CC BY
36
Технические науки
УДК 621.321
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФРАКРАСНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ СРЕДСТВ МЕСТНОГО ОБОГРЕВА
Долгих Павел Павлович1
к.т.н., доцент кафедры «Агроинженерия» Зайцева Елена Ивановна1 ст. преподаватель кафедры «Агроинженерия»
Кунгс Ян Александрович1 к.т.н., профессор кафедры «Агроинженерия»
Ушкалов Владимир Юрьевич2 ст. преподаватель кафедры системоэнергетики 1ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г. Ачинск 2ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Россия, г. Красноярск [email protected]
Аннотация: Рассмотрены тенденции развития облучательных установок для локального обогрева молодняка животных. Приведены основные преимущества электротехнологических установок. Обобщен опыт разработки сотрудниками Красноярского ГАУ инфракраных облучателей. Выявлены основные направления усовершенствования электротермических установок: создание высокоэффективных электронагревательных устройств, обладающих пониженной энерго-и материалоемкостью; совершенствование локальных обогревателей путем разработки современных систем автоматического управления на базе микропроцессорной техники, позволяющих им работать в наиболее рациональном режиме.
Ключевые слова: тепловые процессы, средства местного обогрева, энергоэффективность, микропроцессорное управление.
INFRARED ELECTRO-TECHNOLOGICAL INSTALLATIONS FOR THE LOCAL
HEATING MEANS
Pavel P. Dolgikh1
PhD, Associate Professor of Agroinzheneriya department Elena I. Zaytseva1 senior lecturer of Agroinzheneriya department
Jan A. Kungs1 PhD, professor of Agroinzheneriya department Vladimir Y. Ushkalov2 senior lecturer of department of a sistemoenergetika
141
1FSBEI НЕ KrasSAU Achinsk branch Russia, Achinsk 2 FSBEI НЕ KrasSAU Russia, Krasnoyarsk [email protected]
Abstract: Tendencies of development of irradiating installations for local heating of young growth of animals are considered. The main advantages of electrotechnological installations are given. Experience of development of Krasnoyarsk agrouniversity by employees the infrared of irradiators is generalized. The main directions of improvement of electrothermal installations are revealed: creation of the highly effective electroheating devices possessing lowered power-and a material capacity; improvement of local heaters by development of the modern systems of automatic control on the basis of microprocessor equipment allowing them to work in the most rational mode.
Keywords: thermal processes, means of local heating, energy efficiency, microprocessor management.
Использование современных средств локального обогрева в энергетических системах животноводческих ферм и птицефабрик позволяет создавать и автоматически поддерживать требуемые тепловые условия для молодняка непосредственно в зонах его размещения - в помещениях со сравнительно низкими значениями температуры воздуха. При этом достигается существенная экономия электрической и тепловой энергии, увеличивается продуктивность животных, снижается удельный расход кормов [1].
Известно, что применение электрической энергии в тепловых процессах сельскохозяйственного производства в сравнении с другими энергоносителями (твердое и жидкое топливо, газ, биомасса и т.п.) обладает целым рядом неоспоримых технических и технологических преимуществ. К ним, в основном, относятся [2]:
- высокий кпд использования электроэнергии - до 95 %;
- высокий уровень автоматизации систем теплообеспечения, позволяющий более экономно использовать электроэнергию и точно поддерживать заданные параметры технологических процессов с высокой степенью готовности систем к пуску их в работу;
- возможность получения технологического эффекта (повышение сохранности и продуктивности животных, снижение удельных затрат корма на единицу их привеса) за счет более комфортных тепловых условий в зоне содержания молодняка животных и непосредственного их обогрева;
- экологическая чистота и создание лучших условий для работы обслуживающего персонала.
В нашей стране и за рубежом накоплен многолетний опыт по разработке и эксплуатации установок местного обогрева в агропромышленном комплексе. В работах КрасГАУ [3, 4, 5, 6, 8] разработаны и внедрены установки с инфракрасными излучателями лучистого обогрева.
Номенклатура электротехнологических средств местного обогрева представлена оборудованием, выпуск которого был налажен в 80-е годы прошлого столетия [7]. Это локальные обогреватели: ИКУФ, «Луч», ОРИ, ЭИС, ССПО, ГИИ, электроконвекторы ЭОКС, панели и коврики и другие. В целом данные установки удовлетворяют требованиям потребителей и имеют спрос, но уступают лучшим мировым достижениям; часть из них морально устарело и подлежит модернизации.
Инфракрасные зеркальные лампы накаливания (термоизлучатели) ИКЗК-220-250 и ИКЗ-220-500 имеют колбу параболической формы, верхняя часть которой изнутри
покрыта зеркальным слоем. Элемент накала располагается в фокусе параболической части колбы и дает концентрацию лучистого потока в определенном направлении. Эти лампы не требуют дополнительных отражающих устройств. Нижняя часть колбы лампы ИКЗК покрыта красным термостойким лаком, что снижает интенсивность видимого излучения.
