автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Энергосберегающие электрические системы и технические средства теплообеспечения основных технологических процессов в животноводстве

На правах рукописи

ТИХОМИРОВ ДМИТРИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

05.20.02 — электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

13 ПАЯ 2015

Москва-2015

005568463

005568463

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ФГБНУ ВИЭСХ)

Научный консультант: Растимешин Сергей Андреевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Шувалов Анатолий Михайлович

доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией альтернативных источников энергии взамен жидкого топлива ФГБНУ Всероссийский НИИ использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ФГБНУ ВНИИТиН)

Гришин Иван Иванович доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электротехники, электрооборудования и автоматики Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева (ФГБОУ ВПО РГАТУ)

Оболенский Николай Васильевич доктор технических наук, профессор, заместитель декана инженерного факультета по научной работе Нижегородского государственного инженерно-экономического университета (ФГБОУ ВПО НГИЭУ)

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства (ФГБНУ ВНИИМЖ).

Защита состоится « ■/6 » ¿¿ЮЛЛ 2015 г. в $ часов на заседании диссертационного совета Д 006.037.01 в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ФГБНУ ВИЭСХ) по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ ВИЭСХ.

Автореферат разослан «

Ученый секретарь диссертационного совета

апреля 2015 г.

Некрасов Алексей Иосифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сельскохозяйственное производство является крупным потребителем топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в стационарных процессах в объеме около 10 млн. т у.т. Из них свыше 65 % используется в системах теплообеспечения множества производственных объектов: животноводческих ферм, птицефабрик, предприятий по сушке, переработке и хранению сельскохозяйственной продукции, фермерских и личных подсобных хозяйств. Теплота используется в технологических процессах обеспечения микроклимата, горячего водо- и пароснабжения, отопления, тепловой обработки кормов, сушки, хранения, переработки различных видов сельскохозяйственной продукции и ряде других технологических процессов.

Однако производство и поставка отечественного теплоэнергетического оборудования и обеспечение им производственных животноводческих объектов весьма низкая и составляет менее 40 %.

Научно-технические разработки нового оборудования в РФ за последние 20 лет в производстве реализовывались мало, что привело к ощутимому отставанию от зарубежной техники.

Отечественное машиностроение по производству теплового оборудования для сельского хозяйства во многом разрушено, технически отстало, поэтому в значительной мере поставляется и используется дорогостоящее зарубежное оборудование, часто недоступное для средних, малых ферм и крестьянских хозяйств.

В настоящее время все еще применяются малоэффективные, без достаточного научного обоснования несовершенные системы и технические средства теплообеспечения сельскохозяйственных производственных объектов, в том числе в виде различного типа центральных котельных, чрезмерно капиталоемких, не обеспечивающих нормированных условий содержания животных, с большими потерями и значительным перерасходом энергии. К тому же состояние существующих топливных котельных, тепловых сетей и теплоэнергетического оборудования характеризуется старением и значительным снижением технико-экономических показателей.

Имеется прямая связь стоимости продукции с энергозатратами, доля которых в её себестоимости возросла с 5-8 % до 15-30 % и более, что вызвано в первую очередь опережающим ростом тарифов и цен на электроэнергию и топливо по сравнению с ценами на с.-х. продукцию, а также использованием морально и физически устаревших технических средств и систем теплообеспечения. Возникает острая необходимость на животноводческих и других предприятиях более строгого и экономного использования тепловой и электрической энергии.

Отсюда недостаточно обоснованно реализуются относительно недорогие проекты с «холодным» способом содержания животных, где не соблюдаются установленные зоотехнические требования и нормы технологического проектирования, особенно это касается помещений с молодняком животных.

Применение электрической энергии в тепловых процессах сельскохозяйственного производства в сравнении с другими энергоносителями обладает целым рядом технических и технологических преимуществ. В то же время электроэнергия наиболее качественный, но дорогостоящий вид энергии. Эффективное ее применение в тепловых процессах возможно при реализации всех ее преимуществ по сравнению с топливными энергоносителями. Это требует проведения системного технико-экономического и энергетического анализа и обоснования при выборе наиболее эффективных систем и технических средств теплообеспечения стационарных технологических процессов сельскохозяйственного производства.

В настоящее время, реализуя проводимую в стране энергетическую политику по вопросам энергосбережения (Закон РФ №261-ФЗ от 23.11.2009 г., Указ Президента РФ № 889 от 4.06.2008 г. «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики»), выработка направлений развития и модернизации систем теплообеспечения производственных объектов животноводства является актуальной задачей.

Связь выполненных исследований с государственными программами. Федеральная целевая программа стабилизации и развития инженерно-технической сферы АПК России на 2000-2006 гг. (Техника для продовольствия России); Программа Фундаментальных и прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2006-2010 гг. и 2011-2015 гг.; Программа фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы.

Цель работы. Научное обоснование и разработка энергоэффективных электрических систем и технических средств теплообеспечения животноводческих объектов, обеспечивающих снижение энергозатрат, энергоемкости и себестоимости животноводческой продукции.

Задачи исследования.

1. Провести аналитический обзор и анализ существующего состояния систем теплообеспечения животноводческих предприятий;

2. Разработать программный проект автоматизированного расчета и обоснования теплоэнергетических параметров системы теплообеспечения объектов животноводства;

3. Провести ТЭО, расчет и сравнительный анализ характерных систем теплообеспечения объектов животноводства;

4. Провести научное обоснование, оценить конкурентоспособность и разработать концептуальные положения развития эффективных электрических децентрализованных систем;

5. Исследовать основные закономерности и графики потребления тепловой энергии (горячей воды и пара) на объектах животноводства;

6. Обосновать требуемые параметры и режимы работы разрабатываемых энергосберегающих электрических технических средств и систем для тепловых технологических процессов: горячего водо- и парообеспечения, микроклимата, локального обогрева молодняка животных и рабочих мест, первичной термообработки животноводческой продукции;

7. Разработать и исследовать физические модели процессов теплообмена между электронагревателем и нагреваемой средой, дать их математические описания с целью оценки эффективности теплопередачи, обоснования электрических, конструктивных и теплотехнических параметров технических средств теплообеспечения;

8. Разработать методики расчета новых энергоэффективных технических средств и систем тепловых технологических процессов;

9. Разработать образцы системообразующих электрифицированных технических средств теплообеспечения и провести их проверку в лабораторных и производственных условиях;

10. Провести технико-экономическое обоснование разработанных электрических систем и технических средств на примере характерного объекта, разработать рекомендации по их выбору и применению.

Объект исследований. Энергосберегающая электрическая система и энергоэффективные технические средства теплообеспечения объектов животноводства сельскохозяйственного производства.

Предмет исследований. Тепловые технологические процессы на животноводческих объектах; область эффективного применения электрического теплообеспечения; теплоэнергетические параметры и режимы работы новых системообразующих электрических технических средств теплообеспечения; теплообменные процессы в электрических нагревательных аппаратах.

Методы исследований. Основные результаты диссертационной работы получены на базе фундаментальных законов и положений электротехники, теории теплопередачи, термодинамики, физического моделирования, компьютерного программирования. Применены методы системного подхода, анализа и синтеза существующих знаний в области проводимых исследований, вероятностно-статистический метод.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанный программный проект автоматизированного расчета позволяет обосновать теплоэнергетические параметры системы теплообеспечения объектов животноводства.

2. Разработанные физические модели процессов теплообмена между электронагревателем и нагреваемой средой и их математическое описание позволяют научно обосновать электрические, конструктивные и теплотехнические параметры новых энергоэффективных технических средств теплообеспечения.

3. Разработанные методические положения и методы расчета электротепловых технических средств являются основой для определения параметров энергоэффективного системообразующего электротеплового оборудования, установленного типоразмерного ряда.

4. Предложенный способ децентрализованного теплообеспечения объектов животноводства с утилизацией теплоты, рециркуляцией и озонированием воздуха обеспечивает снижение энергозатрат на микроклимат в отопительный период до 60 %.

5. Система горячего водо- и парообеспечения, содержащая электрический пароводо-нагреватель и аккумуляционный нагреватель воды обеспечивает: снижение затрат на электроэнергию до 40 % за счет предварительного нагрева воды по сниженному тарифу и ее аккумуляции; возможность одновременного использования пара и горячей воды; снижение пиковой мощности установки в дневные часы до 20 %.

6. Децентрализованные электрические системы теплообеспечения объектов животноводства, сформированные на базе разработанного нового и модернизированного энергоэффективного теплоэнергетического оборудования с применением утилизации и аккумуляции теплоты, локального обогрева конкурентоспособны топливным в т.ч. газовым системам, а для объектов с небольшой тепловой нагрузкой (фермы КРС до 200 голов, свинарники до 500 мест) являются эффективными и предпочтительными при текущем и прогнозируемом соотношении цен на энергоносители.

Научная новизна и практическая иенность.

На основании проведенного технико-экономического обоснования наиболее распространенных систем теплообеспечения объектов животноводства с применением различного вида энергоносителей определена область эффективного применения децентрализованной электрической системы теплообеспечения.

Разработан программный проект для обоснования и автоматизированного расчета теплоэнергетических параметров системы теплообеспечения объектов животноводства.

Разработаны физические модели процессов теплообмена между электрическим нагревателем и нагреваемой средой, даны их математические описания, что позволяет проводить проектирование и создание энергоэффективных системообразующих технических средств теплообеспечения, включая электрический пароводонагреватель, венти-

ляционно-отопительную установку с утилизацией теплоты, озонированием и рециркуляцией воздуха, а также ИК-пастеризатор жидких продуктов.

В результате анализа существующих методик и проведения собственных исследований предложены методические положения и методы расчета, проектируемых электротепловых технических средств.

Предложен новый способ обеспечения микроклимата для животноводческих помещений в отопительный период с утилизацией, рециркуляцией и озонированием воздуха.

Сформированные на базе разработанного нами нового и модернизированного энергоэффективного теплоэнергетического оборудования с применением утилизации и аккумуляции теплоты, локального обогрева электрические системы теплообеспечения объектов животноводства, конкурентоспособны топливным в т.ч. газовым системам, а для объектов с небольшой тепловой нагрузкой (фермы КРС до 200 голов, свинарники до 500 мест) являются эффективными и предпочтительными при текущем и прогнозируемом соотношении цен на энергоносители.

Внедрение результатов исследований. В результате проведенных автором и при его непосредственном участии исследований разработаны исходные и технические требования, технические задания на 14 энерго- и ресурсосберегающих электротепловых установок для различных процессов теплообеспечения сельскохозяйственного производства. По 8 разработкам изготовлены экспериментальные образцы; 6 установок успешно прошли государственные приемочные испытания и рекомендованы к производству; 4 вида оборудования доведены до серийного производства; 11 установок включены в «Проект системы машин и технологий для комплексной механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства на период до 2020 года».

Разработаны и опубликованы в соавторстве с В.Н. Расстригиным и Л.И. Сухаревой «Методические рекомендации по расчету и применению систем электротеплообеспече-ния на животноводческих предприятиях», которые использованы в учебном процессе ФГБОУ ВПО РГАЗУ.

Апробация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы, выполненные исследования, их результаты и разработки представлены, обсуждены и одобрены на различных международных, всероссийских научно-технических, научно-методических и научно-практических конференциях — всего более 22: «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» - Москва, ГНУ ВИЭСХ, 1998; 2000; 2003; 2004; 2006; 2008; 2010; 2012; 2014 гг.; «Автоматизация сельскохозяйственного производства» - Москва, Углич, 2004 г. «Энергосбережение - важнейшее условие инновационного развития АПК» - Минск, БГАТУ, 2009; 2011 гг.; «Современные энергосберегающие технологии и оборудование» - Москва, МГАУ, 1999 г.; «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)» - Москва, МГАУ, 2002 г.; «Экология и сельскохозяйственная техника» - Санкт-Петербург, Северо-западный НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства, 2005 г.; «Основные итоги и приоритеты научного обеспечения АПК - Северо-востока» -Киров, 2005 г.; «Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Сибири, Монголии, Казахстана и Кыргызстана» - Барнаул / РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 2005 г.; «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» - Углич, 2006 г.; «Электроэнергетика в сельском хозяйстве» - Барнаул, АлтГТУ, 2011 г.; «Модернизация сельскохозяйственного производства на базе инновационных машинных технологий и автоматизированных систем» - Углич, 2012 г.; IX Все-украинская конференция-семинар аспирантов, докторантов и специалистов в области аграрной инженерии «Технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» - Гле-

ваха, 2014 г.

Разработанное при участии автора электрическое теплоэнергетическое оборудование неоднократно экспонировалось на различных выставках. Награждено медалями и дипломами. Президиумом РАН постановлением от 15 апреля 1997 г. №66 автору была присуждена Государственная научная стипендия.

Научно-методическими основами проводимого исследования явились труды ведущих ученых в области теплоснабжения и электрификации сельскохозяйственного производства: Антонова П.П., Ануфриева Л.Н., Баранова Л.А., Герасимовича JI.C., Гришина И.И., Горбачева B.C., Делягина В.Н., Демина A.B., Дубровина A.B., Егиазарова А.Г., Елисеева H.H., Кауфмана В.Г., Канакина Н.С., Карпова В.Н., Кожевниковой Н.Ф., Коко-рина О.Я., Лебедева Д.П., Лебедя A.A., Лямцова А.К., Меновщикова Ю.А., Морозова Н.М., Мурусидзе Д.Н., Новикова H.H., Оболенского Н.В., Плященко С.И., Пчелкина Ю.Н., Растимешина С.А., Расстригина В.Н., Рудобашты С.П., Самарина В.А., Самарина Г.Н., Смирнова В.И., Свентицкого И.И., Шувалова А.М., Цоя Ю.А., Юркова О.И., Янев-ского Г.Д. и других ученых.

