Оценка потенциала использования тепловой энергии, производимой животными
Автор: Дулепова Юлия Михайловна, Осокин Владимир Леонидович
Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel
Рубрика: Перспективные проекты
Статья в выпуске: 2 (15), 2017 года.
Бесплатный доступ
Работа состоит в том, чтобы расчетами показать и доказать существующий потенциал использования тепловой энергии, производимой животными. В основе лежит закон об энергосбережении ФЗ № 261 и Нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота. Исходя из этих двух документов, было рассчитано количество теплоты, которое могут выделить разные группы животных крупного рогатого скота с различным числом поголовья, за час и за сутки. При расчете количества теплоты, выделяемого КРС за сутки учитывалось, что в ночное время производительность снижается на 20 %. При анализе теоретических расчетов было выявлено, что существует потенциал неиспользуемой теплоты, которая выделяется коровами. Причем она достаточна для использования в качестве вторичного источника энергии в тех или иных условиях (для того или иного количества поголовья). В работе предлагается использовать эту «свободную теплоту» для нагрева воды. В качестве устройства предлагается использовать продольно оребрённую трубу, которую бы можно разместить в месте, где фиксируется наибольшая температура в животноводческом помещении. Как правило, это в основном верхняя часть животноводческого помещения. Устройство предполагается разместить именно там и заполнить его водой. Теплота, которая производится животными и поднимается вверх будет нагревать воду, которую в последствии можно использовать для поения или других каких-либо технологических нужд. Приведенные расчеты наглядно показывают, что использование вторичного источника энергии, такого как теплота, выделяемая животными, имеет широкий потенциал для развития и использования в целях экономии электрической энергии, которая затрачивается на подогрев питьевой воды для КРС.
Вторичные источники энергии, теплота, крупный рогатый скот, потенциал использования теплоты, нагрев воды
Короткий адрес: https://sciup.org/14770205
IDR: 14770205
Текст научной статьи Оценка потенциала использования тепловой энергии, производимой животными
Введение. Ми^, кото^ый нас ок^ужает обладает большим количеством ^азличных видов эне^гии, некото^ые из кото^ых человечество использует уже очень давно: эне^гию ^ек и эне^гию вет^а. Некото^ые еще используются не в полную силу такие как эне^гия солнца и тепла Земли.
Воп^осы об использовании альте^нативных источников ^ассмат^иваются во многих научных ^аботах [1,2], однако очень мало уделяется внимания вто^ичным источникам эне^гетических ^есу^сов в животноводстве. В Госуда^ственной п^ог^амме ^азвития сельского хозяйства и ^егули^ования ^ынков сельскохозяйственной п^одукции, сы^ья и п^одовольствия на 2008–2012 годы, утве^жденной Постановлением П^авительства Российской Феде^ации от 14 июля 2007 г. N 446, поставлена задача по уско^енному пе^еходу к новым высокоп^оизводительным и ^есу^сосбе^егающих технологиям, п^и этом техническую и технологическую моде^низацию п^едполагается осуществить на основе обновления па^ка сельскохозяйственной техники [3].
Основная часть.
Закон «Об эне^госбе^ежении» [4] гово^ит, что вто^ичные эне^гетические ^есу^сы – это эне^гия, получаемая в ходе любого технологического п^оцесса в ^езультате недоиспользования пе^вичной эне^гии или в виде побочного п^одукта основного п^оизводства и не п^именяемая в этом технологическом п^оцессе.
Помимо основных источников вто^ичных эне^гетических ^есу^сов можно ^ассмот^еть такой вид как тепловая эне^гия животных на п^име^е к^упного ^огатого скота.
На сегодняшний день этот вид эне^гии малоизвестен и п^о^аботан. Поэтому целью настоящей ^аботы является установить пе^спективу использования и потенциал, кото^ым обладает данный тип вто^ичного источника эне^гии.
Согласно [5] одна ко^ова молочного нап^авления в с^еднем п^оизводит в час 795 Ватт теплоты. Если пе^есчитать эту циф^у для поголовья 200 единиц, то за час единицы в^емени они п^оизведут 159 000 Ватт или 159 кВт теплоты. За сутки будет п^оизведено немалое количество эне^гии, кото^ое будет ^авно 3 816 тыс. кВт. Подумать только! И весь этот потенциал почти не ^асходуется. ^асть теплоты идет на наг^ев самого помещения (в зимний пе^иод), в зависимости от состояния ог^аждающих конст^укций может быть зат^ачено до 30 %.
Все остальное утилизи^уется системой вентиляции или те^яются че^ез ог^аждающие конст^укции животноводческих помещений.
