Спосіб формування теплових режимів у тваринницькому приміщенні з електрообігрівною підлогою

Реферат: Спосіб формування теплових режимів у тваринницькому приміщенні з електрообігрівною підлогою включає нагрівання трубчастих електронагрівників розміщених поярусно у теплоакумулюючому наповнювачі траншеї, акумулювання теплоти в теплоакумулюючому наповнювачі траншеї, передачу теплоти до приміщення природним шляхом та примусово продуваючи трубчасті електронагрівники повітряним потоком тиском Р1 та теплоакумулюючий наповнювач траншеї повітряним потоком. Формування теплових режимів передачею теплоти від трубчастих електронагрівників та теплоакумулюючого наповнювача траншеї виконують: природним шляхом; природним шляхом та продувкою повітряним потоком тиском Р1 трубчастих електронагрівників поярусно, починаючи з нижнього ярусу; природним шляхом та продувкою повітряним потоком тиском Р2 теплоакумулюючого наповнювача траншеї; природним шляхом, продувкою повітряним потоком тиском P1 трубчастих електронагрівників поярусно, починаючи з нижнього ярусу та продувкою повітряним потоком тиском Р 2 теплоакумулюючого наповнювача траншеї; природним шляхом та продувкою трубчастих електронагрівників повітряним потоком тиском Р1 поярусно, починаючи з верхнього ярусу; природним шляхом та продувкою повітряним потоком трубчастих електронагрівників тиском P 1 поярусно, починаючи з верхнього ярусу та продувкою теплоакумулюючого наповнювача траншеї повітряним потоком тиском Р2. UA 90598 U (12) UA 90598 U UA 90598 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до сільського господарства, зокрема до галузі тваринництва і може бути використана для підвищення ефективності виробничих процесів за рахунок більш раціонального використання енергетичних і кормових ресурсів, зниження собівартості одиниці продукції та запобігання негативного впливу відходів виробництва продукції тваринництва на довкілля. Враховуючи природно-кліматичні умови України (48-50 град. п. ш.) саме енерговитрати на формування заданого теплового режиму мікроклімату, як домінуючого по енергоємності та інтенсивності фізіологічного впливу на життєдіяльність біооб'єктів тваринництва є і одним із найбільш вагомих факторів впливу на рентабельність виробництва цієї продукції [2. стор. 9-12]. Відомий спосіб забезпечення теплового режиму мікроклімату в виробничих тваринницьких спорудах з застосуванням місцевої системи опалення (газоповітряні опалювальні агрегати, калорифери і т. і.), який полягає в тому, що теплова енергія, яку отримують при спалюванні газоподібного палива передається в поверхневому теплообміннику теплоносію (повітря), який нагрівається і вентилятором подається в тваринницьке приміщення. Нагріте повітря перед подачею в приміщення очищується фільтрами. Охолоджені продукти згоряння видаляються через димохід в атмосферу [1. стор. 18, 19]. Недолік відомого способу повітряного опалення полягає в тому, що нагрівання повітря і елементів огороджувальних конструкцій виробничого приміщення відбувається за енергозатратною технологією "зверху-вниз". Так, наприклад, для підвищення температури поверхні підлоги, де утримуються тварини або птахи на 1 °C необхідно температуру повітря в приміщенні підвищити на (4-5)°С. До того ж ці системи мають подвійну залежність від енергоносіїв, а саме перебої в газопостачанні або перебої в електропостачанні призводять до збоїв в роботі всієї системи, знижуючи її експлуатаційну надійність. Відбувається забруднення навколишнього середовища продуктами згоряння газу. Цей спосіб унеможливлює застосування енергії нетрадиційних та відновлювальних джерел [5. стор. 32-35]. Відомий також спосіб забезпечення теплового режиму мікроклімату в виробничих спорудах з застосуванням електричних інфрачервоних (ІЧ) опромінювачів. Потік променистої енергії від джерела випромінювання ІЧ спрямовується розташованими безпосередньо над обігрівною зоною ІЧ випромінювачами. При проходженні ІЧ променів повітря в приміщенні не нагрівається, а нагріваються лише об'єкти, що зустрічаються на шляху проходження променів. Наприклад, за відсутності в зоні обігріву людей, буде нагріватись поверхня підлоги, огороджуючі конструкції і т. п. [6]. Інтенсивність нагріву біооб'єктів за допомогою ІЧ опромінювання зростає пропорційно збільшенню коефіцієнта поглинання променів