности в контрольной секции относительно экспериментальной. Было обосновано нахождение конденсата на металлических конструкциях подшивного потолка в контрольной секции.
Заключение. Предложенный способ работы рекуператора при низких температурах позволяет поддерживать его работоспособность при температуре до минус 25 °С и улучшить параметры микроклимата в секции.
Ключевые слова: вентиляция, микроклимат, рекуперация теплоты, свиноводство, система микроклимата, система отопления и вентиляции, система оттаивания, утилизация теплоты, энергосбережение.
Для цитирования: Путан А. А. Установка утилизации тепла с возможностью работы при низких температурах // Вестник НГИЭИ. 2021. № 2 (117). С. 27-40. DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10013
Heat recuperator with the ability to work at low temperatures
A. A. Putan *
Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia
alexsei.p@mail. ru
Abstract
Introduction. For pig farms located in Russia, it is a problem to maintain an optimal microclimate in the winter. To ensure optimal microclimate parameters and optimize heating costs in livestock buildings, heat exchangers - recuperators are used. One of the problems of recuperator operation during the winter period is freezing of the exhaust duct and the lack of systems in the recuperators that allow them to recover. Such an operational problem leads to disruption of the winter ventilation system, disruption of air distribution over the section and lack of heating of the supply air. This, in turn, leads to a deterioration in the microclimate parameters and an increase in heat consumption for ventilation.
© Путан А. А., 2021
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
Materials and methods. An experiment was carried out at a pig breeding complex located in the area of the city of Ulan-Ude in the nursery section. Two sections were allocated for the experiment. An experiment was conducted in one section, the second section was a control one. In the experimental section, the recuperator was brought into serviceable condition and equipped with equipment to keep the exhaust duct free of ice. During the experiment, control and measuring equipment was used, which made it possible to measure all the standardized parameters of the microclimate. Results. Measurements of the microclimate in the experimental section, relative to the control, showed less uneven-ness in temperature and relative humidity, a decrease in the concentration of ammonia by 1.6 times was noted. Condensation was detected at the metal structures of the false ceiling in the control section.
Discussions. The reasons for the greater unevenness of temperature and relative humidity in the control section relative to the experimental were identified and substantiated. The finding of condensate at the metal structures of the false ceiling in the control section was found out.
Conclusion. The proposed method of operation of the recuperator at low temperatures allows maintaining its performance at temperatures up to minus 25 °C and improving the microclimate parameters in the section.
Keywords: ventilation, microclimate, recuperation, pig breeding, microclimate system, heating and ventilation system, thawing system, heat recovery, energy saving.
For citation: Putan A. A. Heat recuperator with the ability to work at low temperatures // Bulletin NGIEI. 2021. № 2 (117). P. 27-40. (in Russ.). DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10013
Введение
На сегодня свиноводство является одним из главных производителей мяса в РФ, что обеспечивает не только продовольственную безопасность, но и реализацию успешных бизнес-проектов. Перед отраслью ставится реальная задача - в течение 10 лет войти в топ-5 мировых экспортёров свинины [1, с. 9].
Создание оптимального микроклимата очень важно для поддержания здоровья животных и реализации их генетического потенциала [2, с. 22; 3, с. 125; 4, с. 19]. Ведущие генетические компании, такие как TOPIGS, Dan Bred, PIC, Nucleus, Genesus, одной из целей селекции ставят повышение конверсии корма за счёт повышения постности мяса и уменьшения толщины подкожного жира. Реализация этого направления селекции положительно влияет на скорость роста товарного поголовья, но повышает требования к кормам и условиям содержания [5, с. 40; 6, с. 43; 7, с. 30]. В частности, к параметрам микроклимата: температуре, относительной влажности и наличию в воздухе аммиака и углеводорода [8, с. 15; 9, с. 29; 10, с. 88-89;]. При оптимальных параметрах, на уровне рекомендуемых в РД-АПК 1.10.02.04-12, наблюдается высокая скорость роста, минимальный уровень стресса и, как следствие, максимальная реализация генетического потенциала (рис. 1) [11, с. 23; 12, с. 35; 13, с. 36; 14, с. 35].
Температура является важным параметром микроклимата, и для каждого технологического участка комплекса она должна быть тщательно подобрана с учётом половозрастных особенностей животных.
Рис. 1. Влияние температуры окружающего воздуха на продуктивность свиней на откорме Fig. 1. Influence of ambient temperature on pig performance at the finishing
При определении оптимальной температуры для каждого участка необходимо опираться на поведенческие реакции животных. Животные, находясь в клетке, сами выбирают оптимальные зоны для комфортного пребывания [15, с. 23]. Например, поросята в станке опороса сами выбирают, где им удобнее расположиться в берложке: под самой лампой, где много тепла от лампы, или на краю светового пятна. Какую зону тёплого пола в берложке выбрать: где пол весь нагрет или где есть снижение температуры пола за счёт перехода к полу без обогрева. Такую же картину можно наблюдать и для поросят, находящихся на участке доращивания, где предусмотрен тёплый пол и навесы: нуждающиеся в тепле поросята
располагаются под навесами и там проводят большую часть времени, другие выбирают зоны с температурой пониже.