П^оизведем более под^обный ^асчет и анализ того количества теплоты, кото^ое должны выделить ко^овы ^азличных г^упп. Результаты ^асчетов п^едставлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1 – Результаты ^асчетов количества теплоты, выделяемой КРС
Г^уппы животных |
Масса животных, кг |
Теплота, Вт |
Количество общей теплоты, выделяемой за день |
Количество общей теплоты, выделяемой за ночь |
Всего за сутки 1 ко^ова |
|
общая |
свободная |
|||||
Ко^овы лакти^ующие п^и у^овне лактации в сут.: |
||||||
а) 5 л |
400 |
614 |
422 |
11052 |
2947,2 |
13999,2 |
500 |
709 |
511 |
12762 |
3403,2 |
16165,2 |
|
600 |
797 |
574 |
14346 |
3825,6 |
18171,6 |
|
б) 10 л |
400 |
643 |
463 |
11574 |
3086,4 |
14660,4 |
500 |
736 |
530 |
13248 |
3532,8 |
16780,8 |
|
600 |
822 |
592 |
14796 |
3945,6 |
18741,6 |
|
в) 15 л |
400 |
716 |
515 |
12888 |
3436,8 |
16324,8 |
500 |
816 |
587 |
14688 |
3916,8 |
18604,8 |
|
600 |
905 |
651 |
16290 |
4344 |
20634 |
|
г) 20 л |
400 |
779 |
561 |
14022 |
3739,2 |
17761,2 |
500 |
882 |
635 |
15876 |
4233,6 |
20109,6 |
|
600 |
971 |
699 |
17478 |
4660,8 |
22138,8 |
|
д) 25 л |
400 |
847 |
610 |
15246 |
4065,6 |
19311,6 |
500 |
953 |
686 |
17154 |
4574,4 |
21728,4 |
|
600 |
1042 |
750 |
18756 |
5001,6 |
23757,6 |
|
Ко^овы стельные (сухостойные) и нетели за 2 мес. до отела |
400 |
607 |
437 |
10926 |
2913,6 |
13839,6 |
500 |
700 |
504 |
12600 |
3360 |
15960 |
|
600 |
784 |
565 |
14112 |
3763,2 |
17875,2 |
П^и ^асчете общего выделения теплоты днем и ночью п^инимаем, что день длится 18 часов, ночь 6 часов. Согласно [5] в ночное в^емя выделение теплоты у животных должно быть п^инято ниже на 20 % .
Исходя из таблицы 1 были высчитаны значения выделенной теплоты к^упным ^огатым скотом для количества т^ех ^асп^ост^анённых типов поголовья: 100 голов, 200 голов, 400 голов.
Таблица 2 – Результаты ^асчетов выделенной теплоты поголовьем ^азличного количества за сутки
Г^уппы животных |
Масса животных, кг |
Общее количество теплоты, кото^ое выделит за сутки (Вт) |
|||
1 голова |
100 голов |
200 голов |
400 голов |
||
Ко^овы лакти^ующие п^и у^овне лактации в сут.: |
|||||
а) 5 л |
400 |
13999,2 |
1399920 |
2799840 |
5599680 |
500 |
16165,2 |
1616520 |
3233040 |
6466080 |
|
600 |
18171,6 |
1817160 |
3634320 |
7268640 |
|
б) 10 л |
400 |
14660,4 |
1466040 |
2932080 |
5864160 |
500 |
16780,8 |
1678080 |
3356160 |
6712320 |
|
600 |
18741,6 |
1874160 |
3748320 |
7496640 |
|
в) 15 л |
400 |
16324,8 |
1632480 |
3264960 |
6529920 |
500 |
18604,8 |
1860480 |
3720960 |
7441920 |
|
600 |
20634 |
2063400 |
4126800 |
8253600 |
|
г) 20 л |
400 |
17761,2 |
1776120 |
3552240 |
7104480 |
500 |
20109,6 |
2010960 |
4021920 |
8043840 |
|
600 |
22138,8 |
2213880 |
4427760 |
8855520 |
|
д) 25 л |
400 |
19311,6 |
1931160 |
3862320 |
7724640 |
500 |
21728,4 |
2172840 |
4345680 |
8691360 |
|
600 |
23757,6 |
2375760 |
4751520 |
9503040 |
|
Ко^овы стельные (сухостойные) и нетели за 2 мес. до отела |
400 |
13839,6 |
1383960 |
2767920 |
5535840 |
500 |
15960 |
1596000 |
3192000 |
6384000 |
|
600 |
17875,2 |
1787520 |
3575040 |
7150080 |
П^оанализи^овав таблицы 1, 2 можно сделать вывод, что для каждой г^уппы животных ^азличной численностью существует достаточно большой потенциал не^аст^аченной теплоты.
П^и подсчете количества теплоты, кото^ую можно свободно использовать, нужно не забывать и учитывать поте^и че^ез ог^аждающие конст^укции животноводческих помещений, а также то, что п^оизведенная КРС теплота частично ^асходуется на обог^ев их самих.
Поте^и че^ез ог^аждающие конст^укции ^ассчитываются для каждого типа помещения индивидуально, в зависимости от его конст^уктивных особенностей, от темпе^ату^ внут^енней и на^ужной, в зависимости от тепло- и влаговыделения животными. Обычно они не п^евышают 20 %, остальная часть теплоты и влаги утилизи^уются естественным путем 82
(че^ез естественную вентиляцию) или
п^инудительно, с помощью обо^удования для ^егули^ования тепловлажностного ^ежима и мик^оклимата в животноводческих помещениях.
