Энергоэффективный способ борьбы с перегревом воздуха в коровниках

УДК 662.9

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ БОРЬБЫ С ПЕРЕГРЕВОМ ВОЗДУХА

В КОРОВНИКАХ

© 2016 г. СЛ. Растимемип, С.С. Трупов

Статья посвящена охлаждению внутреннего воздуха в помещении коровника. Рассмотрены способы охлаждения внутреннего воздуха в коровниках с целью поддержания оптимальных значений последнего. Разработка эффективных способов и технических средств охлаждения воздуха в коровнике и снижение расхода энергии при этом по сравнению с существующими способами охлаждения воздуха является актуальной задачей исследований. Для уменьшения температуры воздуха в помещении применяют различные способы охлаждения воздуха, которые условно можно разделить на пассивные и активные. Все возможные пассивные методы в основном способствуют снижению тепловой нагрузки зданий, но не обеспечивают температурных условий воздушной среды животноводческих помещений. Это обусловлено тем. что для этих целей необходимо не только максимально снизить тсплопоступления в помещения, но и удалить значительное количество избыточного тепла. К активным способам борьбы с перегревом, в первую очередь, относится интенсивная вентиляция помещений с предварительным охлаждением. Применение активного вентилирования в зоне нахождения животных требует установки дополнительно мощных вентиляторов, требующих значительного расхода энергии, при условии, что температура внутри помещения не превышает наружную температуру. Рассмотрен изовлажностный процесс охлаждения внутреннего воздуха в коровнике с целью поддержания оптимальных значений последнего.

Обосновано применение тепло вентиляторов, используемых в качестве установок для охлаждения воздуха в помещении коровника по изовлажностному процессу изменения параметров влажностного воздуха. Проведенные исследования показали, что применительно к коровнику наиболее приемлемым является и зо в л а жно ст н о с охлаждение воздуха внутри животноводческого помещения с помощью поверхностных теплообменников. В качестве охладителей внутреннего воздуха в коровнике может быть использован водяной тепло вентилятор, а в качестве хладоагента может применяться холодная вода.

Ключевые слова: шовлажностное охлаждение, коровник, оптимальные параметры, пластинчатый теплообменник, система охлаждения воздуха.

The article is dedicated to cooling the indoor air in the cowshed room. There are revied the methods of cooling the air in cowsheds, in order to provide the optimal values of the latter. Elaboration of effective ways and technical means of cooling the air in the cow shed mid the reducing energy consumption at the same time, in comparison with existing air cooling methods is an urgent research priority. To reduce the air temperature in the room there are applied different cooling methods, which can be divided into passive and active ones. All possible passive methods generally help to reduce the thermal load of buildings, but do not provide temperature conditions of the air environment in the livestock buildings. This is caused by the fact that for these purposes it is necessary not only to minimize the heat gain into the room, but also to remove a significant quantity of excess heat. Active ways to combat overheating include in the first place intensive ventilation of premises with prc-cooling. The application of active ventilation in the area of animals location requires the installation of additional high-power fans, demanding significant energy expenditure, on condition that indoor temperature docs not exceed the outside temperature. There is considered isohumid process of cooling the indoor air in the cowshed in order to support the optimal values of the latter. There is substantiated the application of heat fans that arc used as units to cool the air in the cowshed room according to the isohumid process of humidity air parameters changing. Conducted studies demonstrated that, towards the cowshed the most appropriate cooling is isohumid air cooling inside livestock facilities, using surface heat exchangers. As internal air coolers in the cowshed, the water fan heater can be applied, and as a coolant cold water may be used.

Keywords: isohumid cooling, cowshed, optimal parameters, plate heat exchanger, air cooling system.

Введение. Важным условием получения высокой продуктивности коров является борьба с перегревом помещений, в которых они находятся.

Это связано с тем, что с помощью отопительно-вентиляционных систем, построенных на принципе обеспечения асси-

миляции вредностей (в том числе и избытков тепла), за счёт вентиляции помещения, не представляется возможным соблюдать оптимальный температурный режим [1].

Так как климатические условия в ряде климатических районов нашей страны характеризуются тем, что в течение до-

вольно продолжительного времени года в коровниках температура воздуха превышает оптимальные значения, разработке способов и технических средств охлаждения воздуха в коровнике, очевидно, необходимо уделить достаточное внимание.

