Алгоритм расчета площади прифермской теплицы

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. _ИАЭП. 2015. Вып. 87._

УДК 636.551.5:631.3:631.8

В.Н. МИРОНОВ, канд. техн. наук; В.В. ГОРДЕЕВ, канд. техн. наук, доц.

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПЛОЩАДИ ПРИФЕРМСКОЙ ТЕПЛИЦЫ

В статье представлен алгоритм расчета площади прифермской теплицы для утилизации вентиляционных выбросов коровников и приведен расчет на примере коровника на 400 голов крупного рогатого скота.

Ключевые слова: алгоритм, теплица, экология, вентиляционные выбросы, углекислый газ, аммиак, крупный рогатый скот.

V.N. MIRONOV, CandSc (Eng); V.V. GORDEEV, CandSc (Eng) ALGORITHM FOR CALCULATION OF FARM GREENHOUSE AREA

The papers presents the calculation algorithm of the greenhouse area, which is located close to the cow barn with the aim to utilize the barn ventilation emissions, and a calculation example of a cow barn for 400 head.

Key words: algorithm, greenhouse, ecology, ventilation emissions, carbon dioxide, ammonia, cattle.

Вентиляционный воздух животноводческих помещений непрерывно выносит в атмосферу вредные вещества (вентиляционные выбросы) из помещений. Вентиляционные выбросы содержат питательные вещества для растений и являются вторичными энергоресурсами, обладающими энергетическим потенциалом, который в большинстве случаев теряется безвозвратно, рассеиваясь в окружающей среде и ухудшая экологическую ситуацию. Необходимы мероприятия по использованию вторичных энергоресурсов.

Сочетание животноводства с промышленным растениеводством позволит отходы этих неразрывно связанных отраслей утилизировать с наибольшим эффектом в замкнутом цикле предприятия. Наиболее близок к промышленному растениеводству защищенный грунт -теплицы. Площадь теплиц используется весьма интенсивно почти круглый год. Если связать животноводческие комплексы и теплицы,

218

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

то можно снизить выброс вредных веществ в атмосферу и нерациональные потери тепловой энергии [1].

Исследования, проведенные ранее, показали, что подпочвенная подкормка вентиляционными выбросами коровника обеспечила повышение урожайности цветов бархатцев в среднем на 137% по сравнению с контролем [2, 3].

Выделяемый животными углекислый газ может быть использован для углекислотной подкормки растений в культивационных сооружениях. Наиболее эффективным и безопасным является способ подачи этих выбросов в подпочвенный слой прифермской теплицы.

На рис. 1 показана блок-схема алгоритма расчета площади прифермской теплицы.

Площадь прифермской теплицы рассчитывается из условия утилизации вентиляционных выбросов коровников.

Из расчета количества углекислоты, выделяемой всеми животными, находящимися в помещении и общего выделения водяных паров, находим количество воздуха, который необходимо удалить из помещения для содержания в нем углекислого газа и влаги в пределах нормы.

Если количество воздуха по влаге получается больше чем по углекислому газу, тогда относительную влажность воздуха снижают общеизвестными методами.

Площадь теплицы находится из условия поглощения углекислого газа и аммиака почвой и растениями.

Для этого производим расчет площади теплицы по углекислому газу, исходя из количества углекислого газа, удаляемого из животноводческого помещения в зависимости от нормы и времени дополнительной подкормки растений углекислым газом.

Площадь теплицы по аммиаку находится из содержания его в вентиляционных выбросах животноводческого помещения, вегетационного периода выращивания растений и потребление азота растениями, произрастающих на 1 м2 теплицы.

При этом окончательная площадь теплицы принимается по максимальному значению полученных площадей.

Рис. 1. Блок-схема алгоритма расчета площади прифермской теплицы

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

Количество воздуха, которое необходимо удалить из помещения за час, чтобы поддержать в нем содержание углекислого газа в пределах нормы определяется по формуле:

I=_к_

С —С

Сд _ СО2 Сатм _ СО2

где L - количество воздуха, который необходимо удалить или подать в помещение, м3/ч; К - количество углекислоты, выделяемой всеми животными, находящимися в помещении, л; сд С01 -допустимое

содержание углекислоты в воздухе, л/м3; СжСОг- содержание

углекислоты в наружном воздухе, л/м3.

Количество углекислоты, выделяемое всеми животными, находящимися в помещении, находим по формуле:

К = Чсог Х ГЦ

где яС02 -количество углекислоты, выделяемой одной коровой, л/ч; Гц - количество животных в цехе, гол.

Объем вентиляции по содержанию влаги

Количество воздуха, который необходимо удалить из помещения за час, чтобы поддержать в нем относительную влажность в пределах нормы:

Г — Г

^ __Ж_исп

где Gж - количество влаги, выделяемой животными в виде пара, г/ч; GИСП - количество влаги, испаряющее с кормушек, поилок, пола и др. ограждений, г/ч^В и dН - влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/кг;уН- объемный вес наружного воздуха, кг/м3.

Количество влаги, выделяемой животными, определим по формуле:

=

где GЖ - общее выделение водяных паров, г/ч;Гц - количество животных в цехе, гол.; GW - количество водяных паров, выделяемых одним животным, г/ч; к - коэффициент, показывающий изменение количества выделяемых водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения; Gд - добавочное количество водяных паров, выделяемых всеми животными, при относительной влажности 80-85%.

Система подкормки растений в теплице углекислым газом и азотными удобрениями включает подачу воздуха со смесью газов из

животноводческого помещения в теплицу, при этом воздух со смесью газов подают в теплицу с помощью трубопроводов и системы аэрационного дренажа [4].

Площадь теплицы, по подкормке растений углекислым газом, определяют по формуле:

^_ТС Х О1К Х ГЦ _ О

= 1,25хПхТП ~ 1,25ХПХТп 'м '

где Тс = 24 ч;Glк - выделение СО2 одним животным, кг/ч; Гц -количество животных в цехе, гол.; П - норма дополнительной подкормки растений в теплицах углекислым газом, кг/м2ч;ТП - время дополнительной подкормки растений углекислым газом в течение светлого периода суток, ч; О - выделение углекислого газа животными в течение суток, кг; а по поглощению азотных удобрений в аммонийной форме определяют по формуле

0 (0,5...0,75)х о'х Тв .

Л = ----, м ,

0,3 Х П' х п

где G' - содержание аммиака в вентиляционных выбросах животноводческого помещения, образующегося в течение суток, кг; Тв - вегетационный период выращивания растений в теплице, дней; П' - потребление азота одним растением за период вегетации (Тв дней), кг/шт.;п - количество растений, произрастающих на 1 м2 теплицы, шт./м2.

при этом окончательная площадь теплицы устанавливают по максимальному значению полученных площадей. Пример:

В животноводческом помещении крупного рогатого скота содержится 400 голов молочных коров весом 600 кг каждая с удоем 15 л/сут. Размеры животноводческого помещения составляют 32 х 102 м. Высота помещения 9,5 м.

Объем углекислоты и масса влаги выделяемой одной коровой весом 600 кг при удое 15 л/сут составляет УСО2 = 139 л/ч (0,274 кг/ч) и Шж= 373 г/ч. [5].

В зависимости от удельного объема теплиц у (отношение объема теплицы к ее площади) норма подкормки П (с учетом потерь через

неплотности) принимается равной: для теплиц с у =2,5 - П=0,02 кг/м2,

22 для теплиц с у =3,5 - П=0,028 кг/м , для теплиц су =4,5 - П=0,036 кг/м .

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

Количество СО2, которое может быть поглощено растениями на 1 м2 в течение 75% светлого периода суток (10 ч) в зависимости от конструкции теплицы (у), равно П = (0,02...0,036)х 1,25х 10 = 0,25...0,45 кг/м2.

Для поглощения суточного выхода СО2 от одной коровы площадь теплицы, в зависимости от ее удельного объема (при условии 100% усвоения растениями), должен быть:

25272х0,25х24 1,22х25272х0,25х24 1Л „„ 2

5,< ,, =---=-----= 18,49...10,27м ,

2,5,5 1,25 х (0,02...0,036) х10 1,25 х (0,02...0,036) х10 х 400 х100

V = 5 х И = (18,49...10,27) х 0,25 = 4,6...2,6м3

о

В коровнике может образоваться до 11 мг/м аммиака, а в объеме, занимаемом одной коровой (25 м3), G' = 0,275 г/ч аммиака. В течение светлого время суток из коровника в подпочвенный слой теплицы может поступить G = 0,275 х 10 = 2,75 г аммиака. Подставив численные значения в формулу (6), получаем:

(0,5...0,75)х 2,75 х 239

5 = ^--——--= 9,52...14,28м2

0,3 х 46 х 2,5

V = 5 х И = (9,52...14,28) х 0,25 = 2,38...3,57м3

Ежедневная подача с воздухом 2,75 г аммиака в подпочвенный слой теплицы площадью 9,52...14,28 м2 соответствует ежедневному внесению по 2,75/(9,52...14,28)=0,29...0,19 г/м аммиачных удобрений или внесению аммонийных удобрений (при 75% их усвоении

Л

растениями) по 0,19х 10х 75=142,5 г/м в течение 10 суток или по 0,19 х 239 х 75=334,6 г/м2 за период вегетации, что находится в диапазоне принятых норм по аммонийным удобрениям для грунтов, требующих повышенных норм внесения азотных удобрений. Следовательно, ежесуточное внесение в подпочвенный слой теплиц аммиака полностью покрывает потребность растений в азотных удобрениях. Для поглощения общего количества аммиака потребуется объем почвенного слоя в теплице равный 8,6 м3, что находится в диапазоне объемов по поглощению углекислого газа.

Таким образом, для расчета площади прифермской теплицы необходимо исходить из следующих требований: для теплицы с удельным объемом у =2,5 выбирается площадь теплицы, исходя из поглощения углекислого газа, 18,49 м на одну корову, а для теплицы су =4,5 - из условий поглощения аммиака - 14,28 м на одну корову.

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. _ИАЭП. 2015. Вып. 87._

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Gordeev, V., MironovV. 2014. Use of ventilation emissions from animal barn for improvement of plant growth. 13th International Scientific Conference Engineering for rural development. Proceedings, Volume 13. Jelgava, May 29-30, p. 99-102.

2. Гордеев, В.В. Передовые технологии в хозяйстве ленинградской области [Текст]/ Гордеев В.В., Миронов В.Н., Шарабарин В.В. // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2011. № 4 - С. 43-44.

3. Миронов, В.Н. Повышение эффективности использования вентиляционных выбросов коровников путем оптимизации параметров системы их утилизации в культивационных сооружениях [Текст]/ Автореф. дисс... канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2011. -19 с.

4. Устройство для очистки воздуха животноводческого помещения [Текст]: пат. 2419282 Рос. Федерация: МПК A 01K 1/00, A 01G 9/18. / Миронов В.Н., Миронова Т.Ю., Гордеев В.В., Хазанов Е.Е.; заявитель и патентообладатель Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. - № 2009138638/21; заявл. 19.10.2009; опубл. 27.05.2011, Бюл. №15.

5. РД-АПК 1.10.01.02-10 Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота. М., 2010. 109 с.