автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Обоснование параметров локальных электрообогревателей для молодняка сельскохозяйственных животных

п п «*, \

I

о

„

^ 1 НО^ !>-' Российская академия сельскохозяйственных наук

Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ)

На правах рукописи

Растимешин Сергей Андреевич

УДК 621.3:636.083.39

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛОКАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЕЙ ДЛЯ МОЛОДНЯКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного

производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЗСХ) Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный консультант доктор технических наук, профессор

В.Н.Расстригин

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

B.Н.Карпов

доктор технических наук, профессор

C.П.Рудобашта

доктор технических наук А.Л.Эйдис

Ведущая организация

АО ВНИИЭТО

(Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования)

Защита диссертации состоится

на заседании Диссертационного совета Д 020.15.01 1*0 степени доктора технических наук во Всероссийском исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) Адрес: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, дом 2.

1996 года в 10 часов присуждению ученой научно-

С диссертацией можно ознакомиться в бибдиотеке ВИЭСХа. Автореферат разослан" 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

А.И.Некрасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ -

Актуальность темы. Опыт технически развитых стран показывает, что увеличение производства сельскохозяйственной продукции на 1 % вызывает рост энергозатрат на 2...3 %. Поэтому актуальна задача разработки и широкого внедрения в сельскохозяйственное производство инженерного оборудования, позволяющего без повышения энергозатрат увеличить выпуск этой- продукции, снизив тем самым ее удельную энергоемкость.

Одним из способов увеличения производства животноводческой продукции, обеспечивающим одновременно и значительную экономию энергии, является в общем случае введение в энергетическую систему животноводческих (свиноводческих, овцеводческих, скотоводческих, птицеводческих, кролиководческих) помещений с молодняком средств локального (местного) электрообогрева. Значение этого трудно переоценить. Это связано в первую очередь с тем, что существуют еще многочисленные хозяйства, где, даже несмотря на полноценное кормление, высокие породные и племенные качества животных и птицы, от неудовлетворительного состояния микроклимата (и в первую очередь температуры среды помещений) погибает значительное количество молодняка. В результате падежа, выбраковки и неполного использования генетического потенциала молодняка потенциальная продуктивность животных недоиспользуется.

К настоящему времени в нашей стране и за рубежом защищено более 30 диссертаций, проведено значительное число других исследований, связанных с разработкой, сравнительной оценкой эффективности и внедрением различных средств локального обогрева. В результате предложено значительное число разнообразных методик расчета, разработано и частично выпускается в разных объемах различное оборудование для локального обогрева молодняка. К нему относятся инфракрасные электрические и газовые излучатели и облучатели (облучательные установки), обогреваемые полы, панели, плиты, ковры (коврики), маты, а также установки и устройства комбинированного обогрева.

Однако, данные разработки далеко не полностью охватывают спектр потребности животноводства. Известные методики расчета и выбора энергетических и конструктивных параметров, а также обоснования режимов работы средств локального обогрева основываются на различных научных положениях, обладают неодинаковой достоверностью и точностью. В результате созданные на их основе и внедренные в сельскохозяйственное производство локальные обогреватели и средства их автоматизации далеко не всегда обладают достаточной эффективностью (при этом неодинаковой в различных областях животноводства) и в большинстве своем нуждаются в совершенствовании, а в значительном числе случаев - и в замене новыми разработками.

Особенно обострился этот вопрос после распада бывшего СССР, так как значительная часть разработанного ранее оборудования выпускается предприятиями, оказавшимися на территории стран ближнего зарубежья. В связи с этим необходимо его производство на заводах России в модернизированном виде, на современной элементной базе, с учетом современных требований сельскохозяйственного производства в условиях рыночной экономики.

В предлагаемой работе проведено научное обобщение накопленного в нашей стране и за рубежом большого материала по результатам теоре-

тических и экспериментальных исследований, а также опыта применения локальных обогревателей. На основе этого определены области рационального использования способа локального обогрева. Разработана единая обобщенная методика расчета локальных обогревателей для животноводства, обоснованы рациональные параметры и режимы работы этого оборудования в энергетической системе животноводческого помещения. Разработки ориентированы на применение современных материалов и перспективных автоматизированных технических средств.

Связь выполненных исследований с государственными программами. Исследования выполнены в соответствии с координационным планом НИР МСХ СССР и ВАСХНИЛ по решению научно-технической проблемы 16.10 на 1976...1980 гг. "Разработать методы и технические средства электрификации тепловых процессов и микроклимата в сельскохозяйственном производстве"; Государственной программой ГКНТ на 1981...1985 гг. и 1986...1990 гг. по решению научно-технической проблемы 0.51.21 "Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства"; отраслевой научно-технической программой 0.СХ.71 на 1986...1990 гг. "Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов и средств рационального" использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения"; планами НИР ВИЭСХа на 1977...1994 гг., выполняемых по государственному'заказу в виде договоров с Россельхозакадемией (ВАСХНИЛ) и Минсельхозпродом России (МСХ СССР). Завершение дальнейших промышленных разработок, планирующихся на основании результатов представленных исследований, выполняется в рамках "Федеральной программы машиностроения для АПК России" (в том числе программы "Фермер").'На это получены рекомендации Межведомственного экспертного совета при Минсельхозпроде России на заключение государственных контрактов на 1995...1997 гг., предусматривающих финансирование разработок за счет средств государственной поддержки; заключен государственный контракт № 41 /95 с Минсельхозпродом России.