Вопросами реализации генетического потенциала в свиноводстве и улучшения параметров микроклимата и энергосбережения занимались: Муру-сидзе Д. Н., Самарин Г. Н., Тихомиров Д. А., Расти-мешин С. А., Новиков Н. Н., Гулевский В. А., Игнат-кин И. Ю. и др. Одним из устройств, входящим в систему вентиляции и позволяющим создать оптимальный микроклимат, обеспечить минимальный перепад температур по секции в зимний период времени и обеспечить экономию тепла, является тепло-утилизатор тепла (рекуператор). На рынке много компаний предлагают рекуператоры тепла, среди них много европейских, таких как: Vencomatic Group, HDT-Anlagenbau, HAKA, Schönhammer, Big Dutchman, Gemmel и т. д. Анализ коммерческих проспектов показал, что все компании предлагают на рынок оборудование, которое не имеет систем, поддерживающих работоспособность рекуператоров тепла в условиях низких температур. А именно, при наружной температуре ниже минус 10 °С выпускной канал оборудования начинает обмерзать. Обмерзание продолжается вплоть до полного перекрытия канала льдом, удаление воздуха из помещения прекращается. Рекуператор тепла приостанавливает
свою работу. Повышается относительная влажность и загазованность, автоматика это фиксирует и запускает дублирующее вытяжное оборудование. В помещение, после обмерзания рекуператора, начинает поступать неподогретый уличный воздух. Если установленная тепловая мощность оборудования не достаточная, то тепла в секции не хватает. Это приводит к недостаточному объёму вентиляции для удаления влаги, аммиака и углекислого газа. В результате влажность и загазованность начинают повышаться, вплоть до превышения значений, рекомендованных в РД-АПК 1.10.02.04-12 «Методические рекомендации по технологическому проектированию свиноводческих ферм и комплексов».
Есть решения, которые позволяют избежать обмерзания выпускного канала рекуператора при достижении температуры приточного воздуха ниже минус 10 °С. Например, обеспечить прохождение большего количества тёплого воздуха по выпускному каналу, что позволит обеспечить работоспособность оборудования. Суть этого решения: обеспечить нагрев приточного воздуха на выходе из приточного канала выше 0 что позволит избежать полного обмерзания и перекрытия выпускного канала, сохранить работоспособность оборудования и утилизацию выбрасываемого воздуха. Такое техническое решение имеет варианты реализации (рис. 2).
а / а б / b
Рис. 2. Рекуператоры: а - рекуператор фирмы Reventa; б - рекуператор фирмы Möller Agrarklima Steurungen
Fig. 2. Recuperators:
а - recuperator on the company Reventa; б - recuperator on the company Möller Agrarklima Steurungen
Фирмы Reventa и Möller Agrarklima Steurungen предлагают рекуператоры, в которых объём вытяжного воздуха превосходит объём воздуха приточного (рис. 2) [16; 17]. Такое решение позволит использовать оборудование при низких температурах, но из-за дисбаланса по притоку и вытяжке есть необходимость организации дополнительного притока холодного воздуха и его распределение по секции. По оценкам, из-за приточно-вытяжного дисбаланса температурный коэффициент эффективности рекуператоров у обеих фирм будет составлять не более 40 % [12, с. 43]. Рекуператоры не имеют самостоятельной системы управления и могут быть только встроены в общую систему вентиляции комплекса. Однако наличие рекуператоров в системе вентиляции позво-
ляет переити от системы вентиляции «под разряжением» к системе вентиляции «равного давления».
Установка, представленная на рисунке 3, позволяет обеспечить производительность выпускного канала больше чем приточного и часть теплого воздуха направлять обратно на вход приточного канала [18, с. 3; 19, с. 3]. Воздух, прошедший рекуператор и поступающий на приток через рециркуляционный канал, будет смешиваться с уличным воздухом, и их смесь будет иметь температуру выше температуры уличного воздуха. Тем самым, как предлагается в патенте RU 2640898 С1: «В наиболее холодный период года при температурах ниже минус 15 °С предусмотрен подогрев приточного воздуха за счет его частичного смешивания с удаляемым теплым воздухом».
Рис. 3. Схема воздухо-воздушного рекуператора: 1 - теплообменник; 2 - приточный вентилятор; 3 - вытяжной вентилятор; 4 - вытяжной патрубок; 5 - приточный канал; 6 - канал вытяжной; 7 - рециркуляционный канал; 8 - воздушная заслонка
Fig. 3. Air-to-air recuperator diagram: 1 -heat exchanger; 2 - supply fan; 3 - exhaust fan; 4 - ventpipe; 5 - supply channel; 6 - exhaust channel; 7 - recirculation channel; 8 - air damper
Рекуператор, приведённый на рисунке 4, позволяет обеспечить производительность вытяжного канала, равную производительности приточного, но в случае обмерзания вытяжного канала приточный вентилятор останавливается, а вытяжной продолжает работать на рециркуляцию, что и приводит к оттаиванию вытяжного канала. При начале замерзания вытяжного канала происходит остановка приточного вентилятора 7 и заслонка 9 перекрывает вытяжной канал, после этого весь вытяжной воздух отправляется на рециркуляцию [20, с. 3]. Рециркуляционный воздух, прошедший через вытяжной канал и контактировавший с теплообменной стенкой, температура которой ниже температуры точки росы, охлаждён и
осушен. Рециркуляционный воздух обладает влаго-содержанием ниже, чем воздух помещения, что позволяет, организовывая рециркуляцию воздуха, удалять влагу из помещения, а также аммиак. В процессе режима «оттаивания» к теплообменику не подводится холодный воздух, и вытяжной канал прогревается за счёт тёплого воздуха, который подаёт вытяжной вентилятор. Промывка теплообменного блока включается раз в сутки и не связана с режимом оттаивания, а лишь поддерживает теплообменный блок в чистоте для максимального теплообмена между приточным и вытяжным воздухом. Рекуператор переходит в режим работы «оттаивание» при достижении уличной температуры минус 15 °С.
Рис. 4. Схема работы рекуператора с режимом «оттаивание»: 1 - впускной проем; 2 - приточный воздуховод; 3 - полимерный теплообменник; 4 - вытяжной вентилятор;
5 - поддон; 6 - конденсатоотводчик; 7 - приточный вентилятор; 8 - рециркуляционный проём; 9 - рециркуляционная заслонка, 10 - трубопровод с промывочными форсунками, 11 - выпускной воздуховод
Fig. 4. Scheme of operation of the recuperator with the «defrost» mode: 1 -inlet; 2 - supply channel; 3 - polymer heat exchanger; 4 - exhaust fan; 5 - tray; 6 - condensate pipe; 7 - supply fan; 8 - recirculation channel, 9 - recirculation damper, 10 - line with flushing nozzles, 11 - exhaust channel
Схема с временной остановкой притока имеет очевидные плюсы как с точки зрения поддержания работоспособности рекуператора, так и с точки зрения обеспечения оптимального микроклимата. Как следует из условий работы рекуператора: при достижении уличной температуры минус 15 °С производительность рекуператора снижается в 2 раза, так как часть времени требуется для оттаивания вытяжного канала [21, с. 36].
Как следует из условий работы рекуператора, в регионах с низкими температурами необходима установка дублирующего рекуператора, чтобы, когда один находился на режиме «оттаивание», второй, находясь в рабочем состоянии, и осуществлял подачу свежего воздуха в секцию. Также места контакта и узлы крепления рециркуляционной заслонки 9 должны дополнительно подогреваться, так как сама заслонка омывается тёплым влажным воздухом со 100 % относительной влажностью и свободной влагой в виде тумана, а при режиме «оттаивание» контактирует с холодным уличным воздухом, что может приводить к примерзанию её к корпусу рекуператора.
Альтернативным решением, позволяющим размораживать выпускной канал рекуператора и избежать остановки его работы, является включение приточного вентилятора на реверс, в зависимости от уличной температуры или по заранее заложенному алгоритму работы. При работе рекуператора в режиме утилизации тепла вытяжной воздух, проходя по вытяжному каналу, нагревает его и далее часть воздуха поступает на рециркуляцию (в помещение), а часть выбрасывается на улицу (рис. 5). При этом канал рециркуляции воздуха открыт постоянно и воздух через него поступает под действием разряжения в помещение. В режиме работы рекуператора «оттаивание» приточный вентилятор сначала останавливается, а затем включается на реверс, т. е. тёплый воздух поступает через приточный канал в обратном направлении. Это позволяет быстрее нагреть и полностью освободить ото льда и инея вытяжной канал. В момент включения рекуператора в режим «оттаивание» в помещении повышается разряжение, и свежий воздух поступает не через рекуператор, а через другое приточное
оборудование. Т. к. производительность вентилятора на реверс в 2 раза меньше, а в помещении высокое разряжение, то фактически тёплого воздуха в приточный канал поступает мало, и он, заполняя приточный канал, вытесняет ледяной свежий воз-
дух. А из-за небольшого количества воздуха помещения в приточном канале конденсата в приточном канале образуется немного, настолько, что к новому циклу работы в режиме «оттаивание» канал будет без конденсата и льда.