Инфракрасная лампа КИ-220-1000 с колбой цилиндрической формы диаметром 10 мм, изготовленной из кварцевого стекла, хорошо пропускающего ИК-излучение, работает в горизонтальном положении.
Электрообогреватель ЭИС-0,2И1 «Ирис» предназначен для локального обогрева молодняка сельскохозяйственных животных в составе арматур и облучательных установок, снабженных патроном с резьбой Е-27 (ИКУФ-1М, Луч, ЭРИКО-1 и др.).
Темные ИК излучатели (ТЭНы) представляют собой металлическую трубку, внутри которой в изолированном термостойком наполнителе вмонтирована нихромовая спираль, являющаяся нагревателем. Температура наружной поверхности ТЭНов - 723 К (450 °С).
Для концентрации лучистого потока в нужном направлении, а также защиты источников от механических повреждений и попадания воды применяют ИК излучатели в сочетании с арматурой (облучатели). Наибольшее распространение для обогрева молодняка животных и птицы получили нижеследующие облучатели.
ОРИ-1 (облучатель рефлекторный инфракрасный) имеет корпус конусообразной формы, в котором при помощи патрона Ц-40 закреплена инфракрасная зеркальная лампа ИКЗК-220-250. ОРИ-3 комплектуется лампой мощностью 375 Вт, а ОРИ-5 - 500 Вт. ОРИ-2, ОРИ-4 и ОРИ-6 имеют одну запасную лампу мощностью, соответственно, 250, 375 и 500 Вт.
ССП01-250 (облучатель инфракрасный) имеет сферический отражатель, в котором патроном Е-27 закреплена инфракрасная зеркальная лампа с окрашенной колбой ИКЗК-220-250, защищенная снизу металлической сеткой. При наличии подвески облучатель крепится к строительной конструкции здания.
0ЭИ-500 (облучатель эритемный инфракрасный) с металлической арматурой, внутри которой с помощью фарфоровых патронов установлены две лампы ИКЗК-220-250, подвешивается к тросу на цепях. Это позволяет изменять высоту его подвеса.
ОКБ-1376А (подвесной инфракрасный обогреватель) является одновременно источником теплоты и инфракрасного излучения. Предназначен для обогрева поросят-сосунов непосредственно в станках свинарников-маточников. Имеет стальной кожух с двойными стенками, между которыми на теплоизоляции уложена минеральная вата. Полированная внутренняя поверхность кожуха является отражателем. В верхней части кожуха под отражателем установлено три ТЭНа изогнутой формы для получения наибольшей излучающей поверхности. Снизу они защищены сеткой. Мощность одного ТЭНа - 400 Вт. Каждый ТЭН имеет отдельный выключатель-тумблер, благодаря чему электрообогреватель можно включать на три ступени мощности: 400, 800 и 1200 Вт в зависимости от температуры окружающего воздуха.
Электрообогреватель подвешивают к потолку на различной высоте при помощи
троса.
ОКБ-3296А (темный инфракрасный излучатель) состоит из корпуса с отражателем и подвеской. В качестве источника ИК-излучения применен специально изогнутый трубчатый электронагревательный элемент, выводы которого встроены в цоколь Ц-40. Отражатель в форме параболы вращения позволяет получить необходимое распределение температуры на обогреваемой поверхности.
На корпусе смонтированы тумблер и сигнальная лампа. Внизу излучатель закрыт сеткой. Мощность излучателя - 500 Вт. Он обеспечивает облучение площади до 3 м2 при размещении на высоте 0,75 м от пола.
Бп-1А (брудер пожаробезопасный, зонтичный), широко применяемый в птицеводстве, представляет собой конусообразный многоугольный зонт, подвешиваемый к перекрытию на тросе с противовесом. Регулируемая высота подъема - 2 м, обогреваемая площадь - 2,2 м2 (достаточная для 600 цыплят в возрасте до 30 дней).
В брудере установлено четыре трубчатых электронагревательных элемента (ТЭН) общей мощностью 1 кВт, которые с помощью системы автоматизации поддерживают под зонтом необходимую для цыплят температуру воздуха в пределах 297-311 К (24-38 °С) с точностью 2 К. Кроме того, под зонтом установлены осветительная лампа с сеткой и контрольный термометр. Во время включения нагревательных элементов цыплята обогреваются лучистым теплом. В цыплятнике брудеры подвешивают рядами с равномерным расположением вдоль здания.
В настоящее время разработаны конструкции инфракрасных излучателей, обзор которых приведен ниже.
Исследования, проведенные в [8] позволили разработать, изготовить и внедрить в массовое производство системы лучистого инфракрасного обогрева «Теплофон», ЭРГНА 0,5/220 и ЭРГНА 0,7/220.
В патенте [9] разработан брудер для обогрева сельскохозяйственных животных и птицы. Оценочные расчеты для различных условий теплообмена подтверждают экономию энергии брудером на 3...5% по сравнению с энергетически наиболее эффективным до сих пор брудером-домиком и не менее чем на 10...15% по сравнению с обычным инфракрасным облучателем с отражательной арматурой. Данный эффект достигается за счет регулирования по высоте предлагаемого устройства, а также наличия отверстий в шторках для перемещения животных и смотровых окон.