Результаты работы (в основном в виде исходных требований и технических заданий) приняты к разработке серийных образцов и в большинстве случаев уже разработаны при участии автора головными организациями промышленности. Многие установки и устройства поставлены на серийное производство, внедрены и внедряются в сельское хозяйство (см. главу 6).

Применение этой техники, предназначенной для создания молодняку сельскохозяйственных животных и птицы требуемых тепловых условий непосредственно в локальных зонах его размещения, позволяет существенно снизить тепловой фон в помещениях, обеспечивая тем самым значительную (в некоторых случаях до 50 %, а иногда и в несколько раз) экономию энергии, затрачиваемой на обогрев. Одновременно за счет создания требуемых тепловых условий и автоматического их поддержания обеспечивается увеличение продуктивности животных и птицы, сводится до минимума выбраковка и падеж молодняка, уменьшается удельный расход кормов, улучшается общий микроклимат помещения, создаются лучшие условия труда для обслуживающего персонала.

Целью работы является научное обобщение, исследование и получение " научно обоснованных технических решений по разработке локальных электрообогревателей молодняка сельскохозяйственных животных, внедрение которых

вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области сельскохозяйственного производства.

Научную новизна и практическая ценность. В результате анализа, проведенного на основе системного подхода, рассмотрены зависимости продуктивности молодняка от температуры среды. Определены области эффективного применения локального обогрева, поставлены и решены задачи по обоснованию параметров и рациональному применению существующих локальных обогревателей, их совершенствованию и разработке новых автоматизированных технических средств, работающих в энергетических системах сельскохозяйственных помещений.

На основе обобщения результатов известных и проведения собственных исследований показаны закономерности и особенности теплообмена молодняка сельскохозяйственных животных и птицы с окружающей средой при внешнем тепловом воздействии. На основе этого предложена обобщенная биотермическая модель "расчетного животного", составлена математическая модель его теплообмена с окружающей средой. В результате реализации математической модели определены основные тепловые характеристики поросят, ягнят, телят, крольчат и цыплят как частных случаев обобщенного "расчетного животного". Аналитически обоснованные зависимости основных тепловых характеристик указанных животных (в первую очередь температуры их поверхности явного теплообмена) как функций температуры помещения подтверждены результатами экспериментальных исследований в условиях научно-исследовательских лабораторий и животноводческих хозяйств.

На основе результатов указанных исследований разработана обобщенная методика определения требуемых энергетических параметров различных средств локального электрообогрева. Расчеты, выполняемые по этой методике, сводятся для каждого вида животных к реализации одного из частных случаев разработанной математической модели теплообмена организма "расчетного животного" с окружающей средой при внешнем тепловом воздействии.

На основании математического моделирования теплообмена "расчетного животного", использующего уравнение теплового баланса гомойотермного организма, как частный случай этого метода обоснована и разработана упрощенная методика выбора энергетических параметров локальных обогревателей различных типов с использованием понятия "ощущаемой температуры". Данная методика позволяет также определить реальные тепловые условия как в обогреваемой, так и в необогреваемой зоне помещения в виде одного численного значения в градусах "ощущаемой температуры".

С учетом результатов выполненных расчетов по выбору основных энергетических параметров различных локальных обогревателей, анализа специфики поведенческих реакций молодняка при его выращивании с использованием локального обогрева, а также опыта эксплуатации технологического оборудования и обогревателей различных типов и конструкций, даны рекомендации по выбору основных конструктивных параметров различных средств локального электрообогрева для молодняка различных видов животных и птицы.

С учетом особенностей эксплуатации локальных электрообогревателей как в составе энергетической системы животноводческого помещения, так и вне ее, выявлены основные закономерности и обоснованы рекомендации по

рациональным режимам работы автоматизированных систем и средств локального электрообогрева.

Таким образом, в диссертации изложены на основании выполненных автором и при его непосредственном участии исследований и разработок научно обоснованные технические решения по разработке локальных электрообогревателей молодняка сельскохозяйственных животных, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области сельскохозяйственного производства.