а / а б / b
Рис. 5. Схема работы рекуператора с режимом «оттаивание»: а - режим «утилизация тепла»; б - режим «оттаивание»; 1 - выпускной воздуховод; 2 - трубопровод с промывочными форсунками; 3 - окно в торцевой стене помещения; 4 - приточный воздуховод; 5 - стальная оцинкованная труба для слива конденсата; 6 - опора рекуператора; 7 - поддон для сбора конденсата; 8 - вытяжной вентилятор; 9 - приточный вентилятор; 10 — окно рециркуляции Fig. 5. Scheme of operation of the recuperator with the «defrost» mode: а - mode «heat recovery»; b - mode «defrost»; 1 - exhaust channel; 2 - line with flushing nozzles; 3 - inlet in the end wall of the building; 4 - supply channel; 5 - condensate pipe; 6 - recuperator support; 7 - tray; 8 - exhaust fan; 9 - supply fan; 10 - recirculation channel
Последнее решение, где приточный вентилятор включается на реверс, является, с практической точки зрения, довольно удачным:
- оттаивание происходит быстро, так как к теплообменнику подводится тепло с обеих сторон стенки;
- нет заслонок с сервоприводом, которые соприкасаются с холодным воздухом, их подвижные части и места контакта с корпусом рекуператора не подвержены обледенению;
- управление режимом работы полностью автоматизировано;
- переключение приточного вентилятора на реверс происходит посредством сигнала от частотного преобразователя, что позволяет повысить надёжность механических узлов вентилятора.
Целью исследования является оценка эффективности применения универсальной установки обеспечения микроклимата.
В качестве показателей эффективности определены:
- эффективность работы утилизатора теплоты при температурах ниже минус 10 °С;
- возможность работы системы вентиляции с утилизацией тепла в режиме «равного давления».
Материалы и методы
Испытания проводились на системе микроклимата, установленной в секции доращивания свиноводческого комплекса. Территориально комплекс располагается в Республике Бурятия, рядом с селом Усть-Брянь. Здание, в котором расположена секция, представляет собой рамную конструкцию из метал-
локаркаса, обшитую трёхслойными сэндвич-панелями толщиной: стены 150 мм, кровля 200 мм.
Секция рассчитана на 650 голов поросят после отъёма. Секция разделена на 20 клеток, в каждой содержится 32-33 головы. Размеры секции в плане 22,6x13 м (рис. 6, 7). В секции расположено оборудование отопления и вентиляции: рекуператор с одним вытяжным и двумя приточными вентиляторами,
приточная шахта с заслонкой с сервоприводом, два газовых теплогенератора закрытого горения, подвесной потолок сплошной и перфорированный. Перфорированный потолок расположен над щелевым полом, сплошной потолок расположен над зоной отдыха поросят, там же находится и сплошной пол (рис. 7, б). Пол в клетках частично щелевой, сплошной пол расположен в берложках.
Рекупералор
Suspended ceiling Température sensor
Рис. 6. Схема размещения вентиляционного оборудования в секции доращивания Fig. 6. Layout of ventilation equipment in the nursery section
а / а б / b
Рис. 7: а - схема размещения вентиляционного оборудования в секции доращивания; б - схема раскладки перфорированного подшивного потолка; в - схема расстановки клеток в секции с местами замеров параметров микроклимата, пронумерованными от 1 до 20 Fig. 7: а - layout of ventilation equipment in the nursery section; b - perforated false ceiling layout; c - the layout of the cages in the section with the places for measuring the microclimate parameters numbered from 1 to 20
Схема вентиляции в летний период. Приточные вентиляторы рекуператора летом не работают. То есть системы вентиляции в летний период работают в режиме «под разряжением». Под действием разряжения воздух поступает в помещение через
приточную шахту и клапана, расположенные в наружной стене, и оказывается над подшивным потолком. Через перфорированные отверстия в подшивном потолке воздух поступает в зону обитания животных. Далее, проходя через всё помещение,
удаляется через корпус рекуператора, - через летнюю вытяжную шахту за счёт разряжения вытяжного вентилятора. Воздух удаляется за счёт разряжения, которое создаёт вытяжной вентилятор, расположенный на рекуператоре. Жалюзи летней вентиляции при этом открыты. Жалюзи зимней вентиляции закрыты (рис. 8, а).
Схема вентиляции в зимний и переходный период. Летние приточные клапана закрыты, пассивная шахта закрыта только на жалюзи. Воздух, проходящий через рекуператор за счёт работы приточных вентиляторов рекуператора или поступающий через приточную шахту (при открытии клапанов) за счёт разряжения от вытяжного вентилятора, оказывается над подшивным потолком. Далее через перфорированные отверстия в подшивном потолке воздух поступает в зону обитания животных. Далее, проходя через всё помещение, удаляется через корпус реку-
ператора за счёт разряжения вытяжного вентилятора: если вытяжной канал теплообменника не замёрз, то воздух выходит через него, если вытяжной канал замёрзший, то воздух выходит через летнюю вытяжную шахту. При работе рекуператора жалюзи летней вентиляции закрыты, а жалюзи зимней вентиляции открыты, за счёт этого воздух проходит через тепло-обменный модуль, отдавая тепло приточному воздуху. Если вытяжной канал теплообменного модуля замёрз, то открываются жалюзи летней вентиляции и воздух в обход теплообменного модуля удаляется через летнюю шахту вентиляции, т. е. теплообмен-ный модуль «выключается» из работы и система вентиляции работает, как в летний период времени (рис. 8, б). При понижении температуры газовые теплогенераторы закрытого горения автоматически включаются, подавая в помещение тёплый воздух без продуктов горения.
