Функциональная модель и схема системы обеспечения параметров воздуха в помещении для содержания животных

Введение. Реализация заложенных генетических потенциалов животных достигается обеспечением качественных условий содержания и проявляется в высоких показателях продуктивности. Основной способ обеспечения надлежащих условий содержания – это обеспечение параметров микроклимата на уровне, регламентированным ПДК [1,2].

Наиболее значимыми параметрами микроклимата считаются: температура, относительная влажность, бактериальная обсемененность, загазованность помещения. Для контроля параметров микроклимата, которые возможно контролировать через воздух, используются 3 основных способа вентиляции: естественная, принудительная, комбинированная [2,3].

Естественная предполагает наличие вентиляционных люков и каналов, вытяжные шахты, шторки, способные осуществлять пропускание воздушных масс. Принудительная вентиляция осуществляется вентиляторам осевыми и подвесными лопастными и приточновытяжными шахтами. Иногда данный способ называют искусственным, в связи с тем, что в ряде животноводческих комплексах, таких как свинарники и птичники, требуется полный контроль параметров воздуха и не допускается влияние внешних условий среды. Комбинированный способ предполагает наличие как приточных каналов с вытяжными люками или шахтами, так и вентиляторов и приточно-вытяжных шахт. Это делается для возможности увеличения воздухообмена в помещении, когда существует такая возможность. Данный способ преимущественно применяется в скотоводстве [3-5].

Для решения вышеописанного вопроса предлагается интеграция комбинированной системы обеспечения параметров воздуха в помещения для содержания крупного рогатого скота. Предлагаемая система должна обеспечивать качественное осуществление мониторинга и контроля основных параметров микроклимата. Система будет осуществлять воздухообмен, поддержание оптимальных значений температуры, чистоты воздуха и влажности в помещении, своевременно удалять отработанный воздух [6,7].

Цель работы обосновать технологические процессы и компонентный состав системы с помощью разработанных функциональной и функционально-структурной моделях

Материалы и методы. Разработанные функциональная модель и функциональноструктурная схема системы обеспечения параметров воздух в помещении для содержания крупного рогатого скота предназначены для объяснения и обоснования составных частей и узлов системы. Перед построением модели и схемы было определены функции для обеспечения интересующих нас параметров и разработаны узлы систем, которые должны обеспечивать их контроль.

Результаты и их обсуждения.

Принцип работы системы описан ниже. При включении данной системы загрязненный воздух из помещения засасывается в шахту с помощью вентилятора и турбодефлектора, располагающегося сверху. Часть отработанного воздуха подвергается рециркуляции, проходя через фильтры. Вещества, оседающие на фильтрах, попадают в пылесборник, располагающийся под фильтрами. Также в рекуперационной части шахты имеется заслонка, которую можно закрыть, если температура воздуха в помещении достаточно высокая и нет необходимости в поступлении теплого воздуха. Основная масса удаляемого воздуха выносится наружу по шахте, проходя через пластинчатый теплообменник. Пластины нагреваются от удаляемого воздуха путем передачи тепла, которое потом передают поступающему свежему воздуху с улицы. Поступающий воздух, проходя через теплообменник, нагревается до оптимальной температуры и поступает в помещение уже достаточно прогретым, что способствует поддержанию оптимальных условий микроклимата. Приходящий воздух перед поступлением в помещение также проходит через электрофильтр, что способствует его очищению. Внутри шахты, через которую поступает воздух с улицы, располагается форсунка, распыляющая дезинфектант. Это позволяет частично обеспыливать воздух и инактивировать патогенную микрофлору, а дополнительно - увлажнять воздух при необходимости. Форсунка располагается таким образом, что распыляющийся дезинфектант обрабатывает 2 потока воздуха: приходящий с улицы и рециркуляционный, то есть часть отработанного воздуха, который возвращается для поддержания положительного значения температуры, также обрабатывается от патогенных микроорганизмов. Дополнительно в системе предусмотрена автоматика по сбору параметров и их анализу по скорости потока, влажности и температуре.

В связи с тем, что система обеспечения параметров воздуха предполагается располагать в помещении размещения крупного рогатого скота, необходимо предусмотреть ряд характеристик, которые способствуют ее функционированию. Среда, в которой содержатся животные для техники, располагаемой в помещении, считается агрессивной. Исходя из этого, оборудование должно обладать определенной устойчивостью к агрессивным средам, герметичностью и надежностью для качественного функционирования И⁶⁶ Агротехника и энергообеспечение. - 2023. - № 2 (39)

(рисунок 1).

Анализируя источники [8,9] было рассмотрено построение алгоритмов для технологических средств в сельском хозяйстве, на основе этого сформированы рисунки 1 и 2.

