Тепловые завесы в помещениях для КРС

УДК 631.223.2:628.8

ТЕПЛОВЫЕ ЗАВЕСЫ В ПОМЕЩЕНИЯХ ДЛЯ КРС С.С. Трунов

Применение воздушно-тепловых завес уменьшает расход тепловой энергии на поддержание микроклимата на 15-20%. Снижается риск возникновения простудных заболеваний у животных.

Ключевые слова: микроклимат, животные, тепловые завесы, энергосбережение.

На значительной части территории нашей страны длительность периода с отрицательными температурами составляет 45-70% времени года. Период со средними суточными температурами -100С и ниже длится от 100 дней в центральной нечерноземной полосе и Западной Сибири до 170.. .180 дней в Восточной Сибири. Создание и поддержание микроклимата в помещениях для содержания животных является энергоемким технологическим процессом, на который затрачивается до 70% тепловой энергии потребляемой на фермах крупного рогатого скота (КРС).

Учитывая вышесказанное, можно сделать вывод о том, что совершенствование систем отопления и вентиляции, направленное на снижение расхода энергии, затрачиваемой на создание и поддержание требуемого микроклимата в помещениях, является весьма актуальной задачей.

При работе системы микроклимата по поддержанию заданного темпера-турно-влажностного режима в помещении значительное количество тепловой энергии расходуется на нагрев инфильтрующегося воздуха, поступающего в помещение через щели ворот, дверных и оконных проемов. Эти тепловые потери учитываются в тепловом балансе при определении мощности системы отопления животноводческого объекта. Однако кроме этих путей проникновения инфильтрата в помещения животноводческих объектов холодный воздух проникает через открытые ворота, открытие которых обуславливается различными технологическими аспектами (например, въездом в помещение мобильных кормораздатчиков и т. п.). Такая ежедневная достаточно длительная по времени операция сопровождается поступлением в помещение большого количества холодного наружного воздуха, что вызывает резкое падение температуры внутреннего воздуха, особенно в зоне вблизи ворот.

Расход энергии, затрачиваемый отопительными микроклиматическими установками на компенсацию этого внешнего возмущения, существующими методиками расчета теплового баланса животноводческих помещений не учитывается. Поэтому реальный годовой расход тепловой энергии на поддержание нормируемого микроклимата существенно выше расчетного.

В связи с вышесказанным, технические мероприятия, имеющие целью ограничение количества и нагревание поступающего через открытые ворота наружного воздуха, являются одним из перспективных направлений энергосбережения в системах поддержания микроклимата в животноводческих помещениях. Одним из таких мероприятий является создание тамбуров и воздушно -тепловых завес в открытом проеме ворот.

Как правило, животноводческие помещения КРС имеют пристройки к воротам (тамбуры), однако эта мера в случае заезда мобильного кормораздатчика неэффективна, поскольку общая длина кормораздатчика и трактора превышает длину тамбура. Поэтому, наряду с устройством тамбура, необходимо повсеместное внедрение тепловых завес.

Воздушная завеса - это результат взаимодействия двух потоков: воздушной струи и набегающего на нее горизонтального потока воздуха. Воздушная струя, не препятствуя движению людей и транспорта, как правило, существенно уменьшает количество проникающего в помещение наружного воздуха. При этом воздушная завеса может быть устроена по месту воздухозабора и температуре подаваемого воздуха: а - с забором внутреннего воздуха с температурой t в и подогревом его перед подачей в завесу до tз; б - с забором внутреннего воздуха и подачей его в завесу без подогрева (tз = tв); в - с забором наружного воздуха и подогревом его перед подачей в завесу (tз > tн); г - с забором наружного воздуха и подачей его в завесу без подогрева (tд = tí).

Следует отметить, что воздушные завесы в зависимости от местных условий могут устраиваться с подачей воздуха через горизонтальную щель, расположенную внизу проема; с подачей воздуха через горизонтальную щель, расположенную вверху проема; как правило, с боковой подачей воздуха через вертикальные щели по обеим сторонам проема.

При устройстве завесы с боковой подачей воздуха следует обеспечить усиленную подачу воздуха в нижнюю часть проема (в нижнюю треть по высоте ворот). С этой целью нижнюю часть щели следует делать шире верхней. По эффекту действия лучшими являются двусторонние боковые завесы. При их действии не наблюдается уменьшения температуры воздуха в районе ворот в момент прохождения транспорта.