ІЧ діапазону спектру електромагнітного випромінювання [4. стор. 101-108]. Такі системи можуть застосовуватись, як основні так і в якості додаткових систем опалення. Недоліком цього способу забезпечення стандартів теплового режиму в тваринницькому приміщенні є невисока функціональна ефективність, обумовлена характерними конструктивними особливостями типових тваринницьких споруд, наприклад, свинарники маточники. У цих спорудах крім своєрідного газового складу повітря в процесі виробництва ще й низькі стелі. Це негативно впливає на ефективність роботи системи ІЧ обігріву з точки зору дотримування зоотехнічних і санітарно-ветеринарних вимог. Відсутня можливість використання енергії нетрадиційних і відновлювальних джерел. Електрообладнання ІЧ установок критичне до якісних показників електрозабезпечення [4. стор. 175]. Відомий більш прогресивний спосіб-аналог формування теплового режиму в тваринницькому приміщенні з електрообігрівною підлогою [3]. Цей спосіб передбачає формування теплових параметрів мікроклімату за більш енергоефективною схемою переміщення теплоти "знизу-вверх", а саме нагрівання трубчастих електронагрівників, розміщених поярусно в теплоакумулюючому наповнювачі траншеї, яка виконана в ґрунті підлоги; акумулювання теплоти в теплоакумулюючому наповнювачі траншеї і передачі теплоти в приміщення природним шляхом та примусово, продуваючи трубчасті електронагрівники та теплоакумулюючий наповнювач траншеї повітряними потоками різних рівнів тисків. Маючи значну теплову інерцію електрообігрівна підлога, як джерело теплоти, що нагріває повітря тваринницького приміщення потребує застосування технологічних прийомів, спрямованих на підвищення оперативності і точності підтримування заданих стандартів теплового режиму, особливо при різкому зниженні зовнішньої температури повітря. Це є одним із недоліків способу-аналога. Крім того, застосування цього способу потребує заходів щодо підвищення ефективності використання енергоресурсів протягом виробничого циклу, як традиційних, так і відновлювальних. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності використання енергоресурсів в технологічних процесах виробництва продукції тваринництва за рахунок 1 UA 90598 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забезпечення оперативності і точності підтримування заданих стандартів теплового режиму в тваринницьких спорудах. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб, що пропонується, формування теплового режиму в тваринницькому приміщенні з електрообігрівною підлогою, включає нагрівання трубчастих електронагрівників розміщених поярусно у теплоакумулюючому наповнювачі траншеї; акумулювання теплоти в теплоакумулюючому наповнювачі траншеї; передачу теплоти до приміщення природним шляхом та примусово, продуваючи трубчасті електронагрівники повітряним потоком тиском Р1 та теплоакумулюючий наповнювач траншеї повітряним потоком тиском Р2 виконують наступним чином: природним шляхом; природним шляхом та продувкою повітряним потоком тиском Р1 трубчастих електронагрівників поярусно, починаючи з нижнього ярусу; природним шляхом та продувкою повітряним потоком тиском Р 2 теплоакумулюючого наповнювача; природним шляхом, продувкою повітряним потоком тиском Р1 трубчастих електронагрівників поярусно, починаючи з нижнього ярусу та продувкою повітряним потоком тиском Р2 теплоакумулюючого наповнювача; природним шляхом та продувкою трубчастих електронагрівників повітряним потоком тиском Р 1 поярусно, починаючи з верхнього ярусу; природним шляхом та продувкою повітряним потоком тиском Р 1 поярусно, починаючи з верхнього ярусу та продувкою теплоакумулюючого наповнювача повітряним потоком тиском Р2. Формування заданого значення теплового режиму в тваринницькому приміщенні з електрообігрівною підлогою у відповідності з запропонованим способом починається з під'єднання комутаційними апаратами системи керування електронагрівальних елементів трубчастих електронагрівників першого ярусу розміщених в теплоакумулюючому наповнювачі траншеї до джерела живлення (традиційне або відновлювальне джерело живлення). Якщо система починає працювати в автоматичному режимі, то момент вмикання відбувається лише на початку провалу добового графіку навантаження за запрограмованим сигналом таймера, який забезпечує роботу трубчастих