F0 Обеспечение параметров воздуха и его дезинфекция в помещении

F1 Утилизация теплоты \зытяжного воздуха

• — F 1.1 Энергоэффективность.

• — F 1.2 Герметичность.

• — F 1.3 Прочность.

'—F 1.4 Устойчивость к агрессивным средам.

• — -^2 Рециркуляция воздуха ---

• -    Г 2.11 ерметичностъ.

• —    F 2.2 Прочность.

• —    F 2.3 Устойчивость

к агрессивным средам.

• — F 2.4 Надежность.

»F2.5 Эффективность рециркуляции.

• — [F3 Обеспечение воздухообмена

• —F 3.1 Энергоэффективность.

—F 3.2 Надежность.

— F 3.3 Устойчивость к агрессивным средам.

• — F 3.4 Прочность.

• — F 3.5 Герметичность.

_F4 Дезинфекция рециркулируемого и приточного воздуха

• — Г 4.1 Энергоэффективность

• ^— F 4.2 Герметичность.

• — Г 4.3 Надежность.

'—F4.4 Эффективность дезинфекции

F1/2/3/4 Базирование узлов и ограждение та внешних воздействий ______________ — Г1/2/3/4.1 Надежность.

— F1/2/3/4.2 Прочность.

— F1/2/3/4.3 Герметичность.

— F1/2/3/4.4 Устойчивость к агрессивным средам.

— F1/2/3/4.5 Термоизолированность.

Рисунок 1 – Функциональная модель системы обеспечения параметров воздуха

На рисунке 1 определены основные части системы и показаны основные их качества. Предлагаемая система призвана осуществлять воздухообмен, удаление избыточного тепла и прогревание приходящего воздуха для поддержания оптимальных значений температуры. Также предполагается осуществление дезинфекции воздушных масс для предотвращения заболеваний. Обеспечение параметров воздуха и его дезинфекция состоит из утилизации теплоты вытяжного воздуха, обеспечения воздухообмена, рециркуляции воздуха, дезинфекции воздушных потоков. Все узлы и части системы предполагается располагать таким образом, чтобы не создавать помех рабочему персоналу и не подвергать животных дискомфорту или опасности.

Каждая из частей системы должна быть выполнена из материалов, способных работать в агрессивных средах, быть устойчива к ним. Также они должны быть герметичны, чтобы исключать потери воздуха и дезинфектанта при работе. Для обеспечения надлежащего уровня работы все составляющие должны быть эффективны в осуществлении своей части работы и энергоэффективны, для минимизации затрат по электроэнергии. Надежность конструкции обуславливается качественными креплениями и корректным размещение в помещении. Также все части системы должны обладать достаточной надежностью для осуществления своих задач.

Осуществление воздухообмена позволит приносить воздух с улицы и удалять отработанный воздух из помещения, что способствует терморегуляции и уменьшению загазованности в помещении.

Утилизация теплоты из помещения позволяет регулировать уровень температуры, относительной влажности.

Рекуперация воздуха позволяет обеспечивать поддержание оптимальной температуры на надлежащем уровне. Благодаря возвращению части отработанного воздуха существует меньшая необходимость в подогреве воздушных масс в помещении, как следствие повышение энергоэффективности.

Для поддержания оптимального уровня бактериальной обсемененности в помещении следует использовать дезинфектант, для его распыление предлагается использовать форсунки для распыления на воздушные массы, приходящие с улицы и рекуперируемые в системе. Это позволяет улучшить физиологическое состояние скота, что будет способствовать высокой продуктивности.

В связи с тем, что рекуперируемый воздух является отработанным и приносится из помещения с последующим его возвращением обратно, существует необходимость в системах его очистки. Электрофильтр и фильтр грубой очистки будет позволять проводить очистку данных воздушных масс и как следствие они будут менее загрязненными, что также повышает качество физиологического состояния. Также предлагается подвергать очистке приточный воздух с улицы, так как нельзя однозначно утверждать в его чистоте.

Качественное проектирование и разработка и математический подсчет габаритных размеров системы обеспечения параметров воздуха позволит более эффективно разместить ее в помещении, увеличить работоспособность и минимизировать или нивелировать возможность повреждения оборудования скотом или работниками предприятия, в свою очередь это также минимизирует количество травм на производстве как со стороны обслуживающего персонала, так и со стороны животных.

Для выполнения работы системы, прописанный выше, необходимо понимание какая часть предлагаемой системы обеспечения параметров осуществляет ту или иную функцию. Для наглядности была сформирована функционально-структурная схема (рисунок 2).