Цель и задачи Как показывают исследования [2], выбор способа охлаждения воздуха, прежде всего, зависит от соотношения энтальпий / и влагосодержания ¿У наружного и внутреннего воздуха. Это соотношение выглядит следующим образом: Д 1Н и с!л. Такое соотношение параметров внутреннего и наружного воздуха показывает, что без охлаждения наружного воздуха принципиально возможно обеспечить ассимиляцию общих избытков теплоты помещения, используя интенсивную вентиляцию. Однако в реальных условиях это не всегда эффективный способ борьбы с перегревом. [3].

Методы. Для уменьшения температуры воздуха в помещении применяют различные способы охлаждения воздуха, которые условно можно разделить на пассивные и активные способы [4]. Все возможные пассивные методы в основном способствуют снижению тепловой нагрузки зданий, но не обеспечивают температурных условий воздушной среды животноводческих помещений. Это обусловлено тем, что для этих целей необходимо не только максимально снизить теплопоступ-ления в помещения, но и удалить значительное количество избыточного тепла [5].

К пассивным способам в основном относятся действия, способствующие снижению теплопоступлений в помещения от солнечной радиации через ограждающие конструкции здания.

К активным способам борьбы с перегревом в первую очередь относятся интенсивная вентиляция помещений с предварительным охлаждением или без охлаждения, в зависимости от конкретных условий, а также установки, охлаждающие внутренний воздух непосредственно в помещениях.

Применение активного вентилирования со скоростью 1,0-1,5 м/с в зоне нахождения животных требует установки дополнительных мощных вентиляторов, требующих значительного расхода энергии. Од-

нако самое интенсивное вентилирование помещений может обеспечить перепад температур между воздухом помещения и атмосферным не более 3 °С, и то при условии, что температура внутри помещения не превышает наружную температуру [6].

Посмотрим, какие установки применяются для борьбы с перегревом животноводческих помещений.

Для полного кондиционирования воздуха помещений разработан кондиционер двухступенчатого испарительного охлаждения типа КДИ-2,5 и регенеративный косвенно-испарительный охладитель типа РКВ. Однако опыт применения охладителей испарительного охлаждения воздуха показывает, что эти устройства обеспечивают снижение температуры воздуха на 4-8 °С и значительное его увлажнение в процессе охлаждения, поэтому они могут применяться в климатических зонах с сухим климатом. Кроме того, установки подобного типа имеют относительно высокую стоимость [7].

Более актуальны для применения в коровниках установки неполного кондиционирования воздуха. Неполное кондиционирование является простейшим и одним из наиболее распространённых способов кондиционирования, применяемого на сегодняшний день в животноводческих помещениях в основном в районах с жарким климатом. К такому способу кондиционирования относится и охлаждение приточного вентиляционного воздуха. Наибольшее распространение получил способ непосредственного испарительного охлаждения воздуха с помощью распылительных форсунок, расположенных в распылительных камерах или непосредственно в воздуховодах.

В серийном оборудовании «Климат-3» предусмотрено увлажнение воздуха турбоувлажнителями, смонтированными в приточном патрубке центробежного вентилятора. Однако конструктивно эти увлажнители несовершенны, так как не обеспечивают распыл, и до 30% поданной на распыл воды в виде крупных капель улавливается сепаратором, что приводит к увеличению аэродинамических характеристик воздухораспределительной сети и к

повышению эксплуатационных затрат [8]. Установки имеют низкие показатели надёжности, связанные с наличием в воде различных примесей, часто выводящих из строя распылительные форсунки. Кроме того, установки имеют незначительный охлаждающий эффект и вносят в помещение влагу, распыляемую форсунками и увлекаемую потоком воздуха, что повышает влагосодержание внутреннего воздуха.

Нашли применение также системы испарительного охлаждения с использованием орошаемых кассет, где эффект увлажнения и охлаждения приточного воздуха происходит при прохождении его через кассету, в которой происходит контакт заполнителя (древесной стружки и т.п.) с орошаемой водой. Из серийно выпускаемых установок испарительного охлаждения наиболее эффективны установки КИО-13, в которых воздух охлаждается и увлажняется. Недостатком данной установки является то, что кассета с заполнителем (древесной стружкой) имеет малую упругость, в результате чего в процессе эксплуатации она уплотняется и снижается эффект охлаждения.

