Обоснование возможности применения нового энергосберегающего устройства для нагрева воды

05.20.02

УДК 620.953:620.98

ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НОВОГО ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ

© 2017

Дулепова Юлия Михайловна, старший преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация»

Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино

Аннотация

Введение. Эффективное производство продукции крупного рогатого скота требует не только полноценного кормления, но и обеспечение животных хорошей питьевой водой необходимой температуры. Для нагрева воды используются электротермические установки, в связи с чем в сельскохозяйственных предприятиях наблюдается рост потребления электрической энергии, тем самым вызывая необходимость разработки энергосберегающих средств для животноводческих объектов, которые бы обеспечили снижение энергозатрат, не уменьшая производительности и качества продукции.

Материалы и методы. При исследовании рассматривались три сельскохозяйственных предприятия Нижегородской области. Исследования проводились в два этапа: анализировалось потребление электрической энергии, производилась оценка потенциала использования теплоты животных.

Результаты. В результате произведенных расчетов было получено, что существует возможность использования теплоты, выделяемой крупным рогатым скотом, в качестве вторичного источника энергии для нагрева воды. Произведена оценка получаемой экономии от внедрения нового энергосберегающего устройства.

Обсуждение. Основой для расчета послужили данные о потреблении электрической энергии сельскохозяйственными предприятиями и нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота. На основе этих данных был рассчитан и выявлен потенциал использования теплоты КРС для количества 100, 200, 400 голов и предложено новое энергосберегающее устройство. Описана последовательность его работы. Также была произведена оценка оптимального места для размещения установки.

Заключение. Полученные результаты исследований позволяют сделать вывод о возможности реализации нового энергосберегающего устройства в условиях сельскохозяйственного производства, имеющего крупный рогатый скот с поголовьем 100, 200 и 400 голов.

Ключевые слова: вторичные источники энергии, крупный рогатый скот, модернизация системы водо-подготовки, нагрев воды, потенциал использования тепловой энергии, сельское хозяйство, температура, тепловыделение, теплопотери, теплота животных, электрическая энергия.

Для цитирования: Дулепова Ю. М. Обоснование возможности применения нового энергосберегающего устройства для нагрева воды // Вестник НГИЭИ. 2017. № 6 (73). С. 61-68.

JUSTIFICATION OF THE POSSIBILITY OF APPLICATION NEW THE ENERGY SAVING DEVICE

FOR WATER HEATING

© 2017

Dulepova Yulia Mikhailovna, the senior teacher of the chair «Electrification and automation»

Nizhny Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino

Annotation

Introduction. Effective production of cattle requires not only full feeding and to provide animals of good drinking water, the re-quired temperature. For water heating are used in electro thermal installation, in connection with than in the agricultural enterprises, the rise of consumption of electric energy, thereby causing the need for the development of energy-saving tools for livestock facilities, which would ensure reduction of energy consumption without reducing productivity and quality of products.

Materials and methods. The study included three agricultural enterprises of the Nizhny Novgorod region. The research was conducted in two stages: we analyzed the consumption of electric energy was carried out to assess the potential of heat animals.

Results. In the result of calculations it was found that the use of the heat produced cattle, as a secondary energy source for heating water. It is estimated savings from implementation of new energy-saving device.

Discussion. The basis for the calculation was the data on the consumption of electrical energy by agricultural enterprises and norms of technological designing of the enterprises of cattle. Based on these data was calculated and revealed the potential use of heat of cattle for the number 100, 200, 400 goals and proposed a new energy saving device. It is described the sequence of his work. Also was evaluated the optimal place for installation.

Conclusion. The results obtained allow us to conclude about the feasibility of a new energy saving device in terms of agricultural production, with cattle, with a population of 100, 200 and 400 animals.

Keywords: secondary energy sources, cattle, upgrading water treatment systems, heating of water, potential use of thermal energy, agriculture, temperature, heat, heat loss, the warmth of animal, electrical energy.

