Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Reasonable compromise option

V. I. Bordov, Doctor of Technical Sciences, Professor at the Architecture and Construction State University in Nizhniy Novgorod (ACSUNN)
M. V. Bordov, Candiate of Technical Sciences, ACSUNN

Quality microclimate parameters in agriculture production buildings enhance the productivity of life stock. Operation of microclimate support systems in animal breeding buildings requires finding a compromise between the cost of animal environment maintenance with minimum energy consumption and good productivity of animals. The article discusses and justifies an option of such decision.

Keywords: microclimateparameters, animal breeding buildings

Описание:

Вариант разумного компромисса

В. И. Бодров, доктор техн. наук, профессор, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (ННГАСУ)
М. В. Бодров, канд. техн. наук, ННГАСУ

Качественные параметры микроклимата производственных сельскохозяйственных зданий способствуют повышению продуктивности животных. При эксплуатации систем поддержания параметров микроклимата в животноводческих зданиях требуется нахождение определенного компромисса между затратами на создание допустимых параметров среды обитания животных с минимальным энергопотреблением и достойной продуктивностью животных. В статье рассмотрен и обоснован вариант такого решения.

Вариант разумного компромисса

Анонс
В современных научных и технических периодических изданиях практически отсутствует обсуждение вопросов создания, поддержания и управления параметрами микроклимата производственных сельскохозяйственных зданий. Это привело к определенному застою в выявлении и обосновании конкретных приоритетных путей развития систем отопления и вентиляции в данном секторе экономики страны. Качественные параметры микроклимата способствуют повышению продуктивности животных. При эксплуатации систем поддержания параметров микроклимата в животноводческих зданиях требуется нахождение определенного компромисса между затратами на создание допустимых параметров среды обитания животных с минимальным (даже с нулевым) энергопотреблением и достойной (на мировом уровне) продуктивностью животных. В статье рассмотрен и обоснован вариант такого решения.

На практике компромисс между затратами на создание допустимых параметров среды обитания животных с минимальным энергопотреблением и достойной продуктивностью животных отсутствует. Крупный рогатый скот (КРС) выдерживает широкий диапазон отрицательных воздействий (низкая температура tв, повышенная относительная влажность воздуха φв) и выживает в таких условиях, но продуктивность его при этом резко снижается. В стране отапливается не более 2–3 % построенных по типовым проектам коровников и помещений для откорма скота. Смонтированные в них системы отопления и вентиляции функционируют только в начальный период, а после выхода из строя не восстанавливаются. Такое положение сложилось из-за больших энергозатрат на поддержание заложенных в проекте параметров микроклимата, которые не окупаются приростом получаемой от животных продукции за счет повышения комфортности параметров среды обитания животных. Следствием является эксплуатация помещений содержания КРС неотапливаемыми, с неорганизованным воздухообменом.

Обоснуем достижимый уровень снижения энергозатрат для поддержания допустимых, не оказывающих влияния на продуктивность животных параметров воздуха в помещениях содержания КРС. Предварительно примем гипотезу, что в животноводческие помещения не подается искусственная теплота, температурный режим в них поддерживается за счет постоянно действующих явных биологических тепловыделений животных (Qб). Теплотехнические характеристики наружных ограждений этих помещений в холодный период года должны обеспечивать такой удельный тепловой поток, чтобы предотвратить переохлаждение животных (при расчетной температуре наружного воздуха tн). Приведенная трактовка энергетического баланса помещений содержания КРС методически обосновывает принятие за основу нормирования сопротивления теплопередаче наружных ограждений Rотр удельного теплового потока qбн, Вт/м2, учитывающего величину Qб, Вт, и объемно-планировочные решения здания [1]:

Rотр = (tв – tн)/qбн,

qбн = (1 – m) Qб/F, (1)

где F – площадь надземных стен и покрытия, м2;
m = 0,05–0,10 – коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты через подземные части здания.

Расчет величины Rотр по действующим нормам [2] не может считаться приемлемым как с методической, так и с инженерной точек зрения по точности конечных результатов. При субъективном выборе параметров внутреннего воздуха животноводческих помещений (в допустимых нормами пределах) значения Rотр теплового контура зданий могут отличаться до 250 %. Определенная по (1) величина Rотр однозначно взаимоувязывает функциональное назначение здания с биологической активностью животных (Qб) и объемно-планировочными решениями зданий (F).

Первый предварительный вывод: в помещениях содержания КРС имеется достаточное количество естественной биологической теплоты, подача дополнительной теплоты не требуется.

