Энергосберегающие системы управления микроклиматом животноводческих помещений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, доктор технических наук Самарин, Виктор Андреевич
- Специальность ВАК РФ05.20.02
- Количество страниц 345
Оглавление диссертации доктор технических наук Самарин, Виктор Андреевич
ВВЕДЕНИЕ.
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И РАЗВИТИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ СИСТЕМ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОШОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
1.1. Влияние микроклимата на здоровье человека и продуктивность сельскохозяйственных животных
1.2. Технологические средства формирования микроклимата в животноводческих помещениях
1.3. Современные электрифицированные энергосберегающие системы формирования микроклимата в животноводстве
Цель и задачи исследований Выводы по первой главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ОПТИМАЛЬНОГО МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
2.1. Исходные элементы математической модели формирования оптимального микроклимата в животноводческих помещения
2.2. Уравнения энергомассообмена в станках с тмолодняком сельскохозяйственных животных
2.3. Аналитические зависимости тепло - влаговыделений животных от температуры
2.4. Уравнения энергомассообмена в зоне общеобменной вентиляции животноводческого помещения
2.5. Уравнения энергомассообмена перекрытий стен, окон, пола
2.6. Уравнения энергомассообмена конденсатора
2.7. Уравнения энергомассообмена системы микроклимата
2.8. Алгоритм энергосберегающей технологии формирования оптимального микроклимата в станках с молодняком сельскохозяйственных животных
2.9. Алгоритм и программа расчета на ЭВМ статических параметров системы обеспечения нормативного микроклимата в животноводческом помещении
Выводы по второй главе
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ ЭНЕРГОСБЕРЕ ГАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ СОЗДАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО МИКРО КЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
3.1. Уравнение динамики режимов формирования микроклимата в станках с молодняком сельскохозяйственных животных
3.2. Уравнения динамики режимов формирования микроклимата в зоне обслуживающего персонала
3.3. Уравнения динамики тепло - и массообмена системами микрокли
3.4. Решение системы дифференциальных уравнений с сосредоточенными параметрами для емкостей тепло - и массообмена объекта и исполнительного элемента
3.5. Решение системы дифференциальных уравнений с распределёнными параметрами для емкостей тепло - и массообмена объекта и исполнительного элемента
3.6. Решение системы дифференциальных уравнений, описывающих динамический режим работы АСКВ и животноводческого помещения
3.7. Результаты теоретических и экспериментальных исследований автоматизированной системы управления температурой, относительной влажностью и газовым составом по аммиаку и углекислому газу воздуха в животноводческом помещении
Выводы по третьей главе
4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ СИСТЕМ СОЗДАНИЯ НОРМАТИВНОГО МИКРОКЛИМАТА НА ФЕРМАХ
4.1. Машинная энергосберегающая технология кондиционирования воздуха при формировании оптимального микроклимата в животноводческих помещениях
4.2. Энергосберегающие электрифицированные АСКВ формирования оптимального микроклимата на фермах с насосным фильтром
4.3. Энергосберегающие электрифицированные АСКВ формировани оптимального микроклимата на фермах с аэрогидродинамически водяным фильтром
4.4. Энергосберегающие и технические средства очистки воздуха животноводческих помещений от аммиака, углекислого газа, микробных тел и пыли
4.5. Энергосберегающие технические средства очистки воздуха в животноводческих помещениях от паров воды
4.6. Энергосберегающие устройства стабилизации температуры в станках с молодняком сельскохозяйственных животных
4.7. Автоматическая информационно - измерительная система для контроля, измерения и записи температурных режимов в животноводческих помещениях
4.8. Энергосберегающая электрифицированная технологическая линия создания оптимального микроклимата в животноводческих комплексах
Выводы по четвертой главе
5. ИССЛЕДОВАНИЯ, ИСПЫТАНИЯ И КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА 193 ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА (АСКВ) СОЗДАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