Внедрение результатов исследований. В результате проведенных автором и при его непосредственном участии исследований (включающих в себя теоретическое обоснование основных параметров различного типа автоматизированных локальных электрообогревателей и режимов их работы, разработку макетных образцов, их лабораторные испытания и производственную проверку) разработаны исходные требования (технические задания) на 14 различных установок и устройств для локального электрообогрева молодняка в свиноводстве, овцеводстве, скотоводстве, кролиководстве и птицеводстве. Исходные требования (технические задания) приняты организациями промышленности для проведения ОКР и разработки серийных промышленных образцов, передачи их на государственные приемочные испытания с последующей постановкой на серийнре производство и широкого внедрения в животноводческих хозяйствах страны. По большинству оборудования указанные работы к настоящему времени завершены.

Апробация результатов исследований. Выполненные по теме настоящей диссертации разработки в течение 1978...1995 гг. доложены, обсуждены и одобрены на международных, всесоюзных, всероссийских, республиканских, региональных и других совещаниях (в том числе координационных) - всего более 20 выступлений.

Разработанное к настоящему времени оборудование неоднократно экспонировалось на ВДНХ СССР (ВВЦ), за что автор отмечен 7 медалями ВДНХ СССР и ВВЦ.

Часть работы, касающаяся применения комбинированного обогрева при выращивании ягнят, отмечена 1-й премией Всесоюзного конкурса НИР НТО сельского хозяйства.

В составе коллектива авторов, соискателю за разработку малоэнергоемкой установки локального обогрева поросят присуждено второе призовое место в конкурсе Отделения механизации, электрификации и автоматизации Рос-сельхозакадемии на лучшую завершенную агроинженерную работу 1994 года.

Настоящие исследования как составная часть коллективной работы выдвинуты на соискание премии Правительства Российской Федерации 1996 года в области науки и техники.

Научно-методическими основами настоящего исследования явились труды ведущих ученых по фундаментальным и прикладным аспектам электрификации сельскохозяйственного производства Антонова П.П., Ануфриева Л.Н., Афанасьева Д.А., Баранова Л.А., Богословского В.Н., Богуславского Л.Д., Бородина И.Ф., Быкова М.А., Быстрицкого Д.Н., Герасимовича Л.С., Делягина В.Н., Демина A.B., Драганова Б.Х., Егиазарова А.Г., Ермаковой И.И., Ерошенко Г.П., Зайцева А.М., Канакина Н.С., Карпова В.Н., Кожевниковой Н.Ф., Кокорина О.Я., Коршунова А.П., Кострубы С.И., Кудрявцева И.Ф., Лебедева Д.П., Лебедя А.А, Лямцова А.К., Мартыненко И.И., Меновщикова Ю.А., Михайлова М.В., Морозо-

ва Н.М., Мурзина В.К., Муругова В.П., Мурусидзе Д.Н., Мусина A.M., Плященко С.И., Прищепа Л.Г., Пчелкина Ю.Н., Расстригина В.Н., Рудобашты С.П., Савицкого В.Е., Славина P.M., Степановой H.A., Стребкова Д.С., Сыроватки В И., Сырых H.H., Тихомирова A.B., Усаковского В.М., Цоя (O.A., Шкеле А.Э., Шувалова

A.M., Шульмана И.М., Эйдиса А.Л., Якобса А.И. и других.

Место выполнения работы. В диссертации приведены результаты исследований, проводившихся соискателем и при его непосредственном участии в ВИЭСХе в лаборатории электрификации тепловых процессов и в лаборатории комплексной автоматизации животноводства при участии сотрудников этих лабораторий под руководством доктора технических наук профессора

B.Н.Расстригина и доктора технических наук профессора Р.М.Славина. В проведении исследований и во внедрении их результатов принимали участие также сотрудники следующих организаций и предприятий: ВНИИЭТО (г. Москва), НПЦ "ИНФРАТЕРМ" (г. Москва), НИИПЗК (Московская область), ВНИТИП (Московская область), НПО ВНИИЖИВМАШ (Украина, г. Киев), ВНИИМЖ (Московская область), ВИЖ (Московская область), ГипроНИИсепьхоз (г. Москва), ГипроНИИовцепром (Киргизия, г. Фрунзе), ЦИТЭП (г. Иваново), ПО "Кинескоп" (Украина, г. Львов), Подольская МИС (Московская область), объединение "Калининагропромэнерго" (г. Тверь), Артикский завод вакуумных электропечей (Армения, г. Артик), Федеральная производственно-научная компания "Агропромэнерго" (г. Москва), межрегиональная корпорация "Агроэнерготехнология" (г. Москва), Вологодское государственное отделение ВИЭСХа (г. Вологда), научно-производственное предприятие "Фотон" (г. Вологда), АО "Сасовоагропромсервис" (г. Сасово Рязанской области), государственное научно-производственное предприятие "Агроэлектротерм" (г. Москва), Шатурское РТП (Московская область), ОПХ "Тутаево" (г. Тутаев Ярославской области), Красногорская птицефабрика (Московская область), Рязанская бройлерная птицефабрика (г. Рязань), АО "ЭКИД" (г. Мытищи Московской области). НПО "Композит" (г. Калининград Московской области).1

Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации отражено в 87 печатных работах, в том числе в 1 монографии, 6 книгах и брошюрах (включая справочник, учебник и учебные пособия), 7 авторских свидетельствах на способы обогрева и устройства для их осуществления.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений.