\Гурбо дефлектор форсунка дезинфектанта

Очистка рециркулируемого и приточного воздуха _____

'ф Дезинфекция,очистка и увлажнение рециркулируемого и приточного воздуха

Воздушная заслонка ______К

Механизм рециркуляции р -

Фильтры              р '

Утилизация теплоты вытяжного воздуха __________

Частичное прогревание приточного воздуха Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий ______

Обеспечение воздухообмена

( Теплообменник ___________р-

Вентилятор приточный [ ^ | Вентилятор вытяжной [ < | Корпус                   р -

■ \Частичное обеспыливание | Увлажнение воздуха

■ — ^Рециркуляция воздуха к к я

8 н Я

к

§

Я Я

S 3

5- 8

О « в в у

S' 5

И

5 а

Рисунок 2 – Функционально-структурная модель системы обеспечения параметров воздуха

На рисунке 2 отображены функциональные части разрабатываемой системы, определены основные их функции для обеспечения необходимых параметров воздуха. Отмеч ено, что ряд функций системы осуществляется несколькими частями конструкции, а

68 Агротехника и энергообеспечение. – 2023. – № 2 (39)

также некоторые ее составляющие отвечают за исполнение нескольких функций сразу. Это свидетельствует о системном подходе к выполнению задач данной системы и повышенной эффективности выполнения работ, за счет влияния сразу нескольких компонентов.

Предлагаема система состоит из теплообменника; приточного и вытяжного вентиляторов; корпуса; узла дезинфекции, включающий форсунку, патрубок и бак с дезинфектантом; турбодефлектора; воздушных заслонок; механизма рециркуляции воздуха и фильтров грубой отчистки с электрофильтром. Часть функций, выделенные жирным шрифтом, включают в себя еще некоторые функции. Так, например, дезинфекция, очистка и увлажнение воздуха включает в себя частичное обеспыливание и увлажнение.

Для обеспечения параметров воздуха и его дезинфекции в помещении выделены основные функции системы: Утилизация теплоты вытяжного воздуха, включающая частичное прогревание приточного воздуха; Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий; Обеспечение воздухообмена; Дезинфекция рециркулируемого и приточного воздуха, включающая частичное обеспыливание и увлажнение воздуха; Рециркуляция воздуха, включающая очистку воздуха.

Данная система предлагается для использования в помещениях содержания крупного рогатого скота, для обеспечения надлежащего уровня интересующих нас параметров. Также существует возможность проведения исследований по проектировке и разработке систем обеспечения микроклиматических параметров для других разделов животноводства. В дальнейших исследованиях будут проводится более подробные исследования по данной тематике, усовершенствование предлагаемых структурно-функциональных схем, разработка алгоритма функционирования системы.

Выводы. Для решения данного вопроса предлагается интеграция системы обеспечения параметров воздуха в помещения для содержания крупного рогатого скота. Это позволит качественно осуществлять мониторинг и контроль интересующих нас параметров. Будет осуществляться воздухообмен, поддержание оптимальные значения температуры и влажности в помещении, своевременное удаление отработанного воздуха способствует избеганию излишней загазованности

Обеспечение параметров воздуха и его дезинфекция состоит из утилизации теплоты вытяжного воздуха, обеспечения воздухообмена, рециркуляции воздуха, дезинфекции воздушных потоков. Все узлы и части системы предполагается располагать таким образом, чтобы не создавать помех рабочему персоналу и не подвергать животных дискомфорту или опасности. Каждая из частей системы должна быть выполнена из материалов, способных работать в агрессивных средах, быть устойчива к ним. Также они должны быть герметичны, чтобы исключать потери воздуха и дезинфектанта при работе. Для обеспечения надлежащего уровня работы все составляющие должны быть эффективны в осуществлении своей части работы и энергоэффективны, для минимизации затрат по электроэнергии. Надежность конструкции обуславливается качественными креплениями и корректным размещение в помещении. Также все части системы должны обладать достаточной надежностью для осуществления своих задач.

Для обеспечения параметров воздуха и его дезинфекции в помещении выделены основные функции системы: Утилизация теплоты вытяжного воздуха, включающая частичное прогревание приточного воздуха; Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий; Обеспечение воздухообмена; Дезинфекция рециркулируемого и приточного воздуха, включающая частичное обеспыливание и увлажнение воздуха; Рециркуляция

Агротехника и энергообеспечение. - 2023. - № 2 (39) J69

воздуха, включающая очистку воздуха.

Работа выполнена при поддержке Федерального Государственного Бюджетного Научного Учреждения Федерального Научного Аграрного Центра «ВИМ».

• Komkov Ilya Vladimirovich, specialist, komkovilya10@yandex.ru