Использование приточно-вытяжного теплоутилизатора для улучшения микроклимата на животноводческих фермах

Определено направление  в создании теплоутилизаторов с малой энергоемкостью, облегченным монтажом и демонтажом.

Разработана схема и изготовлена модель теплоутилизатора, включающего контейнер для растительного сырья, на которую получены патенты (№№).

 

7. Экономическая  эффективность

 

Задачей настоящих научных исследований является выбор экономически целесообразного варианта получения теплоты для обогрева помещений. Рассмотрены варианты воздушного, электрического, водяного отопления в сравнении с  отоплением при использовании приточно-вытяжного теплоутилизатора.

При экономическом  обосновании рассмотрен вариант  теплоутилизатора с облицованным приямком, как более дорогостоящий.

Как показал  анализ литературных источников, однослойные  конструкции, используемые для облицовки, не отвечают принятым нормам теплосопротивления и теплоизоляции. В случае использования высокой несущей способности железобетона или кирпичной кладки, для того, чтобы этим же материалом выдержать нормы теплосопротивления, толщину стен необходимо увеличить соответственно до 6 и 2,3 метров, что противоречит здравому смыслу. Если же использовать материалы с лучшими показателями по теплосопротивлению, то их несущая способность сильно ограничена, к примеру, как у керамзитобетона, а пенополистирол и минвата, эффективные утеплители, вообще не являются конструкционными материалами [12].

На данный момент нет абсолютного строительного  материала, у которого бы была высокая  несущая способность в сочетании  с высоким коэффициентом теплосопротивления. Чтобы отвечать всем нормам энергосбережения, необходимо стенки приямка строить по принципу многослойных конструкций, где одна часть будет выполнять несущую функцию, вторая - тепловую защиту сооружения. В таком случае толщина стен остаётся разумной и соблюдается нормированное теплосопротивление.

Как было изложено выше, несущими материалами облицовки являются железобетон или кирпичная кладка. Толщина стен железобетона и кирпичной кладки для обеспечения необходимого коэффициента теплопроводности составляет соответственно до 6 и 2,3 метров, следовательно, целесообразно применять кирпичную кладку.

Рассматриваемый теплоутилизатор состоит из облицованного  приямка и системы приточно-вытяжных воздуховодов с насосом, фильтром и  вентилем. Определим стоимость всей установки, включая затраты на материалы и работу.

Общая стоимость облицовки приямка определяется из выражения

 

С_обп = С_к + С_ц + С_п + С_у    (9)

 

где С_к – стоимость кирпича, руб.;

С_ц – стоимость цемента, руб.;

С_п – стоимость песка, руб.;

С_у – стоимость утеплителя, руб.

Приямок имеет  габариты 1,5х1,5х1,5 м. Бетонирование приямка производится кирпичом в 2 слоя. Габариты кирпича 250х120х88 (мм). Площадь постели 1 кирпича П_п = 0,25∙0,12=0,03 м². Количество кирпича на дно приямка в 1 слой N_д1 = 2,25/0,03 = 75 шт. Количество кирпича на дно приямка в 2 слоя N_д2= 75∙2 = 150 шт. Площадь ложка 1 кирпича П_л = 0,25∙0,088 = 0,022 м². Количество кирпича на 1 боковую стенку приямка в 1 слой составляет  N_с1 = 2,25/0,022=102 шт. Количество кирпича на 1 боковую стенку приямка в 2 слоя - N_с2= 102∙2 = 204 шт.  Количество кирпича на 4 боковые стенки приямка в 2 слоя составляет  N_c= 204∙4 = 816 шт. На весь приямок необходимо кирпича N_п=150 + 816 = 966 шт. Стоимость кирпича (ГОСТ 379-95 Кирпич и камни силикатные. Технические условия М 125) на весь приямок  С_к = 5000 руб.

По нормам расхода на 200 штук кирпича расходуется 50 кг цемента, количество необходимого кирпича 966 штук, тогда всего необходимо 241 кг (т.е. 5 мешков цемента по 50 кг) цемента марки М400. Стоимость 50 кг цемента марки М400 составляет 130 руб., стоимость 250 кг цемента составит  С_ц = 650 руб.

Раствор для  кладки кирпича делается в пропорции 1:3 (т.е. на 1 кг цемента берут 3 кг кварцевого песка). Тогда необходимое количество песка составит 250∙3 = 750 кг. Стоимость 750 кг песка составит С_п = 300 руб.

Утеплитель (пенопласт  ПСБ-С 15) стоимостью 900 руб./м³ необходим в объеме 11,25∙0,02 = 0,225 м³ . Стоимость утеплителя С_у = 203 руб.

