МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по сельскому хозяйству

Федеральное государственное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса»
(ФГНУ «Росинформагротех»)

Н.П. Мишуров, Т.Н. Кузьмина

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Научный аналитический обзор

Москва 2004

Приведены нормативные требования к микроклимату в животноводческих и птицеводческих помещениях. Рассмотрено оборудование, позволяющее экономить энергию при обеспечении микроклимата в помещениях для крупного рогатого скота, свиней и птицы за счет утилизации тепла удаляемого из помещений воздуха, применения автоматизированных систем кондиционирования воздуха, естественной вентиляции, температурно-компенсаторных систем, воздушно-тепловых завес, локального обогрева животных и птицы, автоматизированного контроля режимов работы оборудования, совершенствования объемно-планировочных решений, использования систем вентиляции с избыточным и отрицательным давлением.

Предназначен для специалистов сельского хозяйства.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Микроклимат в помещении - это климат ограниченного пространства, включающий в себя совокупность факторов среды: температура, влажность, скорость движения и охлаждающая способность воздуха, атмосферное давление, уровень шума, содержание взвешенных в воздухе пылевых частиц и микроорганизмов, газовый состав воздуха и др.

Создание и поддержание микроклимата в животноводческих помещениях связаны с решением комплекса инженерно-технических задач и наряду с полноценным кормлением являются определяющим фактором в обеспечении здоровья животных, их воспроизводительной способности и получении от них максимального количества продукции высокого качества.

Современные технологии содержания животных предъявляют высокие требования к микроклимату в животноводческих помещениях. По мнению ученых, специалистов животноводства и технологов, продуктивность животных на 50-60 % определяется кормами, на 15-20 % - уходом и на 10-30 % - микроклиматом в животноводческом помещении. Отклонение параметров микроклимата от установленных пределов приводит к сокращению удоев молока на 10-20 %, прироста живой массы - на 20-33 %, увеличению отхода молодняка до 5-40 %, уменьшению яйценоскости кур - на 30-35 %, расходу дополнительного количества кормов, сокращению срока службы оборудования, машин и самих зданий, снижению устойчивости животных к заболеваниям.

Ежегодно из помещений животноводческих ферм отрасли требуется удалить 166 млрд м3 водяных паров, 39 млрд м3 углекислого газа, 1,8 млрд м аммиака, 700 тыс. м3 сероводорода, 82 тыс. т пыли, патогенную микрофлору.

Для удаления вредностей, образующихся в животноводческих помещениях, на вентиляцию расходуется около 2 млрд кВт-ч электроэнергии в год, на обогрев помещений дополнительно идет 1,8 млрд кВт-ч, 0,6 млн м природного газа, 1,3 млн т жидкого и 1,7 млн т твердого топлива. Общие затраты энергии на микроклимат составляют до 3 млн т у.т. в год, что равняется 32 % всей энергии, потребляемой в отрасли животноводства. Поэтому в общем комплексе задач по экономии и эффективному использованию топливно-энергетических ресурсов одним из важных направлений является разработка и внедрение энергосберегающего оборудования для создания микроклимата в животноводческих помещениях.

ТРЕБОВАНИЯ К МИКРОКЛИМАТУ В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ И ПТИЦЕВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Оптимальный микроклимат в животноводческих и птицеводческих помещениях способствует более полной реализации генетического потенциала животных и птицы, профилактике заболеваний, повышению естественной резистентности, а также удлинению сроков службы построек и установленного в них оборудования. Обеспечение оптимального микроклимата в помещениях достигается за счет соблюдения научно обоснованных значений формирующих его факторов среды (температура, влажность, скорость движения воздуха и др.), которые обобщены и приведены для каждого вида животных в соответствующих нормах технологического проектирования животноводческих и птицеводческих предприятий.

В табл. 1-3 приведены нормативные значения температуры и влажности внутреннего воздуха в помещениях и зданиях для содержания крупного рогатого скота, свиней и птицы, в табл. 4-5 - скорости воздуха, в табл. 6 - предельно допустимая концентрация вредных газов и пыли для животных и птицы, а в табл. 7 - количество наружного приточного воздуха, подаваемого в животноводческие и птицеводческие помещения.

1. Нормативные значения температуры и влажности внутреннего воздуха в помещениях и зданиях для крупного рогатого скота

Наименование зданий и помещений

Группа животных

Содержание животных

Расчетная температура воздуха, °С

Относительная влажность воздуха, %

максимальная

минимальная

1. Коровники, здания для молодняка старше года, скота на откорме, быков, помещения для содержания животных на пунктах искусственного осеменения, стационары, изоляторы, карантины

Коровы и нетели, молодняк старше года, быки-производители, взрослый скот на откорме

В стойлах, боксах, комбибоксах, групповых клетках (при регламентированном использовании выгулов)

10

75

40

2. Здания и помещения для молодняка

Молодняк от 6 до 12 месяцев

В боксах и групповых клетках (кроме случаев, указанных в п. 3 и 4)

12

75

40

3. Коровники и здания для молодняка молочных пород (в районах с расчетной зимней температурой -25°С и ниже)

Коровы и молодняк всех возрастов

Беспривязное на глубокой подстилке с кормлением в здании

3

85

40

4. Коровники и здания для молодняка молочных пород (в районах с расчетной температурой ниже -25°С)

Коровы и молодняк всех возрастов

Беспривязное на глубокой подстилке с кормлением на выгульно-кормовых дворах

Не нормируются

5. Телятники

Телята от 14-20 дней до 6 месяцев

В боксах, групповых клетках

15

75

40

6. Родильные: отделения

Коровы глубокостельные и новотельные

Привязное и в денниках

15

75

40

профилактории

Телята до 20-дневного возраста

В индивидуальных клетках

17

75

40

7. Помещения для скота мясных пород

Коровы перед отелом (за десять дней), во время отела и после отела с телятами до 20-дневного возраста

Беспривязное на глубокой подстилке

3

85

40

Остальные группы животных

Беспривязное на глубокой подстилке

Не нормируются

8. Помещения для санитарной обработки скота

Коровы, молодняк, телята

 

18

75

 

9. Доильно-молочный блок (доильный зал, молочная)

 

 

17

75

 

10. Пункт искусственного осеменения, манеж, лаборатория и моечная

 

 

18

75

 

2. Нормативные значения температуры и влажности внутреннего воздуха в помещениях для содержания свиней различных половозрастных групп

Группа животных

Температура воздуха в помещении, ºС

Относительная влажность воздуха в помещении, %

расчетная

максимальная

минимальная

максимальная

минимальная

Хряки

16

19

13

75

40

Матки холостые и супоросные

16

19

13

75

40

Матки подсосные с поросятами

20

22

18

70

40

Свинки ремонтные на выращивании и поросята-отъемыши

20

22

18

70

40

Свиньи на откорме

18

20

14

70

40

3. Нормативные значения температуры и влажности внутреннего воздуха в производственных помещениях для содержания птицы

Вид и возрастная группа птицы

Оптимальная температура в холодный период года, °С

Оптимальная относительная влажность, %

напольное содержание

клеточное содержание

в помещении

под брудером

1

2

3

4

5

Взрослая птица

Куры

16-18

-

16-18

60-70

Индейки

16

-

-

70-80

Утки

14

-

-

70-80

Гуси

14

-

-

70-80

Молодняк птицы

Ремонтный молодняк кур в возрасте, недели:

 

 

 

 

1-4

24-28

24-35

24-33

60-70

6-6 (17)

20-22

-

20-22

60-70

Цыплята-бройлеры, крупные мясные цыплята в возрасте, недели:

 

 

 

 

1

26-28

30-35

28-32

65-70

2-3

22

26-29

24-25

65-70

4-6

20

-

20

65-70

7-8 (10)

18

-

18

60-70

Молодняк индеек в возрасте, недели:

 

 

 

 

1

28-30

30-37

32-35

60-70

2-3

22-28

25-29

27-30

60-70

4-5

19-21

21-25

22-26

60-70

6-17

17-20

-

21

60-70

18-33 (36)

16

-

18

60-70

Молодняк уток в возрасте, недели:

 

 

 

 

1

22-26

26-35

24-31

65-75

2-4

20

22-25

20-24

65-75

5-8

16

-

18

65-75

9-26 (28)

14

-

14

65-75

Молодняк гусей в возрасте, недели:

 

 

 

 

1-3

22-26

30

22-30

65-75

4-9

18-20

-

18-20

65-75

10-34

14

-

14

70-80

4. Скорость движения воздуха в животноводческих помещениях

Наименование помещений

Скорость движения воздуха в помещении, м/с

расчетная в холодный и переходный периоды года

допустимая в теплый период года

Помещения для крупного рогатого скота

Коровники для беспривязного содержания, здания для молодняка и здания для скота на откорме

0,5

1

Родильная, телятник, доильное отделение, манеж, пункт искусственного осеменения

0,3

0,5

Помещения для свиней

Помещения для холостых и супоросных маток и хряков

0,3

1

Помещения для ремонтного молодняка и поросят-отъемышей

0,2

0,6

Помещения для откорма молодняка

0,3

1

Помещения для опороса и содержания подсосных маток с поросятами-сосунами

0,15

0,4

5. Скорость движения воздуха в птичниках

Птичники

Скорость движения воздуха, м/с

жаркий период года

холодный период года

минимальная

оптимальная

максимальная

минимальная

оптимальная

максимальная

Для кур и индеек

0,3

0,6

1,0

0,2

0,3

0,6

Для уток и гусей

0,3

0,8

1,2

0,2

0,5

0,8

Для молодняка кур, уток, гусей и индеек

0,2

0,4

0,6

0,1

0,2

0,5

6. Предельно допустимая концентрация вредных газов и пыли для животных и птицы

Группа животных и птицы

Значения предельно допустимой концентрации

углекислого газа, %

аммиака, мг/м3

сероводорода, мг/м3

пыли, мг/м

Телята до 3-месячного возраста

0,2

10

5

5

Телята от 3- до 6-месячного возраста

0,25

15

5

5

Молодняк и взрослые животные крупного рогатого скота

0,28

20

Следы

5

Свиньи

0,2

20

10

6

Птица

0,25

15

5

1-5

7. Количество наружного приточного воздуха, подаваемого в животноводческие и птицеводческие помещения

Вид и возраст животных и птицы

Количество воздуха на 1 ц живой массы, м3

период года

холодный

жаркий

Взрослые животные и молодняк КРС

15

-

Телята КРС

18

-

Свиньи

30

60

Взрослая птица*

Куры яичных кроссов (в клетках)

0,7

6

Куры мясояичных пород (на полу)

0,7

6

Куры мясных пород (на полу)

0,75

7

Куры мясных пород (в клетках)

0,75

8

Индейки

0,6

6

Утки

0,7

7

Гуси

0,6

7

Молодняк птицы

Молодняк яичных кур, недели:

 

 

1-9

0,8-1

7

10-22

0,75

7

Молодняк мясных кур, недели:

 

 

1-7

0,75-1,8

7

8-18(19)

0,7

7

19 (20)-26

0,7

7

Цыплята-бройлеры, недели:

 

 

1-7 (6) (в клетках)

0.7-1

7

1-8 (на полу)

0,7-1

7

1-10 крупные мясные, на полу

0,7-1

7

Молодняк индеек, уток, гусей, недели:

 

 

1-9

0,65-1

7

старше 9

0,6

7

*Единица измерения количества воздуха для птицы - м3/ч на 1 кг живой массы.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА НА ФЕРМАХ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА

Животноводство является одним из основных потребителей энергии в сельском хозяйстве. Удельный вес потребляемой животноводством энергии в различные периоды времени составлял 17,2-21,3 % от общего энергопотребления при производстве сельскохозяйственной продукции, а в энергообеспечении стационарных процессов его доля еще больше - 35-49 %. Анализ потребления энергоресурсов по отраслям животноводства показывает, что фермы для содержания крупного рогатого скота являются основными потребителями энергии в животноводстве (на их долю приходится 46-51,5 % от общего энергопотребления в отрасли).

