Совершенствование систем микроклимата в животноводстве

УДК 631.22:628.8.001.76

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Н.Н. Новиков, Б.И. Назаров

Излагаются результаты исследования типовых вентиляционно-отопительных установок в животноводческих помещениях, способы модернизации и повышения эффективности их работы.

Ключевые слова: животноводство, микроклимат, модернизация, эффективность.

Основным способом создания требуемого микроклимата в свиноводческом помещении остается до настоящего времени рациональное обеспечение и регулирование воздухообмена в сочетании с подогревом приточного воздуха при дефиците теплоты в холодный период года. Поэтому технологическими схемами систем микроклимата для зимнего и переходного периодов предусмотрена механическая приточная вентиляция, совмещенная с устройствами подогрева воздуха.

Преобладающим техническим решением приточной вентиляции в типовых проектах свиноводческих помещений в настоящее время являются централизованные или системы раздачи воздуха посредством распределительных воздуховодов длиной до 40 м. Для работы в этих системах предназначены высоконапорные центробежные вентиляторы до 1000 кВт [1].

Недостатками этих систем являются относительно высокий уровень затрат энергии привода на компенсацию потерь давления в воздухораспределительных сетях, высокая металлоемкость и капиталоемкость, а также необходимость в приточных камерах для размещения вентиляционных установок. Строительные затраты на приточные камеры ложатся значительными сопутствующими капиталовложениями при применении центробежных вентиляторов. Не реализованы в этих условиях и требования плавного регулирования воздухопо-дачи, позволяющего поддерживать необходимый тепло-влажностный режим в помещениях при рациональном расходе энергии на подогрев воздуха при регулировании воздухопроизводительности.

Недостатки, принятые в типовых проектах механических систем воздухообмена, подтверждены производственными исследованиями. Например, специалисты фирмы «Микроклимат Дифура» сообщают следующее: «Мы обследовали ряд помещений для содержания животных, которые отличались друг от друга размерами, расчетным поголовьем, наружной и внутренней архитектурой. Были специально построенные, но были и из приспособленных зданий. У

всех обследованных помещений было одно общее свойство - ни в одном из них мы не нашли параметров микроклимата, соответствующих требованиям технологических норм».

Группа ведущих ученых института НИИПТИМЭСХ НЗ, проводя исследование, пришла к такому заключению: в животноводческих помещениях, построенных по типовым проектам, были смонтированы приточно-вытяжные системы вентиляции с подогревом приточного воздуха. В большинстве помещений эти системы не работали, главным образом, из-за низкой надежности оборудования.

Эти примеры можно продолжать. Например, авторы, специализирующиеся в области разработки систем микроклимата для животноводческих помещений, после обследования более двух десятков ферм пришли к выводу, что в наиболее запущенном состоянии из всех производственных процессов находится микроклимат этих помещений.

Таким образом, результаты производственных исследований показали, что типовые решения приточно-вытяжной вентиляции морально и физически устарели и нуждаются в модернизации.

С целью обоснования перспективных направлений модернизации при-точно-вытяжной вентиляции нами проведены сравнительные исследования вентиляционных агрегатов (табл. 1,2). Рассматривались и сравнивались:

а) конструктивно-технологические характеристики: конструкция рабочего колеса, лопаток и привода; КПД, ресурс работы и надежность; геометрия входа-выхода (круглые, квадратные и прямоугольные); рабочее давление (низкое, среднее, высокое); вперед или назад загнутые лопатки; камерные или канальные; масса, габариты.

б) энергоносители: с пароводяным калорифером; с электрокалорифером.

в) метод автоматизации: тиристорное или трансформаторное регулирование скорости; управление - дискретно специфическое или с дифференцирующим звеном 1/(1+рТ);

г) экономические критерии: виртуальная оценка; приведенные затраты.

В результате исследований нами установлено, что основные факторы, вызывающие отказы в работе оборудования микроклимата, обусловлены следующим: рабочие колеса центробежных вентиляторов (ВР-80, ВЧ и др.) имеют значительный эксцентриситет, приводящий к вибрации и выходу из строя опорных подшипников, валов и т.д.; более 70% оборудования изготавливается из черных металлов, имеющих низкую устойчивость против коррозии; постоянным присутствием оборудования в агрессивной воздушной среде, содержащей одновременно пары углекислоты, аммиака, сероводорода, влаги, пыли; незначительным применением современных коррозийностойких синтетических материалов; круглосуточным режимом работы; отсутствием средств автоматики (автоматической защиты пароводяных калориферов от размораживания, устройств защиты электропривода вентиляторов от неполнофазных режимов т.д.).

