Использование приточно-вытяжного теплоутилизатора для улучшения микроклимата на животноводческих фермах

Показатели рейтинговой  оценки D_j определялись по формуле

 

    (6)

      (7)

 

где m – число опрашиваемых работников предприятия;

n – число  неблагоприятных факторов;

S – сумма квадратов отклонений суммы рангов каждого фактора от

 среднеарифметического  ранга;

Х_{i j}– ранг j-го фактора у i-го работника.

Проверка правильности составления матрицы на основе исчисления контрольной суммы

 

   (8)

 

Суммы всех столбцов матрицы  равны между собой и контрольной сумме, следовательно, матрица составлена правильно.

Третий этап − анализ значимости исследуемых факторов. Согласно условиям ранжирования факторы с наименьшей суммой рангов имеет наибольшее значение, а фактор с наибольшей суммой рангов оценивается как наименее важный.

Распределение факторов по значимости приобретает вид, представленный в таблице 2.

 

Таблица 2 - Распределение  факторов по значимости

 

Неблагоприятные факторы	Сумма рангов
Дискомфортная температура (Х1)	22,5
Дискомфортная влажность (Х2)	26,5
Повышенное давление (Х4)	27
Повышенный уровень  шума и вибрации (Х3)	32
Недостаточная освещенность (Х5)	42

 

Из таблицы распределения факторов по значимости видно, что, чем меньше сумма рангов, тем более значимы факторы и согласовано мнение работников (факторы Х₁, Х₂).

Коэффициент конкордации, в нашем случае, равен W = 0,25, что говорит о наличии определенной степени согласованности мнений работников.

Дискомфортный микроклимат  приводит к развитию производственно-обусловленных  и профессиональных заболеваний.

Ежегодно в России:

• становятся инвалидами 25-35 тыс. человек (1 и 2 гр.);
• получают профессиональные заболевания 7-10 тыс. чел;
• каждую секунду происходит 1 несчастный случай.

Анализ заболеваемости по России приведен на рис. 3.

 

Рисунок 3 – Анализ заболеваемости по России

 

Для того чтобы выявить  влияние условий труда работников животноводства на заболеваемость, нами был выполнен анализ статистическим методом – по группам болезней и их длительности.

Заболеваемость в АПК  в 71,2-81,5% случаев формируется ограниченной группой болезней органов дыхания (36,6%), сердечнососудистой системы (7%), опорно-двигательного аппарата (14,3%), кожи и подкожной клетчатки (3,8%), специфических женских видов патологии (7,5%).

В отрасли животноводства в сравнении со средними значениями по АПК возрастает число заболеваний органов дыхания (40%), болезней кожи и подкожной клетчатки (4,6%), почти втрое специфических женских  патологий (18,5%), снижается частота сердечнососудистых заболеваний (4,6%) и болезней опорно-двигательного аппарата (13,7%).

Наибольшая длительность нетрудоспособности выявлена при болезнях органов дыхания (23,1%), опорно-двигательного аппарата (14,8%), сердечнососудистой системы (8,9%) и женских патологий (8,5%).

Анализ структуры затрат электрической энергии на производство молока показал, что наибольший удельный вес в общих затратах занимает энергия, потребляемая на создание и поддержание оптимального микроклимата. Ее доля, в зависимости от технологии содержания животных, находится в пределах от 34,5 до 36,8%, что сопоставимо лишь с затратами энергии на приготовление кормосмесей. Поэтому одним из основных направлений сокращения общих затрат энергии на производство молока, а следовательно, и его себестоимости является разработка и внедрение энергосберегающих технологий и оборудования для создания и поддержания нормального микроклимата на фермах [1, 5].

Все энергосберегающие  технологии можно классифицировать по принципу нормализации микроклимата (рис. 4).

Рисунок 4 – Обзор энергосберегающих технологий нормализации микроклимата

 

Разработано несколько  технологических систем  с использование  в качестве компенсатора теплоты объемного подпольного навозохранилища (рис. 5).

Предлагаемая система  может применяться для улучшения  микроклимата только в помещениях, где проектом предусмотрено подпольное навозохранилище, что ограничивает область её использования. Кроме того, воздух помещения будет загрязняться газами, образующимися при гниении навоза [3, 4].