Анализ структуры затрат электрической энергии на производство молока показал, что наибольший удельный вес в общих затратах занимает энергия, потребляемая на создание и поддержание оптимального микроклимата в животноводческих помещениях (табл. 8). Ее доля, в зависимости от технологии содержания животных, находится в пределах 34,5-36,8 %, что сопоставимо лишь с затратами энергии на приготовление кормосмесей. Поэтому одним из основных направлений сокращения общих затрат энергии на производство молока, а следовательно, и его себестоимости является разработка и внедрение энергосберегающего оборудования для создания и поддержания нормативного микроклимата на животноводческих фермах.

Одно из важных направлений экономии энергоресурсов в животноводстве - утилизация тепла, содержащегося в воздухе животноводческих помещений. Тепловыделения животных составляют приблизительно 4,3 млн т у. т. в год, причем 0,3 млн т образуется летом и должно быть удалено из помещения посредством вентиляции, а теплота, эквивалентная 4 млн т у. т. получается в зимний и переходный периоды года и может быть использована на обогрев помещений.

Степень покрытия дефицита мощности на обогрев животноводческих помещений с помощью теплоутилизации зависит от их назначения и климатических условий. В северных районах нашей страны для коровников этот дефицит может быть покрыт на 40-50 %, т. е. использование теплоутилизаторов представляет собой значительный источник сокращения затрат электроэнергии на теплоснабжение животноводческих помещений.

8. Структура затрат электрической энергии на производство молока на фермах на 200 голов с привязным и беспривязным содержанием

Вид затрат электрической энергии

Технологии производства молока

с привязным содержанием животных

с беспривязным содержанием животных

затраты энергии, ГДж

доля от общих энергозатрат, %

Затраты энергии, ГДж

доля от общих энергозатрат, %

Поение животных

72,9

1,2

72,9

1,2

Доение

268,1

4,4

608,5

9,9

Подогрев воды

717,5

11,9

614,9

10

Первичная обработка молока

259,9

4,3

259,9

4,2

Обеспечение микроклимата

2221,6

36,8

2129,9

34,5

Уборка навоза

250,5

4,2

180,9

2,9

Приготовление кормосмеси

1949,4

32,3

1998,2

32,4

Освещение

281,3

4,6

285,8

4,6

Другие операции

15,9

0,3

15,9

0,3

Всего

6037,1

100

6166,9

100

Расчеты специалистов ГНУ ВИЭСХ показали, что годовой экономический эффект при использовании системы теплообеспечения в телятнике на 150 голов (ТП № 801.4.173.87 Гипронисельхоза) с теплоутилизаторами по сравнению с системой, где используется электрокалорифер типа ЭКОЦ, составляет около 18 тыс руб. При этом основной составляющей экономического эффекта является экономия электрической энергии на подогрев приточного воздуха за счет возврата теплоты утилизаторами.

В настоящее время отечественными специалистами разработано достаточное количество рекуперативных теплоутилизаторов для животноводческих помещений, в которых теплообмен между удаляемым теплым воздухом и холодным приточным происходит без их непосредственного контакта - через разделительную стенку или с использованием промежуточного теплоносителя. Конструктивное исполнение рекуперативных теплообменников самое разнообразное.

Учеными Красноярского ГАУ разработана энергосберегающая система воздухообмена в животноводческом помещении, в которой теплообмен между приточным и удаляемым воздухом осуществляется через стенки труб, без использования промежуточного теплоносителя. Она содержит два приточных и вытяжной вентиляторы, приточный и вытяжной воздуховоды с влаговыпускными отверстиями. Приточные вентиляторы установлены с противоположных концов приточного воздуховода, внутри которого с сопряжением установлен вытяжной воздуховод. Последний соединен с вытяжным вентилятором и вытяжными шахтами. С приточным воздуховодом с помощью переходного патрубка соединен раздающий воздуховод с воздуховыпускными отверстиями. Для увеличения поверхности теплообмена приточный воздуховод с установленным в нем вытяжным воздуховодом выполняют из нескольких параллельных, соединенных между собой в виде гребенки, воздуховодов. Раздающих воздуховодов также несколько, в зависимости от рядов скотомест в помещении.

Приточные вентиляторы подают холодный наружный воздух в приточный воздуховод. Одновременно вытяжной вентилятор подает теплый влажный воздух из верхней зоны помещения в вытяжной воздуховод. Обтекая поверхность труб с холодным воздухом, теплый влажный воздух отдает часть тепловой энергии приточному воздуху и через шахты удаляется в атмосферу. При этом на внутренних поверхностях труб с теплым воздухом и на наружных поверхностях труб с холодным воздухом происходит конденсация водяных паров, в результате этого выделяется скрытая тепловая энергия парообразования, которая также подогревает приточный воздух. Приточный воздух, выходя из приточного воздуховода через переходный патрубок, поступает в раздающий воздуховод, а затем через отверстия - в помещение. Конденсат вытекает из воздуховода через отверстия в лотки, установленные под воздуховодом, и удаляется из помещения, что повышает эффективность теплообмена. В результате теплообмена происходит подогрев приточного воздуха, а также охлаждение и осушение удаляемого воздуха.

Использование предлагаемой системы вентиляции позволяет производить воздухообмен в помещениях даже без подогрева приточного воздуха, независимо от температуры наружного воздуха, так как интенсивность конденсации влаги увеличивается при понижении температуры поверхности приточного воздуховода, при этом подача приточных вентиляторов принимается из условия удаления вредностей (СО2, NH3 и др.), а не из условия удаления избытков влаги, следовательно, подача воздуха уменьшается, например, для помещений крупного рогатого скота - примерно на 30 %, что расширяет эксплуатационные возможности данной системы вентиляции.

Без промежуточного теплоносителя работает и тепловентиляционная установка децентрализованного типа с утилизацией тепла ТУ-1М (рис. 1) (разработчик - ОАО «ВНИИКОМЖ»), которая может применяться во всех животноводческих помещениях кроме птичников.

Рис. 1. Функциональная схема установки ТУ-1М:

1 -электрокалорифер; 2 - вентилятор приточный; 3 - теплообменник; 4 - вентилятор вытяжной

Комплект оборудования включает в себя вентиляционную установку с утилизацией тепла, два отдельных осевых вентилятора, два автоматических выключателя и низковольтный ящик управления.

Техническая характеристика ТУ-1М

Подача свежего воздуха на притоке, м3/ч:

 

двумя вентиляторами

10000

тепловентиляционной установкой

3000

Подача удаляемого воздуха, м3

3000

Тепловая мощность, кВт

до 70

В том числе:

 

утилизатора теплоты (при перепаде температур Dt= 40°)

не менее 20

электрокалорифера, общая/одной ступени

45/22,5

Суммарная установленная мощность электродвигателей, кВт

1,1

Коэффициент эффективности утилизатора по притоку при перепаде температур t = 40°

0,4

Диапазон задаваемых автоматической аппаратурой температур, °С

0-+40

Уровень шума в зоне расположения животных, дБ

не более 65

Масса, кг

300

Расчеты показали, что применение установок ТУ-1М на молочных фермах для содержания 200 голов животных обеспечивает сокращение энергозатрат на обеспечение микроклимата на 48,2 % по сравнению с традиционной системой.

Конструкция вентиляционной установки с утилизацией тепла УТ-Ф-12 (разработчик - ГСКБ по комплексу оборудования для микроклимата, г. Брест, Беларусь) предусматривает использование промежуточного теплоносителя для осуществления теплообмена между приточным и удаляемым воздухом. Воздух, удаляемый из помещения осевым вентилятором, проходит через фильтр, а затем - через нижнюю (испарительную) секцию теплообменника, где отдает часть тепла, под воздействием которого фреон внутри тепловых трубок испаряется и поднимается в верхнюю (конденсационную) часть теплообменника. Приточный воздух, нагнетаемый осевым приточным вентилятором, проходит через верхнюю секцию теплообменника, подогревается за счет тепла конденсации паров фреона и подается в помещение.

Техническая характеристика УТ-Ф-12

Подача воздуха, м3 /ч:

 

на притоке (максимальная/номинальная)

18000/12000

на вытяжке

12000

Тепловая мощность, кВт:

 

установки на притоке при номинальном режиме

128

утилизатора при перепаде температур At=40°C

64

Установленная мощность электродвигателей, кВт

15

Коэффициент эффективности утилизатора по при-

 

току при перепаде температур At=40°C

не менее 0,5

Диапазон задаваемых температур, °С

5-25

Масса, кг

2150

Тепловая мощность теплообменника регулируется изменением количества воздуха, проходящего через него. При достаточно низких и отрицательных температурах наружного воздуха и обмерзании теплообменника по сигналу датчика температуры в вытяжном канале закрываются жалюзи в приточном канале и одновременно открывается часть лопаток в обводном. При температуре внутреннего воздуха в помещении ниже установленного предела по сигналу датчика температуры включается дополнительный источник тепла.

С промежуточным теплоносителем частичной рециркуляцией воздуха работает вентиляционная установка с утилизацией теплоты «Агровент» (разработчики - ГНУ ВИЭСХ и ГНУ ВНИИМЖ) (рис. 2). Забор загрязненного влажного воздуха из зоны расположения и выброс его в атмосферу обеспечиваются вытяжным вентилятором, при этом происходит охлаждение удаляемого теплого воздуха в вытяжном блоке теплообменника с выделением конденсата и частичная рециркуляция воздуха.

Рис. 2. Технологическая схема установки «Агровент»:

1 - нагревательный блок теплоутилизатора;

2 - нагревательный вентилятор; 3 - заслонки отводного канала; 4 - заслонка рециркуляционного канала; 5 - охладительный блок теплоутилизатора; 6 - насос; 7 - перепускной клапан; 8 - вытяжной вентилятор

Технологическая схема установки обеспечивает самоочистку вытяжного блока теплообменника от загрязнений стекающим конденсатом с одновременной очисткой вытяжного воздуха (от пыли и микроорганизмов) и осушение воздуха помещения за счет рециркуляции его с предварительным уменьшением в нем влагосодержания.

Передача утилизированной теплоты от вытяжного блока теплообменника к приточному обеспечивается промежуточным теплоносителем (40 %-ная водогликольная смесь) за счет работы насоса циркуляционного контура. Технологическая схема установки предусматривает и режим работы, обеспечивающий подачу свежего воздуха в помещение без предварительной тепловой обработки, при этом рециркуляция воздуха отсутствует.

За счет использования тепла удаляемого из помещений воздуха экономия энергии на поддержание требуемой температуры и влажности воздуха в коровниках по сравнению с использованием установок без утилизации тепла достигает 75 %. Применение этой системы в коровнике на 200 голов обеспечивает утилизацию теплоты при температуре наружного воздуха от -30°С до 70 %. При этом температура внутри помещения не ниже +15°С. Одна вентиляционная установка «Агровент» обслуживает зону размещения 35 коров.