Работа содержит 2€3 страниц основного текста, 44 рисунка, 25 таблиц, 631 библ. наим.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО ОБОГРЕВА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Требования к тепловому режиму животноводческих помещений с молодняком и предпосылки применения способа локального обогрева. В

нашей стране принято тепловые условия в помещении характеризовать темпе-

' Названия предприятий и организаций, а также городов и областей даны по состоянию на время проведения работ.

ратурой помещения /„ (комплексным параметром, учитывающим совокупность и соотношение температур на поверхностях ограждений гд и температуры воздуха и, интенсивность теплообмена животных путем излучения и конвекции, геометрическую характеристику помещения, характер и скорость циркуляции воздушных потоков в зоне пребывания животных).

Требуемый тепловой режим для сельскохозяйственных животных и птицы.

Вид животных и птицы Возраст, суток Температура, требуемая для молодняка, "С Тепловой фон в помещении, °с'

Поросята 1...7 30...26 18..20

8...14 25...24 18

15...21 23...22 18

22...28 21...20 18 ■

больше 28 20...18 18

Ягнята 1...45 15...10 . 5

Телята 1...30 20...17 14

Крольчата 1...20 32...22 16...14

Цыплята 1...7 35...30 28...26

8..14 29...26 24

15...21 26 22

22...28 23 20

29...35 20 20

Однако, животные, находясь в одном помещении в зоне действия средств локального обогрева и вне ее, ощущают различную по величине температуру помещения. Лежащие и стоящие животные также находятся в различных тепловых условиях. Поэтому, наряду с /„, характеризующей тепловые условия конкретного помещения, целесообразно использовать понятие ощущаемой температуры помещения 4л- Под /лл будем понимать температуру некоторого идеализированного однородного окружающего пространства, теплообмен организма с которым конвекцией и излучением равен теплообмену с реальной средой конвекцией, излучением и кондукцией. В частном случае - для животного, стоящего вне зоны действия средств локального обогрева, можно считать 0.п■

В животноводческих зданиях с молодняком целесообразно создавать тепловые условия, дифференцированные по возрасту животных. Этот связано с тем, что поддержание в помещении температуры, требуемой для одной возрастной группы животных, часто оказывается неприемлемой для другой. В то же время очевидно, что с точки зрения обеспечения сохранности молодняка первостепенным является поддержание в здании требуемых для него тепловых

1 При использовании для обогрева поросят локальных комбинированных обогревателей допускается снижение теплового фона в помещении до 14...16 °С.

условий. Поэтому снижение общего температурного фона в помещении до температуры, приемлемой для взрослого поголовья, возможно лишь при наличии действенных устройств локального обогрева, способных обеспечить молодняку комфортные тепловые условия в локальных зонах его отдыха. Создаваемый при этом дифференцированный микроклимат, кроме повышения иммунобиологического статуса организма, позволяет увеличить продуктивность животных, а также свести до минимума заболеваемость и отход молодняка как в период локального обогрева, так и после него.

Создание животным раннего возраста локальных зон с требуемыми для них тепловыми условиями позволяет также значительно снизить общий температурный фон в помещении, что дает возможность существенно уменьшить энергозатраты на обогрев. Кроме того, в таких помещениях с более низкой температурой улучшаются условия для формирования других составляющих микроклимата - в несколько раз уменьшается микробная загрязненность воздуха, концентрация паров аммиака и др. Это позволяет в большинстве случаев уменьшить также и воздухообмен и, следовательно, дополнительно снизить связанные с ним энергозатраты. При рациональном сочетании локального обогрева с общим обогревом помещения предоставляется возможность значительной экономии энергии за счет снижения требуемого теплового фона в помещении.

Способы локального обогрева и технические средства для их обеспечения Различают три основных способа локального обогрева: инфракрасный ИК (радиационный, лучистый), контактный (кондуктивный) и комбинированный (одновременное сочетание первых двух способов). В ряде случаев применяют обогрев молодняка в небольших замкнутых объемах (так называемый брудерный способ обогрева).

Правильное сочетание любого из перечисленных способов дает высокие результаты. В то же время каждый из них имеет присущие ему характерные достоинства и недостатки.

Проанализированы известные отечественные и зарубежные средства инфракрасного, контактного, комбинированного и брудерного локального обогрева, применяемые для создания требуемых тепловых условий в зонах непосредственного размещения поросят, ягнят, телят, цыплят и крольчат.