Воздушную завесу можно рассматривать как плоскую неизотермическую струю, действие которой развивается на границе двух сред: наружного и внутреннего воздуха. При открытии ворот в открытый проем направляется поток воздуха снаружи.

Причинами, вызывающими движение воздуха через ворота, являются ветер, разрежение в нижней части здания вследствие различных плотностей внутреннего и наружного воздуха и разрежение в здании вследствие преобладания объема воздуха вытяжной вентиляции над приточной. Слишком большое раз-

режение вследствие превышения вытяжки над притоком может свести на нет действие воздушной завесы, т. е. в открытые ворота будет поступать воздух наружный в количестве намного большем расчетного. Поэтому при эксплуатации завесы нужно обязательно устранять излишние объемы вытяжного воздуха.

Остановимся на основных этапах расчета воздушных завес шиберующего действия для открытых проемов в наружных стенах животноводческих зданий. Методика предусматривает следующие этапы расчета.

1. Определяется расчетная разность температуры внутреннего и наружного воздуха At :

& = t -1

расч в н V /

2. Определяется сумма относительных приточных и вытяжных площа-

2

дей, м2

^ + /аип )

/пр =

р0 ГВ

7 РП

^ выт т-г ,

Р г Рог в

где £0 - коэффициент, равный 0,64 для распашных ворот и 0,8 для раздвижных ворот с площадью Гв; р)пр, р)выт - учитываемые площади щелей

м2/м притвора, умноженные на коэффициент расхода воздуха; Гв - площадь открытого проема, защищаемого завесой, м . Значение Р принимаем 0,01.

3. Определяется вертикальное расстояние, м, от центра ворот до нейтральной зоны

г

г

н. =

гд

£Г' (1 - Я\

(рГ)ам \

Упё су .

аип

2

У. +1

У оо

где Н - расстояние по вертикали между центром проема и центром вытяжных отверстий, м; g - отношение количества воздуха, подаваемого в завесу вентилятором 0з к количеству воздуха, проходящего в помещение при работе завесы Опр, кг/ч. Исходя из найденных значений Дt, определяют целесообразное отношение площади щелей завесы Гщ к площади проема (оно колеблется от 0,1 до 0,03) и затем находят целесообразную величину g: Р - коэффициент расхода воздуха при действии завесы, зависящий от g и Гщ ;уш, ун ,уух -

плотность, кг / м3, воздуха с температурой, допускаемой при действии завесы в районе ворот, наружного воздуха и воздуха, уходящего из помещения.

4. Вычисление Ов, кг/с

о в=я ^2 ёК (/н-/в )/см

5. Определение температуры воздуха, подаваемого в завесу,

t - г t = t + см н

з -н  / /О ^ О1

ё

1

V ^ у

где Оу - отношение тепла, теряемого завесой наружу, к общему его ко/ °2

личеству, расходуемому завесой; это отношение зависит от Рн и At и при отсутствии тамбура составляет 0,45-1.

6. Вычисление расхода тепла завесой Оз = ср0з ^в - tсм), кВт (ккал/ч) где ср - массовая теплоемкость воздуха.

7. Определение температуры воздуха, 0С, выходящего из калорифера за-

весы

Г = ^ 0

з в

ср°пр

Эта температура не должна превышать допустимую по нормам.

Дополнительное снижение затрат энергии, расходуемой на воздушные завесы, возможно при оптимизации ширины щели.

Расход тепловой и злектрической энергии при работе воздушных завес в значительной степени зависит от принятой начальной ширины выходящей воздушной струи Ь (ширины щели в воздуховоде завесы). Чем больше эта ширина, тем меньше расход электроэнергии и тепла, но увеличиваются капитальные вложения, стоимость вентиляторных агрегатов и воздуховодов. Следовательно, при любом сочетании значений слагаемых затрат, влияющих на конечный результат расчетов (удельная стоимость электрической и тепловой энергии, продолжительность действия завесы и др.), надо определять оптимальную величину Ь, при которой приведенные затраты на устройство и эксплуатацию завесы минимальны

