Энергоэффективный способ борьбы с перегревом воздуха в коровниках

Введение. Важным условием получения высокой продуктивности коров является борьба с перегревом помещений, в которых они находятся.

Это связано с тем, что с помощью отопительно-вентиляционных систем, построенных на принципе обеспечения асси миляции вредностей (в том числе и избытков тепла), за счёт вентиляции помещения, не представляется возможным соблюдать оптимальный температурный режим [1].

Так как климатические условия в ряде климатических районов нашей страны характеризуются тем, что в течение до- вольно продолжительного времени года в коровниках температура воздуха превышает оптимальные значения, разработке способов и технических средств охлаждения воздуха в коровнике, очевидно, необходимо уделить достаточное внимание.

Цель и задачи. Как показывают исследования [2], выбор способа охлаждения воздуха, прежде всего, зависит от соотношения энтальпий 7 и влагосодержания d наружного и внутреннего воздуха. Это соотношение выглядит следующим образом: /₆ 1_Н и d_(l d_H. Такое соотношение параметров внутреннего и наружного воздуха показывает, что без охлаждения наружного воздуха принципиально возможно обеспечить ассимиляцию общих избытков теплоты помещения, используя интенсивную вентиляцию. Однако в реальных условиях это не всегда эффективный способ борьбы с перегревом. [3].

Методы. Для уменьшения температуры воздуха в помещении применяют различные способы охлаждения воздуха, которые условно можно разделить на пассивные и активные способы [4]. Все возможные пассивные методы в основном способствуют снижению тепловой нагрузки зданий, но не обеспечивают температурных условий воздушной среды животноводческих помещений. Это обусловлено тем, что для этих целей необходимо не только максимально снизить теплопоступ-ления в помещения, но и удалить значительное количество избыточного тепла [5].

К пассивным способам в основном относятся действия, способствующие снижению теплопоступлений в помещения от солнечной радиации через ограждающие конструкции здания.

К активным способам борьбы с перегревом в первую очередь относятся интенсивная вентиляция помещений с предварительным охлаждением или без охлаждения, в зависимости от конкретных условий, а также установки, охлаждающие внутренний воздух непосредственно в помещениях.

Применение активного вентилирования со скоростью 1,0-1,5 м/с в зоне нахождения животных требует установки дополнительных мощных вентиляторов, требующих значительного расхода энергии. Од нако самое интенсивное вентилирование помещений может обеспечить перепад температур между воздухом помещения и атмосферным не более 3 °C, и то при условии, что температура внутри помещения не превышает наружную температуру [б].

Посмотрим, какие установки применяются для борьбы с перегревом животноводческих помещений.

Для полного кондиционирования воздуха помещений разработан кондиционер двухступенчатого испарительного охлаждения типа К ДИ-2,5 и регенеративный косвенно-испарительный охладитель типа РКВ. Однако опыт применения охладителей испарительного охлаждения воздуха показывает, что эти устройства обеспечивают снижение температуры воздуха на 4-8 °C и значительное его увлажнение в процессе охлаждения, поэтому они могут применяться в климатических зонах с сухим климатом. Кроме того, установки подобного типа имеют относительно высокую стоимость [7].

Более актуальны для применения в коровниках установки неполного кондиционирования воздуха. Неполное кондиционирование является простейшим и одним из наиболее распространённых способов кондиционирования, применяемого на сегодняшний день в животноводческих помещениях в основном в районах с жарким климатом. К такому способу кондиционирования относится и охлаждение приточного вентиляционного воздуха. Наибольшее распространение получил способ непосредственного испарительного охлаждения воздуха с помощью распылительных форсунок, расположенных в распылительных камерах или непосредственно в воздуховодах.

В серийном оборудовании «Климат-3» предусмотрено увлажнение воздуха турбоувлажнителями, смонтированными в приточном патрубке центробежного вентилятора. Однако конструктивно эти увлажнители несовершенны, так как не обеспечивают распыл, и до 30% поданной на распыл воды в виде крупных капель улавливается сепаратором, что приводит к увеличению аэродинамических характеристик воздухораспределительной сети и к повышению эксплуатационных затрат [8]. Установки имеют низкие показатели надёжности, связанные с наличием в воде различных примесей, часто выводящих из строя распылительные форсунки. Кроме того, установки имеют незначительный охлаждающий эффект и вносят в помещение влагу, распыляемую форсунками и увлекаемую потоком воздуха, что повышает влагосодержание внутреннего воздуха.

