Энергосберегающая технология формирования микроклимата в животноводческих помещениях

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность: 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Энергосберегающая технология формирования микроклимата

в животноводческих помещениях

Самарин Геннадий Николаевич

Москва 2009

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования «Московский

государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

(ФГОУ ВПО МГАУ)

Научный консультант

академик РАСХН,

доктор технических наук, профессор

Бородин Иван Федорович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Гришин Иван Иванович

доктор технических наук, профессор

Викторов Алексей Иванович

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства (ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии, г. Подольск)

Защита состоится «12» октября 2009 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 220.44.02 при ФГОУ ВПО МГАУ, 127550, г. Москва, Лиственничная аллея, 16а, корп. 3, конференц-зал ИНТК МГАУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ

Автореферат разослан «____» ____________ 2009 г. и размещен на сайте ВАК http://vaк.ed.gov.ru/announcements/techn/930/

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор В.И. Загинайлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность проблемы. Основой продовольственной безопасности РФ является увеличение животноводческой продукции. Одним из направлений решения данной проблемы является - улучшение условий содержания животных, в том числе микроклимата животноводческих и птицеводческих помещений.

Современные технологии содержания животных предъявляют высокие требования к микроклимату в животноводческих помещениях. По мнению ученых, специалистов животноводства и технологов, продуктивность животных на 50…60% определяется кормами, на 15…20% - уходом и на 10…30%- микроклиматом в животноводческом помещении. Отклонение параметров микроклимата от установленных оптимальных пределов приводит к сокращению удоев молока на 10…20%, прироста живой массы - на 20…35%, увеличению отхода молодняка до 5…40%, уменьшению яйценоскости кур - на 30…35%, расходу дополнительного количества кормов, сокращению срока службы оборудования, машин и самих зданий, негативно влияет на обслуживающий персонал, снижению устойчивости животных к заболеваниям.

Фермы являются мощными источниками загрязнений окружающей среды и потребителями энергии: ежегодно из помещений животноводческих ферм РФ отрасли требуется удалять до 166 млрд м3 водяных паров, 39 млрд м3 углекислого газа, 1,8 млрд м3 аммиака, 700 тыс. м3 сероводорода, 82 тыс. т пыли, патогенную микрофлору.

Для удаления вредностей, образующихся в животноводческих помещениях Российской Федерации, на вентиляцию за 2004 год было использовано около 2 млрд кВтч электроэнергии, на обогрев помещений дополнительно было израсходовано 1,8 млрд кВтч, 0,6 млн м3 природного газа, 1,3 млн т жидкого и 1,7 млн т твердого топлива. Общие затраты энергии на микроклимат составляют до 3 млн т у.т. в год, что равняется 32% всей энергии, потребляемой в отрасли животноводства.

Кроме того, неблагоприятное состояние воздушной среды животноводческих помещений отрицательно сказывается на здоровье работников ферм. По данным Росстата в организациях сельского и лесного хозяйства в 2006 году ущерб от несчастных случаев и профзаболеваний составил 200 млн рублей.

Современные типовые отопительно-вентиляционные системы (ОВС) не обеспечивают создания нормативного микроклимата на фермах, так как они регулируют в основном температурный и влажностный режимы; их работа основана на кратности воздухообмена в помещении до 3…5 раз/ч, поэтому К.П.Д. использования теплоты внутреннего воздуха животноводческих помещений в зимний период не превышает 25…30%, а в летний период не обеспечивают нормативной технологии содержания животных.

Для достижения максимальной продуктивности требуется создание и поддержания нормативных параметров микроклимата, которые носят индивидуальный характер для каждого вида животных и птицы, половозрастной группы, но это не гарантирует минимальную себестоимость производимой продукции. Поэтому в животноводческих помещениях следует поддерживать оптимальные параметры микроклимата. Однако существующие методы оптимизации микроклимата в животноводческих помещениях пока учитывают один - два параметра микроклимата, как правило, температуру и влажность воздуха.

Таким образом, исследования, связанные с разработкой энергосберегающей технологии формирования оптимального микроклимата в животноводческих помещениях, особенно в настоящее время при высокой стоимости энергоресурсов, являются актуальными и решение этой проблемы связано с большим экономическим эффектом.

Решению этой проблемы посвящена настоящая работа, выполненная в период 1993 - 2009 гг. в рамках координационных планов региональной научно - технической программы при администрации Псковской области; по техническому региональному проекту Разработать технологические и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства в условиях Северо- Запада Нечерноземной зоны РФ раздел 3 Энергосберегающие системы и технологии формирования микроклимата в животноводстве; планам НИР ФГОУ ВПО Великолукская государственная сельскохозяйственная академияи ФГОУ ВПО МГАУ; конкурса молодых российских ученых- кандидатов наук при президенте РФ в области технические и инженерные науки по теме Энергосберегающая технология формирования оптимальной среды обитания в животноводческих и птицеводческих помещениях № Гранта МК-1086.2007.8 на базе ФГОУ ВПО МГАУ.

Цель исследования. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства в животноводстве путем совершенствования рециркуляционных отопительно- вентиляционных систем и оптимизации параметров микроклимата внутри животноводческого помещения.

Для достижения этой цели определены следующие задачи исследования:

выполнить анализ отечественных и зарубежных тенденций совершенствования технологий и технических средств формирования микроклимата в животноводческих помещениях;

обобщить и установить закономерности влияния параметров микроклимата на расход энергии, кормов и продуктивность животных и птицы; микроклимат ферма энергосберегающий кондиционирование

обосновать требования и условия работы систем кондиционирования воздуха применительно к действующим фермам;

разработать математические модели систем кондиционирования воздуха и выявить их оптимальные конструктивно-технологические режимы работы;

разработать математические модели оптимизации технологий формирования микроклимата в животноводческих помещениях;

провести экспериментальные исследования и испытания в условиях действующих ферм систем кондиционирования воздуха;

разработать рекомендации по внедрению и эксплуатации систем кондиционирования воздуха в животноводческих помещениях.

Объект исследования. Совокупность параметров микроклимата, биологические объекты, технология и технические средства микроклимата.

Предмет исследований. Оптимизация параметров технологических процессов и средства их электромеханизации.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход. Разработка методологических основ расчета, проектирования и решения комплексной проблемы, имеющей инжерно- технические, зооинженерные и санитарно-гигиенические аспекты, базировалась и выполнялась с использованием положений, законов и методов классической электромеханики, физики, теплотехники, гидравлики и аэродинамики, химии, теории вероятности, математического моделирования, статистики, оптимизации.

Обработку результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ при помощи прикладных пакетов компьютерных программ. Достоверность результатов работы подтверждена корректностью и адекватностью разработанных математических моделей, а также результатами государственных и сравнительных производственных испытаний.

Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить совокупность новых знаний:

математические модели зависимостей расхода энергии, кормов и продуктивности животных и птицы от параметров микроклимата;

разработаны математические модели систем кондиционирования воздуха для животноводческих помещений;

получены математические модели оптимизации технологий формирования микроклимата в животноводческих помещениях по критерию минимума себестоимости произведенной продукции;

изготовлены и проведены исследования систем кондиционирования воздуха в действующих животноводческих фермах.

Новизна технических решений подтверждена 4 патентами на изобретение и 1 патентом на полезную модель.

Практическая ценность работы. Предложенный метод оптимизации технологий формирования микроклимата в животноводческих помещениях, реализованный в виде компьютерных программ, позволяет выбрать технологию и состав технологических линий по критерию минимума себестоимости произведенной продукции. Разработанные теоретические положения, математические модели и результаты лабораторных и производственных экспериментальных исследований позволяют проектировать системы кондиционирования воздуха для животноводческих помещений, которые могут поддерживать нормативные параметры микроклимата как в зимний, так и летний периоды года. Разработанные системы микроклимата прошли Государственные испытания и внедрены на ряде животноводческих ферм. В отличие от типовых систем при данной технологии осуществляется очистка внутреннего воздуха животноводческого помещения в аэрогидродинамической камере кондиционера от аммиака, углекислого газа, сероводорода, пыли и микроорганизмов, что позволяет перейти на 75…80 % рециркуляцию внутреннего воздуха, вследствие, чего экономится до 20 и более % энергии при одновременном формировании нормативного микроклимата в станках с животными.

Реализация результатов исследования. Разработанная энергосберегающая система формирования оптимального микроклимата в животноводческих помещениях прошла Государственные испытания в условиях телятника ОАО "Куйбышева" Великолукского района Псковской области (протокол №09-8-96 (10601123) Подольской машинно-испытательной станции МСХ РФ). Система формирования оптимального микроклимата рекомендована для очистки воздуха фермы от аммиака, углекислого газа, сероводорода, пыли и микробных тел и обеспечения энергосбережения за счет глубокой рециркуляции воздуха в течение зимнего и летнего периода года. Изготовленные и внедренные установки успешно эксплуатируются в хозяйствах Псковской области, что подтверждено актами приемки и эксплуатации. Методические положения, конструктивные разработки и рабочие чертежи на системы кондиционирования воздуха переданы в ЗАО Завод электротехнического оборудования г. Великие Луки, начат выпуск опытных образцов.

Разработанные энергосберегающие технологии и системы формирования оптимального микроклимата в 2002 году рекомендованы Псковским областным управлением сельского хозяйства к внедрению на фермах области.

Департаментом технической политики Министерства сельского хозяйства разработки данной работы включены в рекомендации по техническому перевооружению молочно-товарных ферм на 100, 200, 400 голов и свиноводческих ферм [утвержденные НТС Минсельхоза России (10.07.2002) и опубликованные в ФГНУ "Росинформагротех", 2003].

Апробация работы. Результаты работы доложены и одобрены на международных научно-практических конференциях: Автоматизация сельскохозяйственного производства (Углич, ГНУ ВИМ, 1997, 2008); Энергосбережение в сельском хозяйстве (Москва, ГНУ ВИЭСХ, 1998, 2000); Научно-технический прогресс в животноводстве (Подольск, ГНУ ВНИИМЖ, 1998); Технологическое и техническое обеспечение производства продукции животноводства (Москва, ГНУ ВИМ, 2002); III Международная научно-техническая конференция Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве (Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2003); V Международная научно-техническая конференция Энергосберегающие технологии в животноводстве (Москва, ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии, 2006); IХ Международная научно-практическая конференция Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве (Углич, ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, 2006); Зоогигиена, ветеринарная санитария и экология - основы профилактики заболеваний животных (Москва, ФГОУ ВПО МГАВМ и Б им. К.И. Скрябина, 2006); IХ Международная научно-практическая конференция Научно-технический прогресс в животноводстве- научное обеспечение реализации направления Ускоренное развитие животноводства приоритетного национального проекта Развитие АПК (Москва, ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии, 2006); Х Международная научно-практическая конференция Научно-технический прогресс в животноводстве- Машинно- технологическая модернизация отрасли (Подольск, ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии, 2007); 59-я Международная научно-практическая конференция Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе (Кострома, ФГОУ ВПО Костромская ГСХА, 2007); Энергообеспечение, электротехнологии, электрооборудование и системы управления АПК (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, 2008); VI Международная научно-техническая конференция Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве - Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике (Москва, ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии, 2008) и на научно-практических конференциях: Наука - возрождению сельского хозяйства в ХХI веке (Великие Луки, ФГОУ ВПО Великолукская ГСХА, 2001); Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин в растениеводстве и животноводстве (Санкт- Петербург, ФГОУ ВПО Санкт-Петербургский ГАУ, 2003); Наноэлектротехнологии в сельском хозяйстве (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина); Достижения науки - агропромышленному производству (Великие Луки, ФГОУ ВПО Великолукская ГСХА, 2007), 1-й Российский молодежный инновационный конвент (Москва, Министерство спорта, туризма и молодежной политики, 2008).

Работа прошла Всероссийский уровень апробации, награждена в 1994г. золотой медалью выставки ВВЦ г. Москва, дипломом Международной выставки Агропродмаш-97 г. Москва в 1997 г. и успешно прошла Государственные испытания в 1996 г. в условиях действующего телятника на 320 голов; награждена за разработку автоматизированной системы кондиционирования воздуха (АСКВ) в 1999 г. почетной грамотой Минсельхоза РФ.

За выполненную научно-исследовательскую работу по теме Энергосберегающая система формирования оптимального микроклимата в животноводческих помещениях автор в 2004 г. удостоен звания Лауреата Государственной премией Российской Федерации для молодых ученых за выдающиеся работы в области науки (Указ Президента РФ В.В. Путина № 1076 от 13 августа 2004 г.).

В 2007 году соискатель стал победителем конкурса молодых российских ученых- кандидатов наук при президенте РФ в области технических и инженерных наук по теме Энергосберегающая технология формирования оптимальной среды обитания в животноводческих и птицеводческих помещениях Грант № МК-1086.2007.8.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 49 научных работ, в том числе 11 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и одна монография. Получено 4 патента на изобретение и один патент на полезную модель.

Личный вклад автора: постановка задач исследования и разработка методологии их решения; проведение теоретических исследований; участие в экспериментальных исследованиях в лабораторных и производственных условиях; участие в проектировании энергосберегающих систем формирования оптимального микроклимата в животноводческих помещениях; участие в разработке систем кондиционирования воздуха для животноводческих помещений; разработка метода оптимизации моделированием технологий формирования микроклимата в животноводческих помещениях; содействие внедрению комплекса инженерных решений, позволяющих минимизировать себестоимость производимой продукции, на пяти животноводческих фермах Псковской области.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Она изложена на 353 страницах машинописного текста, содержит 119 рисунков, 40 таблиц и включает библиографический список из 351 наименования, в том числе 12 на иностранных языках.

На защиту выносятся основные положения диссертации:

функциональные закономерности влияния параметров микроклимата на расход энергии, кормов и продуктивность животных и птицы;

математические модели и результаты экспериментальных исследований систем кондиционирования воздуха для животноводческих помещений;

метод оптимизации технологий формирования микроклимата в животноводческих помещениях;

результаты энергетических и экономических оценок технологий формирования микроклимата в животноводческих помещениях.

СОДЕЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность совершенствования и разработки новых технологий и технических средств формирования оптимального микроклимата для животноводческих помещений. Определены цель и задачи исследования, охарактеризованы его научная новизна и практическая ценность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе Современное состояние и развитие систем микроклимата в животноводческих помещениях дан обзор работ по исследованию технологии выращивания и содержания животных в животноводческих помещениях, рассмотрены современные технические средства формирования микроклимата, указаны их недостатки, намечены задачи исследования.

Исследованиям технологии выращивания и содержания животных посвящены работы отечественных и зарубежных ученых Г.К. Волков, В.И. Георгиевский, А.А. Кузнецов, А.П. Онегов, Ф.А. Соловьев, С.И. Плященко, В.И. Шипилов и др., в которых дается обоснование оптимальных сочетаний биологических показателей и параметров микроклимата, необходимых для нормального развития животных.

Следует, однако, отметить, что максимальная продуктивность - это потенциальная генетическая характеристика животных, которая определяется условиями окружающей среды, режимом питания животных и другими факторами. Однако эти данные разобщены и их трудно использовать при проектировании систем микроклимата ферм, поэтому в настоящее время инженеры учитывают только «главные» параметры микроклимата: температуру и влажность воздуха, скорость его движения и концентрацию углекислого газа внутри помещения, а другие важные параметры микроклимата не учитываются, такие как газовый состав (аммиак, сероводород), микробиологическую обсемененность, запыленность, облученность и воздействие многих других физико-химических факторов (см. рисунок 1).

Из изложенного следует необходимость исследований и серьезных разработок средств формирования микроклимата в животноводческих помещениях, обеспечивающих оптимальные условия содержания животных и санитарно - гигиенические условия труда для работников животноводства.

Проведенный анализ и глубокие исследования существующих систем микроклимата ферм (СМФ) отечественными учеными (И.Ф. Бородин, А.И. Викторов, В.А. Воробьев, И.И. Дацков, Е.Н. Живописцев, Н.И. Кирилин, А.А. Лебедь, А.К. Лямцев, Н.М. Морозов, Д.Н. Мурусидзе, А.М. Мусин, Н.Н. Новиков, Л.П. Прищеп, Ю.Н. Пчелкин, С.П. Рудобашта, В.Н. Расстригин, С.А. Растимешин, В.А. Самарин, Р.М. Славин и др.) показали, что, несмотря на значительный объем выполненных исследований по данной проблеме вопросы математического моделирования тепломассообменных процессов в станках с животными и разработка энергосберегающих систем формирования оптимального микроклимата в данных объектах исследованы не достаточно. Проведенные исследования существующих СМФ, показали, что данные системы работают с малой эффективностью, так как их работа основана на кратности воздухообмена в помещении - 3…5 раз/ч, поэтому слишком энергоемки в зимний период (К.П.Д. использования теплоты внутреннего воздуха не превышает 25…30%) и не обеспечивают в летний период нормативной технологии содержания животных. Отсутствует режим рециркуляции воздуха (по данным отечественных и зарубежных ученых это позволяет экономить до 50% затрат на отопление по сравнению с прочими ОВС). В тоже время за последние 5 лет за рубежом быстро развивается направление химической и биологической очистки рециркуляционного воздуха от вредных газов, пыли и микробных тел.

Одним из основных направлений в энергосбережении является разработка моделей СМФ. Это значительно экономит время и средства при выборе эффективных решений СМФ на стадии их обоснования и разработки.

Большое количество исследований отечественных и зарубежных авторов посвящено совершенствованию энергетической и экономической оценок

	Рисунок 1 - Биотехническая система микроклимата животноводческих помещений

технологических процессов в животноводстве. Из них наибольшее значение имеют работы Е.И. Базарова, Н.В. Брагинца, Л.П. Карташова, А.А. Кивы, В.Г. Кобы, Н.М. Морозова, Д.Н. Мурусидзе, И.И. Свентицкого, М.М. Севернева, В.И. Сыроватки, Д.С. Стребкова и др.

Суммирование энергосберегающих мероприятий в одном проекте не является залогом наиболее эффективного решения. Каждое из решений может само по себе являться экономически выгодным, но их объединение в одном проекте может давать противоположный результат. Для выбора оптимального комплекса СМФ из ряда возможных, необходимо использовать научный метод системного анализа, который заранее позволяет оценить последствия каждого решения.

Идея комплексной оптимизации систем микроклимата была предложена в работах В.Н. Богословского, О.Я. Кокорина, Л.В. Петрова, М.Я. Поза и др. На необходимость многовариантных расчетов при принятии решений в области сложных технических систем, каковыми являются СМФ, указывается в работах Б.В. Баркалова, М.И. Гримитлина, Е.Е. Карписа, А.Я. Креслиня, Г.М. Позина, А.А. Рымкевича, В.П. Титова и др.