Место выполнения работы. В диссертации приведены результаты исследований, проведенные соискателем и при его непосредственном участии в ГНУ ВИЭСХ Россель-хозакадемии (ныне ФГБНУ ВИЭСХ) в лаборатории комплексной электрификации тепловых процессов и микроклимата под руководством д.т.н., профессора Расстригина В.Н. и д.т.н., профессора Растимешина С.А. Ряд исследований проведены совместно и под руководством заведующих лабораторий ГНУ ВИЭСХ - д.т.н. Лебедева Д.П, д.т.н. Лямцова А.К., к.т.н. Клычева Е.М.

В проведении исследований, испытаний и внедрении их результатов принимали участие сотрудники следующих предприятий и организаций: ФГБУ Подольская МИС (Московская область), ОАО Шатурское РТП «Сельхозснаб», МЭФ «Оникс» (г. Ярославль), АО «Сасовоагропромсервис» (г.Сасово, Рязанская обл.), ВНИИЭТО (г. Москва), ГНПП «Агроэлектротерм» (г. Москва), ГНУ ВНИМИ (г. Москва).

Хозяйственные испытания проведены на предприятиях: СПК «Спартак» Шатурс-ский р-он, Московская область, "Кошелиха" Первомайский р-он, Нижегородская область; СПК «Прогресс», д. Шубино Алнашский р-он; СПК «Россия», д. Большая Уча; СПК «Луч», д. Нынек Можгинский р-он, Республика Удмуртия.

Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации отражено в 86 печатных работах, в том числе 25 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК, 14 патентов РФ, 1 Методические рекомендации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 277 страниц основного текста, 107 рисунков, 32 таблицы, 14 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ЖИВОТНОВОДСТВА

На животноводческих предприятиях имеет место прогрессирующая тенденция старения теплоэнергетического оборудования. Обновление технических средств систем теплообеспечения и микроклимата за последние годы происходит крайне низкими темпами. Большинство оборудования и установок (около 80 %) полностью выработало свой ресурс и находится за пределами нормативного амортизационного срока. Существенно сократилось количество действующего оборудования на животноводческих фермах.

Научно-технические разработки нового оборудования в РФ за последние 20 лет

практически не вышли за пределы научно-исследовательских учреждений, в производстве не реализовывались, что привело к ощутимому отставанию от зарубежной техники. Значительная часть заводов сельхозмашиностроения либо прекратило свое существование, либо перестроилось на выпуск продукции другого профиля.

Для выполнения тепловых технологических процессов используется теплоэнергетическое оборудование в основном устаревших конструкций, на базе которого формируются системы теплообеспечения, работающие на твердом, жидком, газообразном топливе и электроэнергии (рисунок 1).

Проведенный нами анализ и оценка технического уровня применяемых отечественных технических средств теплоснабжения животноводческих объектов показал, что большинство теплоэнергетического оборудования существенно уступает зарубежным аналогам, морально устарела. Оборудование, которое соответствует мировым стандартам, как правило выполнено с применением импортных комплектующих и пока еще не нашло широкого внедрения в сельском хозяйстве.

Система теплообеспечеиия животноводческих предприятий

Горячее водоснабжение

^ объекты применения )

промывка молочного (молокопроводы, резервуары, насосы^ч доильные аппараты, фляги, ведра, посуда) и другого технологического оборудования; подмывание вымени животным; поение животных; приготовление кормов; санитарно-гигиенические нужды обслуживающего персонала._,

С^процессьГ^

Пароснабжение

Доильно-молочные блоки, молочные, кормоцеха, кормоприготовительные, моечные, с/узлы и душевые, линии по переработке с.х. продукции

1Д-

С^процессьГ^>

пропаривание и стерилизация молочных фляг и Другого молочногд оборудования; пастеризация молока; запаривание грубых кормов и кормовых смесей; дрожжевание сочных и концентрированных кормов; влаготепловая обработка зерна с последующим плющением, экструдированием и т.д.; дезинфекция оборудования, скотомест, ^помещений.__у

Миницеха, минизаводы, линии по переработке молочной продукции, , кормоцеха, кормоприготовительные, гаражи, молочно-моечные, помещения для содержания животных

Микроклимат

СЩпроцессьГ^

подогрев приточного воздуха животноводческих отопление вспомогательных и подсобных помещений

помещении;

Локальный обогрев

<^процессьГ^>

! Помещения для содержания ¡животных (коровники, телятники, ^свинарники, денники, родильные, I профилактории, изоляторы), комнаты I отдыха персонала, подсобные I помещения,

обеспечение дифференцированных тепловых условий содержания молодняка животных; обогрев рабочих участков обслуживающего персонала

=у| Термообработка с.х. продукции

ТР

Телятники, профилактории ферм КРС, молочные блоки, доильные и предд о ильные площадки, ветсанпро-пускники, ветпункты, изоляторы, подсобные помещения, станки свинарников.

пастеризация молока и других жидких продуктов; сушкаГ приготовление кормов животным; предварительная влаготепловая обработка комбикорма и зерна с последующей углубленной ^обработкой._

Миницеха, минизаводы, линии по| переработке с.х. продукции, кормоце-! ха, кормоприготовительные I

Рисунок 1 - Структурная схема системы теплообеспечения объектов животноводства

В наибольшей степени характеру тепловых нагрузок и предъявляемым требованиям соответствуют электрические системы теплообеспечения.

Известно, что применение электрической энергии в тепловых процессах сельскохозяйственного производства в сравнении с другими энергоносителями (твердое и жидкое топливо, газ, биомасса и т.п.) обладает целым рядом неоспоримых технических и технологических преимуществ. Уникальное свойство высокой дробимости электроэнергии позволяет подводить ее непосредственно к местам выработки и использования теплоты и делать электрические системы теплообеспечения более экономичными и легко управля-

емыми. Применение электрических систем теплообеспечения децентрализованного типа снижает потери и капитальные вложения за счет исключения внешних теплотрасс и зданий котельных. Высокий КПД и уровень автоматизации электрических систем позволяет более экономно использовать электроэнергию и точно поддерживать заданные параметры технологических процессов с высокой степенью их готовности к пуску в работу. Электрические системы отличает экологическая чистота и создание лучших условий для работы обслуживающего персонала.

Однако, учитывая, что электроэнергия, являясь наиболее качественным видом энергии, имеет высокую стоимость, область эффективного ее применения в системах теплообеспечения сельскохозяйственного производства должна быть строго обоснована, где необходимо учесть все ее преимущества по сравнению с другими энергоносителями. Это требует проведения системного технико-экономического и энергетического обоснования при выборе наиболее эффективных систем и технических средств теплообеспечения стационарных технологических процессов сельскохозяйственного производства.

Отдельным вопросам электрического теплообеспечения объектов животноводства посвятили свои научные работы многие ученые: в области горячего водо- и пароснабже-ния - Баранов Л.А., Дацков И.И., Евсеев П.Н., Карпов В.Н., Кауфман В.Г., Корсак С.П., Яневский Г.Д.; в области обеспечения микроклимата — Андреева H.H., Бабаханов Ю.М., Зайцев A.M., Лебедь A.A., Мурусидзе Д.Н., Новиков H.H., Самарин В.А., Самарин Г.Н., Трунов С.С., Шаталов М.П., Юрков В.М.; в области локального обогрева — Бароев Т.Р., Дубровин A.B., Герасимович Л.С., Кожевникова Н.Ф., Лапицкий А.Г., Лямцов А.К., Растимешин С.А., Цугленок Н.В.; в области электротермической обработки с.-х. продукции и кормов - Джалилов А.Х., Елисеев H.H., Малышев В.В., Карумидзе Г.И., Пальмов Ф.В., Клычев Е.М., Резник E.H., Шувалов A.M. и др.

Вопросам эффективности электротеплоснабжения с.-х. объектов посвящены работы Делягина В.Н., Дехнича В.Н., Канакина Н.С., Коршунова А.П., Никитенкова П.А., Ме-новщикова Ю.А., Пирхавки П.Я. и др.

В то же время проблемам комплексной электрификации тепловых процессов для объектов животноводства уделено не так много внимания. Эта проблема затронута в 6070-х годах - к.т.н. Смирновым В.И, более полно в 80-90-х и начале 2000-х годов - д.т.н. Расстригиным В.Н. Среди современных работ следует отметить труды Баркова В.И. (КазНИИМЭСХ, 2006 г.) и Алдибекова И.Т. (КазНАУ, 2010 г.), целью исследования которых являлось создание научно-методических основ разработки ресурсо- и энергосберегающих систем электротеплообеспечения в животноводстве на базе усовершенствованных электродных тепловых установок.

В связи с неуклонным ростом цен и тарифов на энергоносители доля энергозатрат в себестоимости сельскохозяйственной продукции увеличилась за последние годы в 3...5 раз. Разработанное теплоэнергетическое оборудование с использованием электроэнергии из-за высоких тарифов применяется в ограниченных масштабах.

Поэтому важнейшей задачей проведения исследований является обоснование и разработка современных, высокоэффективных энергоресурсосберегающих систем и технических средств электрического теплообеспечения для производственных объектов животноводства, обеспечивающих повышение производительности труда, снижение приведенных и энергетических затрат на 20-30 %, а следовательно, снижение энергоемкости и себестоимости сельскохозяйственной продукции, а также улучшение условий труда и экологии.

На основании чего сформулированы цель и задачи исследований, приведенные выше.

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ И КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАЗВИТИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ЖИВОТНОВОДСТВА

Возможность использования различных энергоносителей в технологических процессах сельскохозяйственного производства, многообразие систем и технических решений определяют необходимость технико-экономического сравнения разных вариантов теплообеспечения и выбора из них наиболее экономичного.

В разработанных нами рекомендациях в обобщенном виде приводятся методы технико-экономического обоснования систем теплообеспечения и выбора энергоносителя. Расчеты по выбору схемы теплообеспечения и структуры энергоносителей следует выполнять в следующей последовательности:

а) определить потребность в тепловой энергии по процессам (расчетные тепловые нагрузки потребителей, их режимные характеристики и соответствующая им годовая потребность в тепловой энергии);

б) наметить возможные варианты и схемы теплообеспечения;

в) на рассмотренные виды энергоносителей по расчетным тепловым нагрузкам потребителей подобрать теплогенерирующие и теплопотребляющие установки и приборы, проанализировать режимы их работы в заданных технологических процессах и природно-климатических зонах России;

г) определить приведенные затраты для рассматриваемых вариантов.

Учитывая невысокую точность исходной технико-экономической информации,

сравниваемые варианты с разницей суммарных приведенных затрат в 10 % и менее следует считать равноценными. В этом случае выбор рационального варианта осуществляют путем сравнения рассматриваемых вариантов по другим дополнительным показателям (снижение энергозатрат, расход материалов, трудовые затраты, срок реализации проекта, улучшение условий труда и эргономика, экология и т.д.).

Расчет потребной мощности, а также годового потребления энергии в тепловых процессах сельскохозяйственного производства служит основой для выбора теплоэнергетического оборудования и последующего обоснования системы теплообеспечения.

Для проведения автоматизированного расчета теплоэнергетических показателей объекта разработан программный проект для персонального компьютера. Расчет ведется для каждого отдельного помещения, причем для помещений, в которых содержатся животные, учтены технология и способ их содержания. Алгоритм расчета, показанный на рисунке 2, создан на теоретической базе известных методических рекомендаций с рядом новых существенных дополнений.

С целью повышения точности расчета годовой расход теплоты на подогрев приточного воздуха определяется не по средней температуре за отопительный период, а по дифференциальным функциям распределения стояния температуры наружного воздуха рассматриваемой климатической зоны, которые взяты из климатологического справочника и внесены в базу данных программного проекта.

Все параметры и коэффициенты, заложенные в базу данных проекта, взяты из действующих рекомендаций и норм технологического проектирования животноводческих предприятий и соответствующих СНиПов. При этом пользователь может самостоятельно менять и устанавливать исходные данные, оценивая их влияние на итоговые теплоэнергетические показатели объекта.

Программный проект, содержащий программные модули, базу данных и экранные формы, транслирован в исполняемое \Утс1о\У5-приложение.