Для создания и поддержания нормативного температурно-влажностного режима и газового состава воздуха в животноводческих помещениях фермерских хозяйств и малых ферм ГНУ ВНИИМЖ разработал установку «Агроклимат» с утилизацией тепла удаляемого воздуха, которая также обеспечивает и дополнительный подогрев приточного воздуха.

Свежий воздух подается в установку через всасывающее отверстие рекуператора, в котором он воспринимает тепло удаляемого из помещения воздуха, далее воздух поступает в калорифер, где дополнительно подогревается циркулирующим теплоносителем (водой), и затем вентилятором через воздухораспределитель равномерно распределяется по животноводческому помещению. Удаляемый воздух отсасывается из помещения вытяжным вентилятором через воздуховод и «теплые» каналы рекуператора, где отдает тепло приточному воздуху, затем через вытяжную шахту удаляется в атмосферу.

Рекуператор пластинчатой конструкции с перекрестным током теплоносителей выполнен из оцинкованного железа, имеет разделенные входы для притока и вытяжки, поэтому приточный и вытяжной воздух не смешивается.

Температура горячей воды в контуре горячего водоснабжения находится в диапазоне 52-85°С в зависимости от режима отбора воды. Бак-аккумулятор вместимостью 3 м и установленной электрической мощностью 12 кВт существенно сглаживает пиковые нагрузки теплопотребления и позволяет поддерживать температурный режим в помещениях на некотором минимальном уровне при неработающем отопительном агрегате.

Установка имеет два варианта исполнения (табл. 9): для настенного монтажа в оконном проеме с забором свежего воздуха непосредственно с улицы и для помещений с чердачным перекрытием, где свежий воздух поступает из чердачного пространства с более высокой температурой, что в дальнейшем сокращает энергетические затраты. Принципиальная схема обработки воздуха в обоих вариантах аналогична, отличие состоит в конструктивном исполнении и вопросах привязки к помещению.

9. Техническая характеристика установок «Агроклимат» в различных исполнениях

Показатели

Варианты исполнения

настенный

чердачный

Подача воздуха, м3/ч:

 

 

на притоке

370-1550

1650-2500

на вытяжке

до 2550

до 2500

Потребная мощность, кВт

0,63

2,25

Теплопроизводительность, кВт:

расчетная при t = 40°C

по данным испытаний

 

 

20

20

5

5

Коэффициент температурной эффективности:

 

 

расчетный

0,5-0,65

0,5-0,65

по данным испытаний (Δt = 15°C)

0,18-0,35

0,2-0,31

Уровень шума в зоне расположения животных, дБ

69

76

Габаритные размеры, мм

1050×1470×1190

1200×790×440

Масса, кг

250

-

Расчеты, выполненные специалистами ОАО «ВНИИКОМЖ», также показали необходимость применения дополнительного подогрева воздуха в системе с утилизацией тепла. Во-первых, в большинстве помещений утилизация тепла не может покрыть полностью дефицит тепла, а во-вторых, самые низкие температуры наружного воздуха имеют малую длительность стояния и нерационально повышать эффективность теплоутилизации, так как при более высоких температурах наружного воздуха использование такого теплоутилизатора будет малоэффективным ввиду его высокой стоимости. Чем ниже расчетная температура наружного воздуха (более холодный климат), тем больше абсолютное значение экономии энергии, а значит, более эффективно его применение. Исходя из этого, учеными ОАО «ВНИИКОМЖ» обоснован состав комплекта на базе модульных установок с утилизацией тепла децентрализованного типа и набора осевых вентиляторов. С целью получения максимального эффекта количество и параметры установок комплекта определялись из условий наибольшего роста лимитной цены и теплотехнических характеристик помещений ( но не менее двух установок на каждое помещение). В табл. 10 указаны расчетные параметры комплектов энергосберегающего оборудования для отопления и вентиляции животноводческих ферм, обеспечивающие нормативные параметры микроклимата практически во всех распространенных типах животноводческих помещений.

10. Комплекты тепловентиляционного оборудования

Показатели

Модель оборудования

«Комфорт 1»

«Комфорт 2»

«Комфорт 3»

«Комфорт-4»

«Комфорт 5»

Подача воздуха, тыс. м3/ч:

 

 

 

 

 

летний период

4

8

10

16

18

отопительный период:

 

 

 

 

 

максимальная

2

4

5

8

9

номинальная,

 

 

 

 

 

утилизации

1

2

3

5

6

Тепловая мощность при наружной температуре (°С), кВт:

 

 

 

 

 

-20

16

36

48

66

76

-30

27,5

43

57

78

92

-40

28,5

49

68

97

108

В том числе утилизаторов теплоты:

 

 

 

 

 

-20

6

12

18

30

36

-30

7,5

15

23

38

46

-40

8,5

19

28

47

56

Установленная мощность электродвигателей, кВт

0,5

0,96

1,24

1,84

2,7

Рекуператоры приведенных систем обеспечения микроклимата выполнены из металлических сплавов, которые имеют такие недостатки, как большая металлоемкость, подверженность активной коррозии и загрязнение поверхностей теплообмена при работе в агрессивных средах животноводческих помещений. В настоящее время разработаны теплообменники из полимерных материалов (табл. 11), к их достоинствам можно отнести высокую коррозионную стойкость к агрессивным средам животноводческих помещений, низкие материалоемкость и стоимость. В качестве полимерных материалов, по мнению специалистов ГНУ ВИЭСХ, целесообразно использовать не полимерные пленки, обладающие индивидуальной газопроницаемостью и малой прочностью (это обусловливает недостаточную теплопроводность и большие габаритные размеры), а полимерные сотовые пластины с высокими прочностными характеристиками. При одинаковых габаритных размерах теплообменного элемента, выполненного из сотового полимерного материала и алюминия, стоимость последнего выше более чем в 3 раза.

Для типового животноводческого помещения на 160 голов беспривязного содержания коров годовая экономическая эффективность при использовании для подогрева приточного воздуха четырех перекрестноточных пластинчатых теплообменников-рекуператоров из полимерных материалов по сравнению с традиционным водяным калорифером в стоимостном выражении составит около 3000 усл. ед. в год.

11. Техническая характеристика теплообменников-рекуператоров из полимерных материалов

Показатели

Теплообменники-рекуператоры

полимерный шелевой (ГНУ ВИЭСХ)

теплоутилизатор на основе полимерных материалов КЭО

полимерный перекрестноточный пластинчатый (фирма «Maico»)

Полимерный перекрестноточный Пластинчатый (ГНУ ВИЭСХ)

Теплопроизводительность, кВт

2,42

18

4

15

Расход воздуха, м3/ч: 

 

 

 

 

на притоке

1500

3000

300

4000

на вытяжке

1500

3200

300

4200

Перепад давления (АР), Па

125

 

 

150

Габаритные размеры, мм

1920×400×410

3000×600×600

550×426×550

-

Масса, кг

75

100

-

80

В целом надежная работа теплоутилизаторов в животноводческих помещениях обеспечивается правильным выбором их конструктивных параметров, объемом подачи теплоносителей, принятием мер по предотвращению замерзания сконденсировавшихся водяных паров на поверхности теплообмена. Основным же условием для получения экономии электроэнергии в системах микроклимата является правильный выбор теплоутилизатора для конкретного животноводческого помещения.

Одно из наиболее перспективных направлений энергосбережения - создание требуемого микроклимата непосредственно в зоне расположения животных с полной регенерацией воздуха в животноводческом помещении. Для практической реализации этого направления учеными Великолукской государственной сельскохозяйственной академии разработана и прошла в 1983-2001 гг. производственную проверку в семи действующих животноводческих фермах Московской и Псковской областей новая энергосберегающая технология создания оптимального микроклимата в станках с животными при очистке воздуха от аммиака, углекислого газа, сероводорода, водяных паров, микроорганизмов и пыли, реализуемая с помощью автоматизированной системы кондиционирования воздуха (АСКВ).

Система включает в себя оросительную камеру, состоящую из корпуса, насоса со всасывающим и напорным трубопроводами с тангенциальными форсунками, сепараторов-каплеуловителей, поддона с регулятором уровня воды, электрокалорифера и конденсатора.

В водное пространство оросительной камеры загружаются адсорбенты: A12(S04)3 - очищает рециркуляционный воздух от аммиака, негашеная известь (СаО) - рециркуляционный воздух от углекислого газа и сероводорода, хлорамин - воздух от вредных микроорганизмов. Вода, выполняющая роль абсорбера, с помощью насоса через форсунки распыляется и циркулирует в оросительной камере. Загрязненный на ферме воздух газами NH3, C02, H2S, вредными бактериями и пылью по каналу рециркуляции засасывается вентилятором кондиционера и подается в оросительную камеру, где в противотоке с распыленной форсунками жидкостью очищается, при этом он проходит два замкнутых жидких цикла: кислотный и щелочной. В кислотном растворе хорошо растворяется аммиак, а в щелочном - углекислый газ и сероводород. От капельной влаги очищенный воздух освобождается на сепараторах и поступает в электрокалорифер, его относительная влажность доводится до 68-70 %, и далее подается в технологические зоны станков с животными.

Испытания оросительной камеры АСКВ показали, что вынос влаги в виде мелких капель из камеры не наблюдается, вся влага удерживается сепараторами-каплеуловителями. В камеру поступал внутренний воздух с содержанием аммиака 22-27 мг/м3, а после его очистки в камере содержание аммиака в потоке воздуха уменьшилось до 0,3-0,7 мг/м3 при производительности АСКВ по воздуху 6000 м3/ч.

Влажность воздуха в животноводческом помещении регулируется посредством конденсации воды из воздуха фермы на наружной поверхности всасывающего треугольного воздуховода-конденсатора, у которого температура наружной поверхности всегда поддерживается автоматически до значения ниже температуры точки росы внутреннего воздуха. Под воздуховодом смонтирован V-образный козырек, куда стекает капельная конденсационная влага по наружной поверхности воздуховода, а затем отводится в канализацию.

Использование автоматизированной системы кондиционирования воздуха позволяет перейти на замкнутый энергетический цикл вторичного использования теплоты животноводческого помещения с экономией до 80-90 % энергии низкопотенциального энергоносителя, выбрасываемого загрязненным воздухом, и на 80-90 % сократить потребление энергии на создание нормативного микроклимата.

При использовании данной системы наряду с обеспечением в животноводческих помещениях нормативного микроклимата было достигнуто также увеличение привеса телят от 480 до 680 г в сутки, их сохранности - до 99 % при общей экономии энергозатрат 45-50 %.

Учеными Великолукской ГСХА создана и другая система кондиционирования воздуха животноводческих помещений на основе аэрогидродинамического кондиционера, работающего по принципу барботации загрязненного воздуха. В ходе его сравнительных испытаний с кондиционером, работающим по принципу разбрызгивания воды через форсунки, установлено, что при одинаковых параметрах воздуха на входе и воздухопроизводительности вентиляторов энергозатраты, связанные с обработкой воздуха в камере орошения, уменьшились на 26 %, при этом степень очистки воздуха от аммиака составляла 76-78 %, от углекислого газа - 62-64 %, от пыли - 100 %. Кроме того, кондиционер стоит на 21 % меньше, а при выполнении технологического процесса - выше его надежность, так как он более прост по конструкции, что упрощает ремонт и техническое обслуживание.

Инвентаризация животноводческих ферм показала, что более половины имеющихся в стране ферм - это помещения сравнительно небольшого объема, в которых может быть успешно применена естественная вентиляция, не требующая на обеспечение и поддержание микроклимата затрат энергоресурсов.