Цель и задачи исследований. Известные методики расчета и обоснования режимов работы средств локального электрообогрева основываются на различных научных положениях, обладают неодинаковой достоверностью и точностью. В результате созданные на их основе и внедренные в сельскохозяйственное производство локальные обогреватели и средства автоматизации режимов их работы обладают недостаточной эффективностью (при этом неодинаковой в различных областях животноводства) и в большинстве своем нуждаются в совершенствовании, а в значительном числе случаев - в замене новыми разработками.

Учитывая актуальность вопроса поддержания в животноводческих помещениях с молодняком тепловых условий, дифференцированных по возрасту животных, целью настоящей работы является научное обобщение, исследование и получение научно обоснованных технических решений по разработке локальных электрообогревателей молодняка сельскохозяйственных животных, внедрение которых внесет значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области сельскохозяйственного производства.

Для достижения указанной цели требуется выполнить следующие исследования:

1. На основе обобщения результатов известных и проведения собственных исследований выявить закономерности и особенности теплообмена молодняка сельскохозяйственных животных и птицы с окружающей средой при

Основные характеристики способов локального обогрева.

Способ

локального

обогрева

Основные достоинства

Основные недостатки

Типы применяемого обогревательного оборудования

Общие рекомендации

Инфракрасный

Комбинированный

Брудерный

Простота конструкции обогревателей, их низкая энерго- и материалоемкость. Простота автоматизации режимов работы оборудования. Дополнительный биологический эффект от ИК облучения.

высокая технологическая эффективность. Низкая энергоемкость (по сравнению с ИК обогревом расход энергии на локальный обогрев можно снизить более чем вдвое). Возможность использования в ряде случаев "внепиковой" злепроэнергии. Большой срок службы обогревателей. Возможность отказа от применения подстилки.

Наиболее эффективное тепловое воздействие на организм животных. Все основные преимущества ИК и контактного обогрева. Возможность значительного снижения общего теплового фона в помещении вплоть до отказа в некоторых случаях от подогрева приточного воздуха.

Низкий расход энергии на локальный обогрев, защита от сквозняков, равномерность обогрева.

Раздражающее действие яркого светового потока при использовании ламповых облучателей. Возможное временное переохлаждение нижней поверхности тела животных при контакте их с холодным полом. Сравнительно низкий срок службы излучателей. Необходимость применения подстилка.

Возможное переохлаждение верхней поверхности тела животных при взаимодействии с холодным воздухом. Необходимость использования в ряде случаев понижающих трансформаторов. Повышенные требования к электробезопасности. Большая инерционность.

Высокие капитальные затраты. Повышенные требования к качеству эксплуатации. Необходимость использования в некоторых случаях понижающих трансформаторов. Повышенные требования к электробезопасности.

Сравнительно большая загазованность обогреваемой зоны. Затрудненный визуальный коктроль за состоянием молодняка. Большая инерционность. Повышенная материалоемкость.

'Светлые* и "темные' ИК облучатели и об-лучательные установки; низкотемпературные излучатели панельного типа с развитой излучающей поверхностью.

Обогреваемые полы, участхи и полосы пола; панели; ковры; маты; грелки для обогрева и обсушки.

Одновременно используемые средства ИК и контактного обогрева. Специальные комбинированные установки, комплекты и устройства.

Специальные обогреватели брудерного типа; гнездовые ящики-маточники и др.

Основной и наиболее распространенный способ обогрева. ■

Возможно применение в любых электрифицированных помещениях.

Применение напольных обогревателей возможно в любых помещениях. Использование обогреваемых полов и участков пола более целесообразно в строящихся и реконструируемых зданиях. Высокоэффективный способ для любых электрифицированных помещений.

К настоящему времени получил распространение в основном в птицеводстве.

внешнем тепловом воздействии средствами локального обогрева. На основе этого предложить обобщенную универсальную биотермическую модель "расчетного животного", составить математическую модель его теплообмена с окружающей средой. В результате реализации математической модели по-

пучить и решить универсальное уравнение, позволяющее определить основные тепловые характеристики поросят, ягнят, телят, крольчат и цыплят как частных случаев обобщенного "расчетного животного".

2. На основе результатов указанных исследований разработать единую методику определения требуемых энергетических параметров различных средств локального обогрева, позволяющую свести расчеты для каждого вида животных к реализации одного из частных случаев разработанной универсальной математической модели теплообмена организма "расчетного животного" с окружающей средой при внешнем тепловом воздействии.

3. На основании математического моделирования теплообмена "расчетного животного", использующего уравнение теплового баланса организма, как частный случай этого метода обосновать и разработать упрощенную методику выбора основных энергетических параметров локальных электрообогревателей различных типов с использованием понятия "ощущаемой температуры помещения". Данная методика должна позволять также определять реальные тепловые условия в любой (как обогреваемой, так и необогревае-мой) зоне помещения в виде одного численного значения в градусах "ощущаемой температуры помещения".