Введение

Эффективное производство продукции крупного рогатого скота требует не только полноценного кормления, но и обеспечение животных хорошей питьевой водой необходимой температуры. Её влиянию на производительность животных были посвящены работы И. Н. Нурминского, В. А. Радь-ко, Т. И. Крашенникова [1; 2].

Поддержание оптимального уровня температуры в линиях автопоения осуществляется подогревом электронагревательными элементами, в результате чего происходит повышенное потребление электроэнергии. В связи с этим наблюдается применение в сельском хозяйстве нетрадиционных источников энергии: ветровые станции, солнечные станции, биогазовые установки, применение которых сокращает расход энергоресурсов, требуемых для обеспечения жизнедеятельности животных.

Целью проведения исследований является разработка энергосберегающих средств для животноводческих объектов, которые бы обеспечили рост производства, снижение энергозатрат на 1520 % и, как следствие уменьшение энергоемкости и себестоимости сельскохозяйственной продукции. Исходя из этого, большое зна-чение представляет модернизация системы водоподготовки, позволяющая снизить электропотребление в электротермических установках для подготовки воды.

Материалы и методы На первом этапе при проведении исследований был проведен анализ потребления электрической энергии сельскохозяйственными предприятиями Нижегородской области. Рассматривались три животноводческих комплекса: ОАО «Агроплем-комбинат МИР», ООО «Транспневматика-сельхоз», ОАО Большемурашкинский. Сель-хозпроизводство в настоящее время стало крупным потребителем топливно-энергетических ресурсов. При анализе полученных данных было выявлено, что значительную долю в потреблении сельским хозяйством энергоресурсов занимает электрическая энергия, которая расходуется на множество необходимых технологических нужд.

Второй этап был посвящен тому, чтобы оценить потенциал использования вторичных источников энергии, в частности теплоты, которая выделяется животными. В основу расчетов легли данные норм технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота.

Результаты В результате проведения исследований была выполнена оценка потенциала использования тепловой энергии, выделяемой животными, и сделан

вывод, что возможность её применения в качестве вторичного источника энергии существует. Для того чтобы использовать теплоту, было разработано новое энергосберегающее средство, которое позволит сэкономить электрическую энергию, затрачиваемую на нагрев воды.

Применение данного устройства позволило бы сократить расход электрической энергии, затрачиваемой на нагрев воды, необходимой для поения или других технологических нужд, не требующих получение пара или температур выше 50 0С. Это будет ровно половина от потребления энергии электротермическими установками, т. е. около 7,5 % от общего количества электрической энергии. Данное мероприятие приведет так же к сокра-ще-нию денежных расходов на оплату электрической энергии, при этом производительность крупного рогатого скота не уменьшится, а себестоимость продукции снизится.

Обсуждение

Сельскохозяйственные предприятия обладают высокой энергоемкостью производства. Электрическая энергия расходуется на обеспечение работы навозоуборочных транспортеров, на освещение, на обеспечение оптимального микроклимата в помещениях, на вентиляцию, на автоматизированные доильные установки, подогрев воды и т. д. На рисунках 1 и 2 приведена динамика потребления электроэнергии сельскохозяйственными предприятиями в т.у.т. и в денежном эквиваленте.

400 200 0

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Рисунок 1 - Потребление электрической энергии с.-х. предприятиями Нижегородской области с 2008 по 2014 года

Проведенный анализ потребления электрической энергии группами электроприемников на сельскохозяйственных предприятиях показал, что нагрев воды стоит на втором месте. Это видно из диаграммы, представленной на рис. 3. На первом

месте по количеству расходуемой электроэнергии стоит освещение, а на остальных уровнях размещается различное технологическое оборудование, используемое для поддержания и обеспечения жизнедеятельности крупного рогатого скота.

15000

10000

5000

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Рисунок 2 - Потребление электрической энергии с.-х. предприятиями Нижегородской области с 2008 по 2014 года тыс. руб.