Естественную вентиляцию, как показал зарубежный и отечественный опыт, наиболее целесообразно использовать, прежде всего, в помещениях для содержания крупного рогатого скота, не оборудованных системой регуляции температурного режима. Использование неотапливаемых животноводческих помещений в этом случае обусловлено тем, что организм крупного рогатого скота способен приспосабливаться к холодным условиям и большим перепадам температур, сохраняя температуру тела в определенных пределах. Так, нижняя критическая температура для нетелей массой 100 кг составляет -14°С (при скорости движения воздуха 0,2 м/с), бычков на откорме массой 250 кг - -32°С, молочных коров массой 500 кг - -26°С.

За рубежом «холодные» животноводческие помещения строят полностью закрытыми или с открытой передней стеной. В коровниках закрытого типа все стены целиком закрыты, имеются лишь отверстия под свесом крыши и сплошная щель вдоль ее гребня. Насыщенный влагой воздух по мере нагревания расширяется и поднимается вверх. Вытяжка его происходит через щель, проходящую вдоль гребня крыши. Свежий воздух поступает в помещение через вентиляционные отверстия, расположенные под свесом крыши. Животные защищены, главным образом, от сквозняков, дождя и снега. При теплой погоде коровник такой конструкции защищает животных от солнечных лучей. Интенсивное проветривание помещения в жаркое время года обеспечивается также за счет откидных или съемных панелей боковых стен. Для беспрепятственного пропуска воздуха щель вдоль гребня или конька крыши должна иметь размеры, определяемые следующим соотношением: на каждые 3 м ширины здания должно приходиться 5 см ширины щели.

Подобные проекты с щелевой естественной вентиляцией разработаны и в нашей стране. Однако ошибки в проектировании приводят к нарушению оптимального воздухообмена, а в переходное время года естественная вентиляция прекращает работать. Это еще раз свидетельствует о том, что необходимо тщательно и правильно проектировать системы естественной вентиляции и не допускать отклонений от проекта при монтаже.

Коровники с открытой передней стеной располагают этой стеной на юг, т.е. в ту сторону, с которой не дуют преобладающие зимние ветра. Задняя стена должна иметь большие фрамуги или стенные панели должны быть съемными, чтобы можно было хорошо проветривать помещение в жаркую погоду. Вдоль гребня крыши помещения должна проходить сплошная щель, а вдоль задней стены под свесом крыши - сплошное отверстие для вентиляции в зимний период. Для защиты от сквозняков постройки с открытой передней стеной оснащают ветрозащитными заграждениями, тамбурами или внутренними сплошными перегородками. За рубежом при экстремальных погодных условиях часто открытую часть передней стены закрывают сеткой из синтетических материалов, что также предохраняет животных от сквозняков.

Холодные животноводческие помещения для содержания крупного рогатого скота рекомендуется использовать в зонах с теплым климатом. В районах же с суровыми зимами необходимо строить животноводческие помещения, ограждающие конструкции которых имеют высокие физико-химические свойства. Применяемые в настоящее время типы ограждающих конструкций имеют достаточно высокие теплозащитные качества. Так, для коровников коэффициент термического сопротивления стен в зависимости от параметров наружного и внутреннего воздуха составляет 1,1-1,3 м2·ч·°С/ккал. Однако для сохранения тепла в животноводческих помещениях с естественной вентиляцией без дополнительного подогрева приточного воздуха ограждающие конструкции должны иметь более высокие физико-химические характеристики. Коэффициент термического сопротивления должен находиться в пределах для стен 1,5-2,5, дверей и ворот - 1-1,5, окон - 0,5-0,8 м2·ч·°С/ккал. Таких показателей можно добиться, используя местные строительные материалы (дерево, саман, камышит, ракушечник, природный камень, пустотелый кирпич и др.), утепляя чердаки, полы и отказавшись от уборки навоза гидросмывом. Площадь окон должна быть минимальной, остекление их в зависимости от климатических условий - двойное или тройное с расстоянием между стеклами 100-150 мм.

В нашей стране разработано достаточное количество проектов естественной вентиляции для капитальных животноводческих помещений. Однако ряд имеющихся у них недостатков, основным из которых является отсутствие постоянно функционирующих в любое время года ветровых побудителей тяги - дефлекторов, обусловили ненадежную работу естественной вентиляции и, как следствие, отрицательное отношение к ней специалистов.

Этих недостатков лишена естественная вентиляция, разработанная В.В. Шведовым на основе результатов многолетних исследований. Для надежной работы естественной вентиляции внутренние поверхности воздуховодов, проемов и внешняя сторона приточного дефлектора должны обладать минимальным внутренним аэродинамическим сопротивлением, а внешняя сторона вытяжных дефлекторов - максимальным. С учетом этого разработан стационарный рассекательный дефлектор (рис. 3). Его отличительная особенность - кожух новой конструкции, в средней части которого имеются горизонтальное ребро, выгнутое по концам, и вертикально установленные полые ребра в виде углов. Конструкция имеет квадратное сечение.

Рис. 3 Схема вытяжного устройства:

1 -рассекательный дефлектор;2 - шахта-воздуховод; 3 -рама опорная; 4 - утепление перекрытия; 5 -рама крышки; 6 - крыша; 7 - выходное устройство; 8 - перекрытие; 9 - болт крепежный; 10 - кровля коньковая; 11 - прослойка воздушная; 12 - крепление дефлектора к шахте-воздуховоду

Атмосферный воздух поступает через дефлектор (рис. 4), который использует ветровое давление: воздушный поток стекает вниз по наклонной поверхности рассекательного чечевицеобразного колпака и поворачивает качающуюся пластину, после этого воздух нагнетается в воздуховод. Чтобы не появилась эжекция, на поверхности диффузора к его наружной стороне крепятся уголок и пластина.

Рис. 4 Схема приточного дефлектора:

1 - фланец; 2 - диффузор;3 - полоса (пластина); 4 -уголок; 5 - пластина качающаяся; 6 - ось; 7 - колпак рассекательный; 8 - крепежная лапка

При правильном расчете естественная вентиляция с применением дефлекторов обеспечивает без затрат электроэнергии нормальный воздухообмен и во все периоды года создает хороший микроклимат даже при малых скоростях ветра. Она надежна, дешева, бесшумна и не требует высокой квалификации обслуживающего персонала.

Новая система естественной вентиляции была установлена в коровнике на 550 голов колхоза им. Горького Ленинского района Московской области. Вытяжные устройства с минимальным внутренним аэродинамическим сопротивлением расположены на покрытии здания с расчетом на оптимальное обтекание дефлекторов воздушным потоком. Воздуховоды-шахты и детали регулировки расположены на уровне потолка основного здания и светового фонаря. Атмосферный воздух в животноводческое помещение в зависимости от времени года поступает через окна, двери, ворота и неотапливаемые приточные камеры. Последние играют роль буферных помещений между атмосферой и внутренней частью коровника.

Анализ результатов исследований параметров микроклимата в коровнике (табл. 12) показал, что температура воздуха в помещении в холодный период года при температуре атмосферного воздуха -20 и -43°С равнялась соответственно 11 и 9,5°С. Это свидетельствует о том, что в холодный период года при надлежащей работе системы естественной вентиляции приточный воздух прогревать не надо.

12. Параметры микроклимата в коровнике, оборудованном новой системой естественной вентиляции

Показатели атмосферного воздуха

Микроклимат в помещении

температура, °С

влажность, %

скорость ветра, м/с

атмосферное давление, мм рт. ст.

уровень замера от пола, м

температура, ºС

влажность, %

содержание аммиака, мг/м3

содержание углекислоты, об. %

объем воздуха на 1ц живой массы, м3

-43

80

2

747

4

12

80

22

0,18

3,8

3

10,5

83

16

0,18

1,5

9,5

85

10

0,1

0,5

8,5

87

8

0,08

-0,3

7

90

18

0,09

-20

78

2,5

725

4

13,5

80

28

0,24

5,9

3

12

85

25

0,23

1,5

11

83

14

0,2

0,5

10

82

10

0,22

-0,3

8

93

26

0,18

0

100

1

763

4

11

83

14

0,2

7,2

3

10

89

12

0,17

1,5

8,5

81

13

0,14

0,5

8

87

14

0,1

-0,3

7

100

24

0,28

+20

69

1,8

748

4

25

70

22

0,23

8,9

3

23,5

72

20

0,2

1,5

22,5

74

17

0,18

0,5

21,5

78

15

0,17

-0,3

20

82

36

0,35

+33

31

3

748

4

29

80

9

0,15

50

3

29

73

13

0,18

1,5

29

63

10

0,2

0,5

27

57

15

0,19

-0,3

25

59

65

0,45

Заслуживает внимания и возможность использования температурно-компенсаторных систем для обеспечения требуемого микроклимата в животноводческих помещениях, работа которых основана на использовании тепла земли для подогрева в зимнее время приточного воздуха, а в летнее - для охлаждения (т. е. компенсации либо тепла, либо холода). Существует несколько технологических схем температурно-компенсаторных систем, наиболее предпочтительной из которых И.И. Тесленко (III) считает использование в качестве компенсатора объемного подпольного навозохранилища (рис. 5).

Система обеспечения микроклимата такой конструкции работает следующим образом. Нетрадиционный источник тепла - земля отдает тепло во внутреннее пространство навозохранилища, где уже имеется навоз. Сразу же после дефекации навоз имеет температуру тела животного. Попадая в навозную массу, тепло аккумулируется, так как навозная масса покрыта коркой, которая, кроме того, предотвращает выделение вредных газов.

Зимой холодный воздух из внешней среды по заборным каналам без побуждения механизмами поступает вначале в верхнюю часть подпольного навозохранилища, а затем как более тяжелый опускается в нижнюю часть хранилища. Здесь происходит теплообмен между теплой навозной массой и холодным воздухом с образованием конденсата, который выпадает на поверхность навоза. Подогретый до температуры подполья приточный воздух вытесняется новыми потоками холодного воздуха в верхнюю часть хранилища и через щелевой пол равномерно поступает в зону размещения животных. Проходя через наиболее загрязненную часть помещения (технологические проходы и щелевой пол), чистый воздух широким фронтом контактирует с остатками навоза, в результате окисляется его поверхность, что снижает степень разложения и выделений вредных летучих примесей. Летучая часть этих выделений легко поглощается поступающей массой воздуха, рассредоточивается в ней, теряет свою удельную степень концентрации и агрессивность воздействия на животных, обслуживающий персонал, машины, оборудование и элементы конструкции здания.

Попав в зону содержания животных, приточный воздух, получивший тепло от земли, аккумулирует биологическое тепло животных, тем самым обеспечивая положительный тепловой баланс в животноводческом помещении. Поднимаясь в верхнюю зону внутреннего пространства помещения, уже отработанный воздух удаляется из здания через вытяжные устройства без применения искусственного источника побуждения.

Рис. 5. Технологическая схема температурно-компенсационной системы обеспечения микроклимата с подпольным навозохранилищем:

1 - воздухозаборные каналы; 2 - жалюзийные короба; 3 - воздуховоды; 4 - подпольное навозохранилище; 5 - конденсат; 6 - тепловые потоки от земли; 7 - поверхность навозной массы в навозохранилище; 8 - поток приточного холодного воздуха; 9 - щелевой пол животноводческого помещения; 10 - летучая составляющая выделений из остатков навоза на щелевом полу; 11 - внутреннее пространство животноводческого помещения; 12 - вытяжные устройства; 13 - воздухораспределители; 14 - отверстия в воздухораспределителях

Предлагаемая система обеспечения микроклимата с использованием температурного компенсатора в виде подпольного навозохранилища обеспечивает без затрат энергоресурсов поддержание стабильной температуры воздуха в холодное время года в зоне размещения коров от +5 до +12°С.