електронагрівників в поза піковий період з пільговою оплатою за спожиту електроенергію (при живленні від традиційного джерела - мережі). Якщо роботою керує оператор (ручний режим), то вмикання відбудеться в будь-який період доби по його команді. В процесі перетворення електричної енергії в теплову при умові, що реальне значення температури поверхні підлоги і теплоакумулюючого наповнювача траншеї буде менше, ніж температура навколишнього середовища в приміщенні, теплові потоки при роботі електронагрівальних елементів трубчастих електронагрівників будуть спрямовані природним шляхом (другий закон термодинаміки) на передачу теплової енергії до поверхні підлоги і теплоакумулюючого наповнювача траншеї, в якому розміщені поярусно трубчасті електронагрівники. Теплообмін відбувається переважно конвекцією і випромінюванням. При досягненні заданого значення температури на поверхні підлоги (залежно від функціонального призначення виробничого приміщення) електронагрівальні елементи трубчастих електронагрівників вимикаються по команді датчиків температури системи керування. З поверхні підлоги теплота природним шляхом буде передаватись в приміщення за прогресивною схемою роботи систем мікроклімату "знизу-вверх" і від трубчастих електронагрівників і від теплоакумулюючого наповнювача. Такий спосіб забезпечення стандартів теплового режиму мікроклімату виробничих споруд з електрообігрівними підлогами дозволяє на (25-30)% економити електроенергію, на (10-12)% скорочувати витрати кормових ресурсів, знижувати негативний вплив відходів виробництва продукції тваринництва на довкілля. Формування теплового режиму у тваринницькому приміщенні з електрообігрівною підлогою відбувається наступним чином природним шляхом за схемою продувки повітряним потоком тиском Р1 (60-80)кПа внутрішніх порожнин трубчастих електронагрівників поярусно розташованих у теплоакумулюючому наповнювачі траншеї, починаючи з нижнього ярусу. Поярусне розташування трубчастих електронагрівників по висоті траншеї дає можливість не тільки збільшувати акумулювальні властивості конструктивних елементів електрообігрівної підлоги, це особливо важливо при застосуванні відновлювальних джерел енергії (вітроустановки) для живлення трубчастих електронагрівників, але і надає можливість акумулювання електроенергії від традиційних джерел у поза піковий період, що в свою чергу дає можливість збільшувати номінальну температуру нагріву нагрівальних елементів в порівнянні з температурою нагріву нагрівальних елементів трубчастих електронагрівників першого ярусу (180-200)С°. Таким чином силовий модуль електрообігрівної підлоги (яруси трубчастих електронагрівників) сформований так, що і допустима температура нагріву нагрівальних елементів трубчастих електронагрівників і їх потужність (електрична і теплова) виконані в 2 UA 90598 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 зростаючому порядку зверху вниз. При цьому трубчасті електронагрівники першого ярусу і теплоакумулюючий наповнювач траншеї, де вони розміщені не продуваються. Теплова інерція системи опалення з застосуванням електрообігрівної підлоги ускладнює можливість оперативного і чіткого підтримування заданого температурного режиму в приміщенні тільки за рахунок теплової енергії з поверхні підлоги. При різких зниженнях зовнішньої температури повітря або відкритті вхідних дверей, наприклад, при заїзді кормороздавачів, відбувається різке охолодження перших починаючи від дверей, станків з свиноматками і поросятами. Тому при зниженні температури повітря в приміщенні на обумовленій висоті технологічно активних зон виробничого приміщення по сигналу датчиків температури вмикаються вентилятори, які створюють повітряний потік тиском Р 1, яким і продувають поярусно внутрішні порожнини трубчастих електронагрівників, починаючи знизу вверх, теплота від яких передається в приміщення. Моніторинг температурних режимів повітря в технологічно активних зонах виробничого приміщення і поверхні підлоги (через кожні 15 хвилин) контрольно-вимірювальні прилади через термінали передають команди на логічно-обчислювальні модулі централізованого пульта спостереження по яким і формуються команди на вимикання вентиляторів, які продували внутрішні порожнини трубчастих електронагрівників і вмикання вентиляторів, які тиском повітряних потоків Р2 