5.1. Натурные экспериментальные и производственные исследования и 193 исследования АСКВ в условиях животноводческих помещений фермерских хозяйств
5.2. Основные результаты физиологических и зоотехнических исследо- 202 ваний состояния организма племенных телят
Выводы по пятой главе
6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 205 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ СИСТЕМ МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Выводы по шестой
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», 05.20.02 шифр ВАК
Энергосберегающая технология формирования микроклимата в животноводческих помещениях2009 год, доктор технических наук Самарин, Геннадий Николаевич
Система кондиционирования воздуха в животноводческих помещениях2000 год, кандидат технических наук Самарин, Геннадий Николаевич
Совершенствование системы содержания молочного скота в Западной Сибири1998 год, доктор сельскохозяйственных наук Погребняк, Михаил Петрович
Теплообменные конденсационные системы вентиляции животноводческих помещений2005 год, кандидат технических наук Бирюков, Владимир Викторович
Зоогигиеническое обоснование уровня воздухообмена и способа удаления навоза из помещений для крупного рогатого скота в природно-климатических условиях Дагестана1984 год, кандидат сельскохозяйственных наук Кагерманов, Багавдин Кайравович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергосберегающие системы управления микроклиматом животноводческих помещений»
Интенсификация животноводства, как основа выполнения, продовольственной программы нашей страны, требует разработки и внедрения новых технологий содержания сельскохозяйственных животных, обеспечивающих создание здоровых стад и повышение их продуктивности, реализацию наследственных качеств животных /4, 24, 142, 118, 279/.
Развитие промышленного животноводства возможно только в условиях создания нормативного микроклимата в животноводческих помещениях /46/.
Параметры микроклимата животноводческих помещений устанавливаются для каждой возрастной группы животных с учётом их физиологических и продуктивных особенностей, экономической целесообразности и технических возможностей/134/.
Концентрация большего количества животных в одном здании, что предусматривается типовыми проектами крупных животноводческих комплексов, предъявляет повышенные требования к параметрам микроклимата, даже непродолжительное изменение которых может привести к большим хозяйственно - экономическим потерям /178/.
Особенностью труда в животноводческих помещениях является окружающая санитарно - гигиеническая обстановка. Операторы и рабочие находятся постоянно под воздействием многих факторов: температуры, влажности воздуха, насыщенности его вредными газами, аммиаком, сероводородом, углекислым газом и др., пыли, микрофлоры, в условиях влияния подвижности воздуха, контакта, с больными животными, работы со сложными механизмами и т.д. Все эти факторы при определённых условиях могут оказывать вредное влияние на здоровье человека, снижать его работоспособность и производительность труда /311/.
Вместе с этим следует отметить, что если на промышленных предприятиях (химической, текстильной и других) благодаря внедрению мощных систем вентиляции, кондиционирования воздуха производственных помещений и ряду других санитарно - гигиенических приёмов, удаётся нормализовать микроклимат и снизить до нормативных значений содержание в воздухе пыли, микрофлоры, вредных газов: NH3, С02, H2S и др., этого пока не удалось осуществить на животноводческих фермах, что отрицательно отражается на здоровье обслуживающего персонала и снижает продуктивность и сохранность животных /102/.
По мнению специалистов, продуктивность животных на 50 - 60% определяется кормами, на 20% уходом и на 10 - 30% микроклиматом животноводческого помещения /1, 15, 179/.
Существующие системы поддержания микроклимата в животноводческих помещениях обладают целым рядом недостатков и несовершенны. Из - за этого на животноводческих предприятиях имеет место значительный отход поголовья и снижение его продуктивности /102, 317/. 7
Одним из основных направлений решения этой проблемы является оптимизация микроклимата на фермах на базе энергосберегающих систем с устройствами химической очистки загрязненного воздуха от паров воДы, аммиака, углекислого газа, сероводорода, вредных микроорганизмов и пыли. Формирование нормативного микроклимата на фермах требует большого количества энергии, и затраты на микроклимат приближаются к затратам на кормление животных/102, 162/.
