CC BY
13
УДК 631.22:628.8
ВЕНТИЛЯЦИОННО-ОТОПИТЕЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ
ПОМЕЩЕНИЙ
А.И. Купреенко, доктор технических наук, профессор Г.В. Шкуратов, аспирант Брянская ГСХА E-mail: cit@bgsha.com
В статье приведены результаты испытания опытного образца вентиляционно-ото-пительной панели как составной части системы естественной вентиляции животноводческих помещений крупного рогатого скота.
Ключевые слова: вентиляционно-отопи-тельная панель, гелиоактивные стены, естественная вентиляция, микроклимат.
Одной из проблем в обеспечении оптимального микроклимата животноводческих помещений, не имеющих механических систем его поддержания, является повышенная влажность и пониженная температура воздуха в зимний период года, а в летний - повышенная температура и влажность.
Наиболее распространены системы естественной вентиляции для помещения крупного рогатого скота. В их основе лежит использование тканевых штор, сплошных подъёмных панелей, вытяжных шахт или световентиляционных коньков. Одним из недостатков данных систем вентиляции является отсутствие подогрева приточного воздуха. Нами предложено использование вентиляционно-отопитель-ных панелей, играющих роль гелиоактивных стен животноводческих помещений [1]. Для оценки эффективности использования вентиляционно-отопи-тельных панелей был изготовлен опытный образец (рис. 1).
В зимний период года одной из проблем систем естественной вентиляции, имеющих приточные каналы, является их обледенение из-за высокой влажности воздуха [1]. Для устранения этого недостатка ограждающие поверхности, в т.ч. тепловоспринимающая поверхность (рис. 2), в предложенной венти-ляционно-отопительной панели изготовлены из материала с низкой теплопроводностью. Вследствие этого конденсат и, соответственно, наледь практически не образовывались.
План экспериментальных исследований предусматривает круглогодичное испытание панели. Осенью 2013 г. был проведён первый, а зимой 2014 г. - второй этапы экспериментальных исследований.
В процессе опытов исследовались следующие режимы работы панели: вентиляция с подогревом воздуха; вентиляция с удалением избыточной влаги и теплоты; замкнутый режим обогрева. Режимы работы панели устанавливались при помощи соответствующих заслонок. Заслонки изготовлены из материала с низкой теплопроводностью. В процессе экспериментов проводились замеры температуры, влажности и скорости движения воздуха как в каналах панели, так и снаружи и внутри опытного образца при помощи приборов Testo-625 и Testo 405-V1. Замеры производились переносными и стационарными приборами. Также температуру в автоматическом режиме фиксировал измеритель-регулятор ТРМ 138.
Рис. 1. Опытный образец вентиляционно-отопительной панели
Ежеквартальный научный журнал
К нему были подключены восемь датчиков температуры типа ДТС, размещённых в соответствующих измерительных точках вентиляционно-ото-пительной панели. Данные с почасовой регистрацией считы-вались и заносились в компьютер.
Рис. 2. Схема работы вентиляционно-ото-пительной панели в режиме обратной тяги:
1 - наружный нижний канал; 2 - внутренний нижний канал; 3 - наружный верхний канал; 4 - внутренний верхний
канал; 5 - заслонки; 6 - утеплитель; 7 - вытяжной канал; 8 - свегопрозрачное покрытие
Во время экспериментальных исследований проверялось наличие обратной тяги в каналах вентиляционно-отопительной панели (рис. 2). При обратной тяге воздух с улицы поступал в верхний наружный канал и выходил через нижний внутренний. Этот режим позволяет более эффективно вентилировать зону расположения животных путём придания движения нижним слоям воздуха и, соответственно, удалять из неё вредные газы и влажный воздух. Результаты испытания вентиляционно-отопительной панели в осенний период представлены на рис. 3.
60
Из рис. 3 видно, что при максимальной дневной активности солнца и температуре наружного воздуха 14°С тепловоспринима-ющая поверхность нагревалась свыше 45°С, что позволяло прогреться воздуху внутри панели до 22°С в верхнем внутреннем канале. В результате подогрева воздуха в панели увеличивался воздухообмен, что в способствовало удалению избыточной влажности и вредных газов. Анализ данных рис. 4 показывает, что при повышении температуры внутри панели повышается и скорость движения воздуха. На выходе из образца она доходила до 0,75 м/с, что способствовало увеличению воздухообмена в образце.