4. С учетом результатов выполненных расчетов по выбору основных энергетических параметров различных локальных обогревателей, анализа специфики поведенческих реакций молодняка при его выращивании с использованием локального обогрева, а также опыта эксплуа > ации технологического оборудования и обогревателей различных типов и конструкций, дать рекомендации по выбору основных конструктивных параметров различных средств локального электрообогрева.

5. С учетом особенностей эксплуатации локальных электрообогревателей в реальных животноводческих помещениях выявить основные закономерности и обосновать рекомендации по рациональным режимам работы автоматизированных систем и средств локального электрообогрева молодняка.

6. Показать основные результаты разработки и внедрения новых локальных электрообогревателей и их экономическую эффективность.

Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛОКАЛЬНЫХ ОБОГРЕВАТЕЛЕЙ

Условия теплового комфорта как критерий выбора энергетических параметров обогревателей. В настоящей работе предложена методика выбора требуемых энергетических параметров средств локального обогрева на основании теплового баланса организма, а также показано, что обычно применяемый метод расчета по уравнению "температурного баланса" является упрощенным частным случаем этой методики.

Системы обогрева предназначены для создания в животноводческих помещениях благоприятного теплового режима. Для животных раннего возраста с целью обеспечения их сохранности и максимальной продуктивности средства локального электрообогрева должны создавать условия теплового комфорта При этом тепловые ощущения при заданном уровне активности являются функцией теплового баланса организма.

Под комфортными тепловыми условиями обычно понимают такое значение ¡„„ , которое оптимально с точки зрения физиологической потребности организма для обеспечения максимальной продуктивности при рациональном расходе корма (экономически оптимальной продуктивности). При этом животное (птица), находясь в пределах обслуживаемой (рабочей) зоны, не испытывает перегрева или переохлаждения.

Известно, что требуемую температурную обстановку в помещении можно определить следующими двумя условиями теплового комфорта, используя результаты известных исследований в области теплотехники, строительной теплофизики, физиологии и гигиены.

Первое условие комфортности. Животное испытывает состояние теплового комфорта, если его организм находится в состоянии термического равновесия, то есть выделяет в окружающую среду определенное количество явной теплоты Оя, без перенапряжения аппарата терморегуляции. При этом объективным показателем удовлетворительной работы системы терморегуляции является интенсивность явной теплопродукции и, как следствие ее, температура поверхности животного.

с опт Оп+Ок+О*.

где £>» Ол и 0.т - теплоотдача организма конвекцией, излучением и теплопроводностью в пол, Вт; Оя^опт - явная теплоотдача организма, соответствующая оптимальной ¿„.„, Вт.

Второе условие комфортности ограничивает интенсивность теплообмена организма животного с окружающей средой при расположении его около нагретых и охлажденных поверхностей (или при непосредственном, в том числе контактном, теплообмене с ними), то есть определяет возможную неравномерность теплоотдачи с различных участков поверхности тела и устанавливает соотношение Оъ (2ки0т

Обобщенная биотермическая модель "расчетного животного" и математическая модель его теплообмена с окружающей средой на основе теплового баланса организма. Известные наиболее подробные биотермические модели, предназначенные для расчета теплообмена и теплоощуще-ния живого организма, разработаны на примере человека. Они предназначены для разработки систем жизнеобеспечения людей, находящихся в условиях гипербарических камер, под водой и в открытом космосе.

В настоящее время используют в основном два типа известных моделей: полную шестисегментную и упрощенную двухузловую. Эти модели прошли тщательную проверку в разнообразных условиях (в том числе в условиях космического полета). Шестисегментная биотермическая модель, запрограммированная на ЭВМ, позволяет прогнозировать не только общие, но и местные реакции организма человека, а также его теплоощущения в зависимости от изменения внешних условий. Однако, ее чрезмерная сложность и громоздкость обусловили разработку и использование упрощенных двухузловых моделей. В основе последних лежит физическая модель, состоящая из двух находящихся одно внутри другого тел: "ядра" и "оболочки".

В работе приведена обобщенная расчетная модель, учитывающая физиологические особенности и специфику теплообмена с окружающей средой

молодняка сельскохозяйственных животных разных видов. При этом рассматриваемый организм представлен в виде некоторого обобщенного расчетного животного, а математическая модель теплообмена каждого вида животных будет являться частным случаем универсальной модели. Это же положение можно распространить и на незрелорождающихся животных раннего возраста (например, крольчат), рассматривая их группу (гнездо) как единый гомойотерм-ный организм.