Существующие технологии обработки воздуха на фермах и типовые ото-пительно - вентиляционные системы в своей физической основе не имеют устройств очистки и рекуперации воздуха /183, 87, 88/.
Типовые рекуперационные установки имеют низкий К.П.Д., забиваются пылью, обмерзают в зимнее время и не находят широкого применения на фермах/106, 120/.
Поэтому Госэнергонадзор РФ запретил использовать электроэнергию для отопления животноводческих помещений без установок рекуперации воздуха.
Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха потребляют до 40% добываемого в стране твердого и газообразного топлива и до 10% производимой электрической энергии.
Одна из проблем в животноводстве - снижение энергозатрат на создание оптимального микроклимата на фермах. В соответствии с требованиями ОНТП 1-89 в помещениях содержания крупного рогатого скота требуется поддерживать нормативные параметры микроклимата, поэтому сельскохозяйственные предприятия вынуждены идти на высокие материальные затраты, т.к. не имеют других технологий и систем создания нормативного микроклимата. Это связано в первую очередь с тем, что существуют еще многочисленные хозяйства, где даже, несмотря на полноценное кормление, высокие породные и племенные качества животных и птицы, от неудовлетворительного состояния микроклимата погибает значительное количество животных /132, 28, 119/.
В результате неполного использования генетического потенциала животных потенциальная продуктивность животных недоиспользуется //.
К настоящему времени в нашей стране и за рубежом проведено значительное количество исследований, связанных с разработкой, сравнительной оценкой эффективности и внедрением различных систем и установок нормализации микроклимата на фермах. /46.48, 244, 251/.
В результате предложено значительное число разнообразных методик расчета, разработано и выпускается различное оборудование создания нормативного микроклимата на фермах с устройствами локального обогрева молодняка - инфракрасные электрические и газовые излучатели и облучатели (облуча-тельные установки), обогреваемые полы, панели, плиты, ковры (коврики), маты, а также установки и устройства комбинированного обогрева; - типовые электрокалориферные установки СФОА; приточно-вытяжные системы типа ПВУ; электроклимат; агровент; различные типы теплогенераторов и другие. Однако данные разработки лишь частично соответствуют потребности животноводства/23.8, 184, 195/. 8
Отсюда следует, что создание на животноводческих фермах и комплексах регулируемых условий развития животных и нормативных санитарно - гигиенических условий труда обслуживающего персонала является важнейшей задачей для дальнейшего развития животноводства, так как большое содержание NH3, СО2, H2S и влаги в воздухе животноводческого помещения отрицательно действует на человека и животных и могут быть удалены автоматическими установками нормализации микроклимата, способными при больших концентрациях поголовья и плотности размещения животных обеспечить необходимый воздухообмен и нормативные параметры микроклимата. Создание нормальных микроклиматических условий, отвечающих физиологическим потребностям организма людей и животных, обеспечит необходимые санитарно - гигиенические условия труда обслуживающего персонала, высокую сохранность и продуктивность животных, а также удлинит срок службы технологического оборудования /311/.
Таким образом, исследования, связанные с разработкой энергосберегающих электрифицированных систем обеспечения нормативного микроклимата в животноводческих помещениях особенно в настоящее время при высокой стоимости энергоресурсов являются актуальными и решение этой задачи связано с большим экономическим эффектом /178, 44/.
Цель настоящей работы - создание энергосберегающей электрифицированной системы, обеспечивающей оптимальные параметры микроклимата в животноводческих помещениях/167, 168, 184/.
Для выполнения поставленной цели решены задачи определения закономерностей энергосбережения формирования процессов энергомассообмена в нижней и верхней зонах животноводческого помещения и их взаимосвязь с основными параметрами микроклимата. Разработана математическая модель управления энергосберегающей автоматизированной системой формирования оптимального микроклимата в технологической зоне станков с животными /225,214,215/.
Разработана энергосберегающая электрифицированная система формирования оптимального микроклимата в животноводческих помещениях, успешно прошедшая ведомственные и государственные испытания, которая рекомендуется для внедрения в животноводстве/218, 225/.