В соответствии с изложенными задачами для снижения себестоимости и повышения конкурентоспособности производства продукции животноводства необходимо проведение экспериментально- теоретических исследований, направленных на совершенствование технологий и технических средств формирования оптимального микроклимата для животноводческих помещений.

Проведенный анализ состояния проблемы исследования позволил сформулировать цель и задачи настоящей диссертационной работы.

Во второй главе ?Математическая модель энергосберегающей технологии оптимального микроклимата в животноводческих помещениях? изложены теоретические основы формирования процессов тепломассообмена: в станках с животными, определяющих аналитические зависимости влияния различных параметров микроклимата на продуктивность животных и птицы, расход кормов; в системе аэрогидродинамического кондиционирования воздуха; в системе микроклимата животноводческих помещений.

С учетом результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель системы аэрогидродинамического кондиционирования воздуха (САКВ), которая определяется системой трех уравнений (1, 2, 3).

На основании математической модели САКВ разработаны алгоритм и программа расчета на ПЭВМ, которая позволяет оптимизировать основные конструктивно-технологические и энергетические параметры САКВ.

С целью оптимизации параметров микроклимата в животноводческих помещениях, при которых на их создание и поддержание потребуется наименьшее количество энергии при получении наибольшей продуктивности животных, разработана математическая модель СМФ, которая для наглядности представлена в общем графическом виде на рисунке 2.

Уравнения движения потока воздуха через установку
N = f1 (L29 Р{L29, 29, F, , h18})		(1)
Уравнения теплообмена
		L29 max
tК(29) = f2 (G29, G18, tН(29), tН(18), Е)			(2)
			W min
Уравнения массообмена
GК(29) = f3 (G29, G18, h18, Нi, i)			(3)

где N - мощность привода, кВт; f1, f2, f3 - функционал; L29 - объемный расход воздуха через установку, м3/с; Р - разница давлений на входе и выходе установки, Па; 29 - плотность воздуха, кг/м3; F - площадь поперечного сечения установки, м2; - местный коэффициент сопротивления; h18 - глубина погружения шлангов в воде, м; tК(29) - конечная температура воздуха на выходе из установки, С; G29 - массовый расход воздуха через установку, кг/с; G18 - массовый расход воды через установку, кг/с; tН(29) - начальная температура воздуха на входе в установку, С; tН(18) - начальная температура воды на входе в установку, С; Е - коэффициент эффективности теплообмена; GК(29) - конечный массовый расход воздуха на выходе из установки, кг/с; Нi - начальная концентрация аммиака, кислорода, сероводорода, углекислого газа и пыли в воздухе, соответственно, кг/м3; i - коэффициент эффективности очистки воздуха от вредных газов и пыли; W - расход энергии, Дж.

I квадрант. В нем представлены зависимости продуктивности животных и птицы от различных параметров микроклимата животноводческого помещения. Параболическая зависимость наблюдается при таких параметрах микроклимата, как температура и относительны влажность воздуха, скорость движения воздуха внутри фермы. Дуга наблюдается - содержание в воздухе вредных газов, пыли и микробных тел.

Обобщены разрозненные данные научных исследований различных ученых в области зоогигиены и ветеринарии и получены количественные зависимости влияния параметров микроклимата (температуры, относительной влажности и скорости движения внутреннего воздуха, концентрации вредных газов (углекислого газа, аммиака, сероводорода), освещенности и шумов на продуктивность животных (удой коров, привесы КРС и свиней, яйценоскость кур- несушек) и расход кормов. Также обобщены данные по влиянию электрофизических параметров среды обитания (ионизации воздуха, инфракрасного и ультрафиолетового облучения и др.) на продуктивность животных



II I

А

IV III

Рисунок 2 - Пример построения номограммы

для определения оптимальных параметров микроклимата

и птицы. На основании этих зависимостей получены уравнения регрессий для удоя коров, привесов к.р.с. и свиней, яйценоскости кур- несушек. Так, например, в таблице 1 представлены уравнения регрессий влияния параметров микроклимата на привесы свиней и расход кормов.

Таблица 1 - Влияние параметров микроклимата на привесы свиней

и расход кормов

Вид животных, показатель	Уравнение регрессии	Пределы
1	2	3
С учетом температуры окружающего воздуха, tВ, °С:
привесы свиней, Кп, %	Кп = - 0,19329 (tВ)2 + 5,8148 (tВ) + + 57,1175	- 20 tВ +40
расход корма, Кк, %	Кк = 0,063808 (tВ)2 - 4,7716 (tВ) + + 170,58	- 20 tВ +40
ионизация воздуха, Кп ИВ, %	КпИВ = - 0,15238 (tВ)2 + 4,9286 (tВ) + + 76,1625	- 20 tВ +30
ультрафиолетовое облучение, Кп УФО, %	КпУФО = - 0,15238 (tВ)2 + 4,9286 (tВ) + + 74,1625	- 20 tВ +30
инфракрасное облучение, Кп ИО, %	КпИО = - 0,15238 (tВ)2 + 4,9286 (tВ) + + 69,1625	- 20 tВ +30
С учетом скорости движения воздуха V в пересчете на температуру, tВ, °С:
привесы свиней, Кп, %	Кп = - 0,15985 (tВ)2 + 3,9766 (tВ) + + 79,8362	+5 tВ +50 зимой- 0,2 м/с летом- 0,6 м/с
С учетом относительной влажности окружающего воздуха, В, %:
привесы свиней, Кп, %	Кп = - 0,011 (В)2 + 1,22504 (В) + + 66,4043	50 В 100
расход корма, Кк, %	Кк = 0,021492 (В)2 - 2,3674 (В) + + 164,2026	50 В 100
С учетом концентрации углекислого газа во внутреннем воздухе, 44 (СО2), %:
привесы свиней, Кп, %	Кп = 1,9268 (44)2 - 27,4072 (44) + + 97,3947	0 44 6
С учетом концентрации аммиака во внутреннем воздухе, 17 (NН3), мг/м3:
привесы свиней, Кп, %	Кп = - 9,7 10-6 (17)3 + 0,00284 (17)2 - - 0,88675 (17) + 101,4292	0 17 150
расход корма, Кк, %	Кк = 0,56 (17) + 100,2	0 17 20
С учетом концентрации сероводорода во внутреннем воздухе, 34 (Н2S), мг/м3:
привесы свиней, Кп, %	Кп = - 0,1 (34) + 100	0 34 1000
С учетом освещенности помещения, ЕО, лк:
привесы свиней, Кп, %	Кп = 0,000101 (ЕО)3 - 0,01304 (ЕО)2 + + 0,60949 (ЕО) + 90,214	0 ЕО 80
расход корма, Кк, %	Кк = 0,001753 (ЕО)2 - 0,2836 (ЕО) + + 111,0387	0 ЕО 80
С учетом производственных шумов (звукового давления), Zd, дБ:
привесы свиней, Кп, %	Кп = - 0,00254 (Zd)2 + 0,051 (Zd) + + 99,9943	0 Zd 80

II квадрант. Этот сектор системы координат отражает стоимость произведенной продукции за единицу времени (ч, сутки, год).

III квадрант. Отображаются потребности в энергии на создание и поддержание заданного значения параметра микроклимата.

IV квадрант. В этом секторе системы координат отображается стоимость использованной энергии.

После сформирования всех четырех секторов системы координат можно определить: задаваясь значением параметра микроклимата (точка А) и двигаясь по указанными стрелками направлению -- затраты энергии, прибыль.

В качестве критерия оптимизации принята целевая функция - энергетическая ценность полученной продукции от животного (продуктивная энергия) с учетом энергетического баланса организма

WП = WК + WВ WОВС - WВЫД - WН max,(4)

где WК - энергия, получаемая животными с кормом, МДж;

WК = WЭПК КН, при КН [КН],(5)

где WЭПК - энергетическая питательность кормов, ;

- произведение коэффициентов, учитывающее влияние параметров микроклимата на нормативный расход кормов (таблица 1); КН - нормативный сбалансированный расход кормов за период работы СМФ, к.ед.; [КН] - минимально допустимый нормативный сбалансированный расход кормов за период работы СМФ, к.ед.; WВ - энергия, получаемая животными с водой, МДж; WОВС - энергия, получаемая от окружающей среды / отдаваемая окружающей среде, МДж;

WОВС = 3,6 ((ФСТ + ФПОЛ + ФПЕР) 1,3 + (6)

+ ФИСП + ФВ - ФОСВ) ОВС + WТ,

где 3,6 - коэффициент перевода, 1 кВтч = 3,6 МДж; ФСТ - тепловые потери через стены, кВт; ФПОЛ - тепловые потери через пол, кВт; ФПЕР - тепловые потери через перекрытие, кВт; ФВ - тепловая мощность, расходуемая на подогрев наружного воздуха, кВт; ФИСП - тепловая мощность, расходуемая на испарение влаги, кВт; ФОСВ - тепловая мощность, выделяемая осветительными приборами, кВт; ОВС - продолжительность работы системы микроклимата, ч; WТ - энергия, затрачиваемая на оборудование системы микроклимата, кроме отопления, МДж; WВЫД - энергия, теряемая с отходами жизнедеятельности животного, МДж; WН - непроизводительные (вспомогательные) энергозатраты животного (обеспечение жизнедеятельности, движения и др.), МДж.

Задача оптимизации экономических параметров СМФ в математическом плане сводится к поиску минимального значения принятой целевой функции - удельные приведенные затраты на создание и поддержание оптимального микроклимата ПЗ

ПЗ = ПЗ + ЕН КВ min,(7)

где ПЗ - удельные прямые затраты на создание и поддержание оптимального микроклимата, руб./ц;

ПЗ = = ,(8)

где ЗК - затраты на корм животным за период получения валовой продукции (ВП), руб.; ЗЗП - заработная плата обслуживающего персонала СМФ за период получения ВП, руб.; ЗА - отчисления на амортизацию технологического оборудования СМФ за период получения ВП, руб.; ЗТО - отчисления на техническое обслуживание технологического оборудования СМФ за период получения ВП, руб.; ЗТЭ - затраты на топливо и электроэнергию при работе СМФ за период получения ВП, руб.; ЗХВ - затраты на химические вещества при работе СМФ за период получения ВП, руб.; ВП - валовая продукция, полученная за период работы СМФ, ц;

ВП = ПП,(9)

где - произведение коэффициентов, учитывающее влияние параметров микроклимата на плановую продуктивность животного (таблица 1); ПП - плановая продуктивность животного с учетом генетического потенциала за период работы системы микроклимата, ц; ЕН - нормативный коэффициент капвложений, ЕН = 0,15; КВ = - суммарные удельные капиталовложения в технологический процесс, руб./ц.

На основании математической модели разработаны алгоритм расчета (рисунок 3) и программа расчета на ПЭВМ, которая позволяет оптимизировать методом последовательного анализа вариантов технологические, энергетические и экономические показатели различных технологий формирования микроклимата в животноводческих помещениях.

Прикладная программа выполнена в виде имитационной системы, позволяющей специалистам в режиме непосредственного диалога с ЭВМ рассчитывать возможные последствия принимаемых решений, анализировать результаты и вырабатывать наилучший вариант проектируемого объекта. В качестве среды программирования используется Microsoft Excel.

Рисунок 3 - Укрупненная блок- схема алгоритма оптимизации

Разработанные программы выполняют для телятника на 120 голов в возрасте до 4 мес. и свинарника - откормочника на 500 голов в возрасте до 6 мес. следующие расчеты: расчет воздухообмена и теплового баланса помещения для зимнего и летнего периодов года при температурах наружного воздуха от -30 0С до +350С; расчет технологических режимов очистки воздуха от вредных газов (аммиака, сероводорода, углекислого газа и пыли) различными сорбентами; расчет температуры внутреннего воздуха в зависимости от температуры наружного воздуха при различных вариантах работы вентиляции и отопления (охлаждения) фермы; всего рассмотрено 13 наиболее распространенных вариантов (см. таблицу 2) - 7 вариантов для зимнего периода года и 6 вариантов для летнего (вариант 4 - САКВ без воздухоосушителя, вариант 5 - САКВ в полной комплектации); все ниже перечисленные расчеты выполняются для 13 вариантов;