Выбор объекта (здания, помещения), группы животных, технологию их содержания

Вывод на экран монитора нормативных и допустимых параметров воздуха в помещении, расчетных параметров наружного воздуха

X

Ввод и корректировка исходных данных для расчета:

- температура наружного воздуха. °С;

- относительная влажность наружного воздуха, %;

- температура воздуха внутри помещения,"С;

- относительная влажность воздуха в помещении, %;

- вес животного, кг;

- количество животных в помещении, гол.;

- уровень лактации (для коров), л;

- площадь открытой водной поверхности, м ;

- площадь поилок, м2;

- площадь смоченной поверхности пола, м ;

- площадь подстилки, м2;

Расчет свободной теплоты, выделяемой животными, кВт

У

Расчет тепловых потерь через

ограждающие конструкции

трукции

Подпрограмма «Расчет тепловых потерь через ограждающие конструкции животноводческого помещения»

Расчет тепловых потерь на испарение влаги с открытой водной и смоченной поверхности, кВт

Расход приточного (вентиляционного) воздуха м3/ч и

расчет теплового потока, на его подогрев, кВт ▼

Расчет мощности отопительной установки, кВт Расчет граничной температуры наружного воздуха. "С

Расчет годового

расхода теплоты, кВт- ч

Подпрограмма расчета тепловой нагрузки и расхода тепловой энергии на ГВС

База данных: СНиП, Строительная климатология и геофизика

Подпрограмма расчета тепловой нагрузки и расхода тепловой энергии на производство пара

Вывод на экран монитора:

- мощность отопительной установки, кВт;

- расход приточного воздуха, м /ч;

- граничная температура наружного воздуха, °С;

- годовой расход теплоты, кВт- ч;

- мощность водонагревателя, кВт;

- мощность парогенератора, кВт;

- годовой расход энергии на ГВС и пар, кВтч

Ввод параметров утилизатора теплоты:

- воздухопротизводительность, м /ч;

- постоянная теплоутилизатора, Вт/° С;

- количество утилизаторов

Расчет мощности отопительной установки, кВт

Расчет граничной температуры наружного воздуха, С <

Расчет годового расхода теплоты, кВт- ч

Вывод на экран монитора:

- мощность отопительной установки, кВт;

- граничная температура наружного воздуха, °С;

- годовой расход теплоты, кВт- ч;

5

окончание

Рисунок 2 - Алгоритм расчета параметров теплоэнергетического оборудования объекта

Разработанный программный проект позволяет: значительно ускорить, автоматизировать расчет теплового баланса помещений для различных групп животных, технологий их содержания и климатической зоны; проводить расчет годового расхода тепловой энергии на микроклимат; исследовать и определить режимы работы вентиляционно-отопительных установок при изменении параметров наружного и внутреннего воздуха; анализировать эффективность применения утилизации теплоты удаляемого вентиляционного воздуха; определить величину тепловой нагрузки и годовой расход теплоты на основные технологические процессы.

По результатам выполненного расчета для различных и типовых объектов животноводства выбрано серийное теплоэнергетическое оборудование и проведена технико-экономическая оценка характерных систем теплообеспечения с применением редактора электронных таблиц Microsoft Excel.

Рассмотрены общепринятые централизованные и децентрализованные системы на твердом, жидком, газообразном топливе, а также электроэнергии. На рисунке 3 показаны удельные приведенные затраты на 1 кВт-ч полезной тепловой энергии, потребляемой фермой КРС молочного направления на 200 голов.

В диссертации представлены основные результаты технико-экономической оценки систем теплообеспечения ферм КРС различного направления, а также свинарников-откормочников. итоговые показатели которых даны на рисунке 4.

- без учета затрат на энергоноситель

Котельные:

1-на твердом топливе;

2-на жидком топливе;

3-на природном газе. Децентрализованные системы.

4-на твердом топливе;

5-на жидком топливе;

6-на природном газе;

7- на электроэнергии

3 4 5 6 Системы теплообеспечения

Рисунок 3 -

Удельные приведенные затраты на 1 кВт-ч полезной тепловой энергии, потребляемой фермой КРС на 200 голов

Количество голов

Котельные:

1-на твердом топливе;

2-на жидком топливе;

3-на природном газе.

б)

Децентрализованные системы:

4-на твердом топливе;

5-на жидком топливе;

6-на природном газе;

7- на электроэнергии

93

Количество голов

Рисунок 4 —Удельные приведенные затраты на 1 кВт-ч тепловой энергии: а) фермы по доращиванию и откорму молодняка КРС; б) свинарники-откормочники

Проведенный технико-экономический анализ позволил сделать следующие выводы:

1. Наиболее эффективны децентрализованные системы и технические средства тепло-обеспечения на природном газе, а также электрические.

2. Затраты на получение и использование 1 кВт-ч полезной тепловой энергии в 2...4 раза выше, чем просто на ее производство. Поэтому при выборе и оценке систем теплообеспечения и энергоносителя следует учитывать удельные приведенные затраты на получение и использование 1 кВт-ч полезной тепловой энергии.

3. Капитальные вложения и затраты на текущую эксплуатацию электрических систем наименьшие в сравнении с топливными системами.

4. С уменьшением мощности объекта, возрастают суммарные удельные приведенные затраты на получение и использование 1 кВт-ч полезной тепловой энергии и тем эффективнее становится использование децентрализованных электрических систем.

Проведенный анализ и выполненные расчеты систем теплообеспечения животноводческих объектов позволили оценить область наиболее эффективного применения выбранных нами для исследований электрических систем и составляющего их энергетического оборудования, выявить направления повышения его энергетической эффективности и снижения энергозатрат. Это предопределило проведение исследований по разви-

тию и совершенствованию систем и используемого энергетического оборудования, а для ряда процессов - разработки новых электрических технических средств и установок.

Исходя из этого сформулированы основные концептуальные положения развития электрических систем теплообеспечения, среди которых следует выделить основные направления: применение систем и технических средств теплообеспечения децентрализованного типа; утилизация теплоты вентиляционных выбросов в системах подогрева приточного воздуха; разработка и применение технических средств аккумуляционного типа, способных работать по дифференцированному тарифу на электроэнергию; широкое использование технологии локального лучистого (инфракрасного) обогрева с разработкой облучателей, приспособленных для с.-х. производства, особенно для помещений с молодняком животных; обоснованное применение автономных когенерационных установок, тепловых насосов и более совершенного теплохолодильного оборудования; разработка теплоэнергетического оборудования, позволяющего легко встраиваться в современные технологии и процессы доения, приготовления кормов, первичной обработки с.х. продукции и т.д.

В последующих 3, 4 и 5 главах диссертации проведено научное обоснование параметров и режимов работы разрабатываемых энергосберегающих системообразующих электрических технических средств для теплообеспечения основных технологических процессов: горячего водо- и парообеспечения, микроклимата, локального обогрева молодняка животных, первичной термообработки животноводческой продукции, обеспечивающих снижение энергозатрат, энергоемкости и себестоимости животноводческой продукции, внедрение которых в значительной мере повышает энергоэффективность производства сельскохозяйственной продукции.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ГОРЯЧЕГО ВОДО- И ПАРООБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ОБОСНОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ И ОПТИМИЗАЦИЕЙ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

Анализ различных объектов животноводства показал, что горячая вода и пар находят широкое применение для промывки и стерилизации молочного и другого оборудования, для приготовления кормов, на санитарно-технические цели, нужды обслуживающего персонала, а также в многочисленных линиях и цехах по переработке сельскохозяйственной продукции и т.д. Заводами выпускается различное серийное оборудование и аппараты для сельского хозяйства, которые не имеют автономных устройств образования пара и нагрева воды, а эти теплоносители необходимы им для осуществления технологических процессов.

Для обоснования параметров и режимов работы установок генерации пара и приготовления горячей воды необходимо знать объемы и режимы потребления этих теплоносителей, а также возможные режимы работы самих установок. Наиболее полную картину об этом дают суточные графики тепловых нагрузок. Для построения и анализа суточных графиков потребления пара и горячей воды были рассмотрены типовые проекты животноводческих объектов: доилыю-молочные блоки, молочные, кормоприготовитель-ные помещения ферм КРС, а также свинарники с помещениями для приготовления кормов и получения горячей воды.

Потребление горячей воды и пара на животноводческих фермах и комплексах имеет явно выраженный неравномерный характер, обусловленный технологическими требованиями. Процессы потребления пара и горячей воды частично одновременны и частично расходятся во времени. Невысокий коэффициент загрузки установки по производству пара (не превышающий 0,5) предполагает ее использование для приготовления горячей

воды и подтверждает возможность разработки агрегата, позволяющего раздельно получать пар и горячую воду в одном устройстве - электропароводонагревателе (ЭПВ).

Для приготовления горячей воды установка может работать: в проточном режиме по свободному графику; с полной или частичной аккумуляцией горячей воды в накопительной емкости, а также совместно с другим водонагревателем, например, аккумуляционного типа (рисунок 5).

Холодная вода

ЭПВ

Холодная вода

ЭПВ

Горяч ая| вода

£

Аккумуляционная емкость

ЭПВ

I

Долодная вода

Горячая вода

I

Горячая

ЭПВ

потребитель ^ ^ потребитель ^ ^ потребитель Г"

5 & §5

потребитель

Проточный режим

Полная аккумуляция воды

Частичная аккумуляция воды

С дополнительным нагревателем воды

Рисунок 5 - Режимы работы электропароводонагревателя (ЭПВ)

Режим полной аккумуляции горячей воды позволяет существенно снизить пиковую потребную мощность и выровнять график нагрузок на приготовление горячей воды и выработку пара в течение суток (рисунок 6), а при переходе к дифференцированному учету электрической энергии обеспечивает потребителям экономию средств на ее оплату.

70

ш 60 1 50

40 30

| 20 £

ц

—и Г -1 —1 Г"

г - 1__

1 { 1? 1 ■

1 п ]

10

12

14

16

18 20 22 24 —мощность установки без аккумуляции Время суток, ч

— — мощность установки при полной аккумуляции воды

Рисунок 6 - Суточный график нагрузок на горячее водо- и парообеспечение фермы КРС

на 200 голов

С целью оптимизации возможных режимов работы электрической пароводонагре-вательной установки для конкретного объекта разработан алгоритм и программа расчета.

Для ряда технологических процессов сельскохозяйственного производства необходим перегретый пар с непрерывной его выработкой строго заданной производительности и температуры в течение длительного периода времени.

Для решения поставленных задач на рисунке 7 показан один из вариантов структурных схем электрической пароводонагревательной установки, содержащей аккумуляционный нагреватель воды, парогенератор и электрический перегреватель пара.

потребителю

Рисунок 7 - Структурная схема электропароводонагревательной установки

В соответствии с указанными требованиями к пароводонагревательной установке, с учетом структурной схемы и Т-Б диаграммы разработана циклограмма ее работы, представляющая изменение производительности и температуры теплоносителей в характерные временные периоды, пусковой и установившийся режимы, взаимодействие отдельных рабочих органов в процессе образования пара и горячей воды требуемых параметров.

Предложена методика расчета электрической паро- и водонагревательной установки по определению энергетических, теплотехнических и конструктивных параметров.

Мощность парогенератора:

р _ р п V к н / II

(1)

З6ОО/7

где ср - удельная теплоемкость воды. Дж/кг-К; Оа - производительность по пару, кг/ч; ¡к-температура кипения воды в аппарате при давлении р, °С; /„- температура воды, поступающей в аппарат (90+5) °С; г - удельная теплота парообразования, Дж/кг; г) = 0,98 -кпд аппарата.

Для оценки условий теплообмена следует воспользоваться известным выражени-

Р„г=аРА(, (2)

где а - коэффициент теплоотдачи от электронагревателей к воде, Вт/м2К; Р„- площадь поверхности электронагревателей, м2; А1 - разница температуры поверхности нагревателей и средней температуры воды в аппарате, °С.

Коэффициент теплоотдачи а следует принимать в диапазоне 9000 -11000 Вт/м2К.

Объем парового пространства У„ в резервуаре должен быть не менее одной трети от объема резервуара 1-р, при этом:

К = /-У/, (3)

где Я - высота парового пространства, м;

со

И =

0.54(0,65 + «)

(4)

(5)

3600Рр

где м/ - приведенная скорость пара, м/с; Р — площадь зеркала испарения, м2; р- плотность насыщенного пара. кг/м3.

Для перегрева пара служит электрический пароперегреватель, мощность которого определяется по выражению:

Р -С-О'-О

360077 '

где г, / "-энтальпия перегретого и насыщенного пара. кДж/кг; г/-

кпд аппарата.

Рисунок 8 - Конструктивно-технологическая схема энергосберегающей установки горячего водо-и парообеспечения

Для оценки условий теплообмена электрического нагревателя и пара в пароперегревателе получено выражение:

= (7)

где £1=1,12-1,15 - коэффициент, учитывающий радиационную составляющую теплового потока от нагревателя (ТЭНа) к пару; а= 1,2-1,4 - коэффициент, учитывающий конвективную составляющую от внутренней поверхности корпуса пароперегревателя к пару; а- коэффициент теплоотдачи (конвекгивная составляющая) от нагревателя к пару, (2628 Вт/м2К); /•"„- площадь поверхности нагревателя, мг; М - разница между температурой поверхности нагревателя и средней температурой пара в аппарате (150-160 °С).

Температура поверхности электрического нагревателя может быть определена по полученной нами зависимости:

/„=*„/(1-0, бе (8)

При использовании аккумуляционного электрического водонагревателя его мощность может быть рассчитана по выражению:

1,05 (У.+Уп)сП-П ЗбООгд,

где К, У„ — суточное потребление горячей воды и пара, кг; /г -температура холодной и горячей воды, °С; г3 - время нагрева воды, ч; г]в - кпд аппарата.

Кп=ОпГгп/^п, (10)

где Ггп— время работы парогенератора, ч; г]„— коэффициент, учитывающий потери пара в паропроводе.

(П)

1г~1х /=1

где ^ и — расход и температура воды для /-го технологического процесса.

Методика применима для типоразмерного ряда установок и их рабочих органов аналогичной конструкции, компоновки рабочих органов и отдельных узлов в соответствии с конструктивно-технологической схемой (рисунок 8). Новизна конструкции защищена патентами на изобретения.