При работе системы микроклимата по поддержанию заданного температурно-влажностного режима в помещении значительное количество тепловой энергии расходуется на нагрев инфильтрирующегося воздуха, поступающего в помещение через щели ворот, дверных и оконных проемов.

Однако, кроме этих путей проникновения инфильтрата в помещения животноводческих ферм, холодный воздух проникает через открытые ворота, открытие которых обусловливается различными технологическими аспектами (например, въезд и выезд мобильных кормораздатчиков и т. д.). Такая ежедневная достаточно длительная по времени операция сопровождается поступлением в помещение большого количества холодного наружного воздуха, что вызывает резкое падение температуры внутреннего воздуха, особенно вблизи ворот. Поэтому 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. Одно из таких мероприятий - создание тамбуров и воздушно-тепловых завес в открытом проеме ворот. Воздушная завеса - 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.

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, и, 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: не понижается температура воздуха в районе ворот в момент прохождения транспорта. Предварительные аналитические расчеты, выполненные специалистами ГНУ ВИЭСХ, показали, что применение воздушно-тепловых завес уменьшает расход тепловой энергии на поддержание оптимального микроклимата на 10-15 %. Кроме того, снижается риск возникновения простудных заболеваний у животных, находящихся вблизи ворот.

Таким образом, в настоящее время разработаны различные энергосберегающие методы и оборудование, средства для их реализации при обеспечении оптимального микроклимата на фермах крупного рогатого скота. Часть этого оборудования требует совершенствования и проверки эффективности использования в практических условиях. Другое оборудование, которое успешно прошло проверку в производственных условиях, необходимо активно внедрять на фермах, наладив его серийное производство.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ЭКОНОМИЮ ЭНЕРГИИ ПРИ СОЗДАНИИ МИКРОКЛИМАТА НА СВИНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМАХ

Для промышленного производства свинины в условиях ферм и комплексов характерна повышенная концентрация поголовья в производственных помещениях, в результате этого в воздушной среде резко увеличиваются содержание продуктов обмена веществ организма животных (вредных газов, водяных паров), пылевая и бактериальная загрязненность воздуха, что в итоге отрицательно влияет на физиологическое состояние и продуктивность животных.

Создать оптимальный микроклимат в помещениях для содержания свиней можно только при условии применения рациональных отопительно-вентиляционных систем на базе высокоэффективных технических средств. Вместе с тем известно, что обеспечение требуемого микроклимата является одним из наиболее энергоемких технологических процессов наряду с приготовлением и раздачей кормов, уборкой и подготовкой навоза к использованию (табл. 13).

13. Удельный вес технологических процессов в совокупных затратах топливно-энергетических ресурсов, %

Процессы

Потребление свинофермами и комплексами

электроэнергии

топлива

Теплоснабжение и обеспечение микроклимата

40-65

60-90

Приготовление и раздача кормов

12-28

5-35

Уборка и подготовка навоза к использованию

8-15

2-3

В условиях постоянно растущих цен на энергоносители поиск путей энергосбережения является первоочередной задачей, решение которой позволит обеспечить максимальную продуктивность животных при минимальных затратах топливно-энергетических ресурсов.

По результатам исследований, проведенных специалистами ВНИИМЖ, расход энергоресурсов при производстве свинины на фермах и комплексах можно уменьшить за счет утилизации вентиляционных выбросов, совершенствования системы микроклимата, улучшения объемно-планировочных решений, автоматизации контроля режимов работы оборудования и освещения, а также совершенствования технологий содержания и кормления, при этом объем экономии составит 0,94 млрд кВт-ч электроэнергии и 0, 82 млн т у.т. (табл. 14).

14. Основные направления и объемы энергосбережения в свиноводстве

Основные направления энергосбережения

Объем экономии энергоресурсов

электроэнергия, млрд кВт·ч

топливо, млн т у.т.

Совершенствование технологий содержания и кормления

0,43

0,72

Утилизация биологического тепла животных, вентиляционных выбросов, совершенствование системы микроклимата

0,23

0,10

Улучшение объемно-планировочных решений

0,18

-

Автоматизация контроля режимов работы оборудования и освещения

0,1

-

Процесс создания микроклимата предполагает осуществление операций воздухообмена, нагрева, охлаждения воздуха, УФ-облучения, ИК-обогрева животных (табл. 15).

15. Условия применения и технологические требования к технологическим операциям процесса создания микроклимата

Операция

Условия применения

Технологические требования

Воздухообмен

В помещениях для содержания различных половозрастных групп свиней в течение полного технологического цикла

Обеспечение активного вентилирования в зонах размещения животных со скоростью движения воздуха от 0,15 до 1 м/с

Нагрев воздуха

В холодный период года для различных половозрастных групп свиней

Поддержание нормированного температурного режима в зоне размещения животных в зависимости от возраста:

для взрослого поголовья свиней до 10°С;

для молодняка свиней до 20°С

Охлаждение воздуха

В помещениях для содержания молодняка свиней

Поддержание нормированного температурного режима в жаркий период года в зоне размещения поросят-отъемышей и ремонтного молодняка 22°С

УФ-облучение

В помещениях для содержания различных половозрастных групп свиней в течение полного цикла

Компенсация УФ-недостаточности, обеспечивающая биологическую активность животных

ИК-обогрев .

В помещениях для содержания молодняка

Поддержание нормированного температурного режима в зоне размещения молодняка:

для поросят до 30 суток

23°С;

для поросят до 60 суток

21°С

В условиях свиноводческих предприятий в помещениях для содержания животных применяется естественная или принудительная вентиляция.

Принцип естественной вентиляции заключается в том, что воздух подается в помещение и удаляется из него по специально устроенным каналам за счет разницы давлений снаружи и внутри здания. С точки зрения энергозатратности данная вентиляция является самой экономной, однако ее эффективность зависит от разности температур внутри и вне помещения, которая должна быть не менее 8-10°С. При меньшей разнице температур движение воздуха резко сокращается и даже прекращается. Поэтому естественная вентиляция малоэффективна при высоких внешних температурах воздуха в переходные и летние периоды года, при ней температура и влажность воздуха в помещении находятся в прямой зависимости от состояния внешней среды.

Наибольшее распространение получили системы принудительной вентиляции, которые не зависят от метеорологических условий и позволяют автоматизировать процесс создания микроклимата в помещении. Системы принудительной вентиляции делятся на вытяжные или отрицательного давления, приточные (нагнетательные) или положительного давления и комбинированные. Технически они реализуются в установках трех типов: приточно-вытяжных, приточно-отопительных и вытяжных для удаления воздуха из навозных каналов.

Приточно-вытяжные установки с механическим побуждением имеют осевой вентилятор в вытяжной шахте, которая представляет собой теплоизоляционную металлическую трубу, защищенную сверху колпаком и утепленным клапаном с механическим приводом. Как правило, они используются в сочетании с приточно-отопительными установками, в которых воздух подогревается с помощью калориферов, теплогенераторов и других аналогичных по назначению устройств. Приточно-отопительные установки в зависимости от исполнения имеют один или два центробежных вентилятора. В последнем варианте один из вентиляторов устанавливается параллельно калориферу.

Применяемый способ удаления навоза из свинарников оказывает влияние на их микроклимат. При использовании щелевых полов устраивают принудительную вентиляцию из навозосборных каналов. Установка для удаления воздуха из навозных каналов состоит из всасывающего воздуховода с насадками и регулировочными шайбами, нагнетательного воздуховода и электровентилятора.

В системах вентиляции используются как отдельные технические средства, так и специальные комплекты оборудования. К отдельным техническим средствам относятся теплогенераторы, вентиляторы и тепловентиляторы, электрокалориферы, газовые горелки. В системах микроклимата свинарников могут использоваться комплекты оборудования типа «Климат».

В сложившихся экономических условиях произошло резкое сокращение номенклатуры выпускаемого оборудования (часть предприятий-изготовителей осталась за пределами России), Вместе с тем выпускаемое оборудование по номенклатуре и качественным параметрам не удовлетворяет возросшие требования по созданию оптимального микроклимата, особенно в части автоматизации регулирования, экономного использования энергоресурсов и охраны окружающей среды.

Анализ теплопотерь из свиноводческих помещений показал, что установленная мощность оборудования систем микроклимата и энергоемкость его создания зависят от параметров наружного воздуха и воздуха внутри помещений, степени теплозащиты зданий, воздухообмена и других факторов. Поэтому основными мероприятиями по уменьшению энергопотребления являются такие, как сокращение энергозатрат на вентиляцию и подогрев приточного воздуха в сочетании с рационализацией объемно-планировочных решений.

Существуют различные способы построения энергосберегающих систем микроклимата, основанные в основном на сокращении теплопотерь с вентиляционными выбросами и через ограждающие конструкции, а также на использовании нетрадиционной энергетики.

Наиболее эффективным техническим решением проблемы сокращения энергозатрат на вентиляцию является утилизация теплоты воздуха, удаляемого из животноводческих помещений. В существующих системах обеспечения оптимального микроклимата не предусматривается полная утилизация теплоты, в результате более 70 % ее удаляется с вентиляционным воздухом.

Ранее проводимые работы по созданию теплоутилизаторов различных типов (регенеративных, рекуперативных, на базе тепловых насосов, тепловых труб) позволили сделать вывод о том, что для свиноводства наиболее приемлемыми являются теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем, поскольку их можно было комплектовать из серийно выпускавшихся водяных калориферов, вентиляторов, насосов и арматуры.

Основными узлами данного вида утилизаторов являлись калориферы охлаждения и подогрева воздуха, циркуляционный насос промежуточного теплоносителя, вытяжной и приточный вентиляторы, рециркуляционный и обводной каналы с воздушными клапанами. Удаляемый воздух, проходя через калорифер подогрева, охлаждается, подогревая промежуточный теплоноситель, и вытяжным вентилятором выбрасывается в атмосферу, а холодный наружный воздух, проходя через калорифер охлаждения, подогревается и приточным вентилятором подается в помещение. При низкой наружной температуре конденсат удаляемого воздуха намерзал на поверхности калорифера подогрева. Для предотвращения этого использовались различные способы: пропуск части холодного воздуха без подогрева по обводному каналу, увеличение расхода промежуточного теплоносителя или предварительный подогрев холодного воздуха, применение частичной рециркуляции воздуха или теплоносителя.

Разработанная ОАО «ВНИИКОМЖ» система вентиляции с утилизацией теплоты включает в себя модульные установки (ТВУ-12 или ТУ-1М), которые обеспечивают регулируемую подачу приточного и удаление отработанного воздуха, утилизацию теплоты вентиляционных выбросов, регулируемый дополнительный нагрев приточного воздуха за счет водяного или электрокалорифера. Для воздухообмена в переходный и летний периоды используются дополнительные осевые вентиляторы.

Расчеты данных систем проводились для свинарников на 100-800 голов. В результате использования утилизаторов тепла установленная тепловая мощность электрокалориферного подогрева в 2 раза и более меньше по сравнению с системой по типовому проекту, что привело к изменению годовой экономии тепловой энергии от 30 до 75 %. Плавное регулирование воздухоподачи обеспечило годовую экономию тепловой энергии от 15 до 44 %. В проектах принята система утилизации децентрализованного типа с раздачей воздуха с помощью веерных воздухораспределителей, что позволило не только снизить установленную мощность электродвигателей на привод вентиляторов, но и получить годовую экономию электроэнергии более 50 %.