£ ч
а
Ел а ш
40
20
Часы замера
Тепловоспринимающая поверхность Вытяжной канал Внутренний верхний канал Атмосферный воздух
Рис. 3. Изменения температуры воздуха в панели в режиме вентиляции с подогревом в осенний период
» 0,5 £ ч з
о
т
Ч и
13 о
р
о
2С
и
1Л1Л101Л100ГМ001^0 1ЛОО*ЧОООГМ^1ЛООООО
^шоо^гп^гьпг^оош Часы замера
-Наружний нижний канал
- . — Наружный верхний канал
— — - Вытяжной канал —— . Атмосферный воздух
Рис. 4. Изменение скорости движения воздуха в панели в режиме вентиляции с подогревом в осенний период
Результаты испытания вентиляционно-отопительной панели в зимний период представлены на рис. 5, из которого видно, что при максимальной дневной активности солнца и температуре наружного воздуха -14°С тепловоспринимающая поверхность нагревалась до 38°С, что позволяло прогреться воздуху внутри панели до 15°С в наружном верхнем и до 8°С во внутреннем верхнем каналах. Расчеты показывают, что при температуре наружного воздуха -15°С, а внутри помещения 3°С теплопотери типового коровника на 200 голов через ограждения в среднем составят 569653 кДж/ч. С учетом этих данных для повышения температуры необходимо обеспечить приток теплоты больше, чем теплопотери помещения.
0
0
128
Вестник ВНИИМЖ №4(16)-2014
°>• ф
Часы замера
Тепловоспронимающая повехность И Внутренний верхний канал в Вытяжной канал Атмосферный воздух
Рис. 5. Изменение температуры воздуха в панели в замкнутом режиме обогрева в зимний период
При подборе теплогенерирующих установок нужно учитывать, что в животноводческом помещении теплоту выделяют животные. Корова в час выделяет свободной теплоты 2520 кДж или для 200 голов -504000 кДж/ч. Таким образом, количества выделяемой животными теплоты достаточно для поддержания температуры внутри коровника около 1°С при температуре окружающей среды - 15°С.
На основании данных [3] примем интенсивность солнечной радиации в зимнее время равной в среднем 0,3 кВт/м , двухстороннее расположение вентиляционно-отопи-тельных панелей, площадь одной панели 1,2 X 0,3 м. Тогда количество теплоты Qc, воспринимаемой одной вентиляционно-ото-пительной панелью, составит 4147,2 кДж/ч.
Для определения необходимого количества панелей нужно знать требуемый воздухообмен по содержанию углекислого газа Ь™ и влаги Ь-—
LCO2 —
C-m
C1 -C2
114-200 2,5-0,3
— 10363 м3/ч,
W•m•B 292-200-1.25 3
Ь™ =-— =-=11933 м3/ч
™ W1-W2 9,317-3,2
где С - количество СО 2, выделяемого одним животным, С=114 л/ч,; т - количество животных, т=200; С1 - допустимое количество СО2 в воздухе помещения, С1 =2,5 л/м ; С2 - содержание СО2 в приточном воздухе, С2=0,3-0,4 л/м ; — - количество водяного пара, выделяемого одним животным в тече-
ние часа, W=292 г/ч; в - коэффициент, учитывающий испарение влаги с пола, кормушек и т.д., в=1,25; Wi - допустимое количество водяного пара в воздухе помещения, Wi=9,317r/M3; W2 - средняя абсолютная влажность приточного воздуха, W2=3,2-3,3 г/м .
Тогда площадь вентиляционного сечения для обеспечения максимального воздухообмена при скорости воздуха внутри панели
0.4.м/с равна 8,287 м . Зная необходимую общую площадь вентиляционного сечения и площадь сечения одной панели 0,3 м , можем узнать сколько потребуется панелей для животноводческого помещения m к=27,6. Из последнего расчета получается, что для типового коровника на 200 голов необходима установка 28 вентиляционно-отопительных панелей, а это означает, что сумма теплоты, выделяемой панелями, будет равна 116121,6 кДж/ч. Это дополнительное количество теплоты позволит поддерживать температуру внутри животноводческого помещения в необходимых пределах.
Таким образом, использование вентиля-ционно-отопительных панелей позволяет улучшить естественную вентиляцию помещения за счёт повышения температуры поступающего воздуха и, соответственно, его расхода. В осенний период обеспечивается вентиляция зоны расположения животных благодаря организации обратной тяги в каналах панели. Положительным эффектом является также отсутствие обледенения вентиляционных каналов в зимний период года.
Литература:
1. Купреенко А.И., Шкуратов Г.В. Конструирование, использование и надёжность машин с.-х. назначения // Сб. науч. работ / Брянская ГСХА. Брянск, 2013.
2. Федоренко И.Я. Ресурсосберегающие технологии и оборудование в животноводстве. СПб., 2012. 304 с.
3. Севернев М.М. Энергосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве. М.: Колос, 1992.
This article presents the results of prototype testing of ventilation and heating panel as part of a system of natural ventilation of livestock buildings cattle.
Keywords: ventilation and heatingpanel, gelio-aktivnye walls, natural ventilation, microclimate.