В процессе жизнедеятельности животные выделяют влагу jж, г/(ч·гол.). При их расчетном количестве n, голов, влаговыделения составляют Gвл = jж n, г/ч. Минимальное количество наружного воздуха Gн.min, кг/ч, подаваемого для ассимиляции влаги, при его влагосодержании dпp и удаляемого из помещения dуд, г/кг сух. в‑ха, равно Gн.min = Gвл/(d – dпp). Теплозатраты на нагрев этого количества воздуха составляют (св – удельная теплоемкость воздуха, Вт·ч/(кг·°C):

Qв = cв Gн.min (tнр – tн). (2)

Наружная температура tнр, начиная с которой требуется нагревание воздуха, определяется из теплового баланса конкретного сооружения:

tнр = tв – Qб/(F/Rотр + cв Gн.min). (3)

Из (2) и (3) следует вывод, противоречащий первому.

Второй предварительный вывод: нагревание необходимого для ассимиляции избытков влаги наружного воздуха в холодный период года не позволяет рассматривать животноводческие помещения как полностью неотапливаемые. Такой точки зрения придерживается большинство специалистов [3, 4, 5], на это указывается в нормативной литературе [6].

В случае эксплуатации животноводческих зданий с неполной загрузкой nд, голов, (а = nд/n) требуется восполнение недостатков биологической теплоты. Резервная мощность систем дополнительного отопления возрастает обратно пропорционально степени загрузки. В этих условиях использование искусственной теплоты начинается с температуры наружного воздуха:

tнра = tв – аQб/(F/Rотр + cв Gн.min). (4)

Значения Rотр, определенные по (1), в общем случае приводят к увеличению сопротивления теплопередаче наружных ограждений животноводческих зданий по сравнению с типовыми проектами, что согласуется с нормативными документами [2].

Оценив тепловую нагрузку на системы отопления и не придя к однозначному выводу об их необходимости, продолжим поиск допустимых решений. Проанализируем воздушный режим помещений содержания КРС. Известные графоаналитические зависимости теплового, влажностного и воздушного балансов животноводческих помещений [3] качественно характеризуют взаимосвязь теплофизических процессов. Приняв за основу указанный метод анализа, с учетом приведенной выше методики нормирования теплотехнических характеристик ограждений были количественно конкретизированы области применения различных систем вентиляции в животноводческих помещениях (рис. 1) [7].

Взаимосвязь теплового, влажностного и воздушного режимов животноводческих помещений

Рисунок 1.

Взаимосвязь теплового, влажностного и воздушного режимов животноводческих помещений

Приведем конечные результаты исследований. Точка А определяет границу наружной температуры, до которой возможно поддержание расчетных параметров внутреннего воздуха за счет естественных факторов. Она соответствует наружной температуре tнр, ниже которой необходим подогрев приточного воздуха. Эта граница может быть расширена до tнрА1 при увеличении сопротивления теплопередаче ограждений или сужена до tнрА2 при его снижении.

Точка Б определяет наивысшую температуру наружного воздуха tн.еmax, при которой естественное давление ∆ре (сумма гравитационного ∆рt и ветрового ∆рv) обеспечивает подачу в помещение расчетного количества наружного воздуха. Таким образом, интервал наружных температур между точками А и Б является зоной обеспеченной естественной вентиляции. Она может быть расширена на величину ∆t+н.е при уменьшении потерь давления циркулирующего в помещении воздуха (точки Б1 или Б11) или уменьшена на ∆tн при появлении дополнительных аэродинамических сопротивлений в системе. Возможно расширение зоны естественной вентиляции за счет применения активной естественной аэрации помещений (между точками Б и В) до максимальной температуры наружного воздуха tн.е.

При температуре наружного воздуха, превышающей tн.е, что характерно для теплого периода года, необходимо прибегать к механической вентиляции в помещениях с круглогодичным привязным содержанием скота. Такой способ содержания КРС в стране применяется крайне редко.

Проведенный графоаналитический анализ температурно-влажностного и воздушного балансов животноводческих помещений позволил сделать третий предварительный вывод.

Третий предварительный вывод: круглогодичная подача наружного воздуха достигается и обеспечивается системами естественной вентиляции. Авторов удивляет появляющееся в литературе пренебрежительное отношение к естественной вентиляции как неэффективной и нерегулируемой. Попытаемся доказать обратное.