Исследования Тихомирова Д. А. [3, с. 18] показали, что на животноводческих фермах развивается старение энергетического оборудования. Также он обозначил, что из-за прямой связи производства продукции с энергозатратами наблюдается рост себестоимости с 5-8 % до 15-30 %, который вызван в первую очередь ростом тарифов и цен на электроэнергию и топливо по сравнению с ценами на с.-х. продукцию, а также использованием морально и физически устаревших технических средств и систем теплообеспечения [3, с. 6-7]. В связи с этим формируется необходимость более тщательного и строгого учета и контроля, а также экономного использования тепловой и электрической энергии на животноводческих предприятиях.

На сегодняшний день перед сельским хозяйством стоит задача по реализации энергетической политики по вопросам энергосбережения (Закон РФ № 261-ФЗ от 23.11.2009 г. Указ Президента РФ № 889 от 04.06.2008 г. «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» [4]), отсюда модернизация и развитие систем энергообеспечения животноводческих объектов является важной, актуальной задачей.

В современном сельскохозяйственном производстве реализуется, поддерживается и используется большое количество энергосберегающих мероприятий и устройств, которые позволяют сократить расход электрической энергии, при возможности уменьшить себестоимость производства продукции, не снижая его качество. Этой теме посвятили свои работы В. Н. Делягин, Н. П. Мишу-ров, Т. Н. Кузьмина, И. И. Тесленко, В. Н. Шультя-ев и др. [5; 6; 7; 8; 9]. Широко внедряются нетрадиционные, возобновляемые и вторичные источники энергии. Изучению применения нетрадиционной энергии посвящены работы В. Л. Осокина, А. А. Масловой, И. Ю. Игнаткина, др. [10; 11; 12; 13; 14].

В данной работе в качестве вторичного источника энергии рассматривается теплота, производимая животными. Этот ресурс не рассматривался ранее как способ для нагрева воды. Вопрос об использовании теплоты, производимой животными, исследовался И. Ю. Игнаткиным [13], но только в своей работе он занимался рекуперацией теплоты в свинарнике и нормализацией микроклимата.

эл. двигатель 12 %

доильная установка 7 %

насос

7 %

станочное оборудование 6 %

освещение 22 %

компьютеры 1 %

бытовая техника 2 %

кормораздатчик 8 %

вентилятор

3 %

навозоуборочный транспотер 11 %

эл. водонагреватель 15 %

холодильная машина 6 %

Рисунок 3 - Распределение потребления электрической энергии по группам электроприемников

0

Таблица 1 - Результаты расчетов количества теплоты, производимой различными группами животных

Группа животных Масса животных, кг Теплота, Вт Количество общей теплоты, выделяемой за сутки

общая свободная

Коровы лактирующие при уровне лактации в сут.:

а) 5 л 400 614 422 13 999,2

500 709 511 16 165,2

600 797 574 18 171,6

б) 10 л 400 643 463 14 660,4

500 736 530 16 780,8

600 822 592 18 741,6

в) 15 л 400 716 515 16 324,8

500 816 587 18 604,8

600 905 651 20 634

г) 20 л 400 779 561 17 761,2

500 882 635 20 109,6

600 971 699 22 138,8

д) 25 л 400 847 610 19 311,6

500 953 686 21 728,4

600 1 042 750 23 757,6

Коровы стельные (сухостойные) и нетели за 2 мес. до отела 400 607 437 13 839,6

500 700 504 15 960

600 784 565 17 875,2

Для того чтобы утвердительно говорить о возможности использования тепловой энергии, производимой КРС, была произведена предварительная оценка потенциала данного вида энергии. Было изучено и проанализировано небольшое количество источников [15; 16; 17], но в основе расчетов лежат нормы технологического проектирования предприятий КРС [18, с. 71-75]. Согласно этим нормам было принято, что величины тепловыделения приведены для взрослых животных при температуре окружающего воздуха 10 °С, а в ночное время они были приняты на 20 % ниже от указанных данных. Результаты показаны в таблице 1.