 

1 - воздухозаборный канал; 2 - воздуховод; 3 - подпольное навозохранилище;

4- навозная масса; 5 - щелевой  пол животноводческого помещения; 6 - внутреннее пространство животноводческого помещения; 7 - вытяжные устройства

 

Рисунок 5 – Технологическая схема температурно-компенсационной системы обеспечения микроклимата с подпольным навозохранилищем

 

Получение тепловой энергии возможно также при активном компостировании (микробном окислении). Использование твердой биомассы и, прежде всего, твердых органических отходов (смеси трав, листьев, опилок, соломы и др.), при наличии кислорода разлагающихся с выделением теплоты, может внести существенный вклад в энергетику, в частности, в производство тепловой энергии. Этот метод основан на процессе бактериального окисления твердых органических веществ с образованием тепловой энергии, которая повышает температуру воздуха, пропускаемого через массу, до 80-90°С. Один куб компостной смеси выдает от 300 до 600 Вт теплоты (рис. 6).

Описанные методы активного  компостирования рекомендуется использовать для обогрева теплиц, дачных домиков и подогрева воды. Возможность применения компоста для нормализации микроклимата в производственных помещениях в литературных источниках практически не рассматривается [10].

1 – холодная  вода, 2 – теплая вода, 3 – газовая труба, 4 – стальной резервуар,

5 – куча  компоста, 6 – аккумулятор, 7 – сборная  камера

 

Рисунок 6 – Схема автономного теплоэнергообеспечения

 

Для нормализации микроклимата разработаны утилизаторы теплоты, позволяющие экономить энергию [1].

Теплоутилизаторы классифицируются по назначению, по принципу действия и по исполнению.

По назначению теплоутилизаторы можно  объединить в следующие группы: для обогрева теплиц, жилищно-бытовых построек, производственных помещений и помещений для содержания животных (рис. 7).

 

 

Рисунок 7 – Классификация теплоутилизаторов по назначению

 

По принципу действия: утилизаторы, работающие без промежуточного теплоносителя (системы «воздух-воздух»), с теплоносителем и температурно-компенсаторные (рис. 8).

По исполнению утилизаторы без  теплоносителя выпускаются пластичные и роторные, утилизаторы с теплоносителем – пластичные. Пластинчатый теплоутилизатор представляет собой пакет алюминиевых пластин, создающих систему каналов для прохождения двух перекрестных несмешиваемых потоков воздуха [6, 7].

 

 

Рисунок 8 – Классификация теплоутилизаторов по принципу действия

 

Теплоутилизаторы, предназначенные, для обогрева производственных помещений, представляют собой систему воздуховодов, вентиляторов, кондиционеров, устройств автоматики, что требует затрат времени и средств на приобретение и монтаж оборудования, а так же затраты электроэнергии в процессе эксплуатации.

В теплоутилизаторах температурно-компенсаторных в качестве компенсатора могут использоваться подпольное навозохранилище, полигон твердых бытовых отходов (ТБО), компостные кучи (бурты), полузаглубленные или заглубленные хранилища растительного сырья.

Таким образом, в настоящее  время разработаны различные энергосберегающие методы и оборудование, для обеспечения оптимального микроклимата на животноводческих фермах и комплексах. Часть этого оборудования требует совершенствования и проверки эффективности использования в практических условиях, часть - отличается металлоемкостью и сложностью обслуживания. Из всех перечисленных методов заслуживает внимания использование теплоты, образующейся при разложении растительного сырья. В связи с этим необходимо углубленное рассмотрение процессов, протекающих при хранении растительных материалов, и возможности теплоутизизации.

 

5. Основные  конструктивные характеристики

 

Предлагаемый теплоутилизатор представляет собой систему трубопроводов, заглубленных в растительное сырье, которое может находиться в бурте или в контейнере, помещенном в облицованный приямок (рис. 9).

1 – контейнер для  растительного сырья, 2 – отверстия  перфорации,

3 – облицованный приямок,  4 – лоток, 5 – сокосборник,

6 – вертикальный стояк, 7 – приточный воздухоотвод, 8 –  насос, 

9 – перфорированные  трубы, 10 – вытяжной воздухоотвод,

11 – фильтр, 12 - вентиль

 

Рисунок 9 – Приточно-вытяжной теплоутилизатор

 

Конструктивно приточно-вытяжной теплоутилизатор состоит из контейнера 1, выполненного из металлических листов с отверстиями 2 и помещенного в облицованный приямок 3 с лотком 4, сокосборником 5 и вертикальным стояком 6, системы нагнетания, выполненной из цельной трубы 7 со встроенным насосом 8 и перфорированных труб 9 для подачи воздуха к растительному сырью повышенной влажности, системы воздухоотведения, состоящей из трубы 10 со встроенным фильтром 11 и вентилем 12 для удаления нагретого воздуха.