Этот недостаток устранен в крышных вентиляторах с охладителем типа «Универсал». Однако данная установка вследствие своих технических характеристик используется в основном в свиноводческих и птицеводческих помещениях.

Для охлаждения воздуха в животноводческих помещениях эффективны системы с использованием поверхностных воздухоохладителей, питаемых холодной водой. Так, например, по мнению специалистов [2], для охлаждения воздуха в животноводческих помещениях эффективны системы с использованием низкотемпературного потенциала земли. Простейшей системой, основанной на данном способе охлаждения приточного атмосферного воздуха, является система теплообменников, установленных в земле на глубине 2-6 м и либо непосредственно охлаждающих приточный воздух, либо промежуточный теплоноситель системы, например воду или водяные растворы. Для охлаждения воздуха в животноводческих помещениях применяют также артезианскую воду с темпе-

ратурой 8-10 °С. С этой целью артезианскую воду за счёт работы насосов котельной по трубопроводам подводят к теплообменникам, которая, проходя по его трубкам, охлаждает воздух, проходящий через теплообменник. Отработанную воду с более высоким потенциалом используют на технологические операции [3].

Поверхностные охладители воздуха в отличие от оросительных систем охлаждения воздуха обладают рядом преимуществ. К ним относятся: сухое, без предварительного увлажнения, охлаждение воздуха до любого значения температуры воздуха выше точки росы; применение охлаждения с температурой замерзания; упрощение схемы хладоснабжения; возможность использования в зимний период воздухоохладителей в качестве секций подогрева воздуха (калориферов).

Как показывают исследования, режимные характеристики отопления и вентиляции коровника таковы, что общепринятое, традиционное понимание охлаждения помещения с помощью подачи охлажденного в охладителе приточного воздуха не приемлемо. Поэтому охлаждение воздуха в помещении коровника должно быть автономным и не зависящим от подачи наружного воздуха, т.е. необходимо охлаждать воздух непосредственно в помещении коровника [9].

Для этого рассмотрим оборудование, которое можно использовать в качестве охладителей воздуха внутри животноводческого помещения. Как отмечалось ранее, охлаждение воздуха помещения можно осуществить в поверхностных теплообменниках, которые используются при создании водяных воздушно-отопительных агрегатов (водяных тепловентиляторов), выпускаемых серийно различными фирмами в нашей стране и за рубежом, но при этом вместо горячей воды, проходящей сквозь теплообменник, будет применяться холодная вода, в качестве естественного источника холода. Охлаждаемый воздух помещения прокачивается сквозь теплообменник с помощью осевого вентилятора. Для направления потока воздуха агрегаты имеют направляющие решет к и-жал юз и (рисунок) [10].

Жалюзи

Электродвигатель Корпус калорифера

с ве^ги ля тором

Воздухоохладительная установка

Эффективная работа тепловентилято-ров в качестве охладителей воздуха объясняется большой активной поверхностью теплообмена, позволяющей снимать максимум тепла от теплоносителя, что невозможно от других приборов.

Выводы

1. Проведённый анализ способов охлаждения воздуха и конструкций воздухоохладителей показал, что применительно к коровнику наиболее эффективным является изовлажностное охлаждение воздуха внутри животноводческого помещения с помощью поверхностных теплообменников.

2. В качестве охладителей внутреннего воздуха в коровнике может быть использован водяной тепловентилятор (сочетание поверхностного теплообменника и электровентилятора), в котором привод вентилятора осуществляется от электродвигателя с регулируемой частотой вращения.

3. Применение традиционного способа борьбы с перегревом, а это активное вентилирование со скоростью 1,5 м/сек и более в зоне нахождения животных, требу-

ет дополнительно мощных вентиляторов с повышенным расходом электроэнергии.

Литература

1. Тихомиров, Д.А. Развитие систем автоматизированного управления электротепловыми процессами в животноводстве. Автоматизация сельскохозяйственного производства / Д А. Тихомиров // Сборник докладов международной научно-техни-ческой конференции. - Москва, Углич, 2004, 4.2.-С. 11-17.

