CC BY
29
УДК 631.223.6:628.8
НОВЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ, РАССЕИВАЕМОЙ ОГРАЖДЕНИЯМИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ
Н.Н. Новиков, кандидат технических наук, зав. отделом
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: [email protected]
Рассмотрены техническое решение, эффективность и преимущества использования теплоты, рассеиваемой ограждениями животноводческих помещений, для предварительного подогрева приточного воздуха в холодное время года.
Ключевые слова: микроклимат, энергозатраты, утилизация теплоты.
Суммарное годовое потребление всех видов энергоресурсов в производственных процессах животноводства [1] составляет в настоящее время около 7,5 млн т у.т. Наибольшие удельные затраты энергии и их доля в себестоимости продукции приходятся на свинину (таблица 1).
Таблица 1. Усредненные показатели энергоемкости производства основных видов животноводческой продукции ферм РФ в 2013 г.
Вид продукции Энергоемкость, кг у.т. на 1 ц Доля энергозатрат в себестоимости, %
Молоко 23,0 34,5
Свинина 220,0 26,5
Говядина 100,0 12
Удельный вес затрат энергии в разрезе технологических процессов в свиноводстве представлен в таблице 2.
Таблица 2. Удельный вес затрат энергии в разрезе технологических процессов в свиноводстве
Процессы Доля энергозатрат, %
электроэнергия топливо
Теплоснабжение и обеспечение микроклимата 40...65 60.90
Приготовление и раздача кормов 12...28 5.35
Уборка и подготовка навоза к использованию 8.15 2.3
Данные таблиц 1, 2 позволяют заключить, что исследования в области совершенствования технологий и оборудования микроклимата в свиноводстве являются весьма актуальными с точки зрения снижения энергозатрат на производство конечного продукта подотрасли и, как следствие, уменьшения издержек предприятий. Суть предлагаемых решений рассмотрим на примере типового свинарника-откормочника на 1300 голов. Размеры свинарника в плане составляют 120х18 м, высота по коньку - 5,8 м.
Для обеспечения нормативного микроклимата в таком свинарнике в холодное время года, когда наружный воздух имеет температуру и относительную влажность соответственно -22°С и 84% при атмосферном давлении 745 мм рт. ст., необходимо при существующей технологии (воздушное отопление с подогревом приточного воздуха) поддерживать воздухообмен в нем на уровне 33800 кг/ч (28100 м3/ч), мощность установок подогрева наружного воздуха от -22°С до приточной температуры +10,8°С должна составлять 266000 ккал/ч. Температура воздуха в свинарнике будет +16,8°С, относительная влажность - 64,6%, содержание углекислого газа - 2,5 л/м3, т.е. воздушная среда в животноводческом помещении будет соответствовать зоотехническим нормам.
Тепловой баланс свинарника в рассматриваемых условиях представлен на рис. 1.
Анализ теплового баланса помещения (рис.1) позволяет заключить, что наибольшие потери теплоты в холодное время года происходят при удалении в атмосферу отработавшего вентиляционного воздуха.
Journal of VNIIMZH №4(16)-2014
175
Рис. 1. Схема теплового баланса свинарника-откормочника на 1300 голов в холодное время года
Многие годы ученые и специалисты разных организаций предпринимали шаги по разработке методов и оборудования для утилизации теплоты удаляемого воздуха животноводческих помещений для подогрева приточного воздуха [2].
В результате проведенных исследований и хозяйственных испытаний соответствующего оборудования установлено, что коэффициент эффективности утилизатора может достигать значения 0,4 (при перепаде температур приточного и удаляемого воздуха в 40°С). Использование такого оборудования в свинарнике-откормочнике на 1300 голов позволило бы извлечь из отработавшего воздуха до 185000 ккал/ч теплоты, что уменьшило бы на эту же величину мощность нагрева поступающего воздуха, обеспечив на 70% потребность в дополнительном обогреве помещения.
Практическое применение теплоутилиза-торов на фермах выявило ряд факторов, существенно снижающих их эффективность. Прежде всего следует отметить интенсивную конденсацию, происходящую в канале удаляемого воздуха. При температуре атмосферного воздуха ниже -15°С наблюдается обмерзание и даже закупорка внутренней поверхности этого канала.
Если в этом случае не принять мер по дополнительному подогреву поступающего холодного воздуха, то может произойти прекращение воздухообмена в помещении и недопустимое повышение загазованности. Возникает некое противоречие: при увеличении перепада температур между поступающим холодным и уходящим теплым воздухом, когда эффективность теплоутилизатора повышается, он или теряет свою работоспособность, или требует дополнительных затрат энергии для поддержания нормального функционирования, снижающих эффективность утилизации теплоты. Кроме того, воздух свинарников насыщен пылью, которая осаждается на теплооб-менных поверхностях и снижает их теплопроводность. Очистка теплообменников от отложений - весьма сложная операция и практически невыполнима в условиях хозяйств. Поэтому в настоящее время затруднительно привести примеры применения в хозяйствах теплоутилизаторов отработавшего вентиляционного воздуха. Указанные обстоятельства побуждают изыскивать другие пути решения проблемы снижения энергозатрат на микроклимат свинарников. Один из возможных таких путей, рассматриваемый в данной работе - использование теплоты, рассеиваемой в окружающее пространство ограждениями животноводческих помещений.
Рассмотрим рис. 2, где показана схема движения вентиляционного воздуха при системе вентиляции отрицательного давления с удалением воздуха через шахты, оборудованные вентиляторами с дополнительным подогревом приточного воздуха потолочными дельта-трубками. Суть предлагаемого решения состоит в том, чтобы теплоту помещения, уходящую через ограждения, использовать для предварительного подогрева приточного воздуха.
Для этого помещение снабжается специальным пристенным приточным каналом. Приточный воздух в процессе движения по этому каналу подогревается, а уже потом попадает в помещение.
В рассматриваемом случае конденсации приточного воздуха не происходит, т.к. влагосодержание воздуха не изменяется, а температура его повышается. Запыление канала также практически отутствует ввиду поступления в канал атмосферного воздуха с многократно более низкой запыленностью, в связи с чем теплообменная активность канала сохраняется и не требуется его очистка. Имеется также возможность практически 100%-й утилизации теплоты, поступающей в теплообменный канал. Интенсивности тепловых потоков, рассеиваемых элементами ограждений животноводческих помещений, представлены в табл.3.
Таблица 3. Интенсивности тепловых потоков, рассеиваемых в окружающее пространство элементами ограждений животноводческих помещений
Наименование элемента Доля теплового
ограждения потока, %
Продольные стены 24,9
Кровля 42,5
Окна 13,9
Торцевые стены 4,6
Пол 10,1
Ворота 4,0
Рис. 2. Схема воздушных потоков при вентиляции животноводческих помещений с утилизацией теплоты, рассеиваемой ограждениями
Достаточно проблематично утилизировать теплоту, уходящую через пол и ворота помещения, а остальную теплоту (85,9%) утилизировать можно с помощью теплооб-менного канала (рис.2). Для свинарника-откормочника на 1300 голов при рассмотренных ранее условиях, как показывают расчеты, можно утилизировать около 152000 ккал/ч теплоты, что близко к значению теплоты, которая может быть утилизирована от уходящего вентиляционного воздуха.
Тепловой баланс рассматриваемого помещения при технологии микроклимата с утилизацией теплоты, рассеиваемой ограждениями, представлен на рис.3.
Расчеты показывают, что утилизируя теплоту, рассеиваемую ограждениями помещений, можно в холодное время года почти на 60% уменьшить мощность подогрева поступающего вентиляционного воздуха и соответственно снизить энергозатраты на микроклимат. Следует также отметить, что в этом случае исключаются многие отрицательные факторы, снижающие эффективность функционирования оборудования вентиляции с утилизацией теплоты отработавшего воздуха.
Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(16)-2014
177
Потери теплоты через ограждения 24900 ккал/ч
Теплота животных 387400 ккал/ч 77%
Нагрев поступающего
воздуха 114200 ккал/ч
23%
Рис. 3. Схема теплового баланса свинарника-откормочника на 1300 голов в холодное время года с утилизацией теплоты, рассеиваемой ограждениями
Техническая реализация схемы вентиляции, показанной на рис. 2, может быть осуществлена с помощью листов плоского асбоцементного шифера и теплоотражающей пленки Изоспан FB. Дополнительные затраты на систему вентиляции свинарника-откормочника на 1300 голов с утилизацией теплоты, рассеиваемой ограждениями, составят ориентировочно в ценах 2014 г. около 600 тыс. руб. с учетом стоимости монтажа. Экономия энергозатрат на обогрев свинарника в отопительном сезоне составит почти 350 Гкал. Если принять, что стоимость 1 Гкал равняется 1495 руб., то окупаемость дополнительных затрат на реконструкцию системы микроклимата с утилизацией теплоты, рассеиваемой ограждениями, будет составлять 1,1 года, т.е. не более двух отопительных сезонов.
На свиноводческих фермах имеются, помимо зданий с откормочным поголовьем, также и маточники, помещения для доращиваемых поросят, где содержатся супоросные свиноматки. Это основные технологические помещения, в которых осуществляется более 90% энергозатрат на микроклимат фермы. Перечисленные выше помещения имеют аналогичную конструкцию, близки по удельному наполнению животными, имеют достаточно высокий уровень воздухообмена, но
несколько отличаются по значениям параметров тем-пературно-влажностного режима.
Следовательно, с точки зрения применимости предлагаемых решений по утилизации теплоты, рассеиваемой ограждениями, эти помещения являются идентичными, все они могут быть реконструированы способом, предложенным в данной работе. Поэтому есть основания полагать, что широкое применение предлагаемых решений позволит улучшить экономику свиноводческих ферм, а также подотрасли свиноводства в целом.
Литература:
1. Стребков Д.С., Тихомиров А.В. Повышение надежности электроснабжения объектов животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2014. №3(15). С. 44-47.
2. Мишуров Н.П., Кузьмина Т.Н. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях: обзор. М., 2004. 96 с.
3. Новиков Н.Н. Моделирование и расчет систем микроклимата животноводческих помещений. М., 2013.
4. Иванов Ю.А., Новиков Н.Н. Анализ эффективности современных систем микроклимата животноводческих помещений // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2011. №5. С. 15-17.
5. Новиков Н.Н. Расчет системы микроклимата животноводческих помещений с аэрацией // Вестник ВНИИМЖ. 2007. Т.17, №4. С. 68-73.
6. Иванов Ю.А. Направления научных исследований по механизации и автоматизации животноводства // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2009. №1. С. 10-18.
7. Система технологий и машин для механизации и автоматизации производства продукции животноводства и птицеводства на период до 2020 года / Ю.А. Иванов, Н.М. Морозов, П.И. Гриднев и др. М., 2013.
8. Методические рекомендации по реконструкции и техническому переоснащению животноводческих ферм / Н.М. Морозов и др. М., 2000.
Technical solutions, effictiency and the benefits of using the heat dissipated fencing livestock buildings, to preheating the supple air in the cold season.
Keywords: climate, energy, heat recovery.
Всего: 501600 ккал/ч 100%
5%
Прочие потери теплоты 14100 ккал/ч <3%|
Потери теплоты
в атмосферу с удаляемым воздухом 462600 ккал/ч(92%)