Контейнер для растительного  сырья (рис 10) состоит из каркаса в форме куба 1, выполненного из металлического уголка; боковых металлических с перфорацией стенок 2; днища 3, состоящего из двух створок, каждая из которых выполнена из цельных листов металла с перфорацией для облегчения массы конструкции и, в частности, стекания силосного сока; замка 4, выполненного по принципу рояльной петли; замыкающего стержня 5, петель 6, соединяющих боковые стенки и створки днища, и проушин 7 для захвата грузоподъемным механизмом [8].

а                                                       б

а – схема контейнера для растительных материалов;

б - лабораторный образец  контейнера;

1 - металлический уголок, 2 – стенки из перфорированного  листа, 

3 – створки днища, 4 – замок, 5 – замыкающей стержень,

6 – петли, 7 - проушины  для захвата

 

Рисунок 10 – Контейнер для растительного сырья

 

Теплоутилизатор работает следующим образом. Контейнер заполняют  растительным материалом повышенной влажности (силосом, сенажом, опилками, отходами кормов и пр.), который помещают в облицованный приямок или закладывают органику в бурт. Растительное сырье при хранении самосогревается под действием микробиологических процессов. Через определенное время с помощью встроенного насоса системы нагнетания подают воздух  через перфорированные трубы в нижнюю часть контейнера, при этом теплый воздух выдавливается из растительного сырья и удаляется через отверстия в стенках контейнера с помощью открытого вентиля по системе воздухоотведения со встроенным фильтром. По наклонному лотку жидкая фракция (сок), поступающая из контейнера через отверстия, стекает в сокосборник, откуда через вертикальный стояк периодически откачивается. После удаления теплого воздуха из растительного сырья вентиль системы воздухоотведения закрывают. По мере необходимости процесс повторяется. Таким образом, происходит утилизация теплоты, образующейся в процессе хранения растительного сырья повышенной влажности [11].

Технология  получения теплоты, образующейся при  гниении органики, с использованием приточно-вытяжного теплоутилизатора реализуется следующим образом. В производственных условиях в непосредственной близости от животноводческих помещений и траншей с силосом устраивается биотермальный облицованный приямок или площадка для компостного бурта.

Сбор кормовых остатков и некачественного силоса с территории ферм и комплексов осуществляется с помощью средств механизации. Если используется вариант закладки растительного сырья в облицованный приямок, рекомендуется применять контейнер, выполненный из перфорированного материала с раскрывающимся днищем. В контейнер, заполненный растительным материалом, или в бурт внедряются вертикальные трубы аэрации приточной системы теплоутилизатора, и вся конструкция накрывается листом поликарбоната (или полиэтиленовой пленки) во избежание потерь теплоты. Приточная ветвь теплоутилизатора выводится из-под пленки для забора наружного воздуха с помощью насоса (вентилятора) и подачи его к трубам аэрации и далее к растительному материалу.

Вытяжная  ветвь теплоутилизатора подводится к обогреваемому помещению.

Теплота, выделяемая при термогенезе растительного сырья в процессе его хранения, утилизируется с помощью приточно-вытяжного теплоутилизатора и направляется для повышения температуры воздуха в производственных и вспомогательных помещениях животноводческих ферм и комплексов.

Для монтажа теплоутилизатора с использованием заглубленного хранилища (приямка) требуется произвести работы по облицовке приямка (бетонирование или кирпичная кладка), а также сварочные работы по изготовлению контейнера для растительного сырья.

Наличие насоса в приточной ветви воздуховода утилизатора позволяет регулярно проводить аэрацию органики и ускорять процесс гниения, а значит интенсифицировать процесс выделения теплоты.

Наличие противогазового  фильтра в вытяжной ветви позволит задерживать вредные примеси перед подачей теплого воздуха в помещение.

 

6. Степень внедрения

 

В результате проведенных  исследований выявлено влияние дискомфортного микроклимата на организм человека.

Выполнен анализ заболеваемости в целом по России и по АПК.

На основании проведенного анкетирования определены факторы дискомфортного микроклимата, оказывающие влияние на развитие производственно-обусловленных и профессиональных заболеваний.

Изучены энергосберегающие  технологии нормализации микроклимата.