Общая стоимость  материалов для устройства приямка  составит

 

С_обп = 5000 + 650 + 300 + 203 = 6153 руб.

 

Общая стоимость  контейнера определится из выражения

 

С_кон = С_пл + С_у + С_па + С_пр    (10)

 

где С_пл – стоимость перфорированных оцинкованных листов, руб.;

С_у – стоимость уголка, руб.;

С_па – стоимость прута армированного, руб.;

С_пр – стоимость петель рояльных, руб.

Перфорированный оцинкованный лист Rv 10-14 (2х1000x2000 мм) вес листа 17,3 кг. Стоимость 1 листа Rv 10-14 составляет 1200 руб.

Для создания контейнера необходимо 3 листа Rv 2,0-3,5 2х1000х2000 мм, общей стоимостью 3600 руб., уголок оцинкованный 40х40х4 стоимостью 90 руб./шт., прут армированный 1 м стоимостью 104 руб., петли рояльные 1020 мм стоимостью 250 руб. (так как необходимо 2 петли, то их стоимость составит 500 руб.).

Общая стоимость  контейнера составит

 

С_кон = 3600 + 90 + 104 + 500 = 4294 руб.

 

Общая стоимость приточно-вытяжной системы теплоутилизатора определяется из выражения

 

С_пвс = С_т110 + С_т50 + С_о + С_п + С_гт + С_н + С_ф + С_з   (11)

где С_т110 – стоимость труб Ø 110 мм, руб.;

С_т50 – стоимость труб Ø 50 мм, руб.;

С_о – стоимость отвода 110х90^о, руб.;

С_п – стоимость патрубка 50х110, руб.;

С_гт – стоимость гофрированной трубы, руб.;

С_н – стоимость насоса INTEX 66630, руб.;

С_ф – стоимость фильтра, руб.;

С_з – стоимость заглушки, руб.

Труба Ø 110 мм, длинной 2 м  стоит 197 руб., труба Ø 110 мм, длиной 1м  стоит 109 руб., труба перфорированная Ø 50 мм – 3 шт. стоит 132 руб., отвод 110х90^о  стоит 32 руб., патрубок 50х110  стоит 24 руб., гофрированная труба стоит 132 руб., насос INTEX 66630 стоит 800 руб., воздушный бактериальный фильтр стоит 600 руб., заглушка Ду-100 стоит 1500 руб.

Общая стоимость  приточно-вытяжной системы теплоутилизатора составит

 

С_пвс = 197 + 109 +132 + 32 + 24 + 132 + 800 + 600 + 1500 = 3526 руб.

 

Общие затраты  на материалы для изготовления приточно-вытяжной установки с теплоутилизатором определяются по формуле

С_оут = С_обп + С_кон + С_пвс      (12)

 

С_оут = 6153 + 4294 + 3526 = 13973 руб.

 

Стоимость работ  определяется как сумма сварочных  и строительных работ

С_р = С_рк + С_ср      (13)

 

где С_рк - стоимость работ по укладке кирпича, руб.;

С_ср – стоимость сварочных работ, руб.

Стоимость работ  по кладке кирпича составляет 10 руб. за 1 кирпич. Всего необходимо положить 966 шт., тогда стоимость работ составит 9660 руб.

Стоимость работ  по выполнению полуавтоматической сварки переменным током  (точечная сварка специализированной проволокой) составляет 6 руб. за 1 см. Всего необходимо выполнить сварку на 13 м, тогда стоимость работ составит 7800 руб.

Стоимость работ  составит

С_р = 9660 + 7800 = 17460 руб.

Общая стоимость  материалов и работ, затраченных  на создание приточно-вытяжного теплоутилизатора, составит

 

С_общ = С_оут + С_р + С_проект    (14)

 

где С_проект – стоимость проектных работ, руб.

 

С_общ = 13973 + 17460 + 6000 = 37433 руб.

 

Для работы приточной  системы теплоутилизатора рекомендуется  применение насоса типа INTEX 66630 или осевого вентилятора. Из литературных источников [2] известно, что для продувки 100 кг органики при плотности заложения 200 – 300 кг/м³ требуется 120 м³ воздуха. В нашем случае необходимо продуть 200 кг органики, тогда потребный объем воздуха составит 240 м³.

Если учитывать, что производительность насоса INTEX 66630 составляет 20 м³/ч, то продувку силосной массы можно осуществлять в любой момент времени или в течение всей рабочей смены. Так как потребляемая мощность насоса 0,6 кВт, то за всю рабочую смену насос INTEX 66630 потребит 4,8 кВт энергии. Если учесть, что в отопительном сезоне в среднем 190 дней, тогда потребленная мощность насоса INTEX 66630 составит 912 кВт.