а / a б / b
Рис. 8. Схема работы рекуператора: а - в летнее время; б - в зимнее время Fig. 8. Schema of the recuperator operation: а - in the summer time; b - in winter time
Измерения проводились в соответствии с СТО АИСТ 31.2-2007 «Испытания сельхозтехники. Комплекты оборудования для создания микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях». Методы оценки функциональных показателей» в точках, указанных на рисунке 7, в, на высоте 600 мм от уровня пола. В качестве измерительных приборов использовался газоанализатор ПГА-200 и термоанемометр с функцией влагомера TESTO 425.
В настройки контроллеров были введены одинаковые целевые параметры микроклимата по температуре, экспериментальное и контрольное по-
мещения были заполнены равновозрастными животными.
В секциях, в экспериментальной и контрольной, микроклимат замерялся в каждой клетке на высоте обитания животных. В каждой секции 20 точек замеров, по числу клеток (рис. 7, в).
Замеры параметров микроклимата проводились при колебаниях уличной температуры от минус 14 до минус 25 °С.
Внешний вид рекуператора на улице приведён на рисунке 9. Внутренний вид рекуператора контрольной секции приведён на рисунке 10.
Рис. 9. Внешний вид рекуператора на улице Fig. 9. Exterior view of the recuperator on the roof
Рис. 10. Внутренний вид рекуператора контрольной секции Fig. 10. Internal view of the recuperator of control section
Результаты Результаты замеров в контрольной секции с Результаты замеров параметров микроклима- неработающим (замёрзшим рекуператором) привета в экспериментальной секции с работающим ре- дены в таблице 2. куператором приведены в таблице 1.
Таблица 1. Параметры микроклимата в экспериментальной секции Table 1. Microclimate parameters in the experimental section
Относительная Диоксид углерода Аммиак NH3,
Номер замера (клетки) / Температура, °С / влажность, % / СО2, % / мг/м3 /
Measurement number (cage) Temperature, °С Relative Carbon dioxide Ammonia NH3,
humidity, % CO2, % mg/m3
1 2 3 4 5
1 19,4 39,7 0,26 3,2
2 19,6 36,8 0,25 3,1
3 20 36,5 0,24 3
4 20 35,7 0,24 3,4
5 21 37,6 0,25 3,9
6 21,7 40,4 0,29 4,5
7 21 36,3 0,24 3,1
Окончание таблицы 1 / End of table 1
1 2 3 4 5
8 20,8 37,1 0,24 3,2
9 19,7 38,7 0,24 3,3
10 19,4 36,3 0,23 2,7
11 20,3 34,1 0,23 2,6
12 19,9 38 0,23 2,8
13 20,5 35,2 0,24 2,9
14 21,3 35 0,27 3,6
15 21,4 38 0,28 4,9
16 21,4 36,3 0,23 3,6
17 19,4 38,1 0,25 3,4
18 20,5 34,9 0,23 2,9
19 19,5 35,4 0,23 2,4
20 19,4 37,5 0,25 2,8
Среднее значение по секции /
Average value in the section 20,3 36,9 0,25 3,3
Максимальная величина отклонения
от среднего значения / Maximum
deviation from the average value 1,4 3,5 0,04 1,6
Таблица 2. Параметры микроклимата в контрольной секции
Table 2. Microclimate parameters in the control section
Номер замера (клетки) / Measurement number (cage) Температура, °С / Temperature, °С Относительная влажность, % / Relative humidity, % Диоксид углерода СО2, % / Carbon dioxide CO2, % Аммиак NH3, мг/м3 / Ammonia NH3, mg/m3
1 19,4 42,1 0,28 5,1
2 18,9 42,2 0,29 5,6
3 18,3 48,5 0,29 5,5
4 20,6 34,7 0,24 4,6
5 20,7 36,6 0,29 5,9
6 21 35,6 0,26 5,3
7 20,9 39,3 0,31 6
8 20,7 39,9 0,29 5,5
9 20,2 36,9 0,25 4,8
10 19,9 39,9 0,28 5,5
11 20 45 0,27 5,3
12 20,4 38,3 0,29 5,1
13 20,8 38,1 0,29 5,4
14 21 36 0,26 5,2
15 21 39,7 0,24 4,7
16 20,9 35,5 0,28 5,7
17 20,7 35,1 0,29 5,8
18 17,3 50 0,27 5,2
19 18,4 37,9 0,24 4,3
20 18,5 42 0,26 4,6
Среднее значение по секции /
Average value in the section 20,0 39,7 0,27 5,3
Максимальная величина отклонения
от среднего значения / Maximum
deviation from the average value 2,7 10,3 0,04 1
Как видно из результатов замера параметров микроклимата в экспериментальной секции, где работал рекуператор, наблюдалось в 1,6 раза меньше содержание аммиака по сравнению с контрольной секцией, но в обоих случаях не было превышения содержания аммиака выше рекомендованного.