продувають теплоакумулюючий наповнювач траншеї, поки за сигналом датчиків температури не буде зафіксовано стабілізацію температурного режиму в приміщенні. В екстремальних ситуаціях значної розбалансованості температурного режиму і поверхні підлоги і повітря на заданій висоті приміщення система керування працює за схемою, яка дає можливість найбільш оперативно і гнучко запускати вентилятори низького тиску Р1 для продувки поярусно порожнин трубчастих електронагрівників і вентилятори, що створюють повітряний потік тиском Р2 для продувки теплоакумулюючого наповнювача траншеї, починаючи знизу вверх і стабілізувати температурний режим повітря в приміщенні і на поверхні підлоги. Після стабілізації температури вентилятори, що формували повітряний потік Р 1 і повітряний потік Р2 вимикаються комутаційною апаратурою системи керування. У випадку менших перепадів і відхилень температурного режиму поверхні підлоги і повітря в приміщенні система працює за схемою, що є більш енергоощадною. В ситуації коли температура повітря в приміщенні і на поверхні підлоги не стабілізується протягом (15-20) хвилин, система працює по одній з наведених схем. А саме, комутаційною апаратурою вмикаються вентилятори, що формують потоки повітря тиском Р1 для продувки поярусно внутрішніх порожнин трубчастих електронагрівників і вентилятори, що формують потоки повітря тиском Р2 для продувки теплоакумулюючого наповнювача траншеї в напрямку зверху вниз. Після стабілізації температурного режиму - апаратура комутації по сигналам датчиків системи керування вимикає першу (Р1) і другу групу (Р2) вентиляторів. Застосування запропонованого способу підвищує експлуатаційну надійність формування теплового режиму в виробничому приміщенні з електрообігрівною підлогою, розширює можливість використання енергії відновлювальних джерел в технологічних процесах виробництва продукції тваринництва та підвищує культуру виробництва в галузі. Джерела інформації: 1. Богословский В. Н., Сканави А. Н. Отопление: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1991. - 735 с 2. Круковский П. Г., Тимченко Н. П, Судак О. Ю., Розинский Д. И. Тепловые режимы полов различных конструкций с электрокабельными системами обогрева // Промышл. теплотехн. 2002. - Т.24, № 1 - с. 10-16. 3 3. А. с. 1813381 СССР, МКИ А 01К 1/015. Устройство электрообогреваемого пола для животноводческого помещения / Романченко Н. А., Румянцев А. А., Мельник В. I., Романченко В. Н. (СССР) - № 4922356/15; заявл. 29.03.91; Опубл. 07.05.93, Бюл. № 17. 4. Кудрявцев И. Ф., Карасенко В. А. Электрический нагрев и электротехнология. М.: Колос, 1975, 384 с. 5. Захаров А. А. Применение тепла в сельском хозяйстве / А. А. Захаров. - М.: Колос, 1980. 311 с. 6. http://www.ecoline-tyumen.narod.ru/bibll.html. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Спосіб формування теплових режимів у тваринницькому приміщенні з електрообігрівною підлогою, який включає нагрівання трубчастих електронагрівників розміщених поярусно у теплоакумулюючому наповнювачі траншеї, акумулювання теплоти в теплоакумулюючому 3 UA 90598 U 5 10 наповнювачі траншеї, передачу теплоти до приміщення природним шляхом та примусово продуваючи трубчасті електронагрівники повітряним потоком тиском Р1 та теплоакумулюючий наповнювач траншеї повітряним потоком Р2, який відрізняється тим, що формування теплових режимів передачею теплоти від трубчастих електронагрівників та теплоакумулюючого наповнювача траншеї виконують: - природним шляхом; природним шляхом та продувкою повітряним потоком тиском Р1 трубчастих електронагрівників поярусно, починаючи з нижнього ярусу; природним шляхом та продувкою повітряним потоком тиском Р 2 теплоакумулюючого наповнювача траншеї; природним шляхом, продувкою повітряним потоком тиском P 1 трубчастих електронагрівників поярусно, починаючи з нижнього ярусу та продувкою повітряним потоком тиском Р2 теплоакумулюючого наповнювача траншеї; природним шляхом та продувкою трубчастих електронагрівників повітряним потоком тиском Р1 поярусно, починаючи з верхнього ярусу; природним шляхом та продувкою повітряним потоком трубчастих електронагрівників тиском P1 поярусно, починаючи з верхнього ярусу та продувкою теплоакумулюючого наповнювача траншеї повітряним потоком тиском Р2. 15 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4