П = М1Кв + Ъ К + МзКвоз + (авКв + анКн + аеозКеоз + Т+Э)у ^ шт, где Кв, Кн, Квоз - капитальные вложения, соответственно в вентиляторный агрегат, калориферную установку и воздуховоды, руб; - коэффициенты, учитывающие сроки службы вентиляторного агрегата, калориферной установки и воздуховодов, выраженные в долях соответствующих капитальных вложений; Т - затраты на тепловую энергию, расходуемую на нагрев воздуха в завесе, руб./год; Э - затраты на электроэнергию, расходуемую вентилятором завесы, руб./год; ав,ак,авоз - затраты на ремонт и межремонтное обслуживание.

Учитывая, что продолжительность работы воздушной завесы меньше, чем вентиляционной системы, и на срок ее службы мало влияет быстрота смены технологических процессов в животноводческих помещениях, срок службы завесы можно принимать 15 лет и fix = ju2= ju3 = 1,45.

Затраты на ремонт и межремонтное обслуживание зависят от продолжительности работы завесы, ч/сут; учитывая их малый удельный вес в приведенных затратах усредненно можно принимать a = 0,03. Следовательно,

Dg = 1,83(^ + + ) + 12,5(tf + Y) ^ min.

Определив оптимальную ширину щели тепловой завесы, можно найти основные параметры завесы.

Начальную скорость движения воздуха Vo, м/с, определяют по формуле

v0 = 0,645 öx

Ad

Ъ0 (о^а- у^оова

где х15 у1 - координаты точки О, находящейся на оси струи, расположенные в координатной системе так, что ось Х является касательной к оси струи в точке О. а - угол, град., между вертикальной плоскостью и направлением выхода струи из щели воздушной завесы; А р - разность давления воздуха снаружи и внутри здания.

При двусторонней завесе х1 равно половине ширины ворот, а у = /(Ъ0, х1) определяется по графику, приведенному в (Отопление и вентиляция / Под ред. В.Н. Богословского. Ч.2. М., 1976).

Расход воздуха завесой L, м /ч, определяют по формуле:

Ь = 3600Уо во 2Нв

где Нв - высота ворот, м

Среднюю температуру воздушной смеси t°смС в сечении струи завесы определяют по формуле

tсм = Ршп К ^ Рнп 1 н ^ Рвп п ,

где - соответственно температура воздуха, подаваемого в завесу,

наружного и внутреннего; Роп Рт рРвп - средние интегральные коэффициенты,

учитывающие долевое участие в формировании средней температуры смеси соответственно воздуха, подаваемого в завесу, наружного и внутреннего.

Из условия tсм = ^в определим

Р '

г^ оп

Количество тепла Оз, Вт(ккал/ч), необходимого для нагрева поступающего в завесу воздуха, определяется по выражению

Qs = L p0 (t 0 -1 в),

где с - удельная теплоемкость воздуха; ро - плотность воздуха, поступающего в завесу; Lз - расход воздуха, м/с

Анализ типовых проектов животноводческих ферм КРС показал, что основные производственные помещения (коровники, родильные отделения, телятники и т. д.) не оборудованы воздушно-тепловыми завесами. Это снижает технико-экономические показатели технологического процесса производства с.х. продукции (возрастает себестоимость с. -х. продукции - молока, мяса и т.п.).

Как показывают предварительные аналитические расчеты, применение воздушно-тепловых завес уменьшает расход тепловой энергии на поддержание оптимального микроклимата на 15-20%. Кроме этого, снижается риск возникновения простудных заболеваний у животных, находящихся вблизи ворот, что также отражается на себестоимости продукции (увеличивается продуктивность животных, снижаются затраты на лекарственные препараты и т. п.).

Из вышесказанного следует, что исследование и разработка эффективных воздушно-тепловых завес является одной из актуальных задач. Разработка систем микроклимата с использованием воздушно-тепловых завес позволит существенно улучшить параметры микроклимата и значительно уменьшить расход энергии на его создание.

Трунов Станислав Семенович, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии Тел. 8-499-742-09-34 E-mail: alla-rika@yandex.ru

The use of air curtains reduce heat consumption by the climate control by 15-20%. Reduces the risk of projelly diseases in animals. Keywords: climate, animals, curtains, Power Saver.