Сброс I

1-аккумуляционный водонагреватель;

2,9- блок нагревателей;

3-патрубок отбора горячей воды;

4- электрический паровой котел;

5-сепаратор;

6-секция перегрева пара;

7-патрубок отбора пара;

8- датчики уровня воды;

10- клапан автоматической подачи воды

Физическое моделирование процесса теплообмена в каждом отдельном аппарате и его математическое описание позволило определить коэффициент теплоотдачи и тепловой поток от нагревателей к теплоносителю, составить уравнение теплового баланса, вычислить КПД, проанализировать условия работы и проверить правильность выбора энергетических и конструктивных параметров нагревательных элементов, наметить пути интенсификации теплообмена.

Вопросам кипения жидкости посвятили свои труды известные в области теплотехники ученые, такие как: М.А. Михеев. В.М. Боришанский, В.И. Толубинский. Г.Н. Кру-жилин, С.С. Кутателадзе, У. Розенау, Т. Хоблер и другие. К настоящему моменту предложен целый ряд эмпирических формул, описывающих процесс теплопередачи при кипении жидкости, однако все они носят универсальный и в то же время приближенный характер. Коэффициент теплоотдачи зависит от большого числа различных факторов, конкретных условий теплообмена, в том числе от вида и состояния поверхности, которые невозможно учесть в одной обобщенной аналитической зависимости (критериальном уравнении). В исследуемой нами задаче разница в полученных результатах коэффициента теплоотдачи а по известным зависимостям достигает 30 % (рисунок 9), что вносит ощутимую погрешность в теплоэнергетический и конструктивный расчеты.

Рисунок 9 - Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении воды в электрическом пароводонагрева-теле

В этой связи возникла необходимость конкретизировать задачу и провести специальные исследования для рассматриваемого аппарата.

На основе статистической обработки полученных нами экспериментальных данных с помощью математической системы Maple был определен интерполяционный степенной многочлен для расчета коэффициента теплоотдачи а от удельной поверхностной мощности нагревателей q в электропароводонагревателях всего типоразмерного ряда:

а = -1,6д4 + 48,Зд3 - 513.8д2 + 3ООО. 1 i/ - 1780,8; <7=4,0-13 Вт/см2. (12)

В интересующих нас интервалах q. зависимость a=f (q) носит фактически линейный характер. С достоверностью аппроксимации R2 =0.99 уравнение имеет вид:

«=0,069^+1912,1; д= (4,0 —13)-104 Вт/м2. (13)

Определены предельно допустимые электрические и тепловые нагрузки на трубчатые электрические нагреватели (ТЭНы) при кипении воды: А/кр = ic-г- ?н= (41- 0.105?н)(£7кр10"')0,3

<7кр=150000 Вт/м2, AtKp=16.30C. (14)

Для определения теплоэнергетических показателей электрического пароперегревателя и параметров, влияющих на нормальную работу нагревательных элементов, рассмотрена динамика конвективного теплообмена между электрическим нагревателем и

►Т. Кружил ин

"-С.Кутателадзе

^-Эксперимент

»-Т.Хоблер

»-У. Розенау

»-В.Боришанский

§ #

20000 40000 60000 80000 100000 120000 Удельная поверхностная мощность нагревателей, q, Вт/м2

потоком пара. Система уравнений теплового баланса, описывающая изменение температуры нагревателя и теплоносителя (водяного пара) для элемента <£х, будет иметь вид:

оср

= й^хс!т —— (/и - 1и)сЫ<1 т, ссР

После преобразований получили:

ОсЫ,

(Хр

с с Ж =-(/-/)£&,

II п II ]_,

(15)

(16)

О < х < и

где Си, сп — удельные теплоемкости материала нагревателя и пара в аппарате, Дж/кг-К;

- площади сечения нагревателя и пара, м2; Р - поверхность теплообмена, м2; рн, р,,— плотность материала нагревателя и пара, кг/м'1; £/ — количество теплоты, выделяемого нагревателем за вычетом тепловых потерь, Вт/м; а— коэффициент теплоотдачи от нагревателя к пару, Вт/м2-К; /п, /н - температура пара и нагревателя; т - время, с; Оп - расход пара, кг/с; т» - масса нагревателя, кг; Ь - длина рабочей части пароперегревателя, м.

Решив уравнение (15) относительно /п//н получили:

-а р х

— = 1 - Се' К

Частное решение (17) имеет вид: I,

-а /■ Л'

— = 1 — 0,62ес"а"1', К

— = 1 — 0,62е г

для Оп=45 кг/ч:

При совместном решении уравнений (16) и (18) получено выражение: * =289-185е-гмо"г.

(17)

(18)

(19)

В графическом виде изменение температуры поверхности нагревателя в пароперегревателе от момента включения до выхода на номинальный режим работы при начальной температуре пара /„=104 °С показано на рисунке 10.

Проведена оценка радиационной составляющей теплового потока от нагревательных

элементов к пару, с использованием отдельных положений метода, описанного Воленбергом, которая составила около 12 %. По построенным пусковым характеристикам при различной паропроизводительности С„ и неизменных параметрах пароперегревателя можно судить о времени выхода аппарата на номинальный режим и средней температуре на поверхности трубчатого нагревателя в тот или иной момент времени.

Время нагрева, г, мин

Рисунок 10 - Температура поверхности нагревателя

по расчетной формуле

»эксперимент

Эта характеристика позволяет оценить степень влияния колебаний величины паро-производительности на температуру оболочки нагревателя, прогнозировать аварийные и предельно допустимые режимы его работы.

Применив математический метод планирования экспериментов, нами получены важные технические показатели электрического пароводонагревателя мощностью 30 кВт: производительность установки по воде G„ в зависимости от ее температуры; температура пара in на конце паропровода в зависимости от его длины L и толщины теплоизоляции Vi п с коэффициентом теплопроводности >.=0,035 Вт/м2К:

GB=769+25,6ix-5,4ir-0,22Wr; при и= 4... 16 °С, ir= 60...90 °С. (20)

fn=120 + 0,02&з-1,3/,+ 0,015<5iiX,' при &з= 20...80 мм, L = 5...15 м. (21)

Результаты анализа рассмотренных физических процессов теплообмена отражены в представленной выше методике расчета электропароводонагревателей (ЭПВ), с помощью которой были определены параметры созданных установок мощностью 30 и 36 кВт, а также электрического парового котла (ЭПК) мощностью 30 кВт.

Для ферм КРС, свинарников и других объектов с целью их обеспечения горячей водой и паром разработана энергосберегающая установка на базе электрического парогенератора и аккумуляционного водонагревателя (рисунок 8).

Предлагаемое конструктивное решение установки, защищенное патентом, обеспечивает снижение затрат на электроэнергию до 40 % за счет предварительного нагрева воды по сниженному тарифу и ее аккумуляции, возможность одновременного и раздельного использования пара и горячей воды, уменьшение пиковой мощности установки в дневные часы до 20 %.

ГЛАВА 4. НОВЫЙ СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ, РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ И ОЗОНИРОВАНИЕМ ВОЗДУХА

Наиболее энергоемким процессом в системах теплообеспечения животноводческих ферм является обеспечение микроклимата. На эти цели расходуется более 60 % тепловой энергии от общих затрат на теплообеспечение объекта в целом. Приобретают важное значение вопросы не только сбережения теплоты (энергии), но очистки и обеззараживания воздуха, находящегося внутри помещения и удаляемого из него.

На основе проведенных исследований и накопленного опыта совместно с к.т.н. Першиным А.Ф. разработан новый высокоэффективный способ, защищенный патентом, децентрализованного теплообеспечения и создания микроклимата в животноводческих помещениях, в основе которого положены принципы утилизации теплоты, озонирования и рециркуляции воздуха.

Структурная схема вентиляционно-отопительной установки (ВОУ), реализующей предложенный способ (рисунок 11) включает: полимерный теплоутилизатор пленочного типа, встроенный пиковый электрокалорифер, вентиляторы приточного и удаляемого воздуха, озонатор и рециркуляционный канал с камерой смешивания. Частичная рециркуляция удаляемого из помещения теплого воздуха возможна при его очистке и обеззараживании в том числе с использованием метода озонирования.

Разработанные методические положения и методика расчета вентиляционно-отопительной установки включают в себя теплоэнергетический, гидромеханический и электрический расчеты. Особенностью теплоэнергетического расчета является определение важных показателей - коэффициента теплоотдачи при частичной конденсации пара из потока влажного вытяжного воздуха, а также расчет толщины возможной снеговой шубы и ее распределение по длине поверхности теплоутилизатора.

КС

Х1х:

рециркуляционным воздух

наружный приточныи воздух

Оэ

Ф1/ -к

/ \

воздух, удаляемый в атмосферу

ш

В2

ту

В1

эк

оз

подогретый приточныи воздух

РВ

воздух, забираемый из помещения

Рисунок 11 - Структурная схема вентиляционно-отопнтельной установки с утилизацией теплоты, озонированием и рециркуляцией воздуха: Ф1, Ф2 - фильтры; ТУ - теплоутили-затор; В1, В2 - вентиляторы приточный и вытяжной; ЭК- калорифер электрический; РВ — распределитель приточного воздуха; 03 - озонатор; КС- камера смешивания; Ш - регулируемая воздушная заслонка; Оз — озонопровод.

В общем виде уравнение теплового баланса теплообменника имеет вид:

е = С1с1(/12-/11) = 02с2и2,-/22)т/. (22)

При изменении теплоносителем агрегатного состояния (конденсация влаги):

<2 = (5,с, (/,2 -/,,) = С2 (;21 - г22 )т; . (23)

Коэффициент теплопередачи для пленочного теплообменника:

1

к =

1

(24)

«г

где С\, Сг - расходы теплоносителей, кг/с; см, сг — средние теплоемкости теплоносителей, Дж/кг °С; /п, /и, /21, /22 - начальная и конечная температуры приточного (холодного) и вытяжного (теплого) воздуха, °С; /21, 122 - энтальпия удаляемого вытяжного воздуха до и после теплообмена, Дж/кг; ц — коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду; опл —толщина полимернои пленки, м; Япл коэффициент теплопроводности полимерной пленки, Вт/м °С; Лзагр ~~ термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон полимерной пленки, м2 °С/Вт.

После оценки режима движения воздуха в каналах теплоутилизатора по критерию Рейнольдса определены критериальные уравнения, по которым следует определять коэффициент теплоотдачи а для приточного и вытяжного воздуха.

Для сухого воздуха:

N0 = 0,021 Яе°8 Рг" 45(Рг/ Рг, )0Д5. (25)

Для влажного воздуха:

(26)

Кит=М/«Р; Ргт =к/Д; \\ = 1\!ЯиТ-, Кит =0,023 Яс""Рг^, где р - коэффициент массоотдачи при конденсации паров из влажного воздуха, отнесенный к градиенту парциальных давлений, с/м; Д/ - разность температур между влажным

воздухом и стенкой, °С; Ар - разность парциальных давлений пара в ядре потока и у стенки, Па; г - теплота парообразования, Дж/кгК; Dp — коэффициент диффузии.

В случае замерзания конденсата на поверхности теплообмена со стороны вытяжного канала, средняя <5ср и максимальная ¿тах толщина снеговой шубы определяются по выражениям:

S _ s _ КАр+а-ЛсрН

«„«■'22 ' СР «Г„«1'2ср

где 11 ср и i2cp — средние температуры приточного и вытяжного воздуха при прохождении его через теплообменник, °С, лс = 0,116 Вт/м°С - коэффициент теплопроводности снеговой шубы.

Правильность математического описания процессов тепломассообмена в проектируемом теплообменнике, а также расчет площади поверхности теплообмена подтверждены результатами испытаний созданного экспериментального образца, где расхождения параметров с расчетными не превышают 5 %.

Гидромеханический расчет теплоутилизатора проведен для определения мощности вентиляторов, при возможно минимальном гидравлическом сопротивлении приточного и вытяжного трактов.

Проектная мощность дополнительного подогревателя приточного воздуха - встроенного электрокалорифера рассчитывается для холодного периода года при заданной наружной температуре воздуха t„.

Нагреватель встроенного электрокалорифера выполнен из нихромовой ленты прямоугольного сечения и малой толщины, равномерно расположенной по окружности. Такая конструкция позволяет существенно снизить гидравлическое сопротивление движущемуся воздуху, обеспечивая при этом высокий теплосъем. Тепловой поток конвекцией от встроенного в установку электрического калорифера определяется по формуле:

P* = a«Fm(U-h\ (28)

а" где F„T - площадь теплоотдающей поверхности нагре-

• ••••. вателей, м2; t„г — температура поверхности нагревате-

лей, °С; U — температура воздуха, °С. '.• ' ' ' С помощью математического метода планирования

эксперимента получено выражение (29), связывающее : коэффициент конвективной теплоотдачи ак со скоро-

стью движения воздуха со, м/с через нагреватели и величиной эквивалентного диаметра нагревательного элемента ¿/»«в, мм и построен график (рисунок 12).

О п „ ,, ак = 106,5 + 10,6ш- 10,4(/экв, (29)

Рисунок 12 - Коэффициент теплоотда- . „ „ , '

при 4< со <12; 2<dxa <6.

чи от нагревателя приточному воздуху

С помощью полученной зависимости (29) определена мощность и конструктивные параметры электрического нагревателя для калорифера.

Для обеззараживания и очистки рециркуляционного и приточного воздуха использован метод озонирования. Выполнено обоснование параметров, произведен расчет и выбран озонатор коронного разряда для разрабатываемой вентиляционно-отопителыюй системы. Функционально-технологическая схема вентиляционно-отопителыюй установки (ВОУ) показана на рисунке 13, ее новизна защищена патентом на изобретение.