По результатам замеров в контрольной секции в клетках № 3 и 18 наблюдается заметное повышение относительной влажности относительно остальных клеток. Это связано с близким расположением мест замеров с местом вытяжки грязного воздуха. В экспериментальной секции за счёт дополнительного движения воздуха в надпотолочном пространстве и в целом лучшего распределения воздуха по секции такого не наблюдается.
Так же в экспериментальной секции, по сравнению с контрольной, более стабильные параметры микроклимата в среднем по секции. Примерно в 2 раза меньше максимальное отклонение
от среднего значения по температуре и относительной влажности в секции, где работал рекуператор. Что говорит о том, что для животных в контрольной секции были созданы более однородные условия содержания. Что может сказаться на привесах и повышении сохранности животных, но для подтверждения таких выводов требуются более длительные наблюдения.
В контрольной секции при поступлении воздуха, не прошедшего через рекуператор и неподо-гретого, на несущих стальных конструкциях подшивного потолка наблюдается образование конденсата (рисунок 11). Это нежелательно, так как может вести к сокращению срока эксплуатации несущих конструкций подшивного потолка, и конденсат может капать на животных. В экспериментальной секции, где работал рекуператор и свежий воздух был частично подогрет в рекуператоре, такого явления не наблюдалось.
Рис. 11. Наличие конденсата на стальной конструкции подшивного потолка в контрольной секции Fig. 11. Condensation on the steel structure of the false ceiling in the control section
В экспериментальной секции воздух принудительно забирался из секции вытяжным вентилятором и принудительно подавался в секцию приточными вентиляторами рекуператора. Это позволило обеспечить работу рекуператора в режиме работы «равного давления». Что позволило исключить подсос воздуха с улицы и из соседних помещений: коридора и соседних секций.
Заключение 1. Предложенный алгоритм работы рекуператора позволяет сохранить работоспособность оборудования при температурах до минус 25 °С и обеспечить утилизацию тепла.
2. В экспериментальной секции, с работающим рекуператором, меньше неравномерность по температуре и относительной влажности, в 1,6 раза меньше содержание аммиака.
3. В экспериментальной секции относительно контрольной отсутствовал конденсат на конструкциях подшивного потолка.
4. При работе рекуператора, в экспериментальной секции, система вентиляции работала в режиме «равного давления», что позволило исключить сквозняки и подсос воздуха с улицы и из соседних помещений, уменьшить неравномерность значений температуры по секции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Красновская Е. Новая расстановка сил на рынке свиноводства // Свиноводство. 2018 № 5. С. 8-10.
2. Ильин И. В., Курячий М. Г., Игнаткин И. Ю. Влияние параметров микроклимата на продуктивность свиней // Перспективное свиноводство: теория и практика. 2011. № 3. С. 21-25.
3. Легостин С. С., Игнаткин И. Ю. Водоиспарительный охладитель подвесной конструкции // Инновации в сельском хозяйстве. 2014. № 4 (9). С. 124-127.
4. Казанцев С. П., Игнаткин И. Ю. Система микроклимата в свиноводстве с применением охладителей новой конструкции // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2014. № 5. С. 18-20.
5. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г., Бондарев А. М. Рекуперация теплоты в свиноводстве // Эффективное животноводство. 2015. № 9 (118). С. 40-41.
6. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г. Ресурсосберегающая система отопления и вентиляции // Эффективное животноводство. 2011. № 9 (71). С. 42-44.
7. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г. Опыт проектирования систем отопления и вентиляции на свиноводческих фермах и комплексах // Эффективное животноводство. 2011. № 6 (68). С. 30-31.
8. Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Математическая модель водоиспарительного охлаждения в системах вентиляции // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». 2017. № 1 (77). С. 14-20.
9. Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Способ повышения эффективности рекуперации теплоты в условиях инееобразования // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячки-на». 2017. № 4 (80). С. 28-33.
10. Оболенский Н. В., Осокин В. Л., Сбитнев Е. А., Александрова А. А., Макарова Ю. М. Автоматизированный тепловой пункт. Патент на изобретение RU 2567226 C2, 10.11.2015. Заявка № 2014106449/12 от 20.02.2014.
