Влияние параметров наружного воздуха на величину требуемого воздухообмена в животноводческих помещениях

В большинстве производственных помещений АПК существенными параметрами, влияющими на микроклимат помещения, являются температура и влажность воздуха. Так как данные параметры зависимы друг от друга, то при расчете настройки системы автоматического регулирования микроклимата необходимо рассчитать передаточные функции [1] объекта управления температурой по каналу регулирующего воздействия:

где

1< — 22

_L 0 _в

t = Pb-

T 22     ,0

Lв

где k ₁

T

W i( p ) = k , ¹       T_n p + 1

M-k n ⁺ с • L B

qо + 2c• lb + m-kn ’

с • Рв

q о + ^{2 c} • L B + m • k n объекта управления температурой по каналу внешнего возмущающего воздействия

где k 21 =

W2.( p )=, \,-

^T 21 P ^{+ 1}

с " L_e " ( t_H + t_n — 2 t_e ) внп в

T =

T21

q 0 + ² c • L * + ^M • ^kn с • Р в

q о + ² c • L + m- k n

объекта управления влажностью по каналу регулирующего воздействия

W22( P )=

^k 22

^T 22 P ^{+ 1}

с (tn - te )

a - bt, в

^{+ d}H

d

в

объекта управления влажностью по каналу

внешнего возмущающего воздействия

^W12 ⁽ P ) =

^k 12

T 12 P + 1,

4085 m - 91 kt_e * - L_eck ( t _e* - 1 „)

кр в      в кр в     п где   k12 =------V---------;*----------------

t = PjL

T 22 _T

Lв

где µ – коэффициент, учитывающий отста-

вание в изменении температуры поверхности помещения от изменения температуры воздуха, µ=0,5 [1];

k п – коэффициент, тепловосприятия строительных конструкций, Вт/(м3∙0С);

с – теплоемкость воздуха, Дж/(кг·⁰С) [2];

L в – требуемый удельный воздухообмен в помещении , кг/(м³·с) ;

ρ в – плотность воздуха в помещении, кг/м³ ;

t н , t п , t в – температура соответственно наружного, внутреннего и приточного воздуха, ⁰С ;

q о – удельная отопительная характеристика помещения, Вт/(м³·⁰С) ;

d н , d в – влагосодержание соответственно наружного и внутреннего воздуха, г/кг с.в. ; a и b – коэффициенты уравнения зависимости влаговыделений животных от температуры воздуха в помещении;

m – количество животных в помещении;

V – объем помещения, м³;

k кр – угловой коэффициент, аппроксимирующей прямой изменения влаговыде-лений от температуры наружного воздуха; L ⁰ , t ⁰ , d ⁰ – соответственно удельный воздухообмен, температура и влагосодержа-ние воздуха в коровнике в начальный момент времени.

В уравнения передаточных функций АСУ (1–4) входят постоянные времени и коэффициенты передачи, которые являются функциями

Т=f(L в ,ρ, k п , d н , q о , t н , t в ) k= f(L в , q о , d н, t н . t в ).

Если удельная отопительная характеристика q о и коэффициент тепловосприя-тия являются величинами постоянными для каждого помещения, то такая величина, как требуемый воздухообмен L в , зависит от влагосодержания d н , которое в свою очередь зависит от температуры t н и влажности наружного воздуха φ н . Причем величина воздухообмена фигурирует во всех передаточных функциях. Поэтому было решено рассмотреть изменения этой величины для условий нашего Зерноградского района. Расчет требуемого воздухообмена был проведен для наиболее сложного в отношении автоматического регулирования объекта – животноводческого помещения, в данном случае для коровника на 400 голов, расположенного на территории ОПХ «Сорго». Для этого были взяты средние по декадам за последние 10 лет данные наблюдений метеорологической службы

[2]. По температуре и влажности наружного воздуха по h-d диаграмме были определено его влагосодержание. Влагосодержа-ние внутреннего воздуха коровника также было определено с помощью h-d диаграммы. В соответствии с требованиями [3], температура воздуха в помещении должна составлять t в = 10 ⁰С, относительная влажность воздуха φ в = 60%. В теплый период года параметры микроклимата в животноводческом помещении не нормируются. Поэтому в соответствии с рекомендациями [3] температура воздуха в помещении коровника принималась на 4 градуса выше температуры наружного воздуха. Также было учтено требование [4], что температура внутреннего воздуха не должна превышать на 5 градусов расчетной вентиляционной температуры, которая составляет для нашего района 27,3 ⁰С (рис. 1).

По этим данным были определены требуемый воздухообмен и тепловая нагрузка для холодного периода года. Как видно из представленного графика (рис. 2), тепловая нагрузка уходит в отрицательную сторону в начале апреля при среднесуточной температуре наружного воздуха 8 градусов, что соответствует окончанию холодного периода года. Это подтверждает то, что отопительный период заканчивается и дальнейший воздухообмен рассчитывается для теплого периода года.

Расчет требуемого воздухообмена был проведен по общеизвестным формулам по углекислому газу, влаговыделениям и кратности воздухообмена с учетом поправочных коэффициентов [3].

m ⋅ C

L со =                 ;

2 С : —С со 2 пдк     со 2 н т      1,2 • W

= ^ж

^W  ( d , - d в ) Р в^;

Lк=k⋅V,

Рис. 1. Изменение температуры наружного и внутреннего воздуха в коровнике по декадам года:

1 – температура приточного воздуха; 2 – температура наружного воздуха

Рис. 2. Изменение отопительной нагрузки в коровнике по декадам года где С – выделения углекислого газа одним животным, л/час;

сСОпдк и сСО2н – предельно допустимая концентрация углекислого газа и концентрация углекислого газа в наружном воздухе, ссогпдк = 2,5 л / м3, ссо2н = 0,4 л / м З[3];

W ж – влаговыделения животных, г/ч;

k – кратность воздухообмена, для коровника k =5 1/час [3].

Как видно из анализа рисунка 3, за требуемый воздухообмен следует принять воздухообмен по влаге. Резкое увеличение требуемого воздухообмена с третьей декады сентября по третью декаду ноября включительно можно объяснить тем, что в данный период года влагосодержание наружного воздуха незначительно отличается от влагосодержания воздуха в коровнике. Например, пик величины воздухообмена приходится на третью декаду октября, когда влагосодержание наружного воздуха составляет dн=4,8г/кг с.в., а влагосо-держание воздуха в коровнике в соответствии с требованиями [3] должно составлять dн=5,5г/кг с.в.

Декады года

Рис. 3. Изменение требуемого воздухообмена по декадам года: 1 – воздухообмен по влаге; 2 – воздухообмен по кратности;

3 – воздухообмен по углекислому газу

C помощью приложения MICROSOFT Excel была проведена статистическая обработка рассчитанных данных и получено следующее уравнение регрессии:

Le = -27845,7t +1195,8ф + 468,12t • ф.

Квадрат коэффициента корреляции составил R2=0,959, проверка коэффициентов регрессии показала их значимость.

Таким образом, при расчете настройки системы автоматического регулирования микроклимата необходимо рассчитать передаточные функции с учетом величины воздухообмена по влаге. Данная величина зависит от параметров наружного воздуха и описывается полиномом второй степени с линейными эффектами температуры, влажности и эффектом их взаимодействия.