Рисунок 13 — Функционально-технологическая схема вентиляционно-отопительной установки с утилизацией теплоты, озонированием и рециркуляцией воздуха: 1- вентилятор удаляемого воздуха; 2 - полимерный теплоутилизатор; 3 - озонатор; 4 - вентилятор приточного воздуха; 5 - встроенный электрокалорифер; 6 - регулятор подачи воздуха; 7 - распределитель приточного воздуха; 8 - трубопровод подачи озона; 9, 11 - фильтры; 10 - отводчик конденсата; 12 — приточный воздуховод; 13 — рециркуляционный воздуховод с камерой смешивания

Для повышения эффективности и работоспособности установки при значительных отрицательных температурах наружного воздуха (/„ < -12 °С) и предотвращения обмерзания теплообменных поверхностей разработан алгоритм регулирования воздухоподачи посредством изменения соотношения потоков приточного и удаляемого воздуха с применением частичной рециркуляции внутреннего воздуха (рисунок 14).

2

0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 Температура наружного воздуха, °С

Рисунок 14 - Тепловой поток, возвращаемый теплоутилизатором в зависимости от температуры наружного воздуха (;„н = 12 °С; <рт = 75 %)

Разработанная система автоматического регулирования режимов работы установки приводит к снижению затрат энергии на дополнительный подогрев приточного воздуха с помощью встроенного электрокалорифера.

Для реализации указанных режимов работы разработана принципиальная электрическая схема (рисунок 15).

По результатам теоретических исследований и проведенных расчетов разработаны исходные требования, и создан экспериментальный образец модуля вентиляционно-отопительной установки с утилизацией, озонированием и рециркуляцией воздуха для животноводческих помещений воздухопроизводителыюстью 1500 м3/ч.

Для автоматизированного сбора и регистрации данных разработан лабораторный стенд (рисунок 16), включающий приборы измерения температуры (УКТ 38) и влажно-

сти воздуха (ТРМ 202), расходомеры, адаптеры интерфейса (АС2, АС4) и ПК.

ОР1

№

щ

приточный вентилятор

и _'

-©—[=}

_н* |_^ 'рециркул

ручной режим блокировка

к

6 помещении

цепи управления

Рисунок 15 - Принципиальная электрическая схема управления ВОУ

Термопары 1...8 16 17... 40 41

УКТ 38

Средство сбора данных система БСАОА

КБ 232

ПК

ТРМ 202 Г

3

АС4 БП 247

Датчик влажности 1

Датчик влажности 2

Рисунок 16 - Автоматизированная система сбора экспериментальных данных

ВОУ

В диссертации приведены результаты экспериментов ВОУ по определению теплового потока при различных температурах наружного (ц и внутреннего воздуха Ы. На основании их статистической обработки получена зависимость величины теплового потока. возвращаемого утилизатором от разницы температур наружного и внутреннего воздуха, т.е. от температурного напора (рисунок 17):

0ут=Лт('2|-/м), (30)

где Аут - постоянная теплоутилизатора, Вт/°С. которая характеризует его конструктивные особенности и определяет величину возврата теплоты при перепаде температур внутреннего и наружного воздуха в 1 °С.

>5 8000

Л

5

га . 7000

=< ™

Й-О

и 6000

О т Н Я ер 5000

о £ 4000

о

с £ 3000

Эксперименталь ные данные -Расчетные данные

2000

10 20 30 40 50

Разница температур внутреннего и наружного воздуха, Д^ "С

Рисунок 17 — Расчет постоянной теплоутилизатора Аут

Проведены исследования теплоэнергетических, эксплуатационных показателей установки при различных условиях окружающей среды, в том числе и при обмерзании теплообменных поверхностей со стороны вытяжного воздуха. Практическим путем было установлено: влияние степени рециркуляции внутреннего воздуха помещения на величину возврата теплоты утилизатором; эффективность работы встроенного электрокалорифера, способного подогревать приточный воздух на 20 СС (рисунок 18).

15

£ 10 о

? 5

О

а - 0 с 5

5, -5

О- СГ

II-

£ -15 £ -20

-25

Р

5 10 15 20 25 3

/ П

/ В с

-' Время, мин.

А - до теплоутилизатора, В - после теплоутилизатора без рециркуляции, С - после теплоутилизатора при 10% рециркуляции внутреннего воздуха, О - при 30% рециркуляции внутреннего воздуха, I' - при включении встроенного электцокалошкЬеса.

Рисунок 18 - Идеализированный график режимов работы ВОУ

Изменение температур наружного и внутреннего воздуха после теплообмена, характеризующих работу теплоутилизатора. отражено на графиках рисунка 19.

Проведенные аналитические и экспериментальные исследования позволили обосновать конструктивно-технологическую схему энергосберегающей электрической вен-тиляционно-отопительной установки модульного типа с утилизацией, озонированием и рециркуляцией внутреннего воздуха, новизна которой защищена патентами РФ. предназначенной для поддержания основных показателей микроклимата в течение отопительного периода в помещениях, где содержатся животные. Обоснованы параметры и режимы ее работы, направленные на повышение ее эффективности и работоспособности при

низких температурах (ниже -12 °С) при повышенной влажности (до 85 %) внутреннего воздуха.

о

10 ——----..-----..-—-

со О

т 0

пз

о.

£ -5

пз о.

<11

1--15 -20

Рисунок 19 — Температура воздуха после теплообмена в теплоутилизаторе

Установлено, что применение частичной (до 30 %) рециркуляции внутреннего воздуха позволяет дополнительно увеличить возврат теплоты до 20 %. Предложенная методика расчета новой ВОУ подтверждена практическими результатами, в которых разница проектных расчетных и экспериментальных данных не превышает 5 %. Установлены новые зависимости коэффициента теплоотдачи от нагревательных элементов встроенного электрокалорифера приточному воздуху и постоянной теплоутилизатора Аут, определяющей величину возврата теплоты.

Выполнен эксергетический анализ теплоутилизатора с оценкой влияния каждого вида потерь эксергии в теплообменном аппарате на его КПД.

Экспериментальные исследования на созданном лабораторном стенде, имитирующим работу ВОУ при критических параметрах температуры и влажности, подтвердили ее высокую работоспособность.

Другим важным направлением энергосбережения в системах обеспечения микроклимата является применение локального обогрева с использованием лучистых (инфракрасных) электрических обогревателей. Наиболее эффективным является применение лучистого электрообогрева в помещениях с молодняком животных, где могут быть созданы тепловые зоны с разной температурой; а также в помещениях периодического действия (доильных залах, ветсанпропускниках, складских помещениях и т.п.).

Недостатками большинства разработанных конструкций лучистых (инфракрасных) обогревателей являются: отсутствие соответствия площади обогрева облучателем со стандартными размерами зон нахождения молодняка животных (станки, клетки и т.д.), что не обеспечивает равномерного теплового потока на заданной площади и снижает эффективность теплового излучения; конструктивная неприспособленность к условиям агрессивной окружающей среды животноводческих помещений, сложность конструкции. Поэтому в настоящее время находят применение облучатели с недорогими инфракрасными лампами типа ИКЗК, также имеющие ряд недостатков.

Совместно с микроэлектронной фирмой «Оникс» нами предложена конструкция «темного излучателя» пластинчатого типа, обладающего равномерным тепловым потоком на заданной площади, высоким сроком службы и надежностью. Разработаны схема

~ * - -к--Х- - -К--_ _к--Х- - -----

0 0 1,0 2,0 3,0 4,0 Время,

♦ температура наружного воздуха И

— ■ -температура приточного воздуха после теплообмена 15 -■^--температура удаляемого воздуха после теплообмена 13

— *- разница температур наружного и приточного воздуха 15-11

управления, методика, алгоритм и программа расчета лучистых электрообогревателей пластинчатого типа ЛЭО, обоснован их типоразмерный ряд.

Расчет теплообмена животного с окружающей средой и электрическим обогревателем базируется на методических положениях, предложенных Быстрицким Д.Н., Дубровиным A.B., Кожевниковой Н.Ф., Лямцовым А.К., Растимешиным С.А.

В качестве дополнения и развития этих положений нами получено аналитическое выражение для определения коэффициента конвективной теплопередачи поверхности животного в зависимости от его массы (возраста):

где и - температура кожи животного, °С; и - температура помещения, °С; кж, а - коэффициенты, характеризующие вид животного.

Для телят: кж= 0,2; а =16,3; для поросят: кж= 0,35; а =12,0.

Проанализировав данные исследователей, проводивших опыты в климатических камерах, нами обобщено выражение для расчета свободной теплоты, выделяемой телятами и поросятами ()яв, в зависимости от массы животных (телята т=30-80 кг, поросята т=7-40 кг) и расчетной температуры помещения от 0 до 20 °С.

где т - масса животного, кг; t„ - температура помещения, °С.

Особенность и новизна этих выражений в том, что они позволяют оценить изменение теплоотдачи для разных возрастных групп животных.

Установлено, что тепловой поток от излучателя можно условно считать равномерным, если окружающая температура лежит в гомойотермной зоне. Комфортной будет такая общая температурная обстановка в зоне нахождения животных, соответствующая термонейтралыюй области температур, при которой животными отдается все явное тепло, не испытывая перегрева или переохлаждения.

С помощью созданного лабораторного стенда проведены исследования на предмет равномерного облучения заданной площади различными типовыми установками: ССПО на базе ламп ИКЗК, ЭИС с керамическим нагревателем и разработанный облучатель ЛЭО с электронагревателем пластинчатого типа и температурой поверхности /п=(440±8) °С.

На основании экспериментальных данных получены графики распределения теплового потока и аналитические выражения, позволяющие определить величину плотности теплового потока (энергетической освещенности) в заданной точке в зависимости от высоты подвеса облучателя. Так при высоте подвеса 0,6 м и мощности установок 0,25 кВт наибольшей равномерностью обладают облучатели типа ЛЭО (рисунок 20).

Экспериментальные данные подвергались статистической и математической обработке с применением математической среды MathCAD и Maple. Получены аналитические зависимости плотности теплового потока Q от высоты подвеса h и расстояния г от вертикальной оси подвеса для каждого обогревателя при h= 0,5-1,1 м; г=0-0,8 м:

(31)

для телят: Qsl(m, /„) = -56,9+5,5т+5,Згп-0,087ш/п-0,017/и2-0,23/п2, для поросят: Q,Jm, t„) = 38,5+5,3m-l,l/n-0,072 m/n-0.046mMj,011/п2,

(32)

для ССПО-0,25: 6=649,7 - 947,8г- 502,5/г + 447rh + 301,5г2+70,8/г2; для ЭИС-0,25: 2=785 - 603,8г- 948/г + 431,5rh + 27,5^+303,5/i2; для ЛЭО-0,25: 0=512,6- 350,Ъг- 535,1 Л + 321гЛ -0,3/^+148h2.

¡4 И

г 11

Размеры обогреваемой площадки, м ЗИС-0,25 "Ирис"

Размеры обогреваемой ллощадгп >

' 0.2 о , ,

».6 0.»

Размеры обогреваемой площадки, м

ЛЭО-0,25

На базе ИК облучателя типа ЛЭО и индивидуальной клетки для содержания телят производства НПП «Фемакс» нами обоснованы параметры и разработана энергосберегающая установка для обогрева телят профилакторного периода.

Предложенная конструкция обеспечивает: снижение энергозатрат до 25 %, в автоматическом режиме обеспечивая заданный тепловой поток путем регулирования мощности нагревательного элемента в зависимости от положения животного (стоячее или лежачее); возможность применения обогревателя со стандартным промышленным оборудованием (индивидуальные клетки, боксы) для выращивания и содержания телят, формируя и направляя тепловой поток только в зону нахождения теленка и обеспечивая равномерное температурное поле по всей площади его содержания, тем самым повышая сохранность и продуктивность животных.

Рисунок 20 - Сравнение энергетической освещенности от ИК облучателей

ГЛАВА 5. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ПРОЦЕССАХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ И КОРМОВ

К числу широко распространенных и энергоемких процессов первичной обработки жидких пищевых продуктов (молоко, соки и т.д.) с целью их консервации относится термообработка.

Для пастеризации молока на фермах оправдано применение пастеризаторов с инфракрасными нагревателями, обеспечивающих получение молока более высокого качества при экономии энергозатрат до 25% с сохранением питательных и вкусовых качеств.

При воздействии ИК-излучения на сформированный тонкий слой жидкости исключаются местный перегрев и нежелательные структурные изменения продукта.

Разработкой ИК-пастеризаторов занимались Гизатулин В.Г., Елисеев Н.Н., Кару-мидзе Г.И., Пальмов Ф.В. и другие.

Большинство конструкций излучателей содержат коаксиально расположенные внутреннюю излучающую и внешнюю воспринимающую тепловой поток цилиндрические поверхности, по которой тонким слоем протекает жидкий продукт (рисунок 21).

При обосновании параметров ИК пастеризатора мощность излучателя, как правило, рассчитывали по известному уравнению энергобаланса, не рассматривая процесс теплообмена между нагревателем и жидким продуктом, что в определенных случаях может привести к неработоспособности проектируемого аппарата.

Особенность предлагаемой нами методики заключается в том, что она в динамике описывает теплообмен излучением между ИК нагревателем и сформированным тонким слоем нагреваемого жидкого продукта.

