Повышение эффективности систем естественной вентиляции в помещениях для содержания КРС путем совершенствования их режимов работы и способа подачи наружного воздуха тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Самсонов, Андрей Николаевич

• Самсонов, Андрей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Самсонов, Андрей Николаевич

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.4 ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Влияние микроклимата на состояние здоровья и продуктивность

КРС.;.

1.2. Системы вентиляции животноводческих помещений.

1.3. Состояние вопроса по разработкам систем естественной вентиляции.

1.4. Проблема снижения вредных выбросов вентиляционными системами животноводческих помещений.

1.5. Выводы, цели и задачи исследований.

2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ

СИСТЕМ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ.

2.1. Процессы формирования воздушной среды в помещениях с естественной вентиляцией для содержания КРС.

2.2. Анализ режимов работы СОМ в помещении для содержания КРС.

2.2.1. Алгоритм расчета режимов работы системы обеспечения микроклимата с естественной вентиляцией.

2.2.2. Анализ режимов работы СОМ в помещении для содержания КРС.

2.2.3. Влияние режимов работы СОМ на объем вредных выбросов в атмосферу вентиляционными системами животноводческих помещений.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИТОЧНОГО УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ КРС.

3.1. Конструкция и принцип работы приточного устройства системы естественной вентиляции.

3.2. Разработка приближенной математической модели тепломассообмена приточного устройства.

3.2.L. Принципы построения приближенной математической модели тепломассообмена приточного устройства.

3.2.2. Конвективный теплообмен в приточном устройстве.

3.2.3. Лучистый теплообмен.

3.2:4. Определение скрытой теплоты конденсатообразования.

3.3. Расчет приточной струи истекающей под углом к горизонту.

3.4. Анализ работы приточного устройства.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИТОЧНОГО УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ ЕСТЕСТВЕННОЙ

ВЕНТИЛЯЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКОГО ПОМЕЩЕНИЯ.

4.1. Методика исследования приточного устройства системы естественной вентиляции.

4.2. Результаты экспериментального исследования.

4.3. Обработка экспериментальных данных.

4.4. Исследование приточного устройства в производственных условиях.

5. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СОМ С ИССЛЕДУЕМЫМ ПРИТОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ И

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности систем естественной вентиляции в помещениях для содержания КРС путем совершенствования их режимов работы и способа подачи наружного воздуха»

Одним из важнейших условий повышения эффективности производства животноводческой продукции является создание и поддержание заданного микроклимата в помещениях ферм и комплексов.

Актуальность данной работы, посвященной обоснованию технических средств и режимов работы систем обеспечения микроклимата, обусловлена тем, что в большинстве типов помещений для содержания КРС оптимизация среды обитания животных обеспечивает повышение продуктивности с одновременным снижением расхода кормов, увеличение срока службы зданий, улучшение условий работы обслуживающего персонала.

В современных помещениях для содержания КРС в основном применяются системы естественной вентиляции, основное преимущество которых по сравнению с механическими - отсутствие энергозатрат на привод вентиляторов. Вместе с тем, проводимые многочисленные обследования показывают, что состояние среды обитания животных в большинстве животноводческих помещений Северо-Запада неудовлетворительно. Одной из причин низкой эффективности многих решений по системам обеспечения микроклимата является необоснованность исходных данных по условиям применения всех элементов и режимам их работы; помещения с естественной вентиляцией характеризуются завышенным воздухообменом, отсутствием регулирования площади сечения приточных и вытяжных устройств при изменении наружных климатических условий.

Одной из проблем холодного периода в помещениях с естественной вентиляцией является подача свежего воздуха. Известны решения, направленные на увеличение температуры приточного воздуха без применения внешних источников тепла. Одним из перспективных способов является применение приточных устройств, обеспечивающих частичную утилизацию и осушку внутреннего воздуха и позволяющих таким образом расширить температурные границы эффективной работы систем естественной вентиляции в помещениях для содержания КРС.

Вместе с тем, в настоящее время нет теоретического и практического обоснования таких решений при изменении наружных и внутренних климатических условий в различных помещениях для содержания КРС, отсутствуют методы расчета и не определена зона их эффективности.

Целью работы является обоснование режимов работы и условий применения элементов систем естественной вентиляции в помещениях для содержания КРС.

В результате исследований разработана приближенная математическая модель процессов тепломассообмена приточного устройства, позволяющая определить степень нагрева наружного воздуха, количество выделившегося конденсата и степень осушки внутреннего воздуха. Усовершенствована методика расчета режимов работы системы обеспечения микроклимата помещений для содержания КРС с учетом особенностей системы естественной вентиляции, позволяющая определять требования к площади приточных и вытяжных устройств при изменении климатических параметров внутреннего и наружного воздуха.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Самсонов, Андрей Николаевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Рассмотрены процессы формирования воздушной среды в помещениях для содержания КРС с естественной вентиляцией при изменении воздухообмена, температуры наружного воздуха, мощности местного обогрева и теплопотерь здания. Усовершенствован алгоритм расчета минимально необходимых расходов тепла и воздуха и соответствующих значений сечений приточных и вытяжных устройств систем естественной вентиляцией животноводческого помещения для всего диапазона изменения параметров наружного воздуха и различных расчетных значений параметров внутреннего воздуха.

2. Результаты анализа режимов работы системы естественной вентиляции отапливаемого телятника и неотапливаемого коровника, позволили определить исходные данные для обоснования конструкции и режимов работы приточных и вытяжных устройств: соотношение FMUH:FMaKC для телятника и коровника в холодный период - 1:2,5; в теплый период Fmw'Fmokc для телятника 1:5, коровника -1:10.

3. Разработанная приближенная модель процессов тепломассообмена позволила определить степень нагрева наружного воздуха, количество выделившегося конденсата и степень осушки внутреннего воздуха.

4. Результаты расчета режимов работы системы обеспечения микроклимата с исследуемым приточным устройством и без него, на примере коровника на 150 голов, показал, что применение исследуемого устройства позволяет, за счет осушки, снизить влажность внутреннего воздуха в среднем на 7%.

5. Результаты сопоставления расчетных значений температуры на выходе приточного устройства с экспериментальными значениями обработаны через относительные величины At'=AtpaC4/At3KCn Экспериментальные исследования подтвердили адекватность математической модели приточного устройства. Относительное значение величины степени нагрева воздуха At', с надежностью Р=0,95, заключено в интервале [0,964; 1,096].

6. Результаты экспериментального исследования системы' естественной вентиляции с приточным устройством в производственных условиях, показйли, что степень нагрева наружного воздуха составляла 2 - 8°С. Визуальное наблюдение факела струи показало, что холодная струя приточного воздуха быстро ассимилируется с внутренним воздухом и попадает в зону нахождения животных с приемлемыми параметрами. 7. Разработаны предложения по обоснованию режимов работы системы обеспечения микроклимата, с естественной вентиляцией с исследуемым приточным устройством, для помещения молодняка КРС на 192 головы. Обоснован выбор мощности дополнительного обогрева и дана ориентировочная оценка экономии энергии и потерь привесов. Проведен расчет экономической эффективности, получаемой только за счет осушки внутреннего воздуха. Годовой экономический эффект составил 5622,6 руб. Срок окупаемости 2,9 года.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Самсонов, Андрей Николаевич, 2007 год

1. Ахундов Д.С., Мурусидзе Д.Н., Чугунов А.И., и др. 'Микроклимат животноводческих помещений и энергосбережение // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1997. - №12. - .9-13.

2. Абрамович Г.Н. Теория свободной струи и ее приложения. Труды ЦАГИ. 1936. Вып. 293.

3. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д., и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. Евроклимат, 2003. 416 с.

4. Антонов П.П. Микроклимат на фермах и комплексах. Россельхозиздат, -1976.-70 с.

5. Ануфриев Л.Н., Кожинов И.А., Позин Г.М. Теплофизические расчеты сельскохозяйственных производственных зданий. М.: Стройиздат, 1974.

6. Бабаханов Ю.М., Степанова Н.А. Оборудование и пути снижения энергопотребления систем микроклимата. -М.: Россельхозиздат, 1986. -230 с.

7. Базонов В.Н., Кеба А.Е. Влияние технологических факторов на продуктивность при выращивании и откорме крупного рогатого скота (обзор) // Сельское хозяйство за рубежом. 1979. №1. - С. 54-60.

8. Баланин В.И. Зоогигиенический контроль микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещения. Л.: Агропромиздат, 1988.- 144 с.

9. Баротфи И., Рафан П. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах / Пер. с венг. Э. Шандора, А.И. Залепукина. -М.: Агропромиздат, 1988, 228 е., илл.

10. Бахарев В.А., Абдюшев А.Я. Воздушное отопление и вентиляция животноводческих помещений. Казань: Таткнигоиздат, 1964.пб :

11. Брдлик П.М., Кожинов И.А., Петров Н.Г. Пособие по расчету тепло- и массобмена при конденсации пара из влажного воздуха на внутренней поверхности наружных стен. М.: НИИСФ, 1967.

12. Быков М.А. Расчет температурно-влажностного режима животноводческих зданий. -М.: Стройиздат, 1965. 137 с.

13. С. Веницки. Основные вопросы вентиляции помещений для молочных коров. Международный сельскохозяйственный журнал, 1985 г., №6.

14. Волков Г.К., Кизеров А.А. Пути улучшения микроклимата при реконструкции животноводческих помещений // Ветеринария. 1986. -№7.-С. 55-57.

15. Волкова С., Мелешкина С., Ануфриев А. Влияние микроклимата на иммунитет телят // Животноводство России, 2005. № 5. - С. 35.

16. Вторый В.Ф., Максимов Н.В., Козлова Н.П., Самсонов А.Н. Снижение выбросов аммиака вентиляционными системами животноводческих помещений. Современные проблемы экологии. Доклады всероссийской науч. тех. конф. Книга 2. М-Тула.: ТулГУ, 2006. С. 77-80.

17. Голосов И.М. Микроклимат животноводческих помещений. Лениздат, 1974.-118 с.

18. Голосов И.М., Жевлаков П.К., и др. Рекомендации по созданию микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях. Л.: -Лениздат, 1972.

19. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях: Инженерные системы зданий. 3-е изд., перераб. и доп. - С-Пб.: Авок Северо-Запад, 2004. -320 е., илл.

20. Данкверст П.В. Газо-жидкостные реакции. М.: Химия, 1973. - с. 68.

21. Деркинбаев С.М. Влияние способов содержания телят на их рост и развитие // Животноводство. 1984. - №3. - С. 20-21.

22. Долгов В. Санитарно-микробиологическое состояние телятников // Молочное и мясное скотоводство. 1981. - № 11. - С. 46-47.

23. Егиазаров А.Г., Кокорин О .Я., Прыгунов Ю.М. Отопление и вентиляция сельскохозяйственных зданий (расчет и проектирование). Киев: Буд1вельник, 1976. - 223 с.

24. Егиазаров А.Г. Отопление и вентиляция сооружений сельскохозяйственных комплексов. -М.: Стройиздат, 1981.

25. Егель А.Э., Воронова В.М., Шарипова М.Н. Расчет естественной вентиляции в помещениях: Методические указания. Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. - 10 с.

26. Заявка 3434745 ФРГ, МКИЧ F24 F3/14. Устройство для осушки воздуха животноводческих помещений. Изобретения стран мира. Реферативный журнал. -1986.-№3.

27. Карасик М.Н. Вентиляция животноводческих зданий. М.: - МСХ РСФСР, 1960.-26 с.

28. Кейс В.М. Конвективный тепло- массобмен. Пер. с англ. М.: Энергия,. 1972.-448 с.

29. Кокорин О.Я. Установки кондиционирования воздуха. Основы расчета и проектирования. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1978.-264 с. с ил.

30. Комаров Н.М. Вентиляция животноводческих помещений. -Сельхозиздат: 1960.

31. Костаби Х.Р. Исследование и обеспечение оптимального микроклимата в коровниках для промышленного производства молока в условиях Эстонской ССР: Автореф.дис. .канд.техн.наук. Ленинград - Пушкин, 1976.-23 с.

32. Кудрявцев А.А. Физиологические обоснования нормативов для проектирования строительства животноводческих помещений. ВИЭВ, 1961.

33. Кутателадзе С.С., Боришанский В.И. Справочник по теплопередаче. -М.: Госэнергоиздат, 1959.

34. Лакаткин В.В., Вертлецкий В.И. Влияние температуры и влажности воздуха помещений на физиологическое состояние и продуктивность животных. Сб. статей Донского СХИ, 1977, т. 12, вып. 3, - С. 135 - 137.

35. Лариков Н.Н. Общая теплотехника. Учеб. Пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1975. 559. с.

36. Лебедев П.Т. Микроклимат помещений для животных и методы его исследования. М.: Россельхозиздат, 1973. 336 с.

37. Лебедь А.А. Микроклимат животноводческих помещений. М.: Колос, 1984.-199 с.

38. Лобачевский Е.Я. К использованию тепловой энергии грунта в системах вентиляции животноводческих помещений. Направления совершенствования техники в животноводстве. Зерноград, 1985. -С. 68-75.

39. Максимов Г.А., Дерюгин В.В. Движение воздуха при работе систем вентиляции и отопления. Л.: Стройиздат, 1972. - 97 с.

40. Максимов Н.В. Система естественной вентиляции с утилизацией теплоты // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: Сб. науч. тр. СПб., СЗНИИМЭСХ, 2004. - Вып.76. - С. 170-177.

41. Максимов Н.В, Козлова Н.П Реконструкция коровников и микроклимат, // Сельскохозяйственные вести № 2,2005 С.Пб, 2005. С. 12-13.

42. Максимов Н.В., Козлова Н.П. Патент Российской Федерации №44816 "Система естественной вентиляции".

43. Матусевич В.Е. Машины и оборудование ферм для крупного рогатого скота. М.: Россельхозиздат, 1983. - 64 с.

44. Мелер А., Хейниг В. Постройки и оборудование для содержания крупного рогатого скота. М.: Колос, 1974. - 560 с.

45. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Официальное издание Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ. М.: ПТУСЗ Минсельхозпрома РФ, 1998. -220 с.

46. Методические рекомендации по исследованию систем микроклимата в промышленном животноводстве и птицеводстве. М.: ВИЭСХ, 1977. -87 с.

47. Методические рекомендации по устройству и расчету систем обеспечения микроклимата животноводческих помещений. Запорожье: ЦНИПТИМЭЖ, 1980. - 86 с.

48. Михайленко И.М. Структурно-параметрическая оптимизация систем вентиляции // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1981.-№11.-С. 21-22.

49. Мишуров Н. П., Кузьмина Т.Н. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях / Ан. обзор -М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2004, 96 с.

50. Мотес. Э. Микроклимат животноводческих помещений. М.: Колос, 1976.-192 р., илл.

51. Мурусидзе Д.Н., Оленев В.А., Павлов А.В. и др. Оборудование для создания микроклимата на фермах. М.: Колос, 1972, - 207 е., илл.

52. Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. Уч. Пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1971. - 460 с.

53. Нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота НТП 1-99.-М.: Минсельхозпрод России; 1998.

54. Онегов А.П., Храбустовский И.Ф., Черных В.И. Гигиена сельскохозяйственных животных. М.: Колос, 1972.-432 с.

55. Плященко С.И., Хохлова И.И. Микроклимат и продуктивность животных. JL: Колос, Ленингр.отд-е, 1976. - 208 с.

56. Плященко С.И., Трофимов А.Ф., Зень В.М. Микроклимат в коровниках с различными системами вентиляции // Животноводство. 1984. №9. -С.53-65.

57. Позин Г.М., Самсонов А.Н. Исследование приточного устройства системы естественной вентиляции животноводческого помещения // Техника в сельском хозяйстве. 2007. - №5. - С. 12-15.

58. Позин Г.М. Основы расчета тепловоздушного режима производственных помещений // Инженерные системы. АВОК Северо-Запад. - 2001. -№2.-С. 16-20.

59. Royal De Boer Stalinrichtingen B.V., Samka Vejle A/S, Skibelund, HZ, Skiold Echberg A/S, Skov A/S. Wopereis.

60. Пчелкин Ю.Н., Сорокин А.И. Устройства и оборудование для регулирования микроклимата в животноводческих помещениях. М.: Рбссельхозиздат, 1977. - 216 с.

61. Разработка автоматизированных клапанов для естественной вентиляции животноводческих помещений. Инж.центр «Сельхозмоставтоматика». Руководитель Иванов А.Ф. -ГР 01890002377.

62. Рекомендации по выбору и расчету систем воздухораспределения животноводческих зданий. -М.: Гипронисельхоз, 1983.

63. Рибикаускас В., Вайченис Г. Оценка микроклимата в фермах мясного скота. // Животноводство. Научные труды, 2004,44, с. 63-75.

64. Родин В.И. Совершенствование систем вентиляции животноводческих, помещений // Сельское хозяйство за рубежом. 1983. - 33. - С. 58-63.

65. Родин В.И., Шведов В.В. Оптимизация микроклимата в коровниках с помощью естественной вентиляции // Ветеренария. 1985. - №2. -С. 24-27.

66. Рымкевич А.А. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1990. -300 с.

67. Самсонов А.Н. Энергозатраты в системах обеспечения микроклимата телятника // Сб.науч.тр. Т 16, Ч 2. Подольск: ВНИИМЖ, 2006. -С. 255-262.

68. Самсонов А.Н. Энергозатраты на обогрев телятников // Сельский механизатор. 2007 . - №9. - С. 42.

69. Сафонов В.В., Приешкин В.П. Оборудование для создания микроклимата в помещениях животноводческих комплексов. М.: высшая школа, 1981. - 104 с.

70. Семенюта А.П. Гигиена содержания крупного рогатого скота. Колос. -179 с.

71. Совершенствование микроклимата помещений для содержания крупного рогатого скота / Г.К. Волков, В.И. Родин, В.И. Большаков и др. // Животноводство. -1979. №9. - С. 62-64.

72. Справочник по теплоснабжению сельскохозяйственных предприятий / В'.В. Жабо, Д.П. Лебедев, В.П. Мороз идр.; Под общ. Ред. В.В. Уварова. М.: Колос, 1983. -320 с.

73. Стефанов Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. С-Пб.: «АВОК Северо-запад», 2005. - 399 е., ил.

74. Теория турбулентных струй / Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., и др. Изд 2-е / Под ред. Г.Н. Абрамовича. М.: Наука, 1984. - 717с.

75. Тесленко И.И. Ресурсосберегающие технологии в молочном животноводстве. М.: 2002. - 289 с.

76. Турушев В.А. Теплообменная блокирующая вентиляция. Улан-Удэ, 1985.

77. ТалиевВ.Н. Аэродинамика вентиляции-М.:Госстройиздат, 1979.-295 с. .

78. Установки для создания микроклимата на животноводческих фермах // Д.Н. Мурусидзе, A.M. Зайцев, Н.А. Степанова и др. М.: Колос, 1979. -327 с.

79. Успенская Л.Б.Статистические закономерности изменения состояния наружного воздуха // Сб.тр. ВНИИГС-М.,1968. вып.26 С. 87-99.

80. Харланов С.А., Степанов В.А. ' Монтаж систем вентиляции и кондиционирования воздуха. -М.: Высшая школа, 1975. -192 с.

81. Хазанов Е. Е. Реконструкция молочных ферм. Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. - 256 с.

82. Хидиров И.Х., Хабибуллин К.Х., Шарипов О. Влияние микроклимата на продуктивность бычков на комплексах и откормочных площадках // Технология производства продуктов животноводства: Труды УзНИИЖ. -Ташкент. 1983.-Вып. 38.-С. 151-160.

83. Шведов В.В., Дмитриев М.Т., Рязанцев В.П. Системы естественной вентиляции животноводческих помещений (обзорная информация). -М.: ВНИИТЭИагропром, 1991. 44 с.

84. Шепелев И.А. Приточные вентиляционные струи и воздушные фонтаны. Известия Академии строительства и архитектуры СССР, 1961. №4.

85. Шепелев И.А. Распространение теплых и холодных струй воздуха. // Отопление и вентиляция, 1940, №1.

86. Юрков В.М. Микроклимат животноводческих ферм и комплексов. М.: Россельхозиздат, 1985.-223 е., илл.

87. Kavolelis B. Evaluation of regulation methods of the cowshed ventilation system // Agricultural engineering. Reseach papers 38 (1). Raudondvaris, 2006.-pp. 40-52.

88. ASHRAE Handbook. Heating, Ventilating and Air-Conditioning. APPLICATIONS. Chapter 21. Environmental control for animal and plants. 1999. pp.21.9

89. Regarding the proceedings of the international symposium on "Gaseous and Odour Emissions from Animal Production Facilities, Horsens 1-4 June 2003. http://www.agrsci.dk/ibt/spe