Нашли применение также системы испарительного охлаждения с использованием орошаемых кассет, где эффект увлажнения и охлаждения приточного воздуха происходит при прохождении его через кассету, в которой происходит контакт заполнителя (древесной стружки и т.п.) с орошаемой водой. Из серийно выпускаемых установок испарительного охлаждения наиболее эффективны установки КИО-13, в которых воздух охлаждается и увлажняется. Недостатком данной установки является то, что кассета с заполнителем (древесной стружкой) имеет малую упругость, в результате чего в процессе эксплуатации она уплотняется и снижается эффект охлаждения.

Этот недостаток устранен в крышных вентиляторах с охладителем типа «Универсал». Однако данная установка вследствие своих технических характеристик используется в основном в свиноводческих и птицеводческих помещениях.

Для охлаждения воздуха в животноводческих помещениях эффективны системы с использованием поверхностных воздухоохладителей, питаемых холодной водой. Так, например, по мнению специалистов [2], для охлаждения воздуха в животноводческих помещениях эффективны системы с использованием низкотемпературного потенциала земли. Простейшей системой, основанной на данном способе охлаждения приточного атмосферного воздуха, является система теплообменников, установленных в земле на глубине 2-6 м и либо непосредственно охлаждающих приточный воздух, либо промежуточный теплоноситель системы, например воду или водяные растворы. Для охлаждения воздуха в животноводческих помещениях применяют также артезианскую воду с темпе- ратурой 8-10 °C. С этой целью артезианскую воду за счёт работы насосов котельной по трубопроводам подводят к теплообменникам, которая, проходя по его трубкам, охлаждает воздух, проходящий через теплообменник. Отработанную воду с более высоким потенциалом используют на технологические операции [3].

Поверхностные охладители воздуха в отличие от оросительных систем охлаждения воздуха обладают рядом преимуществ. К ним относятся: сухое, без предварительного увлажнения, охлаждение воздуха до любого значения температуры воздуха выше точки росы; применение охлаждения с температурой замерзания; упрощение схемы хладоснабжения; возможность использования в зимний период воздухоохладителей в качестве секций подогрева воздуха (калориферов).

Как показывают исследования, режимные характеристики отопления и вентиляции коровника таковы, что общепринятое, традиционное понимание охлаждения помещения с помощью подачи охлажденного в охладителе приточного воздуха не приемлемо. Поэтому охлаждение воздуха в помещении коровника должно быть автономным и не зависящим от подачи наружного воздуха, т.е. необходимо охлаждать воздух непосредственно в помещении коровника [9].

Для этого рассмотрим оборудование, которое можно использовать в качестве охладителей воздуха внутри животноводческого помещения. Как отмечалось ранее, охлаждение воздуха помещения можно осуществить в поверхностных теплообменниках, которые используются при создании водяных воздушно-отопительных агрегатов (водяных тепловентиляторов), выпускаемых серийно различными фирмами в нашей стране и за рубежом, но при этом вместо горячей воды, проходящей сквозь теплообменник, будет применяться холодная вода, в качестве естественного источника холода. Охлаждаемый воздух помещения прокачивается сквозь теплообменник с помощью осевого вентилятора. Для направления потока воздуха агрегаты имеют направляющие решет к и-жал юз и (рисунок) [10].

Воздухоохладительная установка (тепловентилятор)

Эффективная работа тепловентиляторов в качестве охладителей воздуха объясняется большой активной поверхностью теплообмена, позволяющей снимать максимум тепла от теплоносителя, что невозможно от других приборов.

Выводы

• 1.    Проведённый анализ способов охлаждения воздуха и конструкций воздухоохладителей показал, что применительно к коровнику наиболее эффективным является изовлажностное охлаждение воздуха внутри животноводческого помещения с помощью поверхностных теплообменников.

• 2.    В качестве охладителей внутреннего воздуха в коровнике может быть использован водяной тепловентилятор (сочетание поверхностного теплообменника и электровентилятора), в котором привод вентилятора осуществляется от электродвигателя с регулируемой частотой вращения.

• 3.    Применение традиционного способа борьбы с перегревом, а это активное вентилирование со скоростью 1,5 м/сек и более в зоне нахождения животных, требу

ет дополнительно мощных вентиляторов с повышенным расходом электроэнергии.