Целью расчета является определение мощности излучающего элемента, его теплоэнергетических и конструктивных параметров.

d2

di

X 2

Ti

Тж

Уравнение теплового баланса, описывающее изменение температуры протекающей жидкости Тж для элемента сЪс за время с!т, имеет вид:

с Ржржс1хс1Тж = д&Л, (34)

где <7 - результирующий лучистый поток с единицы длины излучателя, Вт/м; рж- плотность жидкости, кг/м3; с — теплоемкость жидкости, Дж/кг°С; Рж - площадь сечения слоя жидкости, м2; Тж - температура жидкости, °С, т— время, с.

Принимая во внимание, что скорость движения жидкости Уж=0//гж и Уж=(1.1г/с17- и, применив закон Стефана-Больцмана получили:

0<х<ц (35)

где £пр- приведенная степень черноты системы; Т\ — температура излучателя, К; Со - излучающая способность черного тела, Вт/м2К4; Ь - длина излучателя, м, С - расход жидкости, м3/с.

Рисунок 21 - Схема камеры пастеризации: 1-ИК-излучатель; 2-слой жидкости (2-Змм); 3-корпус камеры

Общее решение уравнения (35) имеет вид: Т

arc tg(—) и

1 -¿ИНГ, -rj-ln(r, +ТЯ)] + С = ^ 10 х

О <x<L.

(36)

2 Г' 4 Г," ' 1 *•• с0

Полученное уравнение позволяет проанализировать влияние конструктивно-технологических параметров излучателя на степень нагрева Ы жидкого продукта по длине камеры пастеризации Ь.

При решении частного уравнения определяется температура продукта Гж на выходе из пастеризационной камеры, ее геометрические размеры. Мощность излучателя Р„ рассчитывается по известному выражению:

Р»=СржС(1жгс-1ж^)1г\к, (37)

где /Жк, /Жн- конечная и начальная температура жидкости, °С, г]к - коэффициент, учитывающий тепловые потери камеры пастеризации.

Выбор рабочих параметров излучающего тела состоит в определении геометрических показателей нагревательных элементов при заданных значениях электрической мощности Р„, напряжении и и температуре излучателя Т\.

С помощью разработанной методики расчета были получены электрические, теплоэнергетические и конструктивные параметры ИК излучателя для отдельного модуля пастеризационной установки производительностью до 1000 л/ч. Экспериментальные данные показали удовлетворительную сходимость с расчетными (таблица 1).

Конструкция излучателя содержит ряд вертикальных кварцевых трубок длиной I, внутри каждой из которых в виде отдельных секций уложены нагреватели - спирали из нихромовой проволоки. Кварцевые трубки со спиралями располагают по окружности, образуя цилиндр диаметром ¿1=0,07 м.

Таблица 1. Результаты расчета ИК-излучателя и камеры пастеризации

Параметр Расчет Эксперимент

Производительность, л/ч 900 900

Начальная температура молока (после теплообменника-рекуператора), /ж„,0С 65 63

Температура пастеризации, /,°С 76 76

Напряжение пит ания, В 380/220 380/220

Мощность излучателя, Вт 12800 14000

Элекгрический ток, /, А 19,4 21,2

Диаметр излучателя, с1\, м 0,07 0,07

Диаметр камеры пастеризации, м 0,12 0,12

Число секций излучателя, п 12 12

Расчетный диаметр нагревательной проволоки, ¿пр, мм 0,74 0,75

Длина нихромовой проволоки, /пр, м 14,1 13,8

Длина секции нагревателя, ¿с, м 0,84 0,82

Длина камеры пастеризации, Ь,м 0,85 0.84

Уравнение (36) для заданных параметров решено в системе МаШСАБ и представлено в графическом виде на рисунке 22, а математическое выражение имеет вид:

Гж=151+338. (38)

Для обеспечения заданной температуры пастеризации молока 76 °С (349 К) расчетная длина камеры пастеризации Ь должна быть равной 0,85 м.

355|-------

.351.2,

Х0 X Х1

Длина излучателя I., м

Рисунок 22 — Графическое представление решения уравнения (36)

В результате проведенных исследований с целью повышения энергоэффективности технологических процессов термообработки жидких продуктов предложен и апробирован метод расчета ИК излучателя коаксиального типа, учитывающий динамику процесса теплообмена между электрическим нагревателем и сформированным тонким слоем нагреваемого жидкого продукта, позволяющий рассчитать основные параметры камеры пастеризации.

Для повышения питательной ценности и усвояемости комбикормов используют термомеханические способы углубленной обработки: экструдирования, экспандирова-ния, микронизации, плющения и др.

Однако они требуют больших затрат энергии (более 100 кВт/ч на 1 тонну продукта). Преобразование питательных веществ в них достигается жестким и экстремальным

воздействием на продукт потоком энергии высокой плотности, вызывающим не только положительные, но и необратимые отрицательные изменения вещества.

Недостатки «экстремальных» технологий в значительной степени могут быть устранены введением в процесс предварительной гидротермической обработки (ГТО) сырья в реакторах или кондиционерах длительной выдержки.

Для исследования процесса влаготепловой обработки комбикорма в псевдоожи-женном слое в ГНУ ВИЭСХ при совместной работе лабораторий приготовления кормов и комплексной электрификации тепловых процессов была создана экспериментальная установка, состоящая из электрического парогенератора с пароперегревателем и смесителя-кондиционера порционного действия. Принцип работы заключается в том, что сначала слой продукта вращением лопастей переводится в псевдоожиженное состояние, а затем продувается паром до момента окончания обработки.

В качестве парогенератора использована, ранее разработанная нами и модифицированная. электрическая установка ЭПВ-36 (глава 3), обеспечивающая производительность по пару 15. ..45 кг/ч с температурой 100... 160 °С.

Для определения основных кинетических закономерностей и характера влияния основных режимных параметров на интенсивность процесса получены и подвергнуты анализу термограммы и кривые увлажнения комбикорма при различных условиях выполнения процесса.

Проведенные исследования легли в основу разработки гидротермического реактора нового поколения (рисунок 23) - руководитель работ: к.т.н. Е.М. Клычев, ответственный за электротепловое оборудование — к.т.н. Д.А. Тихомиров.

Принцип работы реактора основан на методе долговременной щадящей влаготепловой обработке корма при умеренной температуре, обеспечивающей оптимальные изменения структурно-механических и физико-химических свойств.

Технологический процесс включает следующие термические операции:

- нагрев материала паром до 80°С в плотном слое с периодическим перемешиванием;

- обработка материала в импульсном псевдоожиженном слое (ИПС) с импульсным режимом подвода пара и распылению жидкости над слоем с целью ускорения достижения заданного влагосодержания (18-26%), обеспечения равномерности прогрева (до 100 °С) и увлажнения;

- выдерживание увлажненного материала в плотном слое с постоянным перемешиванием до полной готовности без дополнительного подвода воды при постоянной температуре.

Оборудование обеспечивает повышение питательной ценности зерна и комбикормов на 3-8 %, снижение вредных и губительных для усвоения антипитательных компонентов корма до 80-85 % (в технологиях углубленной обработки), снижение бактериальной обсемененности до норм ПДК, снижение стоимости оборудования в 1,2-1,5 раза по сравнению с импортным, снижение расхода тепловой энергии на 10-15 % но сравнению с аналогами.

В результате проведенных исследований разработаны предложения по совершенствованию технологии влаготепловой обработки комбикормов перед их углубленной обработкой, обоснованы параметры и режимы работы теплоэнергетического оборудования, позволяющие снизить энергоемкость этих процессов; разработаны исходные требования на «Комплект оборудования гидротермической обработки реактором для обеззараживания, кондиционирования и инактивации антипитательных веществ зерна и комбикорма производительностью 3 т/ч».

ч /

X

| | 1-бункер оперативного го_ «£ накопления и хранения обра-

батываемого сырья; 2-секция нагрева;

ва К.2 3-секция кондиционирования;

4-секция выдержки;

5-модуль дозирования пара;

6-модуль редукции давления пара;

7-автономный электрический парогенератор;

8-электрошкаф управления и регулирования;

зкстрцдиробоние. лсспандироОание. Ч

гронцлирайшше. никропизация. плпщенир парогенератор

Рисунок 23 -Технологическая схема гидротермического реактора

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ

Для тепловых процессов при непосредственном участии автора разработаны энергоэффективные системообразующие технические средства.

Для горячего водо- и парообеспечения животноводческих объектов разработаны: электропароводонагреватели ЭПВ-30 (рисунок 24) и ЭПВ-36 для раздельного получения пара и горячей воды, электрический паровой котел ЭПК-30. Новизна конструктивной и технологической схемы электропароводонагревательной установки, защищены патентами РФ на изобретения.

Установки успешно прошли Государственные приемочные испытания на Подольской МИС и рекомендованы к производству. Разработаны КД и ТУ, которые утверждены и зарегистрированы Госстандартом России. В ОАО Шатурское РТП «Сельхозснаб» освоено серийное производство электропароводонагревателя ЭПВ-30 и парового котла ЭПК-30. Выбран и обоснован типоразмерный ряд электропароводонагревателей с мощностями 25, 36 (30), 45, 70 и 100 кВт, на который разработаны и утверждены Минсельхо-зом РФ исходные требования.

Для систем горячего водообеспечения объектов животноводства модернизированы и изготовлены действующие образцы автоматизированной аккумуляционной установки для нагрева воды во внепиковые периоды по сниженному тарифу на электроэнергию АЭВН-200 и ЭВА-1600. Экономия затрат на электроэнергию достигает 60% по сравнению с традиционными серийными электроводонагревателями. Установки успешно прошли государственные испытания и рекомендованы к производству.

На базе электропароводонагревателя ЭПВ-30 и емкостного электроводонагревателя типа ЭВА-1600 разработана автоматизированная энергосберегающая установка горячего

водо- и парообеспечения с аккумуляцией теплоты (рисунок 25) во внепиковые периоды по сниженному тарифу на электроэнергию, новизна конструкционно-технологической схемы которой защищена патентом на изобретение.

Рисунок 24 - Электропароводонагре- Рисунок 25 - Установка горячего водо- и

ватель ЭПВ-30 парообеспечения с аккумуляцией теплоты

Для системы обеспечения микроклимата в рамках государственного контракта с Минсельхозом РФ разработаны: ресурсосберегающая технология очистки и обеззараживания воздуха на животноводческих и птицеводческих предприятиях, техническое задание (ТЗ), опытный образец энергосберегающей установки - электрического теплоутили-затора из полимерных материалов с озонированием и устройством рециркуляции внутреннего воздуха - ВОУ-1500 (рисунок 26). Новизна функционально-технологической схемы подтверждена патентами на изобретения.

Для консервации жидких пищевых продуктов (молоко, соки) при сохранении их питательных и вкусовых свойств усовершенствована установка, в основе работы которой положен способ бесконтактной терморадиационной обработки непрерывного потока в тонком слое (рисунок 27). Научная новизна разработки защищена Патентами РФ на изобретения.

Рисунок 26 - ВОУ-1500 Рисунок 27 - ИК пастеризатор

Для локального обогрева молодняка животных, а также для помещений периодического действия нами разработаны исходные требования и технические задания (ТЗ) на лучистые электрообогреватели типа ЛЭО. Обоснован и выбран типоразмерный ряд установок мощностью 0.25; 0,75; 1,5 кВт (рисунки 28 и 29).

Рисунок 28 - ИК излучатели типа ЛЭО и станция Рисунок 29 - ЛЭО-0,25 с клеткой управления НПП «Фемакс» для обогрева телят

Электрообогреватели ЛЭО-0,25; ЛЭО-0,75; установка УЛЭО-4,5, содержащая три облучателя и шкаф управления прошли государственные испытания на Подольской МИС с рекомендациями о постановке на производство. Лучистые электрообогреватели производятся Микроэлектронной фирмой «Оникс» г. Ярославль. Конструкция установок защищена патентами РФ. Установка инфракрасного электрообогрева ЛЭО-0,25 награждена медалью и дипломами международных выставок.

Разработаны исходные требования на «Комплект оборудования гидротермической обработки реактором для обеззараживания, кондиционирования и инактивации антипитательных веществ зерна и комбикорма производительностью 3 т/ч».

Стадии внедрения нового и модернизированного электротеплового энергосберегающего оборудования показаны на диаграмме (рисунок 30).

Горячее водо и Микроклимат и Термообработка с/х

пароснабжение локальный обогрев продукции

Рисунок 30 — Стадии внедрения разработанных системообразующих технических средств электрического теплообеспечения объектов животноводства

Достоверность результатов исследований подтверждена адекватностью математических моделей, высоким соответствием теоретических и экспериментальных данных, обработанных с применением вероятностно-статистических методов, в том числе с использованием прикладных компьютерных программ, положительными результатами государственных и хозяйственных испытаний.

В результате проведенных исследований при непосредственном участии автора разработаны исходные требования (технические требования, технические задания) на 14 энерго- и ресурсосберегающих электротепловых установок для различных процессов теплообеспечения сельскохозяйственного производства. 8 разработок реализованы в экспериментальных образцах; 6 установок успешно прошли государственные приемочные испытания и рекомендованы к производству; 4 вида оборудования доведены до серийного производства; 11 установок включены в «Проект системы машин и технологий для комплексной механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства на период до 2020 года».

Технико-экономическое обоснование эффективности использования электрических систем теплообеспечения выполнено по методу минимальных приведенных затрат (таблица 2), а также по приросту прибыли. В качестве новой рассмотрена электрическая система с использованием вновь разработанных нами энергосберегающих технических средств, адаптированных для работы по многотарифному учету электроэнергии. В качестве базовых взяты газовая система теплообеспечения с прифермской блочно-модульной котельной и электрическая система, укомплектованная серийно выпускаемым оборудованием. Расчет выполнен на примере фермы КРС молочного направления на 200 коров привязного содержания (типовой проект 801-01-5).