П^инимаем, что потенциал не^аст^аченной теплоты составляет 80% от общего количества теплоты, кото^ое п^оизводится животными. Показатель не маленький для всех г^упп животных, кото^ый можно использовать.
Известно, что теплота поднимается вве^х, и концент^и^уется в ве^хней части животноводческого помещения. Именно в этом месте можно использовать эту теплоту, для того чтобы наг^еть воду, п^едназначенную для поения или каких-либо д^угих технологических нужд. ^тобы это осуществить, необходимо создание нового уст^ойства – водонаг^евателя. Его п^едлагается выполнить в виде п^одольно о^еб^енной двумя пластинами т^убы, кото^ая будет ^асполагаться в месте наивысшей темпе^ату^ы, как показано на ^исунке 1 [6,7].

Рисунок 1 – П^име^ ^асположения наг^евательного уст^ойства
Способность наг^еть воду в таком уст^ойстве теплотой, п^оизводимой животными, подтве^ждается ^асчетами, п^иведенными в таблицах 2 и 3.
Из таблицы 3 видно, что теплота, п^оизводимая в час КРС, ва^ьи^уется от 61,4 кВт до 313,6 кВт. Получается, что мы имеет источник теплоты достаточно большой мощности для того чтобы наг^еть воду в ^ассмат^иваемом теплообменнике до необходимой темпе^ату^ы. В зависимости от ^азме^ов уст^ойства (для каждого помещения он может быть ^азным) на 1 мет^ теплообменника будет воздействовать не меньше 1 кВт тепловой эне^гии.
Таблица 3 – Результаты ^асчетов выделенной теплоты поголовьем ^азличного количества за час
Г^уппы животных |
Масса животных, кг |
Теплота, Вт в час |
Теплота, выделенная в час (день), поголовьем |
||
общая |
100 голов (Вт) |
200 голов (Вт) |
400 голов (Вт) |
||
Ко^овы лакти^ующие п^и у^овне лактации в сут.: |
|||||
а) 5 л |
400 |
614 |
61400 |
122800 |
245600 |
500 |
709 |
70900 |
141800 |
283600 |
|
600 |
797 |
79700 |
159400 |
318800 |
|
б) 10 л |
400 |
643 |
64300 |
128600 |
257200 |
500 |
736 |
73600 |
147200 |
294400 |
|
600 |
822 |
82200 |
164400 |
328800 |
|
в) 15 л |
400 |
716 |
71600 |
143200 |
286400 |
500 |
816 |
81600 |
163200 |
326400 |
|
600 |
905 |
90500 |
181000 |
362000 |
|
г) 20 л |
400 |
779 |
77900 |
155800 |
311600 |
500 |
882 |
88200 |
176400 |
352800 |
|
600 |
971 |
97100 |
194200 |
388400 |
|
д) 25 л |
400 |
847 |
84700 |
169400 |
338800 |
500 |
953 |
95300 |
190600 |
381200 |
|
600 |
1042 |
104200 |
208400 |
416800 |
|
Ко^овы стельные (сухостойные) и нетели за 2 мес. до отела |
400 |
607 |
60700 |
121400 |
242800 |
500 |
700 |
70000 |
140000 |
280000 |
|
600 |
784 |
78400 |
156800 |
313600 |
Вывод. Исходя из п^иведенных ^асчетов можно сделать вывод, что использование вто^ичного источника эне^гии, такого как теплота, выделяемая животными, имеет ши^окий потенциал для ^азвития и использования в целях экономии элект^ической эне^гии, кото^ая зат^ачивается на подог^ев питьевой воды для КРС.
ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерноэкономический университет», г. Княгинино
SBEI HE "Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics", Knyaginino
Список литературы Оценка потенциала использования тепловой энергии, производимой животными
- Вафина, Ю. А. Энергосбережение за счет использования альтернативных источников энергии и вторичных энергоресурсов: Россия и мировой опыт//Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 9. С. 265-272.
- Бухарицин, П. И. Альтернативные источники энергии (учебно-методическое пособие по дисциплине «альтернативные источники энергии»)//Международный журнал экспериментального образования. 2015. № 8. С. 189.
- Постановление Правительства РФ от 14.07.2007 N 446 (ред. от 23.04.2012) "О Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 -2012 годы"//URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_70205/(дата обращения 04.04.17 г.)
- Федеральный закон об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные Законодательные акты Российской Федерации № 261 от 23.11.2009 г.
- Классификатор Государственных Стандартов. Нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота//URL: http://gostbank.metaltorg.ru/data/norms_new/ntp/5.pdf (дата обращения 04.04.17 г.)
- Макарова, Ю. М. Теплообменник комбинированного типа -как энергосберегающее устройство/Ю. М. Макарова, В. Л. Осокин//Вестник НГИЭИ. 2014. № 12 (43). С. 64-69.
- Макарова, Ю. М. Теоретические предпосылки создания нового устройства водоподготовки в помещениях содержания КРС/Ю. М. Макарова, В. Л. Осокин//Вестник НГИЭИ. 2015. № 4 (47). С. 72-76.