Таблица 2 - Варианты работы систем микроклимата ферм

в зимнее и летнее время года

№ варианта	Технологический процесс. Зимнее время года	№ варианта	Технологический процесс. Летнее время года
В0	Плановый	В0	Плановый
В1	Отопление (От.) - биологическое (кормами);приточная вентиляция (ПВ) - инфильтрацией
В2	От. - биологическое (кормами); ПВ - инфильтрацией; Вытяжная вентиляция (ВВ) - естественная	В2Л	Охлаждение (Охл.) - нет; ПВ - естественная; ВВ - естественная
В3	От. - биологическое (кормами), водяное отопление (котел); ПВ - инфильтрацией; ВВ - естественная
В4	От. - биологическое (кормами), электрокалорифер; ПВ - инфильтрацией, механическая - очистка воздуха от газов; воздуховоды; ВВ - естественная	В4Л	Охл. - камера орошения (водно- химический раствор); ПВ - инфильтрацией, механическая - очистка воздуха от газов; воздуховоды; ВВ - естественная
В5	От. - биологическое, электрокалорифер; ПВ - инфильтрацией, механическая - воздухоосушение, очистка воздуха от газов, воздуховоды; ВВ - естественная	В5Л	Охл. - камера орошения (водно- химический раствор); ПВ - инфильтрацией, механическая - воздухоосушение, очистка воздуха от газов, воздуховоды; ВВ - естественная
В6	От. - биологическое, электрокалорифер; ПВ - инфильтрацией, механическая - типа СФО, воздуховоды; ВВ - естественная	В6Л	Охл. - нет; ПВ - инфильтрацией, механическая - типа СФО, воздуховоды; ВВ - естественная
В7	От. - биологическое, электрокалорифер; ПВ - инфильтр., механич. - типа ПВУ; ВВ - механическая - типа ПВУ	В7Л	Охл. - нет; ПВ - инфильтр., механич. - типа ПВУ; ВВ - механическая - типа ПВУ

расчет привесов животного и расхода кормов (энергии) за время стояния температуры внутреннего воздуха, с учетом относительной влажности внутреннего воздуха, концентраций углекислого газа и аммиака в воздухе внутри фермы в течение зимнего и летнего периодов года;

расчет средних удельных показателей за зимний и летний периоды года повариантно: привесы (П, кг/ч/гол.); расход кормов (К, к.ед./ч/гол.); расход энергии кормов и дополнительной энергии на оборудование (W, МДж/ч/гол.); приведенных затрат (ПЗ, руб./ц) и сравнение вариантов.

По результатам расчетов на рисунках 4, 5, 6, 7 мы видим, как повариантно изменяются привесы и расход кормов.

Таблица 3 - Суммарный средний удельный расход энергии при выращивании телят до 4 мес. и свиней до 6 мес. при различных вариантах систем микроклимата

Показатель	Варианты систем микроклимата
	В.2+ 2Л	В.3+ 2Л	В.4+ 4Л	В.5+ 5Л	В.6+ 6Л	В.7+ 7Л
Суммарный средний удельный расход энергии телят до 4 мес., МДж/кг привеса	64,94	70,97	73,94	58,70	65,62	64,99
Суммарный средний удельный расход энергии свиней до 6 мес., МДж/кг привеса	153,41	117,86	51,85	45,34	109,50	108,68

Анализируя данные таблицы 3, мы видим, что минимальные удельные энергозатраты имеют системы микроклимата следующих вариантов: при выращивании телят до 4 мес. - вариант 5 (58,7 МДж/кг привеса), а при выращивании свиней до 6 мес. - варианты 5 (45,34 МДж/кг привеса) и 4 (51,85 МДж/кг привеса).

В третьей главе ?Методика проведения экспериментальных исследований? рассматриваются методики проведения экспериментальных исследований.

Исследование параметров микроклимата животноводческих объектов проводились по общепринятым методикам ВИЭСХ и ЦНИИКА с использованием вероятностного метода.

В основу методики проведения исследований равновесных концентраций аммиака в системе воздух - вода положено воссоздание физических параметров, при которых будет в реальности происходить процесс абсорбции аммиака водой.

Проведение исследований по определению коэффициента эффективности процесса теплообмена при барботации осуществляли по методу НИИсантехники [Баркалов, Б.В. Кондиционирование воздуха в промышленных и жилых зданиях / Б.В. Баркалов, Е.Е. Карпис. - М.: Стройиздат, 1982. - С. 88].

Рисунок 4 - Привесы и расход кормов для телят до 4 месяцев

Рисунок 5 - Суммарный средний удельный расход энергии с кормом

и дополнительной энергии на формирование микроклимата

при выращивании телят до 4 мес.

Рисунок 6 - Привесы и расход кормов для свиней до 6 месяцев

Рисунок 7 - Суммарный средний удельный расход энергии с кормом

и дополнительной энергии на формирование микроклимата

при выращивании свиней до 6 мес.

Коэффициент, характеризующий эффективность процесса теплообмена, определяли по формуле

Е = 1 - ,(10)

где tУ,М1, tУ,М2 - начальная и конечная температура воздуха по мокрому термометру, С; tХ1, tХ2 - начальная и конечная температура воды, обрабатывающей воздух в оросительной камере, С.

Достоверность результатов работы подтверждена корректностью и адекватностью разработанных математических моделей, а также результатами государственных и сравнительных производственных испытаний.

В четвертой главе ?Результаты экспериментальных исследований? приведены результаты лабораторных исследований и производственных испытаний САКВ.

Для решения модели САКВ проведены химические исследования по определению пригодности химических веществ для очистки воздуха фермы от вредных газов (аммиака, углекислого газа, сероводорода). Проанализировав большое количество химических веществ по критериям химической и экологической безопасности, экономической эффективности и технологичности использования, мы остановились на двух вариантах: очистка воздуха водой от аммиака, углекислого газа и сероводорода и очистки воздуха от углекислого газа гашеной известью (1,5 кг извести на 1 м3 воды). В ходе реакций получается в первом случае (11) гидрокарбонат аммония, а во втором (12) - гидрокарбонат кальция, которые экологически безопасны и могут использоваться в виде удобрений.