2. Лебедь, A.A. Микроклимат животноводческих помещений / A.A. Лебедь. -Москва: Колос, 1984. - 198 с.

3. Бабаханов, Ю.М. Оборудование и пути снижения энергопотребления систем микроклимата / Ю.М. Бабаханов, H.A. Степанова. -Москва: Россельхозиздат, 1986. -232 с.

4. Рекомендации по расчёту, проектированию и применению систем электротеплоснабжения животноводческих ферм и комплексов. - Запорожье, 1985. - 79 с.

5. Трунов, С.С. Анализ энергетических режимов коровника / С.С. Трунов

// Вестник ВИЭСХ. - 2015. - № 4(21). -С. 68-72.

6. Егиазаров, А.Г. Отопление и вентиляция сельскохозяйственных зданий / А.Г. Егиазаров, О Я. Кокорин, ЮМ Прыгунов. - Киев, Буд1вельник, 1976. - 224 с.

7. Тихомиров, Д.А. Обоснование выбора систем теплообеспечения животноводческих предприятий / Д А. Тихомиров // Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Сибири, Монголии, Казахстана и Кыргызстана: тр. 8-й Междунар. научно-практ. конф. (Барнаул) // РАСХН, Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 2005. - Т. 2. -С. 439-443.

8. Тихомиров, Д.А. Методика расчета энергосберегающей системы микроклимата с электротеплоутилизатором и озонатором / Д.А. Тихомиров // Техника в сельском хозяйстве. - 2006. - № 2. - С. 19-23.

9. Тихомиров, Д.А. Энергосберегающая вентиляционно-отопительная установка для животноводческих помещений / Д.А. Тихомиров // Энергообеспечение и энергосбережение в с.х.: труды 5-й Международной научно-практ. конф. - 2006 г. Ч. 3. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике. -Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2006. - С. 170-174.

10. Тихомиров, Д.А. Электрическая энергосберегающая система обеспечения микроклимата для животноводческих ферм / Д.А. Тихомиров // Материалы 3-й Международной научно-технической конференции. - Минск, 2005. - С. 148-149.

References

1. Tihomirov D.A., Razvitie sistem avtomatizirovannogo upravlenija jelektro-teplovymi processami v zhivotnovodstve. A vtom ati zacij a sel' sk oh ozj aj stvenn ogo pro-izvodstva [Development of the automated control systems for electrothermal processes in animal husbandry. Automation of agricultural production], Sbornik dokladov mezhdu-mirodnoj miuchno-tehnicheskoj konferencii, Moscow, Uglich, 2004, Part 2, pp. 11-17.

2. Lebed' A.A., Mikroklimat zhivotnovodcheskih pomeshhenij [Microclimate of livestock buildings], Moscow, Kolos, 1984, p. 198.

3. Babahanov Ju.M., Stepanova N.A. Oborudovanie i puti snizhenija jenergopo-treblenija sistem mikroklimata [Equipment and ways of reducing energy consumption of the microclimate systems], Moscow, Ros-sel'hozizdat, 1986, p. 232.

4. Rekomendacii po raschjotu, proek-tirovaniju i primeneniju sistem jelektro-teplosnabzhenija zhivotnovodcheskih ferm i kompleksov [Guidelines for calculation, design and application of electric and heat supply systems of livestock farms and complexes], Zaporozh'e, 1985, p. 79.

5. Trunov S.S. Analiz jenergeticheskih rezhimov korovnika [Analysis of cowshed energy modes], Vestnik VIJeSH, 2015, No. 4(21), pp. 68-72.

6. Egiazarov AG., Kokorin O.J a., Pry-gunov Ju.M. Otoplenie i ventiljacija sel'sko-hozjajstvennyh zdanij [Heating and ventilation of agricultural buildings], Kiev, Budivel'nik, 1976, p. 224.

7. Tihomirov D.A. Obosnovanie vybora sistem teploobespechenija zhivotnovodcheskih predprijatij. Agrarnaja nauka -sel'skohozjajstvennomu proizvodstvu Sibiri, Mongolii, Kazahstana i Kyrgyzstana [Substantiation of the choice of heat supply systems of livestock enterprises. Agricultural science to agricultural production in Siberia, Mongolia, Kazakhstan and Kyrgyzstan], Tr. 8-j Mezhdimar. nauchno-praki. konf. (Barnaul), RASHN. Sib. otd-nie, Novosibirsk, 2005, Vol. 2, pp. 439-443.