Анализируя таблицу 1 можно сделать вывод, что количество теплоты, производимой одной единицей крупного рогатого скота, колеблется от 13 839,6 до 17 875,2 Вт. Данное колебание зависит от группы, к которой относится животное.

Таблица 2 - Величины тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий животноводческих помещений в % от количества произведенной теплоты

Часть этой энергии расходуется на обогрев в зимнее время в животноводческих помещениях с беспривязным и привязным содержанием и естественной вентиляцией воздуха. Другая часть переходит в теплопотери через ограждающие конструкции и естественную вентиляцию. Ниже приведена таблица с полученными теоретическими расчетами теплопотерь через ограждающие конструкции здания (таблица 2) [19].

Следующим шагом был произведен подсчет величины теплоты, которая будет произведена наиболее распространенным количеством поголовья: 100, 200, 400 голов и определено количество «свободной» теплоты, которую можно использовать в качестве вторичного источника энергии. Результаты подсчетов представлены в таблице 3.

По таблице 3 видно, что даже при учитыва-нии потерь через ограждающие конструкции, производимая крупным рогатым скотом теплота остается достаточно большой. Именно этот потенциал тепловой энергии и планируется использовать в качестве источника для нагрева воды.

Требуемая мощность на приготовление горячей воды для поения была проанализирована Тихомировым Д. А. Эти данные показали, что для стада КРС величиной в 200 голов необходимо в сутки 45,24 кВт электрической энергии, для того чтобы подогреть воду, предназначенную для поения [3, с. 87]. Для технологических процессов по-

Численность поголовья в помещении, голов 100 200 400

Потери через ограждающие конструкции, % 14,14 11,49 4,41

требляемая мощность в сутки для поголовья такого же количества составила 167,54 кВт. Рассматривая эти данные и данные таблиц 1-3, можно сделать

Как упоминалось выше, электрический подогрев воды в сельском хозяйстве стоит на втором месте, и если учитывать тот факт, что описывал Тихомиров в своей работе (о том, что энергетическое оборудование устаревает) и то, что в настоящее время проводится политика энергосбережения в сельском хозяйстве, то рассматриваемый вопрос достаточно актуален и имеет место быть рассмотренным и изученным.

Расчетами было получено, что запас теплоты, произведенной КРС, достаточен для того чтобы ее использовать. Возникает вопрос, как реализовать эту энергию, чтобы достичь экономии в области нагрева воды? Чтобы использовать теплоту КРС, необходимо ее преобразовать. Для этого рассматривается введение нового устройства - теплообменника, который, взаимодействуя с нагретым воздухом, мог бы нагревать воду. Его предлагается выполнить в виде трубы определенного диаметра и оребренной продольно двумя ребрами, имеющими определенную ширину. Эти особенности конструкции учитываются для того чтобы не перегружать и не утяжелять устройство, которое и без того, наполненное водой, приобретет достаточно

вывод, что потенциал использования теплоты КРС достаточно большой, чтобы применять его в качестве источника для нагрева воды.

большой вес. Материал для установки предлагается рассматривать наиболее доступный и недорогой -это пищевая сталь наименьшей толщины, которая как раз подходит для того, чтобы взаимодействовать с водой и теплотой. Полученную установку необходимо разместить в месте, где зафиксирована наибольшая величина температуры нагретого воздуха. При размещении данного устройства необходимо учитывать особенности ограждающих конструкций животноводческого помещения для содержания КРС, а также то, чтобы расположить это устройство так, чтобы оно не мешало естественной вентиляции. Эти факторы были учтены в поданной заявке для патента на изобретение.