Холодным периодом года при расчете систем естественной вентиляции будем считать период с tн ниже tнр (на рис. 1 – зона искусственного подогрева), длительность которого не превышает 8–12 суток в год. Расчеты показывают, что в этот период в случае отсутствия искусственной подачи теплоты в помещения, при воздухообмене Gн.min величина t может понизиться до +4…+6 °C. Такое относительно кратковременное понижение внутренней температуры практически не приводит к снижению удоев и не отражается на жизнедеятельности КРС [5, 8, 9, 10]. Следует также отметить, что в холодный период года допускается снижение удельных воздухообменов до 2,5–3,0 м3/ч на один центнер массы животного [11] и даже ниже, вплоть до полного прекращения подачи наружного воздуха [5].

Четвертый предварительный вывод: можно констатировать, что при tнр > tн в животноводческих неотапливаемых помещениях системы естественной вентиляции могут даже временно отключаться.

В переходный период года температура наружного воздуха колеблется от tнр до tн.еmax (на рис. 1 – зона естественной вентиляции). Температура tн.еmaxtв, начиная с которой возможна активная аэрация помещений (открытые окна, ворота и т. п.) при привязном содержании, а при выгульном – начало выпаса животных. Естественный воздухообмен в переходный период осуществляется совместно за счет ветрового давления (горизонтальная вентиляция) и за счет гравитационных сил (шахтная вентиляция).

В теплый период (температура наружного воздуха выше tн.еmax) в помещении находятся только животные привязного содержания. Для естественной вентиляции используются все доступные средства: горизонтальная, шахтная, активная аэрация.

Горизонтальная вентиляция может осуществляться двумя способами: через щелевидные регулируемые по воздухопроницаемости проемы в наружных стенах и за счет инфильтрации атмосферного воздуха через наружные ограждения. Расчет щелевидных горизонтальных систем приведен в [1, 3]. Горизонтальная вентиляция путем инфильтрации наружного воздуха основана на эффекте поровой фильтрации через воздухопроницаемые ограждения, особенности ее расчета приведены в [5]. Нами выявлены условия включения наружных стен в режим устойчивой инфильтрации под действием относительно предсказуемого гравитационного ∆рt давления и неустойчивого, случайного по величине ветрового ∆рv давления [7].

Заключение

Теплофизические и аэродинамические исследования показывают, что без заметного снижения продуктивности в помещениях содержания крупного рогатого скота параметры внутреннего воздуха имеется возможность поддерживать только за счет естественных источников энергии: биологической теплоты животных и естественных систем вентиляции. Обязательным условием стабилизации параметров микроклимата в течение года является грамотная эксплуатация систем жизнеобеспечения коровников. Она не является источником дополнительных затрат, но требует определенных профессиональных навыков по соблюдению технологических регламентов содержания и выращивания животных. Например, на рис. 2 показаны два одинаковых типовых неотапливаемых коровника в хозяйствах Нижегородской области. Снимки сделаны при tн ≈ –14 °C. Один из них сухой, в другом на полу в стойлах и в проходах капельная жидкость, грязь, навоз (без комментариев).

Литература

  1. Бодров В. И. и др. Микроклимат производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений. Нижний Новгород: ННГАСУ, 2008.
  2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
  3. Егиазаров А. Г., Кокорин О. Я., Прыгунов Ю. М. Отопление и вен-тиляция сельскохозяйственных зданий. Киев: Будiвельник, 1976.
  4. Ануфриев Л. Н., Кожинов И. А., Позин Г. М. Теплофизические расчеты сельскохозяйственных производственных зданий. М.: Стройиздат, 1974.
  5. Валов В. М. Энергосберегающие животноводческие здания (физико-технические основы проектирования). М.: Изд-во АСВ, 1997.
  6. НТП‑1-99. Нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота.
  7. Бодров М. В. Обоснование, выбор и расчет круглогодичных систем естественной вентиляции животноводческих зданий. Научн. вестник ВГАСУ. – 2010. – № 1.
  8. Ковальчук М., Ковальчук К. Адаптация и стресс при содержании и разведении сельскохозяйственных животных. М.: Колос, 1978.
  9. Плященко С. И., Сидоров В. Т. Предупреждение стрессов у сельскохозяйственных животных. Минск: Уражай, 1983.
  10. Гауптман Я. И. и др. Этоло-гия сельскохозяйственных животных. М.: Колос, 1977.
  11. Раяк М. Б., Шмидт В. А. Снижение расхода тепла на вентиляцию помещений крупного рогатого скота // Водоснабжение и санитарная техника. – 1978. – № 6.
купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №3'2011

распечатать статью распечатать статью


Реклама
Реклама на нашем сайте
Rambler's Top100 Rambler's Top100 Яндекс цитирования



Кондиционирование, отопление, вентиляция

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте