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 СФОАприточно-вытяжные системы типа ПВУэлектроклиматагровентразличные 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.

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(1 060 123) 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 внедрениядоложена 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) — 1981 г. — 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.

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* микроклиматаснизить на" Ш^о «рублей расходы попотреблению электроэнергии на нагрев наружного воздуха, за счет внедрения новой системы оптимизации энергопотребления АСКВ, '-уровнипарйкеДййпфоклимата.

ЖЮбоЙ года.-Л-'* —" ' - >'л .и.—,^ - • ^ I.

2.сравниваема'®'-си (c)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 (c)живирома ?. 'гиТолько '-.за. теъсшэ^шш' оптимального1-.микрошимата, акоыо-ш. эледаршчаской .'энергии. на нагрев-наружного.воздуха1 для Cipaби—ешации.'.^ешерал^грно^влазкностных 'режимов-?в станках1 с телятами со-ращен. т-дёж"-Фел-ят'- в-• 198−3^' шду насравнению — со средне— одовыМ'^отаод-ом: моло^нжаза 1974;19Э2 тг. ¿-Эффективность* примене.