1. Поглощение аммиака, сероводорода, углекислого газа, пыли и микроорганизмов водой или раствором гашеной извести. Быстрее всех и полностью в воде растворится аммиак, так у него самая высокая растворимость, потом сероводород (Н2S). Затем получаем реакцию взаимодействия аммиака, углекислого газа и воды, в результате которой получается кислый углекислый аммоний (гидрокарбонат аммония)

NH3 + CO2 + H2O NH4НCO3 (11)

2. Поглощение углекислого газа раствором гашеной извести Са(ОН)2

Са(ОН)2 + 2CO2 Са(НСО3)2 (12)

С целью оптимизации процесса очистки воздуха от аммиака были проведены исследования по определению равновесной линии аммиака в системе воздух - вода при физических параметрах, соответствующих рабочим параметрам системы микроклимата (13). На основании полученных и обработанных экспериментальных данных получено уравнение регрессии зависимости концентрации аммиака в воде от концентрации его в воздухе

У = 1,86 • (Х) + 3 • 104 • (Х)2, (13)

где Х - концентрация аммиака в воздухе, кг/кг воздуха; У - концентрация аммиака в воде, кг/кг воды.

Средняя абсолютная ошибка - 2,3•10-6 кг/кг воды, средняя относительная ошибка - 0,54%; максимальная погрешность - 4,3%.

Для оптимизации конструктивно- технологических параметров САКВ проведены экспериментальные исследования эффективности процесса теплообмена при аэрогидродинамическом смешивании на изготовленном макете установки. Математическая обработка данных эксперимента на ПЭВМ позволила выделить значимость входных переменных и получить адекватное уравнение регрессии (14)

E = 0,807 - 0,026•29/18 + 0,032•h18 + 0,0029•29/18•h18,(14)

где 29/18 - коэффициент орошения, кг воздуха/ кг воды;

h18 - высота столба воды, м.

На основании полученных экспериментальных данных были разработаны и изготовлены два варианта САКВ. Первый - аэрогидродинамический кондиционер с двухлопастным осевым вентилятором, второй - аэрогидродинамический кондиционер с двумя центробежными вентиляторами (рисунки 8, 9), - оказался наилучшим по технологическим параметрам.

При работе аэрогидродинамического кондиционера можно выделить следующие технологические режимы:

нагрев и осушение воздуха осуществляется воздухонагревателем 4;

охлаждение и увлажнение воздуха осуществляется в камере барботации кондиционера 2 водой или раствором гашеной извести;

очистка воздуха - поток загрязненного воздуха вентилятором кондиционера через перфорированные шланги подается в водно-химический раствор, где увлажняется и очищается от аммиака, углекислого газа, сероводорода, пыли и микроорганизмов.

На основании экспериментальных данных таблицы 4 мы видим, что наилучший эффект барботации наблюдается при глубине погружения шлангов 7…11 см, так как при этом происходит максимально эффективная степень тепломассообмена.

Таким образом, проведенные исследования САКВ показали совпадение полученных рабочих характеристик с расчетными, что подтвердило верность основных гипотез и теоретических расчетов.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1, 5 - вентиляторы; 2 - камера барботации; 3 - сепараторы; 4 - воздухонагреватель; 6 - соединительная вставка; 7 - перфорированные шланги;

- загрязненный воздух из смесительной камеры воздухоосушителя;

- очищенный воздух; - нагретый воздух.

Рисунок 8 - Принципиальная схема системы аэрогидродинамического

кондиционирования воздуха

1 - вентилятор, подающий воздух в оросительную камеру; 2 - оросительная камера (камера барботации); 3 - вставка соединительная; 4 - электрокалориферная установка СФОЦ - 40.

Рисунок 9 - Система аэрогидродинамического кондиционирования

воздуха с двумя центробежными вентиляторами (внешний вид)

Таблица 4 - Данные экспериментальных исследований САКВ

Глубина погружения шлангов, см	Относительная влажность воздуха, %
	до установки	после установки
3	19,5/20/20	84/87/86
9	21/19,5/20	99/100/100
15	20,5/20/21	95/96/95,5

Натурные испытания САКВ в условиях действующего объекта показали, что эффективность очистки рециркуляционного воздуха от аммиака составляет 76…78%, от углекислого газа - 62…64 %, от пыли - 100 %, что подтверждается актом испытаний комиссии и протоколом СанЭпидемСтанции.

На основании экспериментальных исследований разработана САКВ, которая имеет следующую техническую характеристику (таблица 5).

Таблица 5 - Технические характеристики САКВ

Показатель	Значение
Напряжение, В	380/220
Производительность по воздуху, м3/ч	4000
Мощность электродвигателей вентилятора, кВт	6,6
Мощность электронагревателей регулируется, кВт	5…40
Давление вентиляторов, кПа	1,3…1,5
Регулируемая глубина погружения шлангов, мм	0…300
Количество шлангов, шт.	19…25
Диаметр шлангов, мм	28
Эффективность очистки рециркуляционного воздуха в кондиционере, %:
- от аммиака/ углекислого газа/пыли	76…78/62…64/100
- кислород из воздуха в водной среде кондиционера не поглощается

Проанализировав данные наших многочисленных исследований распределения концентраций вредных газов (аммиака, углекислого газа) в животноводческих помещениях в действующих объектах при естественной вентиляции, мы пришли к следующим выводам (рисунок 10): максимальная концентрация вредных газов на ферме достигает к утру и в моменты уборки навоза; в течение дня концентрация вредных газов, как правило, снижается, вследствие, повышения инфильтрации наружного воздуха по причине выполнения других технологических операций (раздача корма, уход за животными и др.); для очистки внутреннего воздуха ферм разработанную систему микроклимата можно включать периодически для сглаживания максимумов концентрации вредных газов. Данные работы различных вариантов САКВ представлены также на рисунке 10.

В пятой главе ?Экономическая эффективность энергосберегающей технологии формирования микроклимата на ферме? приведены расчеты оптимизации экономических параметров СМФ различных вариантов (таблица 6, 7), экономической эффективности природоохранных мероприятий и данные производственных испытаний, разработанной САКВ в условиях действующего объекта.