Стоимость энергии, затрачиваемой насосом INTEX 66630 в отопительный период, определим по формуле

 

С_эн = Q_н∙C_1кВт      (15)

где Q_н – энергия, затрачиваемая насосом INTEX 66630 в отопительный

период, кВт;

C_1кВт – стоимость 1 кВт энергии, руб.;

 

С_эн = 912 ∙ 2,5 = 2280 руб.

 

Существует  три вида систем автономного отопления: воздушное, водяное и электрическое. Традиционное отопление, когда жидкий теплоноситель нагревается, затем, проходя по системе трубопроводов и отопительных приборов (радиаторы, конвекторы и т.д.), отдаёт теплоту отапливаемым помещениям. Электрическое прямое отопление, когда нагрев помещения осуществляется без теплоносителя и электрическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую. Воздушное отопление, когда в качестве теплоносителя используется воздух, подаваемый после подогрева в отапливаемые помещения по воздуховодам.

Водяное отопление  обладает существенными недостатками. Прежде всего, оно требует больших  капиталовложений. По самым скромным подсчетам затраты на водяное отопление площади 60 м² составляют 92000 руб. (табл. 5.1).

При электрическом  отоплении стоимость капиталовложения на порядок ниже, она определяется по формуле

 

С_эо = С_общ + С_эо     (16)

 

где С_общ – стоимость затрат на создание электрического отопления, руб.;

С_эо – стоимость необходимой для обогрева помещения энергии, руб.

В среднем  стоимость затрат на монтаж установки для электрического отопления составляет С_общ.. = 24000 руб. (табл. 5.1).

Для обогрева помещения площадью 54 м² в сутки необходимо затрачивать 152 кВт, тогда стоимость энергии за в день составит

 

С_эо = Q∙C_1кВт      (17)

 

где Q – энергия, необходимая для обогрева помещения, кВт;

C_1кВт – стоимость 1 кВт энергии, руб;

 

С_эо = 152∙2,5 = 380 руб.

 

Общие затраты  на электроэнергию составят 138700 руб. в  год.

Стоимость затрат на монтаж установки воздушного отопления  в помещении площадью 54 м² составляет 75600 руб. (табл. 3).

 

 

Таблица 3 – Сравнительный анализ стоимости монтажа различных систем отопления и затрат на электроэнергию при эксплуатации этих систем

 

Вид отопления	Стоимость монтажа, руб.	Стоимость электроэнергии, руб./год.
Воздушное	75600	12672
Водяное	92000	-
Электрическое	24000	138700
С утилизатором теплоты, образующейся при гниении органики	37433	2280

 

Таким образом, анализируя стоимость монтажа и  обслуживания систем автономного отопления, а также стоимость установки с теплоутилизатором, можно сделать вывод о том, что наименее затратная система отопления - это использование приточно-вытяжного утилизатора теплоты, образующейся при разложении органики.

 

Литература

 

1. Амерханов, Р.А. Решение  задачи воздухообмена в животноводческом помещении: Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве [Текст] / Р.А. Амерханов, К.А. Гарькавый, Шевчук И.В.. Тр. 3-й Международной научно-технической конференции (14-15 мая 2003 г., Москва, ГНУ ВИЭСХ). Часть 3. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2003. - 380-385 С.

2. Боярский Л.Г. Технология  приготовления силоса. - М.: Агропромиздат, 1988. - с.13-20.

3. Гавриленков А.М. Теплоутилизатор / А.М. Гавриленков, К.В. Харченков, А.Н. Ширимов, В.А. Кулинченко. Патент РФ № 2006102839/06, 31.01.2006.

4. Давыдов, С.Я. Контактный теплоутилизатор [Текст] / С.Я. Давыдов, С.И. Немихина. Патент РФ 2004135831/06, 07.12.2004.

5. Делягин, В.Н. Обоснование  рациональных температурно-влажностных  режимов животноводческих помещений: Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Тр. 4-й Международной научно-технической конференции (12-13 мая 2004 г, Москва, ГНУ «ВИЭСХ»). В 4 частях. Ч. 3. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. - 250-255 с.

6. Ильин, И.В. Обоснование  конструктивных параметров вентиляционно-отопительного оборудования с утилизацией тепла: Технологическое и техническое обеспечение производства продукции животноводства: Науч. тр. ВИМ, т. 142, ч. 2. - М.: ВИМ, 2002. - 23-32 с.

7. Кириленко, Н. Новые  системы вентиляции: Сельский механизатор. - 2004. - № 4. - 24 с.