Следующим шагом для оценки возможности применения рассматриваемого устройства был произведен поиск оптимального места для размещения установки. Предварительно это место для устройства выбиралось исходя из данных теплови-зионной съемки животноводческих помещений, которые были выполнены в зимнее время при температуре около - 30 0С. Они показали, что наиболее высокая температура в животноводческом помещении концентрируется в верхней части здания,

Таблица 3 - Результаты расчетов

Теплота, которую можно

Группа животных Масса животных, Теплота, выделенная в час (день), поголовьем использовать (вычтены потери через ограждающие

конструкции зданий)

кг 100 голов 200 голов 400 голов 100 голов 200 голов 400 голов

Коровы лактирующие при

уровне лактации в сут.:

400 61 400 12 2800 245 600 1 201 971 2478 138 5 352 734

а) 5 л 500 70 900 14 1800 283 600 1 387 944 2 861 564 6 180 926

600 79 700 15 9400 318 800 1 560214 3 216 737 6 948 093

400 64 300 128 600 257 200 1 258 742 2 595 184 5 605 551

б) 10 л 500 73 600 147 200 294 400 1 440 799 2 970 537 6 416 307

600 82 200 164 400 328 800 1 609 154 3 317 638 7 166 038

400 71 600 143 200 286 400 1 401 647 2 889 816 6 241 951

в) 15 л 500 81 600 163 200 326 400 1 597 408 3 293 422 7 113 731

600 90 500 181 000 362 000 1 771 635 3 652 631 7 889 616

400 77 900 155 800 311 600 1 524 977 3 144 088 6 791 172

г) 20 л 500 88 200 176 400 352 800 1 726 610 3 559 801 7 689 107

600 97 100 194 200 388 400 1 900 837 3 919 010 8 464 992

400 84 700 169 400 338 800 1 658 094 3 418 539 7383 983

д) 25 л 500 95 300 190 600 381 200 1 865 600 3 846 361 8 308 071

600 104 200 208 400 416 800 2 039 828 4 205 570 9 083 956

Коровы стельные 607 60 700 121 400 242 800 1 188 268 2 449 886 5 291 709

(сухостойные) и нетели 700 70 000 140 000 280 000 1 370 326 2 825 239 6 102 466

за 2 мес. до отела 784 78 400 156 800 313 600 1 534 765 3 164 268 6 834 761

ближе к естественной вентиляции (там, где расположен световой фонарь) или под скатом крыши. В этой части планируется разместить установку для нагрева воды.

Теплообменник будет работать следующим образом: холодная вода по водопроводу поступает в устройство и заполняет его. После того как оно наполнится водой, срабатывает электромагнитный клапан. Далее циркуляционный водяной насос начинает прогонять воду по трубе теплообменника, создавая непрерывную циркуляцию воды и перемешивая ее. Теплота, производимая КРС, поднимается вверх вместе с воздушными потоками и обтекает устройство, оребрение которого увеличивает площадь нагрева и удерживает теплоту для наилучшего и наискорейшего нагревания воды. Подогретая вода поступает в накопительную емкость, которая должна быть изолирована для того чтобы исключить быстрое остывание воды, а затем распределяется по потребности в поилки или на другие технологические нужды.

Заключение

Полученные результаты исследований позволяют сделать вывод о возможности реализации данного устройства в условиях сельскохозяйственного производства, имеющего крупный рогатый скот с поголовьем 100, 200 и 400 голов.

В настоящее время для подтверждения результатов произведенных расчетов проводятся испытания данного водонагревателя в лабораторной установке. Пришло извещение о предварительной положительной проверке заявки патента на изобретение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нурминский И. Н. Применение подогрева и циркуляции воды в установках для поения скота посредством автопоилок: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Улан-уде. 1975.

2. Радько В. А., Крашенникова Т. И. Влияние температуры (питьевой) воды на продуктивность животных // Науч.-техн.бюл. по электрификации сел. хоз-ва. 1979. №. 3. С. 19-22.

3. Тихомиров Д. А. Энергосберегающие электрические системы и технические средства теплообеспечения основных технологических процессов в животноводстве: диссертация на соискание учетной степени доктора технических наук. Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2016. 342 с.

4. Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009. N 261-ФЗ.