По результатам расчетов (см. таблицы 6, 7) мы видим, что минимальные удельные приведенные затраты имеют системы микроклимата следующих вариантов исполнения: при выращивании телят до 4 мес. - вариант В.5 + 5Л (34,72 руб./кг), а при выращивании свиней до 6 мес. - вариант В.4 + 4Л (43,16 руб./кг)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 10 - Изменение концентрации аммиака внутри фермы теоретическое, и реальное при различных режимах очистки воздуха САКВ

Таблица 6 - Среднегодовые удельные приведенные затраты на создание и поддержание оптимального микроклимата для телятника на 120 голов в возрасте до 4 мес. при различных вариантах систем микроклимата

Показатели	Варианты систем микроклимата
	В.2+ 2Л	В.3+ 2Л	В.4+ 4Л	В.5+ 5Л	В.6+ 6Л	В.7+ 7Л
Средние прямые затраты на производство ВП в год, руб./ц	5156,0	5512,6	3828,9	3095,2	4222,1	4981,3
в том числе:
на корм	5078,4	3852,7	3292,1	2590,8	2643,7	2643,7
заработная плата	0,00	477,96	27,54	0,00	0,00	0,00
отчисления на амортизацию	66,58	226,10	226,79	303,60	93,20	874,14
отчисления на ТО и ТР	11,01	37,37	37,49	50,18	15,40	144,49
на ГСМ, электроэнергию	0,00	918,44	235,26	125,37	1469,8	1319,0
на химические вещества	0,00	0,00	9,69	25,27	0,00	0,00
Капитальные вложения, руб./ц	82,54	280,29	281,15	376,36	115,53	1083,6
Приведенные затраты в год, руб./ц	5238,5	5792,8	4110,0	3471,6	4337,6	6064,9

Таблица 7 - Среднегодовые удельные приведенные затраты на создание и поддержание оптимального микроклимата для свинарника- откормочника на 500 голов в возрасте до 6 мес. при различных вариантах систем микроклимата

Показатели	Варианты систем микроклимата
	В.2+ 2Л	В.3+ 2Л	В.4+ 4Л	В.5+ 5Л	В.6+ 6Л	В.7+ 7Л
Средние прямые затраты на производство ВП в год, руб./ц	21283,6	19397,4	3989,7	3996,4	7918,0	9844,2
в том числе:
на корм	20840,6	16135,1	3358,0	2930,3	4269,0	4269,0
заработная плата	0,00	610,23	29,71	0,00	0,00	0,00
отчисления на амортизацию	380,19	546,70	263,33	682,88	196,36	2162,8
отчисления на ТО и ТР	62,84	90,36	43,53	112,87	32,46	357,49
на ГСМ, электроэнергию	0,00	2015,1	282,71	237,88	3420,2	3054,8
на химические вещества	0,00	0,00	12,45	32,47	0,00	0,00
Капитальные вложения, руб./ц	471,31	677,72	326,44	846,54	243,42	2681,2
Приведенные затраты в год, руб./ц	21754,9	20075,1	4316,2	4842,9	8161,5	12525,3

Погрешность расчетов удельных приведенных затрат с учетом разницы сложности и надежности систем микроклимата, а для вариантов В.4, В.5, В.4Л, В.5Л с учетом степени очистки рециркуляционного воздуха составляет 5…13%.

На основании проведенных расчетов можно сделать выводы: в свинарнике- откормочнике эффективнее использовать механическую систему микроклимата, а в телятнике ее эффективнее использовать при стоимости кормовой единицы выше 1,32 руб./к.ед. (или при соотношении кормовой единицы / кВтч - выше 0,6); вследствие низкой стоимости воды для хозяйств Северо-Западного и Центрального регионов (0,75 руб./т), ее удельный вес в приведенных затратах при создании микроклимата на ферме по новой технологии составляет менее 1%.

Экономическая эффективность природоохранных мероприятий при работе САКВ составляет для телятника на 120 голов - 730,4 руб./год, для свинарника- откормочника на 500 голов - 692,5 руб./год.

Производственные испытания САКВ в свинарнике- маточнике на 160 свиноматок с приплодом учхоза ?Удрайское? Псковской области при сравнении с типовой системой микроклимата (ПВУ-4М) показали, что при создании нормативных параметров микроклимата на ферме эксплуатационные затраты уменьшились в 1,94 раза, при этом годовой экономический эффект - 535 тыс. руб. в ценах 2008 года. Результаты производственных испытаний оформлены актом и протоколом комиссии, а также протоколом вневедомственной организации СанЭпидемСтанция. В данном объекте САКВ успешно эксплуатируется по настоящее время более 10 лет.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Работа существующих типовых систем формирования микроклимата животноводческих ферм основана на управлении температурой и влажностью воздуха кратностью воздухообмена в помещении до 3…5 раз/час, поэтому К.П.Д. использования теплоты внутреннего воздуха фермы в зимний период не превышает 25…30%, а в летний период не обеспечивают нормативной технологии содержания животных. При этом в окружающую среду выбрасываются вредные газы (аммиак, углекислый газ, сероводород), пыль и микробные тела.

2. С целью изыскания энергосберегающих технологий формирования параметров микроклимата среды обитания животных, изучены и обобщены результаты научных исследований данного направления и разработаны математические модели, позволившие получить аналитические зависимости между расходом энергии, корма, продуктивностью животных и основными параметрами микроклимата: температурой, относительной влажностью, скоростью движения внутреннего воздуха в животноводческих помещениях, концентрации вредных газов (углекислого газа, аммиака, сероводорода), освещенности и шумов, а также обобщены данные по влиянию ионизации воздуха, инфракрасного и ультрафиолетового облучения на продуктивность животных и птицы.

3. Определена математическая модель системы аэрогидродинамического кондиционирования воздуха, на основании которой и проведенных исследований, разработаны алгоритм и программа расчета на ПЭВМ, которая позволяет оптимизировать основные конструктивно-технологические и энергетические параметры системы кондиционирования воздуха в условиях сельского хозяйства.

4. Разработанные математические модели указанных зависимостей позволили получить математическую модель системы формирования микроклимата животноводческих помещений, алгоритм и программу ее расчета на ПЭВМ, позволяют выбрать, а затем оптимизировать методом последовательного анализа технологические и энергетические показатели выбранных технологий формирования микроклимата в животноводческих помещениях.

5. По результатам теоретических исследований и реализации математической модели созданы энергосберегающая технология формирования оптимального микроклимата и система аэрогидродинамического кондиционирования воздуха (САКВ), которая выполняет следующие технологические операции: нагрев и охлаждение, увлажнение и осушение воздуха, очистку рециркуляционного воздуха водой от аммиака, углекислого газа, сероводорода, пыли и вредных микроорганизмов. Для повышения эффективности очистки воздуха от углекислого газа может использоваться гашеная известь, концентрацией 0,15%. В ходе реакций газов (аммиака и углекислого газа) с водой получается раствор гидрокарбоната аммония, тех же газов с гашеной известью - раствор гидрокарбоната кальция, которые экологически безопасны и могут использоваться для удобрения почвы.