11. Самарин Г. Н. Энергосберегающая технология формирования микроклимата в животноводческих помещениях : дис. ... д-ра техн. наук. Московский гос. агроинженерный университет им. В. П. Горячкина. Москва, 2009.
12. Игнаткин И. Ю. Методы эффективного построения и функционирования комбинированной системы обеспечения параметров микроклимата в свиноводстве: дис... д-ра техн. наук. РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева. Москва, 2018.
13. Курячий М. Г., Игнаткин И. Ю., Ильин И. В. Сравнительный анализ технологических решений на свиноводческих комплексах // Эффективное животноводство. 2015. № 12 (121). С. 36-38.
14. Игнаткин И. Ю. Оптимизация эффективности утилизации теплоты воздухо-воздушного рекуператора // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». 2018. № 1 (83). С. 34-39.
15. Растимешин С. А., Трунов С. С. Поведение животных как критерий эффективности локальных электрообогревателей // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 4 (29). С. 21-25.
16. Компания Reventa. Каталог оборудования [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.reventa.de/ru/company/efficiency (дата обращения 13.12.2020 г.).
17. Компания Möller Agrarklima Steurungen. Каталог оборудования [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://moeller.eu (дата обращения 13.12.2020 г.).
18. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю. Теплоутилизационная установка. Патент на изобретение RU 2640898 C1, заявл. 08.07.16; опубл. 12.01.18, Бюл. № 2.
19. Расстригин В. Н., Тихомиров Д. А., Сычков А. В. Электротеплоутилизационная установка. Патент на изобретение. RU 2 296 463 C1, заявл. 08.11.05; опубл. 10.04.07, Бюл. № 10.
20. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю. Теплоутилизационная установка. Патент на изобретение RU 2627199 C1, заявл. 08.07.16; опубл. 03.08.17, Бюл. № 22.
21. Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Оценка характера распределения приточного воздуха в условиях струйных течений // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячки-на». 2018. № 3 (85). С. 35-41.
Дата поступления статьи в редакцию 1.12.2020, принята к публикации 28.12.2020.
Информация об авторе: ПУТАН АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ,
учебный мастер кафедры «Тракторов и автомобилей»
Адрес: ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49 E-mail: [email protected] Spin-код: 6996-5396 ORCID-ID: 0000-0002-9086-0826
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Krasnovskaja E. Novaja rasstanovka sil na rynke svinovodstva [New alignment of forces in the pig breeding market], Svinovodstvo [Pig breeding], 2018, No. 5, pp. 8-10.
2. Il'in I. V., Kurjachij M. G., Ignatkin I. Ju. Vlijanie parametrov mikroklimata na produktivnost' svinej [The influence of microclimate parameters on the productivity of pigs], Perspektivnoe svinovodstvo: teorija ipraktika [Promising pig breeding: theory and practice], 2011, No. 3, pp. 21-25.
3. Legostin S. S., Ignatkin I. Ju. Vodoisparitel'nyj ohladitel' podvesnoj konstrukcii [Suspended water evaporative cooler], Innovacii v sel'skom hozjajstve [Innovations in agriculture], 2014, No. 4 (9), pp. 124-127.
4. Kazancev S. P., Ignatkin I. Ju. Sistema mikroklimata v svinovodstve s primeneniem ohladitelej novoj konstrukcii [Microclimate system in pig breeding with new coolers] Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva [Agricultural mechanization and electrification], 2014, No. 5, pp. 18-20.
5. Il'in I. V., Ignatkin I. Ju., Kurjachij M. G., Bondarev A. M. Rekuperacija teploty v svinovodstve [Heat recovery in pig breeding], Jeffektivnoe zhivotnovodstvo [Efficient animal husbandry], 2015, No. 9 (118), pp. 40-41.
6. Il'in I. V., Ignatkin I. Ju., Kurjachij M. G. Resursosberegajushhaja sistema otoplenija i ventiljacii [Resource-saving heating and ventilation system], Jeffektivnoe zhivotnovodstvo [Efficient animal husbandry], 2011, No. 9 (71), pp.42-44.
7. Opyt proektirovanija sistem otoplenija i ventiljacii na svinovodcheskih fermah i kompleksah. [Experience in designing heating and ventilation systems on pig farms and complexes] Il'in I.V., Ignatkin I.Ju., Kurjachij M.G. Jeffektivnoe zhivotnovodstvo. [Efficient animal husbandry] 2011. No. 6 (68). pp. 30-31.
8. Kirsanov V. V., Ignatkin I. Ju. Matematicheskaja model' vodoisparitel'nogo ohlazhdenija v sistemah ventiljacii [Mathematical model of evaporative cooling in ventilation systems], Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdenija vysshego professional'nogo obrazovanija «Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhe-nernyj universitet imeni V. P. Gorjachkina» [Vestnik offederal state educational institution of higher professional education «Moscow state agroengineering university named after V. P. Goryachkin»], 2017, No. 1 (77), pp. 14-20.