Для рассматриваемых систем (рисунок 31) можно сделать вывод, что наиболее эффективны децентрализованная электрическая система с утилизацией теплоты и использованием внепиковой электроэнергии, а также система теплообеспечения с применением блочно-модульной прифермской котельной на природном газе. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой электрической системы по сравнению с системой на природном газе составит 19,5 тыс. руб., а по сравнению с традиционной децентрализованной электрической системой 539,7 тыс. руб. Срок окупаемости новой электрической системы теплообеспечения составляет 1,9 лет.

Таблица 2 - Технико-экономические показатели систем теплообеспечения

Система теплообеспечения Единовременные затраты, К, тыс. руб. Годовые текущие издержки, И, тыс. руб. Приведенные затраты, 3, тыс. руб./год Срок окупаемости, Т„к, лет

Блочно-модульная прифермская котельная установка на природном газе 2272,1 830,57 1171,39 3.1

Децентрализованная электрическая система 859.3 1562,67 1691,56 -

Децентрализованная электрическая система с утилизацией теплоты и использованием внепиковой электроэнергии 1053,7 993,78 1151,84 1,9

2000

(О

1600

1-Блочно-модульная прифермская котельная установка на природном газе;

ь 4

й 2 1200

2-Децентрализованная электрическая система;

а с

8 400

400

0

З-Децентрализованная электрическая система с утилизацией теплоты и использованием внепиковой электроэнергии

1

2

3

Система теплообеспечения фермы на 200 голов

Рисунок 31 - ТЭО систем теплообеспечения

Таким образом, для малых ферм (до 200 голов), при использовании современного энергосберегающего оборудования и реализации системы дифференцированного учета электроэнергии, электрическая энергия, как энергоноситель, не уступает природному газу по эффективности использования при текущем соотношении цен на энергоносители. Для негазифицированных объектов сельскохозяйственного производства применение современных энергоресурсосберегающих электрических систем теплообеспечения, при прочих равных условиях, является предпочтительным.

1. Проведенный аналитический обзор и анализ существующего состояния систем теплообеспечения в животноводстве показал их высокую энергозатратность (от 5 до 20 руб./кВт-ч полезной тепловой энергии), что отрицательно сказывается на энергоемкости и себестоимости продукции.

2. Разработан программный проект для обоснования и расчета теплоэнергетических параметров системы теплообеспечения объектов животноводства, позволяющий; автоматизировать расчет тепловлажностного баланса помещений для различных групп животных с учетом технологий их содержания и климатических зон размещения; исследовать режимы работы вентиляционно-отопительных установок при изменении параметров наружного и внутреннего воздуха; проанализировать эффективность применения утилизации теплоты удаляемого вентиляционного воздуха; определить величины тепловых нагрузок и годовой расход теплоты на основные технологические процессы.

3. Технико-экономический анализ показал, что для объектов животноводства наиболее эффективны децентрализованные системы теплообеспечения на природном газе, а также электрические системы с тепловой нагрузкой объекта до 400 кВт. Менее эффективны системы на жидком и твердом топливе. Установлено, что капитальные вложения и затраты на текущую эксплуатацию электических систем наименьшие в сравнении с топливными системами. С уменьшением тепловой нагрузки объекта, возрастают удельные приведенные затраты на 1 кВт-ч полезной тепловой энергии и при таких условиях повышается эффективность применения электрических систем.

4. Обоснованы и реализованы в энергосберегающих установках концептуальные положения дальнейшего развития электрических децентрализованных систем, направленные на повышение эффективного использования электроэнергии с применением утилизации и аккумуляции теплоты, локального обогрева, электрофизического воздействия ИК лучей на продукцию и животных.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

5. Составлены и проанализированы графики потребления тепловой энергии на объектах животноводства, установлены закономерности, характеризующие суточную и сезонную неравномерность энергопотребления. При этом электроэнергия, как энергоноситель, в наибольшей степени соответствует колебательному характеру тепловых нагрузок и предъявляемым требованиям к системам теплообеспечения.

6. Обоснованы требуемые параметры и режимы работы разрабатываемых энергосберегающих электрических систем и технических средств для обеспечения основных тепловых технологических процессов: горячего паро- и водоснабжения, микроклимата, локального обогрева молодняка животных и рабочих мест, первичной термообработки животноводческой продукции и кормов. Реализован новый способ обеспечения микроклимата с применением утилизации теплоты, озонирования и рециркуляции воздуха, обеспечивающий снижение энергозатрат до 60 % за отопительный период.

7. Разработанные физические модели процессов теплообмена между электронагревателем и нагреваемой средой и их математическое описание позволяют в целях повышения эффективности теплопередачи, а следовательно, и снижения энергозатрат, научно обосновать электрические, конструктивные и теплотехнические параметры новых энергосберегающих технических средств теплообеспечения.

8. Предложенные методы расчета энергоэффективных технических средств применимы для обоснования параметров системообразующего электротеплового оборудования, установленного типоразмерного ряда.

9. Разработанные образцы системообразующих электрических средств теплообеспечения прошли проверку на работоспособность и эффективность в лабораторных и производственных условиях, в том числе на уровне государственных приемочных испытаний.

10. Разработаны рекомендации по выбору и применению современных энергоэффективных электрических систем и технических средств теплообеспечения, из которых наиболее перспективные включены в «Проект системы машин и технологий для комплексной механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства на период до 2020 года».

11. На основе технико-экономического обоснования дана оценка эффективности разработанных электрических систем и технических средств применительно к конкретному объекту. Для малых ферм КРС (до 200 голов и свинарников до 510 мест) при использовании разработанного энергосберегающего оборудования и реализации системы дифференцированного учета электроэнергии, электрическая энергия, как энергоноситель, не уступает природному газу по эффективности использования при текущем и прогнозируемом соотношении цен на энергоносители. Для негазифицированных объектов сельскохозяйственного производства применение современных энергоресурсосберегающих электрических систем теплообеспечения, при прочих равных условиях, является конкурентоспособным и предпочтительным.

12. В результате проведенных исследований при непосредственном участии автора разработаны исходные и технические требования, технические задания на 14 энерго- и ресурсосберегающих электротепловых установок для различных процессов теплообеспечения сельскохозяйственного производства. Восемь разработок реализованы в действующих образцах; 6 установок успешно прошли государственные приемочные испытания и рекомендованы к производству; 4 вида оборудования доведены до серийного производства.

Материалы диссертации отражены в 86 печатных работах, в т.ч. в 14 патентах РФ, 1-х Методических рекомендациях, 25 статей опубликованы в рекомендованных ВАК журналах.

Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в следующих работах: В изданиях по перечню ВАК:

1. Тихомиров, Д А. Обоснование энергетических параметров электропароводонагревателей / Д А. Тихомиров // Техника в сельском хозяйстве. - 2000,- №5,- С. 25-28.

2. Расстригин, В.Н. Расчет энергетических и теплотехнических параметров электропароводонагревателей / В Н. Расстригин, Д А. Тихомиров // Техника в сельском хозяйстве - 2000 -№5 - С. 45-16.

3. Влаготепловая обработка комбикорма перед экспандированием / Е.М. Клычев, Д А. Тихомиров, С.Г. Карташов, A.A. Мансуров // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2004- №1. - С. 19-21.

4. Система микроклимата с теплоутилизатором и озонатором воздуха / В Н. Расстригин, Д А. Тихомиров, A.B. Тихомиров, А.Ф. Першин // Техника в сельском хозяйстве,- 2005 - №4,-С. 7-10.

5. Кузьмичев, A.B. С высокой степенью точности / A.B. Кузьмичев, Н.Г. Ламонов, Д А. Тихомиров / Сельский механизатор - 2005 - №6 - С. 38-39.

6. Методика расчета энергосберегающей системы микроклимата с электротеплоутилизатором и озонатором / В Н. Расстригин, A.B. Тихомиров, Д А. Тихомиров, А.Ф. Першин // Техника в сельском хозяйстве,- 2006,- №2,- С. 19-23.

7. Кинетические характеристики обработки комбикорма перегретым паром / Е.М. Клычев, Д.А. Тихомиров, С.Г. Карташов, A.A. Мансуров // Техника в сельском хозяйстве.- 2006,-№2-С. 15-17.

8. Энергосберегающий обогреватель / В Н. Расстригин, Л.И. Сухарева, Д А. Тихомиров, П.А. Медведь // Сельский механизатор. - 2008. - №6 - С. 38.

9. Расстригин, В.Н. Исследования электрической вентиляционно-отопительной установки для животноводческих ферм / В.Н. Расстригин, Д А. Тихомиров // Тех1шка в сельском хозяйстве- 2010- №2- С. 3-6.

10. Кузьмичев, A.B. Эффективность комбинированной пастеризации молока УФ и ИК облучением / A.B. Кузьмичев, В В. Малышев, Д А. Тихомиров // Светотехника - 2010,- №5,- С. 69.

11. Расстригин, В.Н. Развитие электрических систем и технических средств теплообеспечения животноводческих предприятий / В.Н. Расстригин, Д А. Тихомиров // Техника в сельском хозяйстве-2010-№6-С. 13-15.

12. Тихомиров, Д.А. Инфракрасные обогреватели для молодняка / Д.А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев // Сельский механизатор,- 2012,- №3,- С. 25, 29.

13. Тихомиров, Д.А. Аккумуляционные электрические водонагреватели / Д.А. Тихомиров // Сельский механизатор. - 2012 - №4 - С. 32-33.

14. Тихомиров, Д.А. Вентиляционно-отопительная установка модульного типа / Д.А. Тихомиров // Сельский механизатор - 2012,- №9,- С. 32-33.

15. Тихомиров, Д.А. Тепловой расчет рекуперативного теплоутилизатора из полимерной пленки / Д.А. Тихомиров // Техника в сельском хозяйстве - 2012.-№4,- С. 33-35.

16. Тихомиров, Д.А. Электрический и тепловой расчет калорифера рекуперативного теплоутилизатора / Д.А. Тихомиров // Механизация и электрификация сельского хозяйства,- 2013,-№1.-С. 15-17.

17. Тихомиров, Д.А. Энергосберегающий обогреватель для телят / Д.А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев // Сельский механизатор,- 2013,- №6,- С. 25.

18. Тихомиров, Д.А. Теплоэнергетические параметры системы горячего паро- и водообеспече-ния объектов животноводства / Д.А. Тихомиров // Механизация и электрификация сельского хозяйства,- 2013,-№3,- С. 17-19.

19. Тихомиров, Д.А. Методика теплоэнергетического расчета энергосберегающей вентиляционно-отопительной установки для животноводческих ферм // Альтернативная энергетика и экология-2013- №2- Ч.1.-С. 125-131.

20. Тихомиров, Д А. Расчет инфракрасного излучателя электрической установки для пастеризации жидких продуктов / Д А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев // Механизация и электрификация сельского хозяйства,- 2013 - №5,- С. 14-17.

21. Тихомиров, Д А. Энергосберегающая система горячего паро- и водообеспечения животноводческих объектов / Д А. Тихомиров // Техника и оборудование для села,- 2013.- №10,- С. 14-15.

22. Тихомиров, Д.А. Физическая модель динамики теплообмена в электрическом пароперегревателе / Д.А. Тихомиров //Техника в сельском хозяйстве,- 2014 - №2,- С. 13-15.

23. Тихомиров, Д.А. Расчет камеры пастеризации электрической установки для термообработки жидких продуктов / Д.А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев // Техника и оборудование для села. -2014-№7,- С. 21-24.

Патенты:

24. Пат. №2147101 Российская Федерация, МПК 7F 22 В 1/28. Электропароводонагреватель / Д.А. Тихомиров, В.Н. Расстригин, С.А. Растимешин; ВИЭСХ,- №99111216/06; заявл. 26.05.99; опубл. 27.03.00, Бюл. №9.-10 с.: ил.

25. Пат. №2184904 Российская Федерация, МПК 7F 22 В 1/28. Электропароводонагреватель / Д.П. Лебедев, В Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров; ВИЭСХ,- № 2000118110/06; заявл. 11.07.00; опубл. 10.07.02, Бюл. № 19.-10 с.: ил.

26. Пат. № 2296463 Российская Федерация, МПК А01К 29/00 А01К 31/20 F24H 3/04. Электротеплоутилизационная установка / В Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров, A.B. Сычков; ГНУ ВИЭСХ-№2005134261/12; заявл: 08.11.05; опубл. 10.04.07, Бюл. №10.-3 с. : ил.

27. Пат. №2337276 Российская Федерация, МПК F24F 3/147 F24F 3/16 F24F 12/00. Электро-теплоутилизатор с озонированием и рециркуляцией воздуха / В Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров, А.Ф. Першин, A.B. Тихомиров; ГНУ ВИЭСХ.-№ 2007117839/06; заявл. 15.05.07; опубл. 27.10.08, Бюл. №30. -4с.: ил.

28. Пат. №2386374 Российская Федерация, МПК A23L 3/26. Установка для обработки жидкостей инфракрасным и ультрафиолетовым излучением в тонком слое / A.B. Кузьмичев, Д.А. Тихомиров, Н.Г. Ламонов, А.К. Лямцов, В.Н. Расстригин, В В. Малышев; ГНУ ВИЭСХ -№2008143728/13; заявл. 06.11.08; опубл. 20.04.10, Бюл. №11-5 с. : ил.