Известно, что правомочно разделение организма на гомойотермную часть ("ядро") и пойкилотермную ("оболочку") с наиболее выраженным непостоянством температуры. Толщина "оболочки" ¿>,„; (в которую входят поверхностные ткани, кожа, шерстный покров) изменяется в зависимости от £„ . Вместе с £„„- изменяется и величина сопротивления теплопередаче "оболочки" При этом Н„ц можно рассматривать как интегральный показатель физической терморегуляции. Определение взаимного численного соответствие между г,,,,, .

и имеет большое значение для оценки теплового состояния животного (особенно лежащего) при неизвестной величине его тепловыделений.

В работе организм расчетного животного представлен как упрощенная двухузловая биотермическая модель (см. рисунок). В центре тела ("ядре"), защищенном от колебаний тканями, жировым слоем, кожей и шерстью ("оболочкой"), температура тела 1т близка к постоянной и наиболее высока. Поверхностные слои тела при (п имеют более низкую температуру. Сопротивления теплопередаче в организме и, следовательно, количество выводимой из него явной теплоты, переменны.

Согласно механизму физической терморегуляции их величины регулируются через центральную нервную систему изменением теплозащитных свойств "оболочки" в зависимости от /„ . Теплообмен между поверхностью тела и "ядром" может осуществляться практически только теплопроводностью через слой "оболочки". При 1„=со1Ш через все слои тела с различными температурными уровнями проходит и рассеивается во внешнюю среду один и тот же тепловой поток.

Тепловой поток, проходящий от "ядра" через "оболочку" и рассеивающийся в окружающую среду, равен

<з.

Биотермическая модель расчетного животного:

1 - внутренняя поверхность ограждающих конструкций (фрагмент); 2 - "оболочка". 3 - ядро.

О^О&О,;

0"= (1т-т„,„)Г£/110»;

(¿¿=РР!(Г„о*-01/4(Гпо,-1,) Гу;

0,=^С„/А, 81+0,005(тпов+(„){(т,ш,-1Л Гх

где (Уп - передача теплоты теплопроводностью через "оболочку", Вт; епр - приведенная степень черноты поверхности животного и внутренних поверхностей ограждающих конструкций; С„ - излучение абсолютно черной поверхности; /<>-суммарная поверхность теплообмена расчетного животного.

Теплопродукция расчетных животных: а - поросенка; б - ягненка; в - теленка; г -цыпленка.

Проведенные по предлагаемой методике расчеты позволили получить зависимости температур поверхности различных животных и коэффициентов теплопроводности "оболочки" как функций температуры помещения (см. рисунок).

Основные тепловые характеристики расчетных животных:

а - расчетные данные зависимости температуры поверхности животного от температуры помещения для поросенка -1; ягненка - 2; теленка - 3; цыпленка - 4;

экспериментальные данные для поросят - ® , ® , ■ , Л , Т ; ягнят -* (0,0 - результаты наших измерений); цыплят (результаты наших измерений) - х б - расчетные зависимости коэффициента теплопроводности "оболочки" от тем-'с пературы помещения для

поросенка -1; теленка - 2; ягненка - 3; цыпленка - 4.

Сопоставляя расчетные данные (см. рисунок) с экспериментальными (как с нашими измерениями, так и с данными литературных источников), можно отметить их удовлетворительную сходимость.'

Полученные зависимости позволили в дальнейшем свести энергетический расчет средств локального обогрева к нагреву поверхности животного на известное (определенное расчетным путем) значение.

Биотермическая модель лежащего "расчетного животного": 1 - внутренняя поверхность ограждающих конструкций; 2 - "оболочка": 3 - "ядро": 4 - фрагмент настила.

В связи с тем, что тепловое состояние лежащего животного существенно меняется (по сравнению со стоящим), составлена математическая модель теплообмена лежащего расчетного животного с окружающей средой, позволяющая оценить его тепловое состояние как функцию в том числе температуры помещения и сопротивления теплопередаче пола

0я.=(Г+0т;

'"(г,,„,-(„ ) /V,;

О/1=£„гС^0,81+01005(т„,,йИ,,)/(тп1:1-!„)!\1:

0.т~({пГ Т^ Гт /Н0\

VI. I /(^ [ 'Т1 п.1 ,

Ок. "'(Г(ц1„-/„;г„, ;

ОцГ^р-ш Со/0,81+0,005(Г,,:и,+/,Л(

^/сх н

Измерения проведены неконтактным способом при помощи радиометра "Thermopoint 80" (AGA Infrared Systems, Швеция). Наличие в радиометре встроенного микропроцессора совместно с прецензионной оптической системой позволило методом сканирования получить значения температуры поверхности животных, усредненные по площади тела.

Здесь От - кондуктивные теплопотери расчетным животным в настил и через настил в окружающую среду, Вт; ()к„ и 0.1Н - потери теплоты нижней поверхностью настила в зоне контакта с телом животного конвекцией и излучением, Вт; Я,,.', - сопротивление теплопередаче настила, м2°С/Вт; гЛ1/, - температура нижней поверхности настила в зоне расположения животного, °С; £„р./и - приведенная степень черноты поверхности системы "настил - ограждения".