Применение теплообменных аппаратов в системах вентиляции имеет не только преимущества, но и недостатки: высокая материалоемкость, большие затраты энергии на прокачку теплоносителей - воздушных потоков через теплообменник, некачественное воздухораспределение в помещениях, отсутствие необходимых вентиляционных камер. При их эксплуатации возникают проблемы в случае больших воздухообменов и низком температурном потенциале (10-16°С), требуется защита теплообменных поверхностей от загрязнения.

Недостатками существующих систем с утилизацией теплоты для животноводческих помещений с высокой влажностью внутреннего воздуха являются обмерзание теплообменной поверхности и потеря работоспособности при наружных температурах ниже -10°С, т.е. при перепаде температур больше чем 20-25°С и при соотношении воздушных потоков 1:1. Поэтому для эффективной работы упомянутых утилизаторов необходимо определять в каждом конкретном случае нижний порог внешней температуры и разницу температур удаляемого и приточного воздуха. Созданные экспериментальные установки РПВУ-9, «Эковент-Ех», ТСН-3, ТУТ-3,5, ТУВ-7,5 имели относительно низкие экономическую эффективность и коэффициенты утилизации, высокие металлоемкость и стоимость.

Новая тенденция - применение децентрализованных систем микроклимата с утилизацией теплоты - реализована в комплектах оборудования «Агровент-С». Преимущества этого комплекта перед другими заключаются в отсутствии воздуховодов (оборудование монтируется в оконных проемах или на стенах), модульности конструкции и автономности работы (каждая установка обслуживает определенную зону помещения и при необходимости может быть отключена).

Комплект «Агровент-С» предназначен для помещений с изменяющимися внутренними тепловлаговыделениями. Основу модуля составляет теплообменник в виде вращающегося барабана из алюминиевых труб. Внутри них проходит приточный воздух, а в межтрубном пространстве - вытяжной. Комплект имеет восемь модификаций (К-Н-00 - К-Н-07) с подачей воздуха 4/10-16/41 тыс. м3/ч в отопительный период и 14-56 тыс. м3/ч - в переходный. Тепловая мощность 64-456 кВт, температурный коэффициент эффективности до 0,6, масса 1456-5824 кг.

Параллельно с разработкой систем утилизационного оборудования ведутся работы по усовершенствованию систем вентиляции. Так, в Мордовском государственном университете разработали систему вентиляции, совмещенную с отоплением, с применением эжекторного воздухораспределителя (рис. 6). Отличительная особенность этой системы заключается в том, что переходный период года рассматривается как отрезок времени от минимально допустимой наружной температуры (определяется расчетом) до максимальной, регламентированной нормами. Вентилятор для подачи приточного воздуха подбирается из условия требуемого воздухообмена для зимнего периода. Возникающий дефицит приточного воздуха по мере повышения температуры наружного воздуха восполняется с помощью дроссельного клапана эжекторного воздухораспределителя. При этом особенно важно, что используется тепло, выделяемое животными, так как система по способу организации воздухообмена в помещении исключает возможность подачи приточного воздуха непосредственно в рабочую зону. В этом случае приточный воздух ассимилирует избыточную температуру, которая образуется, как правило, в верхней зоне помещения и поступает в рабочую зону с расчетной температурой.

Внедрение данной системы в свинарнике-откормочнике на 700 голов в с. Ардатово Дубенского района Мордовии позволило за счет использования нетрадиционного источника тепловой энергии (тепловыделений животных) сократить продолжительность отопительного сезона на два месяца. Экономическая эффективность (в ценах IV квартала 2000 г.) составила 157,9 тыс. руб., в том числе по строительно-монтажным работам и годовым эксплуатационным затратам - 122,2 тыс. руб., за счет повышения продуктивности животных - 35,7 тыс. руб. Результаты натурных исследований параметров микроклимата через два года эксплуатации свинарника показали, что температурно-влажностные характеристики, а также газовый состав воздуха находятся в пределах нормы.

Рис. 6. Схема вентиляции животноводческого помещения сосредоточенными струями с применением эжекторного воздухораспределителя:

а - в плане; б - аксонометрия; 1 - эжекторный воздухораспределитель; 2 - центробежный вентилятор

На отечественных свиноводческих предприятиях проводится активная работа по реконструкции, в том числе систем микроклимата, с широким применением зарубежного оборудования. При этом отмечается значительная экономия энергоресурсов.

Отличительной особенностью систем микроклимата, предлагаемых зарубежными фирмами, является иной принцип формирования воздушной среды в помещении. Если на российских свиноводческих фермах и комплексах широкое распространение имели приточные (нагнетательные) системы вентиляции, то за рубежом в основном применяются вытяжные вентиляционные системы, с помощью которых в помещении создается пониженное давление и свежий наружный воздух поступает извне через различные конструкции: каналы, клапаны, приточные шахты или перфорированный потолок. Получают распространение и системы равного давления, однако их недостатком является высокая стоимость.

Основными элементами вентиляционных систем, предлагаемых в настоящее время на российском рынке зарубежными фирмами («Big Dutchman» (Германия), «VDL Agrotech» (Голландия), «SKOV» (Дания)) для свиноводческих помещений, являются вытяжные шахты, приточные шахты и приточные клапаны. Они дополняются системой отопления, основными элементами которой являются алюминиевые дельта-трубки или газовые конвективные теплогенераторы. Данные системы вентиляции позволяют сократить расход электроэнергии на 30-50 %.

Рассмотрим работу вентиляционного и отопительного оборудования на примере проектов зарубежных фирм, реализованных в ряде российских предприятий.

Фирма «Big Dutchman» рекомендует для реконструируемых предприятий систему вентиляции без применения воздуходувных установок. Воздух в помещение попадает через определенные отверстия (приточные системы). Узловой момент системы - трапециевидное перекрытие из пластин (6×1,05м) для приточного воздуха. Пластины выполнены из стеклопластика, поэтому не подвержены коррозии. Перекрытие включает в себя два слоя стекловолокна и крепится с помощью винтовых соединений.

Воздух удаляется из помещений через вытяжной камин CL-600, высокая производительность которого сочетается с низким потреблением электроэнергии. В нем предусмотрена возможность аварийной вентиляции с помощью потока воздуха, обусловленного неравномерностью нагрева поверхности.

Важным энергосберегающим фактором является работа вытяжных вентиляторов по принципу «Мультистеп». Он основан на сочетании вентиляторов с регулируемой скоростью вращения и вентиляторов, работающих при полной нагрузке.

При выборе системы отопления руководствуются принципом экономии ресурсов. Так, водяное отопление максимально эффективно в зонах с холодным климатом. Поступающий свежий воздух равномерно распределяется в помещении, а бесступенчато управляемыми воздухосмесителями микроклимат регулируется без специального технического обслуживания. Однако существенный недостаток системы водяного отопления - высокая стоимость, вызванная необходимостью централизованного подогрева воды и прокладки труб.

Альтернатива водяного отопления - применение газовых генераторов, которые автономно вырабатывают тепловую энергию. Газовые генераторы значительно экономичнее других систем отопления, но следует учитывать, что из-за открытого способа сгорания в помещении образуется углекислый газ. Величина его предельной концентрации составляет 5,5 г/кг воздуха, и для удаления его требуется более интенсивная вентиляция.

В здании для подсосных свиноматок очень важно создать комбинацию системы вентиляции и отопления: нужно подать необходимое количество свежего воздуха и удалить загазованный воздух из помещения при низкой скорости его движения. Также важно на высоте 1 м от пола обеспечить нормативную концентрацию углекислоты, аммиака и сероводорода.

Специалистами белорусского проектно-консультационного бюро «Неофорс» в свинарниках-маточниках предлагается применять систему вентиляции равного давления (рис. 7). Приток воздуха осуществляется с помощью приточной шахты DA 40, оснащенной вентиляторами, вытяжка воздуха обеспечивается за счет работы вытяжной шахты DA 600. Воздух, поступая через шахту DA 40, не падает сплошным потоком на животных, а через направляющие пластины равномерно распределяется по всей площади секции, постепенно оседая и смешиваясь с теплым воздухом помещения. Для улучшения смешивания слоев воздуха в приточной шахте DA 40 установлен подмешивающий вентилятор.

Отопление осуществляется посредством алюминиевых дельта-трубок с горячей водой заданной температуры и теплых поликов. Дельта-трубки располагаются над станками в несколько рядов, образуя замкнутый контур в каждой секции. Вода поступает по трубам вдоль здания и подводится к каждой секции, которые работают независимо друг от друга. Поступивший смешанный воздух, оседая, проходит через ряды дельта-трубок, подогревается до определенной температуры и поступает в зону обитания животных. Уникальность данной системы отопления заключается в том, что она подключается к имеющейся центральной котельной или к автономным котлам малой производительности, которые устанавливаются в каждом здании.

Система микроклимата контролируется с помощью компьютера и датчиков. Предусмотрено устройство аварийного открывания, работающее автономно от аккумуляторных батарей (на случай перебоя в электроснабжении).

В помещениях для доращивания поросят специалистами бюро «Неофорс» разработан проект вентиляции, основанной на отрицательном давлении с применением перфорированного потолка. Забор воздуха осуществляется посредством управляемых форточек или приточных окон, закрытых ветрозащитным щитом. В секции потолок оборудуется на определенной высоте панелями с перфорацией. Над перфорацией укладывается утеплитель. Летом предусмотрено использование потолочных форточек DA 30S. Над проходом вдоль секций монтируются направляющие короба, которые служат для подачи воздуха. Поступая в чердачное помещение, воздух проходит через слой утеплителя и перфорированные отверстия и начинает постепенно оседать, одновременно смешиваясь с теплым воздухом и равномерно распределяясь по всей секции. Вытяжка воздуха происходит через вытяжную шахту DA 600, оборудованную вентиляторами. Вытяжные шахты работают в многошаговом режиме «Мультистеп», что позволяет значительно экономить электроэнергию.

Отопление может осуществляться с помощью алюминиевых дельта-трубок с горячей водой или инфракрасных обогревателей локального обогрева «Мираж» (при наличии газа) со специальной горелкой. Тепло, выделяемое в процессе горения, посредством отражателя создает зону локального обогрева. Инфракрасные обогреватели монтируются возле кормушек, что способствует увеличению интенсивности подхода животных к кормушкам. В зоне отдыха животных монтируются коврики, обогреваемые посредством электроэнергии или горячей воды. Контроль за работой всей системы осуществляет автоматика.

Использование в описанных системах приточной шахты DA 40 (см. рис. 7, табл. 16) позволяет не только добиваться оптимального распределения воздушного потока в помещении во время зимнего и переходного периодов, но и использовать тепло внутреннего воздуха на нагрев поступающего снаружи.

Шахта DA 40 применяется взамен приточных шахт пассивного действия, приток воздуха в которых регулируется заслонками. Она комплектуется вентилятором для притока воздуха и подмешивающим вентилятором. Последний предназначен для распределения воздушной струи в холодное время года по всей площади, когда вентиляция работает в минимальном режиме. При малой подаче воздуха из-за большой разницы температуры холодный поток может резко опускаться вниз на животных, что недопустимо. Поэтому в переходное время и в зимний период подключается подмешивающий вентилятор. Его производительность регулируется компьютером в обратной зависимости от количества подаваемого воздуха в помещение.