9. Kirsanov V. V., Ignatkin I. Ju. Sposob povyshenija jeffektivnosti rekuperacii teploty v uslovijah ineeobra-zovanija. [A method for increasing the efficiency of heat recovery in conditions of frost formation], Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdenija vysshego professional'nogo obrazovanija «Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet imeni V. P. Gorjachkina» [Vestnik of federal state educational institution of higher professional education «Moscow state agroengineering university named after V. P. Goryachkin»], 2017, No. 4 (80), pp. 28-33.
10. Obolenskij N. V., Osokin V. L., Sbitnev E. A., Aleksandrova A. A., Makarova Yu. M. Avtoma-tizirovannyj teplovoj punkt [Automated heating station], Patent RU 2567226 C2, 10.11.2015, application No. 2014106449/12, 20.02.2014.
11. Samarin G. N. Jenergosberegajushhaja tehnologija formirovanija mikroklimata v zhivotnovodcheskih pomeshhenijah [Energy-saving technology of microclimate formation in livestock buildings. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Moscow State Agroengineering University V. P. Goryachkina, Moscow, 2009.
12. Ignatkin I. Ju. Metody jeffektivnogo postroenija i funkcionirovanija kombinirovannoj sistemy obespecheni-ja parametrov mikroklimata v svinovodstve [Methods for effective construction and functioning of a combined system for ensuring microclimate parameters in pig breeding. Dr. Sci. (Engineering) diss.], RSAU-MTAA name after K. A. Timirjazeva, Moscow, 2018.
13. Kurjachij M. G., Ignatkin I. Ju., Il'in I. V. Sravnitel'nyj analiz tehnologicheskih reshenij na svinovodcheskih kompleksah [Comparative analysis of technological solutions at pig farms], Jeffektivnoe zhivotnovodstvo [Efficient animal husbandry], 2015, No. 12 (121), pp. 36-38.
14. Ignatkin I. Ju. Optimizacija jeffektivnosti utilizacii teploty vozduho-vozdushnogo rekuperatora. [Optimization of the efficiency of heat recovery from an air-to-air recuperator], Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obra-zovatel'nogo uchrezhdenija vysshego professional'nogo obrazovanija «Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet imeni V. P. Gorjachkina» [Vestnik offederal state educational institution of higher professional education «Moscow state agroengineering university named after V. P. Goryachkin»], 2018, No. 1 (83), pp. 34-39.
15. Rastimeshin S. A., Trunov S. S. Povedenie zhivotnyh kak kriterij jeffektivnosti lokal'nyh jel-ektroobogrevatelej. [Animal behavior as a criterion for the effectiveness of local electric heaters], Vestnik VIJeSH [A-URIAMBulletin], 2017, No. 4 (29), pp. 21-25.
16. Kompanija Reventa. Katalog oborudovanija [Reventa company. Equipment catalog], URL: http://www.reventa.de/ru/company/efficiency (Accessed 13.12.2020).
17. Kompanija Möller Agrarklima Steurungen. Katalog oborudovanija [Möller Agrarklima Steurungen company. Equipment catalog]. URL: http://moeller.eu (Accessed 13.12.2020).
18. Il'in I. V., Ignatkin I. Ju. Teploutilizacionnaja ustanovka [Heat recovery installation], Patent na izobretenie RU 2640898 C1, Appl.08.07.16; publ.12.01.18, Bjul. No. 2.
19. Rasstrigin V. N., Tihomirov D.A., Sychkov A. V. Jelektroteploutilizacionnaja ustanovka [Electric heat recovery unit], Patent na izobretenie. RU 2 296 463 C1, Appl. 08.11.05; publ. 10.04.07, Bjul. No. 10.
20. Il'in I. V., Ignatkin I. Ju. Teploutilizacionnaja ustanovka [Heat recovery installation], Patent na izobretenie RU 2627199 C1, Appl. 08.07.16; publ. 03.08.17, Bjul. No. 22.
21. Kirsanov V. V., Ignatkin I. Ju. Ocenka haraktera raspredelenija pritochnogo vozduha v uslovijah strujnyh techenij. [Assessment of the nature of the supply air distribution in the conditions of jet streams], Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdenija vysshego professional'nogo obrazovanija «Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet imeni V. P. Gorjachkina» [Vestnik offederal state educational institution of higher professional education «Moscow state agroengineering university named after V. P. Goryachkin»], 2018, No. 3 (85), pp. 35-41.
The article was submitted 1.12.2020, accept for publication 28.12.2020.
Information about the author: PUTAN ALEKSEY ALEXANDROVICH, training master of the chair «Tractors and Cars»
Address: Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, 127550,
Russian Federation, Moscow, Timiryazevskaya st., 49
E-mail: [email protected]
Spin-code: 6996-5396
ORCID-ID: 0000-0002-9086-0826
Author read and approved the final version of the manuscript