Исследования режимов формирования микроклимата в животноводческих помещениях проводили по методике ВИЭСХ, а функционирование электрифицированной системы управления микроклиматом - по методике ЦНИИ-Ка. Зоогигиенические, физиологические и зоотехнические исследования проводили по методикам: ВИЖ и кафедр: физиологии и биохимии сельскохозяйственных животных, зоогигиены и ветеринарии ТСХА /9, 311, 38, 149/.
Обработка результатов исследований проводилась на ЭВМ 1063 в ВЦ ТСХА/146/. 9
Научная новизна:
1. разработаны научно-методические основы и практические методы энергосбережения в автоматизированных системах и электрифицированных технических средствах создания нормативного микроклимата в животноводческих фермах при улучшении энергетических, экологических и эксплуатационных характеристик;
2. разработаны двухзонные математические модели формирования оптимального микроклимата в животноводческом помещении, в которых содержатся уравнения взаимосвязанного энергомассообмена: для зоны станков с животными, для зоны общеобменной вентиляции, для конденсатора и для кондиционера;
3. определены динамические характеристики животноводческого помещения и алгоритмы управления параметрами микроклимата на ферме;
4. разработана методика построения энергосберегающей технологии формирования оптимального микроклимата на фермах на базе технических средств кондиционирования воздуха и конденсатора воздухоосушителя.
Практическая ценность:
В результате проведенных исследований и испытаний в течение 1973 -2001 гг. осуществлено комплексное решение крупной научно - технической проблемы - энергосбережения в системах создания нормативного микроклимата в животноводческих помещениях. Разработанный энергосберегающий комплекс микроклимата позволяет:
•регулировать основные параметры микроклимата - температуру, влажность, газовый состав воздуха (по кислороду 02, аммиаку №13, углекислому газу С02, сероводороду Н28);
•отапливать и вентилировать животноводческие помещения в отопительный период года (в среднем в течение 80 - 85 % времени отопительного периода) только за счет тепловыделений животных, поддерживать в помещении животных нормативные технологические параметры микроклимата: температуру, влажность и газовый состав 02, N113, С02, Н28 при работе энергосберегающей электрифицированной системы микроклимата с оросительной камерой, позволяющей очищать внутренний воздух от Н28, КН3, С02, пыли микробиологической загрязненности. Система работает в режиме глубокой рециркуляции воздуха с минимально возможным энергопотреблением.
Разработана энергосберегающая система кондиционирования воздуха и электротехнические средства создания нормативного микроклимата в животноводческих помещениях с использованием технических средств кондиционирования воздуха и конденсатора воздухоосушителя. Наличие конденсатора повысило энергоэффективнсть системы и дало возможность регулирования абсолютной влажности воздуха, а кондиционера обеспечило энергосбережение и возможность поддержания оптимального микроклимата в помещении, как в зимний, так и в летний периоды года.
10
Совокупность теоретических и практических результатов диссертационной работы создает объективные предпосылки для широкого й эффективного внедрения энергосберегающей системы микроклимата в отрасли животноводства России, что имеет важное народнохозяйственное значение.
Апробация работы: Доложена в 1993 - 2000 гг. на 3 - х Всероссийских и пяти Международных конференциях, где получила положительную оценку. Награждена медалью ВВЦ г. Москва в 1995 г., прошла Государственные приемочные испытания, проведенные в 1996 г. Подольской МИС Минсельхоза РФ в телятнике на 320 голов Великолукского района Псковской области (протокол № 09 - 8 - 96(1060123) от 10.06.1996 г.), награждена Международным дипломом выставки " Агропродмаш - 97" - Москва, 1997 г.