Рис. 7. Устройство приточной шахты DA-40:

1 - колпак; 2 защитная сетка; 3 - крышный лист; 4 -утеплитель в чердачном помещении; 5 - заслонка; 6 - потолок; 7 - вентилятор; 8 - направляющие пластины; 9 - подмешивающий вентилятор

16. Техническая характеристика шахт DA-40

Показатели

Без вентилятора

DA-40A-1

DA-40A-2

DA-40A-2

Подмешивающий вентилятор

 

Максимальная производительность при давлении, м3/ч:

 

 

 

 

 

 

0

-

7910

6425

6425

1950

 

10

2400

8100

6700

6700

 

 

20

3500

8300

7000

7000

 

 

30

4300

8500

7300

7300

 

 

40

5000

8660

7600

7600

 

 

Установленная мощность, Вт

-

660

380

365

232

 

Регулировка количества воздуха, поступающего в помещение, осуществляется поворотной заслонкой. Угол поворота заслонки определяет компьютер по программе датской компании «Skov». Поворот заслонки на определенный угол выполняет серводвигатель. Возможен вариант работы вентилятора в аналоговом режиме, когда скорость его вращения изменяется в зависимости от потребности помещения в воздухе. В случае установки в помещении нескольких приточных шахт управление поворотом заслонок, как правило, осуществляется лебедкой посредством полиспаста.

По периметру распределительного диффузора расположены заслонки, формирующие направление потока в соответствии с конфигурацией помещения, временем года и другими условиями. Например, если вентилируемое помещение имеет форму прямоугольника, то приток по большей стороне должен быть увеличен, что регулируется степенью открытия заслонок. В сильные морозы приточный поток надо направлять больше в сторону потолка, а в летнее время - наоборот.

Вся конструкция шахты монтируется к крышному листу, имеющему различные модификации, зависящие от угла наклона крыши и типа покрытия. Это исключает попадание воды в помещение.

Приточная шахта DA-40 размещается в центре вентилируемого пространства. Эффективность ее зависит от размеров вентилируемого прямоугольника. Наибольшая производительность достигается, когда меньшая сторона вентилируемого прямоугольного пространства равна 15 м. Высота потолка ограничивает возможность применения шахты. Струя от приточной шахты должна свободно распространяться не менее чем на 70 % расстояния от шахты до стены или до встречного потока. Распределение воздушного потока в помещении показано на рис. 8.

Рис. 8. Распределение воздушного потока в помещении доращивания отъемышей

При эксплуатации системы равного давления с применением приточных шахт в условиях России и Беларуси было установлено, что иногда внутренняя поверхность приточной шахты покрывается льдом. Это происходит из-за того, что сквозь неплотности в местах соединения колец теплый воздух из помещения засасывается внутрь приточной шахты, где из-за разницы температуры происходит конденсация воздушных паров с последующим замерзанием. Во избежание этого все стыки элементов шахты покрываются герметизирующей замазкой (силиконом). Причем важно изолировать даже те конструктивные элементы, которые предусматривают возможность доступа в шахту для ее обслуживания (например, распределительный диффузор). Кроме того, важно тщательно утеплить шахты во избежание конденсации влаги на наружной поверхности. Для этого применяют различные утеплители. Опыт показывает, что толщина утеплителя должна быть не менее 50 мм.

Приточная шахта DA 40 по принципу создания направленных воздушных потоков аналогична выпускавшимся в СССР установкам ПВУ-40 (рис. 9), которые обеспечивали не только приток, но и вытяжку воздуха.

Рис. 9. Схема работы установки ПВУ-4 в свинарнике:

1 - козырек-отражатель; 2 - наружная труба; 3 - внутренняя труба; 4 - смесительная заслонка; 5 - приточно-вытяжной вентилятор; 6 - трубчатый электронагреватель; 7 - сопло; 8 - приемно-раздаточная камера

Установки типа ПВУ в количестве, соответствующем согласно расчету тому или иному комплекту (табл. 17), монтируются по оси свинарника в кровле. Каждая из них создает в помещении направленные воздушные потоки, схематически показанные на рис. 9. В реконструируемых свинарниках монтаж таких установок имеет определенные преимущества, в том числе и то, что в них в одном агрегате объединены приточные и вытяжные вентиляторы, а также подогрев приточного воздуха.

Нижняя часть установки выполнена в виде приемно-раздаточной камеры. При работе вентилятора воздух из помещения через защитную решетку всасывается в приемную часть камеры и по внутренней трубе выбрасывается в атмосферу. Одновременно по кольцевому зазору между внутренней и наружной трубами поступает и при необходимости подогревается электронагревателями свежий воздух. Он выходит горизонтальными струями (веером) через сопла в помещение со скоростью 5-6 м/с и сообщает движение окружающему воздуху, смешивается со свежим и опускается вниз, теряя скорость, которая в зоне, занимаемой животными, уже не превышает зоотехническую норму.

17. Техническая характеристика модернизированных комплектов приточно-вытяжных установок типа ПВУ

Показатели

ПВУ-4М

ПВУ-6М

ПВУ-9М

с рециркуляцией

без рециркуляции

с рециркуляцией

без рециркуляции

Число установок в комплекте

6

6

6

6

6

Максимальная подача свежего воздуха, м3/ч:

 

 

 

 

 

одной установкой:

 

 

 

 

 

приток

5600

7500

7500

10500

10500

вытяжка

4500

6500

6650

9400

9400

комплектом:

 

 

 

 

 

приток

33600

45000

45000

63000

63000

вытяжка

27000

39000

40000

56400

56400

Подача свежего воздуха одной установкой в зимнем режиме (минимальная), м /ч

2800

2000

2500

2800

2800

Подача рециркуляционного воздуха одной установкой, м3

0-2800

0-1500

Отсутствует

0-2200

Отсутствует

Установленная мощность одной установки, кВт

16,3

17,5

17,5

22

22

Тепловая мощность электронагревательной установки, м3/ч-кВт

15

15

15

19,2

19,2

Число ступеней регулировки тепловой мощности

2

3

3

3

3

Отклонения от заданной температуры в зоне активного вентилирования, °С

±2

±2

±2

±2

±2

Масса одной установки, кг

225

330

330

500

500

Приточно-вытяжной, осевой с двумя рядами лопаток вентилятор работает с постоянной воздухопроизводительностью на притоке и на вытяжке. Поэтому обеспечивается постоянство общего расхода воздуха. Пропорциональное отношение в воздухообъеме свежего и внутреннего воздуха может меняться автоматически благодаря разному положению, занимаемому заслонками. По мере похолодания заслонки прикрываются, это уменьшает поступление свежего воздуха и к нему при постоянстве общего воздухорасхода подмешивается часть выбрасываемого воздуха, т.е. система начинает работать в режиме частичной рециркуляции. Перекрытие воздухопотока заслонками и рециркуляция возрастают, если электронагреватели не успевают прогревать наружный воздух, т.е. его поступление автоматически ограничивается. Наоборот, при высокой температуре наружного воздуха заслонки открываются полностью и подача в помещение свежего воздуха составляет 100 %. Если вентилятор остановлен, установка работает в режиме вытяжной шахты естественной вентиляции.

На стадии принятия конструктивного решения по выбору технических средств для создания микроклимата учитывают, что приточно-вытяжные установки ПВУ по сравнению с другими системами вентиляции имеют следующие основные преимущества: исключают необходимость устройства в помещении воздуховодов, так как обеспечивается равномерное распределение воздушного потока в радиальном направлении; позволяют избежать невентилируемых зон благодаря хорошему перемешиванию воздушных потоков; лучше удаляют избытки влаги вследствие постоянно создаваемой интенсивности потока воздуха в помещении; хорошо перемешивают внутренний воздух с поступающим в верхнюю зону помещения наружным, что способствует максимальному использованию выделяемой животными теплоты; исключают необходимость делать в стенках и крыше здания специальные приточные или вытяжные отверстия, так как в одной камере совмещают приток и вытяжку.

Способы и технические средства для локального обогрева.

При формировании микроклимата в свинарниках-маточниках требуемый температурно-влажностный режим неодинаков для свиноматок и поросят. Как правило, в этих помещениях используется зонный принцип, при котором в локальных зонах размещения молодняка животных создается необходимый уровень температуры и влажности.

Различают три основных способа обогрева: инфракрасный (радиационный, лучистый), контактный (кондуктивный) и комбинированный (одновременное сочетание первых двух). Правильное использование любого из перечисленных способов дает высокие результаты. Каждый из них имеет присущие ему характерные достоинства и недостатки. Основные характеристики способов локального обогрева приведены в табл. 18.

Во многих случаях предпочтение отдается комбинированному обогреву. В то же время недостаточный положительный эффект от инфракрасных облучателей без одновременного контактного подогрева можно частично восполнить применением утепленных полов (из шпунтованной резиновой плитки ПРШ-1) или соответствующих подстилочных материалов. В этом случае дополнительная «пассивная» теплоизоляция снизу предотвращает увеличение потерь тепла организма в пол почти так же, как и встречный тепловой поток от «активного» напольного (встроенного в пол) обогревателя. Утепленный пол в этом случае играет роль «пассивной» обогревательной панели.

Все описанные способы обогрева при правильном применении дают положительный эффект с точки зрения степени создаваемого ими теплового комфорта, при этом локальный обогрев является одним из эффективных способов энергосбережения.

Для обеспечения инфракрасного, контактного и комбинированного способов обогрева используют различные инфракрасные облучатели и облучающие установки, панели, коврики, маты, полы или участки пола, обогреваемые с помощью различных энергоносителей.

18. Характеристика способов локального обогрева

Способ

Основные достоинства

Основные недостатки

Тип оборудования

Общие рекомендации

Инфракрасный

Простота конструкций обогревателей, низкая энерго- и материалоемкость. Простота автоматизации режимов работы оборудования. Дополнительный биологический эффект от ИК-облучения

Раздражающее действие яркого светового потока при использовании ламповых облучателей. Возможное временное переохлаждение нижней поверхности тела животных. Сравнительно малый срок службы излучателей. Необходимость применения подстилки

«Светлые» и «темные» облучатели и установки, низкотемпературные излучатели панельного типа с развитой излучательной поверхностью

Основной и наиболее распространенный способ обогрева. Возможно применение в любых электрифицированных помещениях

Контактный

Высокая технологическая эффективность. Низкая энергоемкость (по сравнению с ИК-обогревом расход энергии на локальный обогрев можно уменьшить более чем вдвое). Возможность использования в ряде случаев «внепиковой» электроэнергии. Большой срок службы обогревателей. Возможен отказ от применения подстилки

Возможное переохлаждение верхней поверхности тела животных при взаимодействии с холодным воздухом. Необходимо использование понижающих трансформаторов. Повышенные требования к электробезопасности. Большая инерционность

Обогреваемые полы, участки и полосы пола, панели, ковры, маты, грелки для обогрева и обсушки

Применение возможно в любых помещениях. Использование целесообразно в строящихся и реконструируемых зданиях

Комбинированный

Наиболее эффективное воздействие на организм животных. Все основные преимущества ИК- и контактного обогрева. Возможность значительного снижения общего теплового фона в помещении вплоть до отказа в некоторых случаях от подогрева приточного воздуха

Высокие капитальные затраты. Повышенные требования к уровню эксплуатации. В некоторых случаях необходимость использования понижающих трансформаторов. Повышенные требования к электробезопасности

Одновременное использование средств ИК и контактного обогрева. Специальные комбинированные установки, комплекты и устройства

Высокоэффективный способ для любых электрифицированных помещений

Источники инфракрасного (ИК) обогрева обычно называют ИК-излучателями и делят на две группы: «светлые» и «темные». Из «светлых» ИК-излучателей наиболее распространены ламповые. По конструкции они аналогичны лампам накаливания. У ламповых ИК-излучателей до 70 % потребляемой энергии преобразуется в ИК-излучение. Для направления потока излучения в обогреваемую зону и формирования его в пространстве необходимым образом ИК-лампы имеют внутренний отражатель (часть колбы, прилегающая к цоколю, покрыта зеркальным слоем). Основные параметры ламповых ИК-излучателей приведены в табл. 19.