8. Tihomirov D.A. Metodika rascheta jenergosberegajushhej si stemy mikroklimata s jelektroteploutilizatorom i ozonatorom [The methodology for calculating energy-saving microclimate systems with electric and heat utilizator and ozonizer], Tehnika v sel'skam hozjajstve, 2006, No. 2, pp. 19-23.

9. Tihomirov D.A. Jenergosberega-jushhaja ventiljacionno-otopitel'naja ustanov-ka dlja zhivotnovodcheskih pomeshhenij [En-ergy-saving ventilating and heating installation for livestock buildings], Jenergoo-be specheme i jemrgosherezheme v s.h., Trudy 5-j Mezhdunarodnoj nauchno-praki. konf. 2006, Part 3. Jenergosberegajushhie tehnologii v zhivotnovodstve i stacionarnoj jenergetike, Moscow, GNU VIJeSH, 2006, pp. 170-174.

10. Tihomirov DA. Jelektricheskaja jenergosberegajushhaja sistema obespechenija mikroklimata dlja zhivotnovodcheskih ferm [Electrical energy-saving system for ensuring

the microclimate of livestock farms], Material)? 3-j Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj kxmferencii, Minsk, 2005, pp. 148-149.

Сведения об авторах

Растимешин Сергей Андреевич — доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» (Москва, Россия). E-mail: resurs00@mail.ru.

Трунов Станислав Семенович - кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» (Москва, Россия). E-mail: alla-rika@yandex.ru.

Information about authors

Rastimeshin Sergey Andreevich - Doctor of Technical Sciences, professor, chief researcher, FSBS1 «All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture» (Moscow, Russia). E-mail: resurs00@mail.ru.

Trunov Stanislav Semenovich - Candidate of Technical Sciences, professor, leading researcher, FSBST «All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture» (Moscow, Russia). E-mail: alla-rika@yandex.ru.

УДК 631.17:631.331:631.816.1

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОСЕВНОГО ЛОЖА ДЛЯ СЕМЯН В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТОЧНОГО УВЛАЖНЕНИЯ ПОЧВЫ

О 2016 г. Н.М. Беспамятпова, A.A. Колииько, H.H. Реутип, Ю.А. Беспамятное

Повышение качества процесса высева семян достигается путем совершенствования способов посева, включающих вибрационные элементы, обеспечивающие повышение равномерности глубины посева зерновых культур, управляемую плотность почвенного ложа для семян (1,0-1.1 г/см"), снижение энергопотребления в целом. Цель работы заключается в попытке теоретического обоснования возможностей и преимуществ вибрации в процессах посева и обработки почвы путем применения элементов формулы Гау сс а -Остро гр а дс ко го. в частности коэффициента дивергенции. Методология проведения работы заключается в нахождении реальных возможностей применить идею формулы Гаусса-Остро фадс ко го. в частности предела дивергенции, рассматриваемого в формуле как предел изменения объемного показателя при воздействии на него параметров, непрерывно распределенных по поверхности. В результате исследований получены возможные изменения плотности посевного ложа для семян при различных показателях влажности почвы и режимов и параметров рабочих органов: частоты вибрации и массы. Решена реальная задача создания заданной плотности почвы для семян для зон с недостаточным увлажнением путем постановки дополнительного вибрационного уплотнителя с частотой вибрации менее 30 Гц. Результаты исследований могут быть применены для любых технологических процессов при обработке почвы и посева. Выводы работы заключаются в том. что более детальное изучение поверхностей отклика на графиках, полученных в ходе экспериментальных исследований, с применением известных математических методов, позволяет получить объективную оценку и направленность дальнейшего усовершенствования практических задач и выявить оптимальные параметры создаваемых технических устройств, обеспечивающих показатели технологических процессов, заданных агротехническими требованиями.

Ключевые слова: уплотнение почвы формула Гаусса-Остроградского, коэффициент дивергенции, поверхность отклика, равномерность показателя.

Improving the quality of the seeding process is achieved by improving the methods of sowing, inclnding the vibrating elements, providing increase of the uniformity of the crops planting depth, controlled density of the soil