Технико-экономические показатели выпускаемых вентиляторов, комплектов «Климат», воздушно-тепловых установок, воздушно-отопительных агрегатов, электрокалориферных установок и другого оборудования не отвечают требованиям современных интенсивных технологий производства продукции животноводства: высокие энергозатраты на подогрев приточного воздуха, низкий КПД, большая металлоемкость, малый ресурс работы, мягкие характеристики Р-Н вентиляторов, низкое качество и несовершенство применяемых средств автоматического регулирования параметров воздушной среды.

Таблица 1. Исходные данные для оценки эффективности канальной системы вентиляции

Численные значения показателей

Обо- Приточная система Канальная

Показатель значение вентиляции с механическим побуждением

Марка приточных вентиляторов ВР 300-45 РКС-400

Мощность вентиляторов, кВт:

- приточных Рп 2,6 1,8

- с подогревом холодного воздуха Рт 12 12

Количество приточных вентиляторов, шт. Пп 2 2

Производительность приточных вентиляторов, м3/ч: Оп 7500 6900

Масса, кг т 109 62

Напор приточных вентиляторов, Нп Нп 1450 1250

Цена приточных вентиляторов, р Цпв 26788 28600

Отчисления на реновацию и текущий ремонт, о.е Ро 0,14 0,14

Нормативный коэффициент эффективности

капитальных вложений, о.е Е 0,2 0,2

Стоимость монтажных работ, % См 30 30

Коэффициент перевода оптовой цены в цену балансовую, о.е. Кб 1.2 1,2

Тариф на электроэнергию, руб./ кВт-ч Цэ 3,5 3,5

Количество обслуживающего

персонала, ч.дн./сутки Ч 0,2 0,1

Тарифная ставка в месяц, тыс.руб. 3 10 10

Норматив амортизационных отчислений, % А 10 10

Годовая продолжительность работы вентиляторов, дней: - приточных Дв Дт 365 210 365 210

- с подогревом

Электронагреватель, кВт р 12 12

Цена, руб. Цн 16000 16000

Венткамера, цена, руб. Цв 80000 -

Капитальные затраты К 232880 152880

Таблица 2. Оценка эффективности системы канальной вентиляции

Приточно- Канальная

Показатели Расчетная формула вытяжная система вентиляции

Расход электроэнергии в год, кВт-ч О^п^в + РЛ >24 103083 71811

Стоимость электроэнергии, руб. Сэ=Q•Цэ 360790 244133

Оплата труда, тыс. руб. Зт =ЛЗКзЧ 31,2 16,1

Амортизация оборудования и монтажных работ, руб. Ар=(Бс1+Бс2>Ао 9450 6907

Отчисления на инновацию и текущий ремонт, руб. З=(Бс1+Бс2>Ро 13230 9698

Балансовая стоимость Бс=(Цв1+Цп1>1,2+

оборудования, руб. (См1+См2) '1,2 94504 69274

Эксплуатационные издержки, руб. И=Сэ+Зт+Ар+З 414670 246738

Приведенные затраты, тыс. руб. П=И+ЕК 433570 360592

КПД приточно-вытяжных вентиляторов типа ВР, ВНЦ составляет ниже 70%, в то время как за рубежом разработаны вентиляторы, КПД которых превышает 85%. Поэтому необходимо провести совершенствование соответствующих вентиляторов, улучшение их характеристик Q-Н. В связи с этим нами разработаны предложения, позволяющие увеличить показатели надежности, долговечности и КПД оборудования микроклимата. Как указывалось выше, наиболее частые отказы вентиляционных агрегатов вызываются повышенной вибрацией осей вентиляторов из-за несбалансированности рабочего колеса. Поломка и разрушение подшипников опор у вентиляторов типа ВР 80 происходят в среднем через 500-2000 часов работы, а срок службы осевых вентиляторов комплекта оборудования «Климат-4» составляет 1-1,5 года.

На основании проведенных исследований с целью устранения перечисленных недостатков вентиляционных агрегатов камерного типа (ВР, ВНЦ и т.п.) и для повышения эффективности работы вентиляции в свинарниках нами предлагается применять систему воздухообмена с вентиляторами канального типа. Достоинствами конструкции таких вентиляторов являются: совмещение рабочего колеса вентилятора с ротором приводного двигателя; сам двигатель изготавливается с внешним ротором. Такая конструкция вентилятора и двигателя позволяет добиться большой точности при балансировке агрегата и устранить главный недостаток вентиляторов типа ВР, ВНЦ и т.п. (рис. 1,2).