19. Техническая характеристика ламповых ИК-излучателей

Тип лампы

Цвет колбы

Мощность, Вт

Основные размеры, мм

Средний срок службы, ч

Тип цоколя

диаметр колбы

длина излучателя

ИКЗ-220-500

Прозрачный

500

180

267

6000

Е 40/45

ИКЗК-220-250

Красный/синий

250

130

185

6000

Е27/ 32×30

ИКЗ-220-500-1

Прозрачный

500

130

195

4000

Е27/ 32×30

ИКЗК-220-250-1

Синий

250

130

185

6500

Е27/ 32×30

Последние отечественные исследования и зарубежный опыт показали, что современные «темные» ИК-излучатели более надежны при ударных механических нагрузках и кратковременных перегрузках по напряжению. Из современных отечественных «темных» ИК-излучателей наибольший интерес представляют ЭИС-0,25-И1 и ЭИС-0,25-И2 (относятся к типу «Ирис»). Источником ИК-излучения в них служит керамическая плитка, в которую запрессована нагревательная (нихромовая) спираль. Выводы оформлены в виде лампового цоколя с резьбой Е27. Корпус и отражатель выполнены из алюминия. Температура излучающего элемента 750°С. Излучатель может быть использован самостоятельно или в арматуре, разработанной для ламп типа ИКЗК-220-250. Дополнительное достоинство этого излучателя - отсутствие в спектре его излучения видимого света, в связи с этим он не оказывает на животных слепящего воздействия. Основные технические данные электрообогревателей типа «Ирис» приведены в табл. 20.

20. Техническая характеристика электрообогревателей типа «Ирис»

Показатели

ЭИС-0,25-И1/ЭИС-0,25-И2

Номинальная мощность, Вт

250/230

Номинальное напряжение, В

220

Габаритные размеры, мм:

 

диаметр

178

высота

192

Другим распространенным видом «темных» излучателей являются трубчатые электронагреватели типа ТЭН. Они представляют собой тонкостенную металлическую трубку, внутри которой расположена нагреваемая электрическим током спираль из проволоки с высоким сопротивлением. В зависимости от размеров и сечения спирали температура наружной поверхности трубки может иметь значения в довольно широких пределах (400-750°С). ТЭНы можно изгибать, не опасаясь повреждения изоляции, поэтому излучатели могут иметь различную форму. Благодаря наличию металлической оболочки они по прочности превосходят все существующие ИК-излучатели, нечувствительны к внезапному охлаждению воздухом или к попаданию брызг. Работа спирали без доступа кислорода существенно увеличивает срок службы, так как не происходит окисления.

Основные технические данные облучателей, в которых используются описанные излучатели, приведены в табл. 21.

Положительное биологическое воздействие на животных оказывает совместное инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Для этих целей применяются специальные облучательные установки, позволяющие в автоматическом режиме осуществлять наиболее благоприятное воздействие на молодняк при рациональном энергетическом режиме.

Предназначенные для этого стационарные автоматические установки типов ИКУФ и «Луч» включают в себя по 40 облучателей и щит управления. Каждый облучатель содержит две лампы ИКЗК-220-250 и одну (расположенную между ними) эритемную ультрафиолетовую лампу типа ЛЭ 15 или эритемно-осветительную типа ЛЭ015.

21. Техническая характеристика облучателей с источниками ИК-излучений

Марка облучателя

Источник ИК-изл учения

Установленная мощность, Вт

Габаритные размеры, мм

Масса, кг

Количество

излучаемых элементов

ступеней мощности

ОРИ-1

ИКЗ-220-500

500

340×245

1,5

1

1

ОРИ-2

ПС-70/Е-1

375

340×245

2,0

1

1

 

1010-375

 

 

 

 

 

ССП01-25

ИКЗ-220-250

250

 

 

 

 

 

ИКЗК-220-250

250

 

 

 

 

 

ЭИС-0.25-И1

250

 

 

 

 

 

ЭИС-0.25-И2

250

250×390

1,4

1

1

ССП05-250

ИКЗК-220-250

ИКЗС-220-250

ИКЗС-220-250-1

ЭИС-0.25-И1

ЭИС-0.25-И2

250

230×310

0,9

1

 

Латв ИКО

КИ-220-1000

1000

400×250×220

2,5

1

1

ОЭИ-500

ИКЗК-220-250

500

470×250×400

4,0

2

1

ОВИ-1

ИКЗ-220-500-1

500

320×185

1,5

1

1

К контактным обогревателям относятся обогреваемые с помощью различных энергоносителей полы или участки пола, а также напольные обогреватели. В качестве энергоносителей для обогрева полов используют электроэнергию, воздух и воду. Из электрообогреваемых полов наиболее доступными для изготовления и монтажа являются традиционные бетонные полы с нагревательными элементами на основе проводов марок ПОСХВ, ПОСХВТ, ПНВСВ, неизолированного стального провода Ø 4-6 мм и углеграфитовых нагревательных элементов. Наиболее перспективным из перечисленных является новый нагревательный провод повышенной надежности марки ПНВСВ. При его использовании отпадает необходимость применения защитной металлической сетки, располагаемой между нагревательным проводом и поверхностью пола (плиты, панели). Это возможно благодаря наличию в проводе двойной изоляции и металлического экрана между ее слоями.

Обладающие большой теплоаккумулирующей емкостью бетонные полы могут быть использованы без реконструкции существующих электролиний и трансформаторных подстанций.

В качестве теплоносителя в обогреваемых полах может быть использован и воздух. Так, в свинарниках-маточниках и свинарниках для доращивания поросят-отъемышей возможно применение общеизвестной системы воздушного обогрева пола. Основа принципиальной схемы системы обогрева полов горячим воздухом - узел подогрева и подачи воздуха в систему и закольцованный контур теплопровода, состоящий из каналов или труб, уложенных в пол. Узел подогрева и подачи горячего воздуха в систему оборудуется электрокалориферами (типа СФОЦ) и воздуховодами, соединяющими их с теплопроводами пола.

За рубежом наряду с описанными системами обогрева пола применяют и водяную. Результаты сравнительного анализа этих систем, приведенные в трудах Института сельскохозяйственных технологий Кильского университета (Германия), свидетельствуют о том, что системы обогрева отличаются по затратам рабочего времени на контроль, регулирование и техническое обслуживание.

Электрообогреваемые полы обеспечивают хорошее пространственное распределение тепла и регулирование температуры, осуществляющееся по принципу включение-выключение. Материальные затраты на электрообогрев значительно меньше, чем на водяной, при явной простоте монтажа оборудования. Таким образом, при выборе системы обогрева пола следует тщательно оценивать выгоды, связанные с меньшими производственными и материальными затратами, не допуская компромисса с качеством труда.

Напольные обогреватели известны двух модификаций: электрообогреваемые коврики типа ЭП-935 в виде панели размерами 1200×500×25 мм, по периметру армированной уголковой сталью, и мягкие коврики размерами 1000×600×20 мм, выполненные в виде двух слоев химостойкой резины, между которыми равномерно распределен электронагревательный элемент (провод). К сети питания коврики присоединяют через понижающий трансформатор.

За рубежом выпускаются аналогичные напольные средства обогрева, отличающиеся габаритами и эксплуатационными показателями, а также видом энергоносителя. Так, фирма «Stanfield» (Германия) предлагает съемные электрические маты из полиэфирного материала с заплавленным нагревательным элементом, рассчитанным на напряжение 24 В. Выпускаются трех размеров по площади (31×122, 60×90 и 70×100 см) и высотой 0,5 см. Ввиду незначительной высоты маты можно использовать как с решетчатым полом, так и с подстилкой. Управление нагревом производится вручную или с помощью термодатчика. По данным фирмы, расход электрической энергии при полной мощности нагрева у всех трех вариантов составляет около 100 Вт ч.

В качестве энергоносителя используется не только электрический ток, но и вода. Фирма «MIK-Heinlich Michel» (Германия) предлагает пластины типа MIK-Thermo. Особенность их - наличие полости вместимостью 3 л, которая заполняется горячей водой после монтажа, выполняемого без крепежного инструмента (с помощью насадок) и подключения к системе водяного отопления. Каждая пластина может быть встроена в имеющиеся пластмассовые щелевые полы с помощью системы стальных держателей. Незначительная потеря тепловой энергии обусловливается использованием синтетического материала с низкой теплопроводностью и оснащением пластины изоляционной плитой с двусторонним алюминиевым покрытием. Максимальная теплоотдача пластины размерами 40×60 см соответствует теплоотдаче инфракрасной лампы мощностью 150 Вт.

Водяной обогрев полов рекомендуется при содержании большого поголовья животных. Большая инерционность регулирования температуры является недостатком по сравнению с электрообогреваемыми полами. Однако при отказе обогрева эти системы имеют большой резерв, позволяющий дольше поддерживать температуру. Кроме того, водяные системы обогрева пола позволяют использовать различные энергоносители для нагрева воды: бросовое тепло из других отделений свинарника (при этом используется тепловой насос).

Специалисты фирмы «MIK-Heinlich Michel» рекомендуют в боксе для опороса свиней использовать одну или несколько пластин, в боксах для выращивания молодняка - выкладывать обогревающие линии шириной 40 или 60 см. Существенный недостаток указанных средств - неравномерность обогрева зоны размещения поросят, большие потери тепла за счет его излучения в воздушную среду всего помещения. Кроме того, здоровые поросята отталкивают слабых в менее обогреваемую зону.

Для широкого внедрения комбинированного электрообогрева предназначены созданные в результате совместной работы ВНИИЭТО (Москва), НПО «ВНИИживмаш» (г. Киев), ВИЭСХ и других организаций установка ЭИС-11 -И 1 «Комби» и комплект оборудования КС-16. Данное оборудование, а также разработанная этими организациями на основании результатов исследований, проведенных в ВИЭСХе под руководством д-ра техн. наук С. А. Растимешина, установка УЭП-30 создают и автоматически поддерживают требуемый тепловой режим для поросят раннего возраста в 30 станках типовых свинарников-маточников при температуре в помещении 14-16°С. Конструкция этих обогревателей позволяет успешно эксплуатировать их в условиях агрессивной среды. Технические данные приведены в табл. 22.

Установка УЭП-30 отличается улучшенными теплотехническими и конструктивными параметрами.

22. Техническая характеристика установок комбинированного обогрева

Показатели

ЭИС-11-И1 «Комби»

КС-16

УЭП-30

ОП-035 (для личных подсобных хозяйств)

Установленная мощность, кВт

11,15

11,00

11,50

0,35

Установленная мощность одного комбинированного электрообогревателя (в одном станке), кВт

0,37

0,35

0,33

0,35

В том числе:

 

 

 

 

ИК-облучателя

0,25

0,25

0,23

0,25

панели

0,12

0,10

0,10

0,10

Напряжение питания, В

380/220

380/220

380/220

220

Среднее повышение ощущаемой поросятами температуры над температурой среды в зоне обогрева, °С

16

16

17

17

Габаритные размеры, мм

1250×1204×68

950×1350×600

900×1350× 600

900×1350×600

Масса, кг:

 

 

 

 

установки (комплекта)

603

500

480