Оценка потенциала использования тепловой энергии, производимой животными

Автор: Дулепова Юлия Михайловна, Осокин Владимир Леонидович

Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel

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
Г^уппы животных	Масса животных, кг	общая	свободная	Количество общей теплоты, выделяемой за день	Количество общей теплоты, выделяемой за ночь	Всего за сутки 1 ко^ова
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)
Г^уппы животных	Масса животных, кг	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
Г^уппы животных	Масса животных, кг	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