29. Пат. №2389397 Российская Федерация, МПК A23L 3/005. Модульная комбинированная установка для обработки жидкости инфракрасным излучением тонкого слоя / A.B. Кузьмичев, Д.А. Тихомиров, Н.Г. Ламонов; ГНУ ВИЭСХ - №2008143729/02; заявл. 06.11.08; опубл 20.05.10, Бюл. №14.-4 с. : ил.

30. Пат. №2396059 Российская Федерация, МПК A23L 3/005. Модульная установка для обработки жидкости инфракрасным и ультрафиолетовым излучением тонкого слоя / A.B. Кузьмичев, Н.Г. Ламонов, Д.А. Тихомиров, А.К. Лямцов; ГНУ ВИЭСХ. - №2008148709/02; заявл. 11.12.08; опубл. 10.08.10, Бюл. №22.-5 с. : ил.

31. Пат. №2396060 Российская Федерация, МПК A23L 3/005. Модульная комбинированная установка для обработки жидкости инфракрасным и ультрафиолетовым излучением тонкого слоя / A.B. Кузьмичев, Н.Г. Ламонов, Д.А. Тихомиров; ГНУ ВИЭСХ. - № 2008148710/02; заявл. 11.12.08; опубл. 10.08.10, Бюл. №22.-5 с. : ил.

32. Пат. №119554 Российская Федерация, МПК Н05В 3/20. Лучистый электрический обогреватель молодняка животных / Д.А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев, А.И. Лахтионов; ГНУ ВИЭСХ-№2012103257/07; заявл.01.02.12; опубл. 20.08.12, Бюл. №23.-3 с. : ил.

33. Пат. №2473213 Российская Федерация, МПК А01К1/03. Способ и устройство очистки воздушной среды животноводческих и птицеводческих помещений / Е.К. Маркелова, Л.Н. Петрова, В.Ю. Уханова, A.B. Тихомиров, Д.А. Тихомиров, А.Ф. Першин; ГНУ ВИЭСХ-№2011109389/13; заявл. 14.03.11; опубл. 27.01.13, Бюл. №3.-7 с. : ил.

34. Пат. №128452 Российская Федерация, МПК А01К 29/00. Энергосберегающий инфракрасный электрический обогреватель телят / Д.А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев, Н.Г. Ламонов, H.H. Терентьева; ГНУ ВИЭСХ,- №2013112480/13; заявл. 20.03.13; опубл. 27 05 13 Бюл №15.-2 е.: ил.

35. Пат. № 130375 Российская Федерация, МПК F24F 5/00. Комбинированная установка для подогрева и охлаждения приточного воздуха животноводческих помещений / Д.А. Тихомиров, С.С. Трунов, Ю.Б. Каткова, С.А. Растимешин; ГНУ ВИЭСХ.- №2012154824/12; заявл. 18.12.12; опубл.20.07.13, Бюл. №20.-2 с. : ил.

36. Пат. №2502016 Российская Федерация, МПК F22B 1/28. Энергосберегающая система горячего паро- и водоснабжения / Д А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев, А.И. Лахтионов; ГНУ ВИЭСХ,- №2012101857/06; заявл. 20.01.12; опубл. 20.12.13, Бюл. №35,- 6 с. : ил.

37. Пат. №143059 Российская Федерация, МПК Н05В 3/20. Энергосберегающий инфракрасный электрический облучатель телят / Д А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев, Е В. Шашурина, Б.В. Безруков; ГНУ ВИЭСХ. - №2014110258/07; заявл. 19.03.14; опубл. 10.07.14, Бюл. №19. -3 с. : ил.

В прочих изданиях:

38. Лебедев, Д.П. Теплообмен в электрических пароводонагревателях / Д.П. Лебедев, В Н. Рас-стригин, Д.А, Тихомиров // Промышленная теплотехника - Киев, 2000. - №4. - Т. 22 - С. 34-39.

39. Тихомиров, Д.А. Энергосберегающая универсальная установка для получения пара и горячей воды в сельскохозяйственном производстве / Д.А. Тихомиров // Современные энергосберегающие технологии и оборудование: сб. матер, науч.-метод. конф.-М.: МГАУ, 1999-С. 31-32.

40. Расстригин, В Н. Выбор оптимального режима работы электропароводонагревателыюй установки на животноводческих фермах / В.Н, Расстригин, Д.А. Тихомиров // Энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 2-й междунар. науч.-тех. конф.- М.: ВИЭСХ, 2000 - С. 183-187.

41. Тихомиров, Д.А. Повышение эффективности теплообмена в электрических пароводонагревателях / Д.А. Тихомиров // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов). Труды 1-й междунар. науч.-практ. конф. - М.: МГАУ, 2002,- Т.4.- С. 213-216.

42. Расстригин, В Н. Обобщенная методика расчета энергоресурсосберегающей электропарово-донагревательнон установки для энергоснабжения животноводческих ферм / В Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Электрификация сельского хозяйства. Научные труды - М.: ВИЭСХ, 2002-Т.88. - С. 202-211.

43. Расстригин, В.Н. Выбор энергоносителя и системы теплообеспечения для животноводческих ферм / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров, Л И. Сухарева // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 3-й междунар. науч.-техн. конф. - М.: ВИЭСХ, 2003,-Ч.З.-С. 292-296.

44. Расстригин, В.Н. Тепловой расчет лучистого электрообогревателя ЛЭО-1,5 / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров, A.C. Саркисян // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 3-й междунар. науч.-техн. конф. - М.: ВИЭСХ, 2003 - Ч.З. - С. 306-313.

45. Тихомиров, Д.А. Эффективность использования электротеплоутилизаторов в системах обеспечения микроклимата животноводческих помещений / Д.А. Тихомиров // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 4-й междунар. науч.-техн. конф. -М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004,- Ч.З. - С. 256-260.

46. Расстригин, В Н. Алгоритм и программа расчета энергетических показателей систем обеспечения микроклимата на животноводческих фермах / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Энергетика и электромеханизация сельского хозяйства. Научные труды ВИЭСХ. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. —Т.90,- С.40-48.

47. Расстригин, В.Н. Обоснование выбора систем теплообеспечения животноводческих предприятий / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Экология и сельскохозяйственная техника / Материалы 4-й науч.- практ. конф. - Санкт-Петербург, Северо-Западный НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства, 2005.-Т.З,- С. 192-197.

48. Расстригин, В Н. Использование лучистых электрообогревателей и теплоутилизаторов в системах обеспечения микроклимата / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Основные итоги и

приоритеты научного обеспечения АПК - Северо-востока. Материалы науч.-практ. конф-Киров, 2005,- Т.2.- С.235-238.

49. Расстригин, В Н. Электрическая энергосберегающая система обеспечения микроклимата для животноводческих ферм / В Н. Расстригин, Д А. Тихомиров // Аграрная энергетика в XXI столетии. Материалы 3-й междунар. науч.-техн. конф.- Минск, 2005 - С. 148-149.

50. Расстригин, В Н. Технико-экономический анализ систем теплообеспечения животноводческих предприятий / В.Н. Расстригин, Д А. Тихомиров // Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Сибири, Монголии, Казахстана и Кыргызстана: Труды 8-й Междунар. науч.-практ. конф. - РАСХН- Сиб. отд-ние.-Новосибирск, 2005.-Т.2 - С. 439—443.

51. Тихомиров, Д А. Энергосберегающая вентиляционно-отопительная установка для животноводческих помещений / Д.А. Тихомиров // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 5-й междунар. науч.-практ. конф. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006 - Ч.З. - С. 170-174.

52. Расстригин, В Н. Методика энергетического расчета энергосберегающей системы микроклимата животноводческих помещений / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Вестник ВИ-ЭСХ.-М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006 - Вып. 1(2).- С. 42-49.

53. Универсальное устройство автоматического управления электротепловыми установками в животноводстве / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров, A.B. Кузьмичев, Н.Г. Ламонов // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве: Труды IX междунар. науч.-практ. конф. -Углич, 2006. -41- С. 541-548.

54. Расстригин, В.Н. Методические рекомендации по расчету и применению систем электро-теплообеспечения на животноводческих предприятиях / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров, Л.И. Сухарева. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2007 - 35с.

55. Расстригин, В.Н. Электротеплоутилизационная установка с озонированием и рециркуляцией воздуха / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Инновационные достижения ЮВАО г. Москвы. Вып.1. под. ред. В.Б. Зотова. Выбор и анализ эффективности систем теплообеспечения животноводческих предприятий. М.: «Юго-Вост.-сервис», 2008. - С. 63.

56. Расстригин, В.Н. Выбор и анализ эффективности систем теплообеспечения животноводческих предприятий / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Энергосбережение - важнейшее условие инновационного развития АПК. Материалы междунар. науч.-техн. конф. под ред. М. А. Прищепова - Минск: БГАТУ, 2009. - Ч. 1.- С. 47-48.

57. Комбинированный способ пастеризации молока инфракрасным и ультрафиолетовым излучением / A.B. Кузьмичев, С.А. Летаев, В В. Малышев, Д А. Тихомиров // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й междунар. науч.-техн. конф. -М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010.-Ч.З—С. 255-261.

58. Расстригин, В.Н. Стратегия развития энергосберегающих систем и технических средств теплообеспечения животноводческих предприятий / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Вестник ВНИИМЖ. - Подольск: ГНУ ВНИИМЖ, 2010,- Т.21- №2. - С.204-212.

59. Тихомиров, Д.А. Экспериментальные исследования вентиляционно-отопительной установки с утилизацией теплоты и озонирование воздуха / Д.А. Тихомиров // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й междунар. науч.-техн конф - М ■ ГНУ ВИЭСХ, 2010.-Ч.З.-С. 203-210.

60. Расстригин, В.Н. Создание и развитие систем и технических средств теплообеспечения животноводческих производственных объектов / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве. Материалы междунар. науч.-практ. конф-Минск, 2010-Т.2.-С. 155-159.

61. Расстригин, В.Н. Система автоматизированного управления микроклиматической установкой с утилизацией теплоты и озонированием воздуха / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве. Труды междунар. науч.-практ. конф. - М.: ГНУ ВИМ, 2010 - Ч. 2 - С. 547-555.

62. Кузьмичев, A.B. Модульная инфракрасная и ультрафиолетовая установка для обработки жидких пищевых продуктов / A.B. Кузьмичев, Д.А. Тихомиров, В В. Малышев // «Энерго-

сбережение - важнейшее условие инновационного развития АПК». Материалы междунар. науч.-техн. конф. - Минск: БГАТУ, 2011 - С. 209-210.

63. Alexei V. Kuzmichyov, Vladimir V. Malyshev, Dmitry A. Tikhomirov. Efflciency of the combined pasteurisation of milk using UV and 1R irradiation. Журнал Light & Engineering. Vol. 19, No. l,pp. 74-78,2011.

64. Пути повышения эффективности теплоснабжения сельских предприятий / С.А. Растимешин, И.Ю. Долгов, Д.А. Тихомиров, М.Н. Фильков // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 8-й междунар. науч.-техн.конф. - М.: ГНУ ВИЭСХ 2012 -Ч 1 -С. 111-116.

65. Тихомиров, Д А. Программа расчета потребной мощности отопительной установки / Д А. Тихомиров // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 8-й междунар. науч.-техн. конф.-М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012.-Ч1. -С. 272-278.

66. Тихомиров, Д А. Автоматизированная энергосберегающая электрическая система горячего паро и водообеспечения объектов животноводства / Д.А. Тихомиров // Модернизация сельскохозяйственного производства на базе инновационных машинных технологий и автоматизированных систем: Сб. докладов 12-й междунар. науч.-техн. конф. (10-12 сентября 2012 г. Углич).-М.: ГНУ ВИМ, 2012-С. 652-656.

67. Тихомиров, Д.А. Программный проект для расчета потребной мощности теплоэнергетического оборудования и годового расхода тепловой энергии на объектах животноводства / Д.А. Тихомиров // Вестник ВИЭСХ - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2013,- Вып. 1(10).- С. 47-50.

68. Тихомиров, Д.А. Энергоэффективное электрооборудование для обеспечения горячей водой и паром / Д.А. Тихомиров // Технический прогресс в сельскохозяйственном производстве. Материалы XXII междунар. науч.-техн. конф - Глеваха, 2014. - С. 280.

69. Тихомиров, Д.А. Теплоэнергетические показатели локальных электрических инфракрасных обогревателей / Д.А. Тихомиров, А.В. Кузьмичев, Н.Г. Ламонов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Труды 9-й междунар. науч.-техн. конф. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2014 -43,-С. 192-196.

70. Кузьмичев, А.В. Установка для электротермической обработки жидких пищевых продуктов ИК-излучением в тонком слое / А.В. Кузьмичев, Д.А. Тихомиров // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 9-й междунар. науч.-техн. конф - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2014.-Ч.З.-С. 200-202.

71. Тихомиров, Д.А. Энергоэффективный способ теплообеспечения объектов животноводства / Д.А. Тихомиров // Международный научно-исследовательский журнал ISSN 2303-9868-Екатеринбург, МНИЖ.-2014.-№3 (22).-Ч. 2-С. 68-69.

Цифровая печать. Тираж: 100 экз. Отпечатано в ООО "Полиграф Сервис" Москва, Рязанский проспект, д. 75, стр. 1 +7 (495) 505-47-43, +7 (919) 102-00-24 www:vsem-vizitki.ru