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.

Еще

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.
Еще
Статья научная