В работе [10] представлен энергосберегающий инфракрасный электрический обогреватель телят. Возможность снизить затраты на тепловую энергию до 25%, в автоматическом режиме обеспечивая заданный тепловой поток для обогрева теленка достигается путем регулирования мощности нагревательного элемента с учетом положения животного (стоячее или лежачее).
Максимальная эффективность современных автоматизированных локальных электрообогревателей проявляется при использовании их в составе комплексных децентрализованных систем электротеплоснабжения с применением управляющей микропроцессорной техники [1].
В трудах Ачинского филиала КрасГАУ [11, 12] предложено использовать автоматизированную информационную систему управления микрокликламом по критерию минимума энергозатрат. Данная система была внедрена на животноводческом предприятии Красноярского края.
По результатам обзора можно сделать следующие выводы:
1. Перспективным направлением является создание высокоэффективных электронагревательных устройств, обладающих пониженной энерго-и материалоемкостью.
2. Совершенствование локальных обогревателей идет путем разработки современных систем автоматического управления на базе микропроцессорной техники, позволяющих им работать в наиболее рациональном режиме.
В заключении нужно сказать о том, что нормативная документация по инфракрасному обогреву [13] явно устарела и требует актуализации.
Список литературы;
1. Растимешин С.А. Локальный обогрев молодняка животных (теория и технические средства). / С.А. Растимешин - М.: Агропромиздат. - 1991. - 140 с.
2. Тихомиров Д. А. Энергосберегающие электрические системы и технические средства теплообеспечения основных технологических процессов в животноводстве:
диссертация ... доктора технических наук: 05.20.02 / Д. А. Тихомиров. - Москва, 2015. -342 с.
3. Ушкалов В.Ю. Перспективы применения источников лучистого тепла в сельском хозяйстве для обогрева молодняка животных / В.Ю. Ушкалов, Я.А. Кунгс, // Аграрная наука на рубеже веков: матер-лы регион-ой науч.-практ. конф. - Красноярск, 2006. С. 334.
4. Ушкалов В.Ю. Создание локализованных зон обогрева молодняка как путь снижения энергозатрат на обогрев / Я.А. Кунгс, В.Ю. Ушкалов // Аграрная наука на рубеже веков. Красноярск, 2007. - С. 149-152.
5. Облучатель для животных: пат. 2261593 Рос. Федерация: МПК A01K31/20, A01K29/00/ П.П. Долгих, Кулаков Н.В., Цугленок Н.В. Алтынова И.М., Мисорина С.А., Голубева А.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный аграрный университет. - № 2004114522/12; заяв. 12.05.2004; опубл. 10.10.2005. Бюл. №28.
6. Светильник-облучатель: пат. 64477 Рос. Федерация: МПК A01K29/00, F21V7/00 / П.П. Долгих, Б.А. Середа; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный аграрный университет. - № 2006147097/22; заяв. 27.12.2006; опубл. 10.07.07. Бюл. №28.
7. Технические средства для локального обогрева [Электронный ресурс]. URL: http://kalxoz.ru/str/10otoplenie3.htm (дата обращения: 02.06.2016).
8. Кунгс Я. А. Обогрев сельских жилых и животноводческих помещений источниками инфракрасного излучения / Я.А Кунгс, А.Г. Лапицкий, В.Д. Никитин, Н.В. Цугленок; под общ. ред Н.В. Цугленка. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ. 2008. - 143 с.
9. Брудер для обогрева сельскохозяйственных животных и птицы: пат. 2327344 Рос. Федерация: МПК А01К29/00 / А.В. Дубровин; В В. Борисов; А.Н. Изюмский; С.Н. Гобелев; заявитель и патентообладатель ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии. - № 2006143013/12; заяв. 06.12.2006; опубл. 27.06.2008. Бюл. № 18.
10. Энергосберегающий инфракрасный электрический обогреватель телят: пат. 128452 Рос. Федерация: МПК А01К1/02; А01К31/00 / Д.А. Тихомиров, А.В.Кузьмичев; Н.Г. Ламонов, Н.Н. Терентьева; заявитель и патентообладатель ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии. - № 2013112480/13; заяв. 20.03.2013; опубл. 27.05.2013. Бюл. № 15.
11. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014614825. - Моделирование энергоэффективных режимов работы климатического оборудования в животноводческих помещениях / Е.И. Зайцева, С.А. Гузев, П.П. Долгих Дата государственной регистрации в реестре программ для ЭВМ 08 мая 2014 г.
12. Долгих П.П. Методы оптимизации микроклимата в животноводческих помещениях / П.П. Долгих, Е.И. Зайцева // Вестник КрасГАУ №6. - 2015. - С.61-66.
13. Рекомендации по инфракрасному обогреву молодняка сельскохозяйственных животных и птицы. - М.: Колос, 1979. - 30 с.