Кроме того, ранее данная работа прошла широкое производственное и научное обсуждение. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях ТСХА, ВГСХА, МГАУ, ВНИИМЖ ежегодно с 1977 по 2000 гг. Ежегодно с 1975 по 1989 г.г. докладывалась на научно - техническом совете Главживпрома СССР, на котором в 1984 г. рекомендована для Всесоюзного внедрения; доложена на 4 - х Всесоюзных конференциях: 1977 г. -Всесоюзная конференция по автоматизации сельскохозяйственного производства (г. Пушкино, институт биологической физики), 1979 г. - Всесоюзная конференция по кибернетике сельскохозяйственного производства в Одесском СХИ; 1980 г. - Всесоюзная конференция по применению электрической энергии в сельскохозяйственном производстве (г. Тбилиси, Грузинский СХИ); 1981г. - Всесоюзная конференция по автоматизации сельскохозяйственного производства (г. Минск, Белорусский СХИ). Результаты работы по разработке и внедрению энергосберегающей системы формирования оптимального микроклимата в животноводстве отмечены в 1998 году почетной грамотой Министерства сельского хозяйства Р.Ф.
Похожие диссертационные работы по специальности «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», 05.20.02 шифр ВАК
Обоснование параметров теплоутилизационной установки на базе полимерного перекрестноточного пластинчатого теплообменника для живодноводческих помещений2010 год, кандидат технических наук Шаталов, Максим Петрович
Зоогигиеническое обоснование стойлово-лагерного выращивания молочных телят1985 год, кандидат ветеринарных наук Гамидов, Микаил Гамид оглы
Исследование тепловлажностного режима животноводческих помещений и разработка энергосберегающих предприятий для обеспечения микроклимата2003 год, кандидат технических наук Гарькавый, Константин Алексеевич
Обеспеченность параметров микроклимата в сельскохозяйственных зданиях с воздухопроницаемыми наружными ограждениями2003 год, кандидат технических наук Бодунов, Алексей Васильевич
Разработка систем динамического микроклимата и создание на их основе энергосберегающих режимов работы оборудования2010 год, кандидат технических наук Гаранин, Алексей Валентинович
Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Самарин, Виктор Андреевич
ВЫВОДЫ ' • '
I. Внедренная в телятнике племенного молодняка совхоза имени 60-летия Союза ССР система кондиционирования воздуха (АСКВ) ;для .рптимизации микроклимата в станках с телятам^ и .в зоне обслуживающего персонала по сравнению с"промышленными установками^аналогичного назначений тйпа ИШ позволяет: полностью исключить рециркуляцию' воздуха^ 'автоматически'поддерживать'заданные оптимальные уровни1"дараме^ров* микроклимата; снизить на"Ш^о "рублей расходы по -потреблению электроэнергии на нагрев наружного воздуха, за счет внедрения новой системы оптимизации энергопотребления АСКВ, '-уровни- парйкеДййпфоклимата
ЖЮбоЙ года.-Л-'* —" ' - >'л .и.--,^ - • ^ I
2.сравниваема'®'-си©тема ЕЕВУ в■ «омлйекте'& установок-не" содо-гобщ!поддерживать^ тре^уеше;;уровни параметров микроклимата^. - ■1 1•1' ^ * г! ■" ' ' и ! 1' 11 1 11' ' ' I ' 5 { Ь, л 3.»',:Рааработанмая • в^ТСХА-'/установка электрокалорифер^до-вод-щк для^ стабилизации ^температурно-влажноетных режимов ■ в станках зи.те лотами щхршел шроиздодстветшые .испытания' в услрвилх »телятница, И'< рекомендуется для'.внедрения в. системе Гла©живирома ?. 'гиТолько '-.за. теъсшэ^шш' оптимального1;.микрошимата ,акоыо-ш. эледаршчаской .'энергии. на нагрев-наружного.воздуха1 для Cípaби-;ешации.'.^ешерал^грно^влазкностных 'режимов-¡в станках1 с телятами со-ращен. т-дёж»-Фел-ят'- в-• 198-3^' шду на; сравнению - со средне— одовыМ'^отаод-ом: моло^нжа; за 1974-19Э2 тг. ¿Эффективность* примене
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.