5. Делягин В. Н. Обоснование рациональных температурно-влажностных режимов животновод-

ческих помещений: Энергосбережение и энергоснабжение в сельском хозяйстве // Тр. 4-й Международной научно-технической конференции. М. : ГНУ ВИЭСХ. 2004. С. 250-255.

6. Мишуров Н. П., Кузмина Т. Н. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях: ан. обзор. М. : ФГНУ «Росинформагротех». 2004. 96 с.

7. Тесленко И. И. Ресурсосберегающие технологии в молочном животноводстве. М. : Изд. РГПУ. 2002. 288 с.

8. Шулятьев В. Н. Снижение энергозатрат при обеспечении микроклимата в коровниках: энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве // Труды 3-й Международной научно-технической конференции. М .: ГНУ ВИЭСХ. 2003. С.366-371.

9. Тихомиров А. В. Энергоэффективные технические средства и оборудование в системах энергообеспечения объектов животноводства // Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства РАСХН. 2011. С. 43-49.

10. Горшков Д. О., Корнилов Д. А. Методика прогнозирования электробаланса региона // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2012. № 3-1. С. 279-282.

11. Маслова А. А., Маслов М. М. Климатические ресурсы солнечной радиации на территории Нижегородской области // Традиционная инновационная наука: история, современное состояние, перспективы: сборник статей международной научно-практической конференции. Уфа. 2017. С. 46-50.

12. Маслова А. А., Осокин В. Л. Использование солнечной энергии для обеспечения водоснабжения животноводческого комплекса // Сборник научных трудов по материалам V Международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и технологий». г. Белгород. 2015. С.45-49.

13. Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Энергоэффективная автоматизированная система микроклимата // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина». 2016. № 6 (76). С. 48-52.

14. Игнаткин И. Ю. Оценка эффективности рекуперации теплоты в свинарнике-откормочнике ООО «ФИРМА МОРТАДЕЛЬ» // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинже-нерный университет им. В.П. Горячкина». 2017. № 1 (71). С. 14-20.

15. Самосюк В. Г., Китиков В. О., Сорокин Э. П. Технологическое оборудование для про-

изводства молока. Минск: Белорусская наука. 2013. 494 с.

16. Еникеев И. Х. Разработка газодинамических методов расчета сепарации дисперсных частиц в пылеуловителях вихревого и инерционного типа. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва. 1993. 31 с.

17. Халиуллин Ф. Х., Ахметзянов И. Р. Обоснование выбора диагностических параметров энергетических установок мобильных машин // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2014. № 2. С. 72.

18. РД-АПК 1.10.01.02-10 Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота. 2011. 108 с.

19. Зайцев Д. А., Збрицкая И., Зайцева Н. С. Россия в преддверии четвёртой промышленной революции // Иннов: электронный научный журнал. 2016. № 1 (26). С. 3.

20. Макарова Ю. М, Осокин В. Л. Патент на изобретение. Заявка № 2016126650/06(041760) РФ. МПК F28D 21/00. Устройство для нагрева воды / Заявитель ГБОУ ВО НГИЭУ. Заявлено: 01.07.2016.

REFERENCES

1. Nurminskii I. N. Primenenie podogreva i tsir-kulyatsii vody v ustanovkakh dlya poeniya skota posredstvom avtopoilok (Application of heating and water circulation in installations for cattle drink by means of autodrinking bowls): dissertatsiya na soiskanie uchenoi stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk. Ulan-ude, 1975.

2. Rad'ko V. A., Krashennikova T. I. Vliyanie temperatury (pit'evoi) vody na produktivnost' zhivotnykh (Influence of temperature (drinking) water on efficiency of cattle), Nauch.-tekhn.byul. po elektrif-ikatsii sel. khoz-va, 1979, No. 3, pp. 19-22.

3. Tikhomirov D. A. Energosberegayushchie el-ektricheskie sistemy i tekhnicheskie sredstva teploo-bespecheniya os-novnykh tekhnologicheskikh protsessov v zhivotnovodstve (Energy saving electrical systems and technical means of heat supply of the basic technological processes in livestock production): dissertatsiya na soiskanie uchetnoi stepeni doktora tekhnicheskikh nauk. Moskva: GNU VIESKh, 2016, 342 pp.

4. Federal'nyi zakon «Ob energosberezhenii i o povyshenii energeticheskoi effektivnosti i o vnesenii izmenenii v otdel'nye zakonodatel'nye akty Rossiiskoi Federatsii» (About energy saving and about increase in power effectiveness and about introduction of amendments to separate acts of the Russian Federation) ot 23.11.2009 N 261-FZ.

5. Delyagin V. N. Obosnovanie ratsional'nykh temperaturno-vlazhnostnykh rezhimov zhivotnovod-

cheskikh pomeshchenii (Justification of rational temperature moisture conditions of livestock rooms): En-ergosberezhenie i ener-gosnabzhenie v sel'skom kho-zyaistve, Tr. 4-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii, M, GNU VIE-SKh, 2004, pp.250-255.

6. Mishurov N. P., Kuzmina T. N. Energos-beregayushchee oborudovanie dlya obespecheniya mikroklimata v zhi-votnovodcheskikh pomeshcheni-yakh (The energy saving equipment for providing a microclimate in livestock rooms): an. obzor. M, FGNU «Rosinformagrotekh», 2004, 96 p.

7. Teslenko I. I. Resursosberegayushchie tekhnologii v molochnom zhivotnovodstve (Resource-saving technologies in lactic livestock production), M, Izd. RGPU, 2002, 288 pp.

8. Shulyat'ev V. N. Snizhenie energozatrat pri obespechenii mikroklimata v korovnikakh: energoo-bespechenie i en-ergosberezhenie v sel'skom kho-zyaistve (Decrease in energy consumption when providing a microclimate in cowsheds: power supply and energy saving in agriculture), Trudy 3-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii, M, GNU VIESKh, 2003, pp. 366-371.

9. Tikhomirov A. V. Energoeffektivnye tekhnicheskie sredstva i oborudovanie v sistemakh en-ergoobespeche-niya ob"ektov zhivotnovodstva (Energy efficient technical means and the equipment in systems of power supply of objects of livestock production), M, Vserossiiskii nauchno-issledovatel'skii institut mekhan-izatsii zhivotno-vodstva RASKhN, 2011, pp. 43-49.

10. Gorshkov D. O., Kornilov D. A. Metodika prognozirovanija jelektrobalansa regiona (Metodik of forecasting of electrobalance of the region), Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Lobachevskogo, 2012, No. 3-1, pp. 279-282.

11. Maslova A. A., Maslov M. M. Klimatiches-kie resursy solnechnoi radiatsii na territorii Nizhego-rodskoi oblasti (Climatic resources of solar radiaton in the territory of Nizhny Novgorod), Traditsionnaya in-novatsionnaya nauka: istoriya, sovremennoe sos-toyanie, perspektivy: sbornik statei mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. g. Ufa, 2017, pp.46-50.

12. Maslova A. A., Osokin V. L. Ispol'zovanie solnechnoi energii dlya obespecheniya vodosnabzheni-ya zhivotnovodcheskogo kompleksa (Use of solar energy for ensuring water supply of a livestock complex), Sbornik nauchnykh trudov po materialam V Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Sov-remennye tendentsii razvitiya nauki i tekhnologii», g. Belgorod, 2015, pp. 45-49.

13. Kirsanov V. V., Ignatkin I. Yu. Energoeffek-tivnaya avtomatizirovannaya sistema mikroklimata (Power efficient automated microclimate system), Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obra-zovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego profession-al'nogo obrazovaniya «Moskovskii gosudarstvennyi

agroinzhenernyi universitet im. V. P. Goryachkina»,

2016, No. 6 (76), pp. 48-52.

14. Ignatkin I. Yu. Otsenka effektivnosti reku-peratsii teploty v svinarnike-otkormochnike OOO «FIRMA MOR-TADEL'» (Evaluation of heat recovery efficientcy in feeding pigsty of LLC «FIRMA MOR-TADEL»), Vestnik Feder-al'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego profession-al'nogo obrazovaniya «Moskovskii gosudarstvennyi agroinzhenernyi universitet im. V. P. Goryachkina»,

2017, No. 1 (71), pp. 14-20.

15. Samosyuk V. G., Kitikov V.O., Sorokin E.P. Tekhnologicheskoe oborudovanie dlya proizvodstva moloka. (Technology equipment for production of milk) Minsk, Belorusskaya nauka, 2013, 494 pp.

16. Enikeev I. H. Razrabotka gazodinamicheskih metodov rascheta separacii dispersnyh chastic v pyleu-loviteljah vihrevogo i inercionnogo tipa. Avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoj stepeni doktora tehnicheskih nauk, Moskva, 1993, 31 pp.

17. Haliullin F.H., Ahmetzjanov I.R. Obosno-vanie vybora diagnosticheskih parametrov jenergetich-

eskih ustanovok mobil'nyh mashin (Justification of the choice of diagnostic parameters of power stations of mobile cars), Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2014, No. 2, pp. 72.

18. RD-APK 1.10.01.02-10 Metodicheskie rek-omendatsii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kom-pleksov krupnogo rogatogo skota (Methodical recommendations about technological projection of farms and complexes of cattle), 2011, 108 pp.

19. Zajcev D. A., Zbrickaja I., Zajceva N. S. Rossija v preddverii chetvjortoj promyshlennoj revoljucii (Russia in the run-up to the fourth industrial revolution), Innov: jelektronnyj nauchnyj zhurnal, 2016, No. 1 (26), pp. 3.

20. Makarova Yu. M, Osokin V. L. Patent na izobretenie. Zayavka № 2016126650/06(041760) RF. MPK F28D 21/00. Ustroistvo dlya nagreva vody (The device for water heating) / Zayavitel' GBOU VO NGIEU, Zayavleno: 01.07.2016.

Дата поступления статьи в редакцию 11.04.2017, принята к публикации 16.05.2017.

05.20.01 УДК 636

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ В УСЛОВИЯХ ОБРАЗОВАНИЯ ИНЕЯ

© 2017

Кирсанов Владимир Вячеславович, д. т. н., профессор кафедры «Автоматизация и механизация животноводства» ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва

Аннотация

Введение. Обеспечение микроклимата - важная и энергоемкая задача. Порядка 80 % теплоты, затрачиваемой на отопление производственных помещений, удаляется через систему вентиляции. В животноводстве утилизировать теплоту вытяжного воздуха целесообразно в воздухо-воздушном рекуперативном теплообменнике.

При охлаждении теплообменной стенки до температур ниже нуля со стороны вытяжного канала начинается процесс кристаллизации конденсата. Свойства инея и характер его образования изначально ошибочно заимствовали у более изученного снега, что приводит к неточностям.

Материалы и методы. Рассмотрена математическая модель рекуперативного теплообменника, осуществляющего теплообмен в условиях вынужденной конвекции с образованием десублимата на теплообмен-ной поверхности вытяжного канала.

Результаты. В основу модели положена теория пограничного слоя. Акцентировано внимание на том, что одновременно развиваются две группы процессов: увеличивающих и уменьшающих теплоперенос. В определенных условиях эти процессы взаимно компенсируются и образуют квазистационарный режим, характеризующийся постоянством теплового потока. Пограничный слой и иней снижают пропускное сечение для потока теплоносителя. При условии неразрывности струи и, соответственно, постоянства расхода сужение канала ведет к увеличению средней скорости в продольном направлении.

Обсуждение. Оценено влияние инееобразования на аэродинамические характеристики вытяжного канала рекуператора и его теплопроводимость.

Заключение. Математическая модель учитывает влияние инееобразования на интенсивность теплопередачи, позволяет провести оценку теплоты, неучтенной в упрощенной модели, рассчитать период эффектив-