В канальных вентиляторах, как сказано выше, используются двигатели с внешним ротором. При работе ротор вращается вокруг статора, что делает двигатель компактным и экономичным. Достоинство такой конструкции состоит в обеспечении более эффективного охлаждения электропривода во время работы, что увеличивает срок его эксплуатации. Особое внимание в двигателях выбранного вентилятора уделено вопросам защиты обмоток. Вентиляторы оснащены

термоконтактными реле, обеспечивающими защиту от перегрева и самозапуск двигателя. Термисторы тепловой защиты встроены в обмотку статора, что обеспечивает быстродействие и безотказность срабатывания защиты. Колесо вентилятора оснащено лопатками, загнутыми назад. Лопатки и колеса вентилятора изготавливаются из специальной пластмассы.

Рис. 1. Канальный вентилятор. Общий вид

Рис. 2. Канальный нагреватель приточного воздуха

Канальные вентиляторы устанавливаются внутри воздуховодов или в их разрывах (рис. 3).

Рис. 3. Канальный вентилятор. Схема установки

Все модели канальных вентиляторов приводятся в действие асинхронным электродвигателем с внешним ротором, расположенным в одном корпусе с рабочим колесом. Вентиляторы с электродвигателем, размещенным внутри рабочего колеса, позволяют регулировать скорость от 0 до 100%, при этом, находясь в потоке воздуха, электродвигатель не нуждается в дополнительных охлаждающих элементах. Это обуславливает компактные размеры вентилятора.

Скорость вращения вентилятора, а, следовательно, и расход воздуха, зависят от скорости вращения вала электродвигателя. В нашем проекте скорость вращения электродвигателя может регулироваться плавно при помощи тири-сторных регуляторов. Тиристорные регуляторы обеспечивают изменение скорости вращения рабочего колеса канального вентилятора с асинхронным однофазным или трехфазным электродвигателем как вручную, так и автоматически. Регулирование скорости вращения электродвигателя канального вентилятора при помощи тиристора отличается высокой точностью и эффективностью. Влагостойкий корпус вентилятора и степень защиты 1Р54 позволяет устанавливать канальные вентиляторы в помещениях с повышенной влажностью.

Имея компактную конструкцию, канальные вентиляторы легко монтируются как непосредственно в воздуховод, так и в его разрыв, при этом устанавливать этот тип оборудования можно в любом положении как с вертикальной, так и с горизонтальной ориентацией оси электродвигателя (рис. 3). Круглые канальные нагреватели применяются как основные подогреватели воздуха в системах приточной вентиляции.

Таким образом, основные достоинства канального вентилятора: точность балансировки; совмещение рабочего колеса вентилятора с ротором электродвигателя; улучшенные пусковые и регулировочные характеристики Q-H; малые габариты и масса; большой срок службы; повышенная надежность; удобство монтажа и регулировки (рис. 4).

Рис. 4. Фрагмент монтажа канальной вентиляции Выводы

1. Соединяя воедино рассмотренные канальные вентиляторы и электронагреватели можно получить современные вентиляционно-отопительные установки для создания свинарников.

2. Конструкции канальных вентиляторов и электронагревателей позволяют создавать вентиляционно-отопительные установки для подачи подогретого вентиляционного воздуха в животноводческое помещение без строительства свиноводческих помещений.

3. За счет точного поддержания параметров микроклимата и снижения аэродинамических потерь в воздуховодах достигается экономия энергии на 1520% по сравнению традиционными (на базе центробежных вентиляторов и воздуховодов) системами микроклимата. Приведенные затраты уменьшаются на 14%.

Литература:

1. Растимешин С.А., Трунов С.С. Применение канальных электрокалориферов в энергосберегающих системах обеспечения микроклимата // Сб. науч. тр. / ГНУ ВИЭСХ. Ч.3. М., 2010.

Новиков Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий отделом Назаров Борис Иванович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии Тел. (4967)67-43-33 E-mail: vniimzh@mail.ru

A study of model the ventilation and heating installations in livestock facilities, ways to modernize and improve the efficiency of their work. Keywords: livestock, micro-climate, modernization, efficiency.