Расчетные значения требуемых температур поверхности некоторых животных раннего возраста для обеспечения им комфортных тепловых условий.

Вид животного Масса животного, кг Температура помещения, °С Требуемая (комфортная) температура в обогреваемой зоне, °С Требуемая температура поверхности животного, °С

Поросенок 2 20 30 38

Ягненок 5 5 15 25

Теленок 40 5 15 25

Цыпленок 0,054 20 30 36

Рассмотренные особенности теплообмена "расчетного животного" при внешнем тепловом воздействии средствами локального обогрева позволили показать характерные достоинства и недостатки известных способов локального обогрева.

Расчетная схема теплового баланса для выбора энергетических параметров комбинированного обогревателя:

1 - внутренняя поверхность ограждающих конструкций помещения; 2 - инфракрасный облучатель; 3 - "оболочка"; 4 - "ядро"; 5 - обогревательная площадка (поверхность контакта с животным).

Обобщенная методика выбора основных энергетических параметров локальных электрообогревателей. Энергетический расчет комбинированных обогревателей на основании выявленной численной связи между явной теплопродукцией организма "расчетного животного", температурой его поверхности и температурой помещения сводится к выбору требуемых значений энергетической освещенности Е от действия инфракрасного облучателя и полезной мощности контактного обогревателя 0,ъ1.

Исходя из теплового баланса "расчетного животного" получены формулы для определения этих значений:

Е={Р@1( Тпие.комф' ( 7-П ое. комф~ (п)+ат,вС„10,81+0,005(тЮ1к.

комф^н) Л' Тц он. ком ф~

Тп0«.К0.нф)/Коб}/^пои •

&ч= {е^Со[0,81+0,005( т„Л1.к„мфИ„)/х( г„„. г„„ 4х

х( Тпол

комф" /II

Требуемые энергетические параметры локальных комбинированных обогревателей для поросят раннего возраста

Температура помещения, °С Требуемая температура в месте контакта поросенка с панелью, °С Требуемая энергетическая освещенность обогреваемой панели от теплового воздействия ИК облучателя, Вт/м2, при возрасте поросят, суток

1...7 8...14 15...21 22...28 свыше 28

от 9 до 11 36 220 190 160 140 120

свыше 11 до 13 36 200 160 135 110 100

свыше 13 до 15 35 170 135 110 85 70

свыше 15 до 17 35 150 110 85 65 50

свыше 17 до 19 34 120 85 60 40 25

свыше 19 до 21 34 100 60 40 25 ;

Энергетический расчет средств одностороннего (инфракрасного и контактного) локального электрообогрева как частных случаев комбинированных обогревателей. Определено для стоящего животного

Гп)+аП1„С„/0,81+0,005( г,и,е,„г+1„)/х и "(^т" Т„1Ы, П1 р) /К1И'>} /Я/,,,« ,

где т„оетр - требуемая из первого условия комфортности величина температуры обогреваемой (в данном случае облучаемой) поверхности, сС

Тпо«.1пр /11^(1 т~ Т/го«./

г

Проведенные расчеты показывают, что для создания, например, стоящему ягненку или теленку в помещении с /„=5 °С комфортных тепловых условий с 1„ ,=!5 °С необходима Е-150 Вт/м2.

Результаты более подробных расчетов, выполненные на примере молодняка птицы , приведены в таблице.

Требуемая энергетическая освещенность от теплового воздействия инфракрасного облучателя для создания требуемых тепловых условий цыплятам при V,=0,3 м/с.

Вид птицы Возраст птицы, суток Температура, °С Требуемое значение Е, Вт/м2

в помещении *„ в зоне обогрева '„л

Ремонтный 1...7 28 35...32 170...90

молодняк 7...14 26 29 60

14...21 24 26 45

21...28 22 24...22 45...0

Бройлеры 1...7 28..26 35...30 170...90

7...21 22 29...26 170...90

Молодняк кур 1 22 35 245

Для лежащего животного

^п) ( Тпов. тр~ О +(1,„„Со[0,81+0,005(г„м ,„р+1„)/х

~Т/10в,мр) /и ПОЯ у

при

Расчет контактных обогревателей (для случая лежащего животного).

(1,2...1,4){е^Со10,81+0,005(тпО1Хкомф+1п)1х

комф'^и) коМф- л-РтПж)-

где

^¡иг. тр'

Т,иы) /Гт-ИобО,пр

и

Температура гШ11,К1,.„ф , СС, необходимая для создания цыплятам раннего возраста требуемых тепловых условий при заданных значениях температуры среды

Возраст Температура помещения, °С

цыплят,

суток 16 20 24 28 32

1 46,2 44,8 42,7 39,5 36,8

10 40,5 38,6 37,0 35,6 -

20 36,1 35,9 35,3 - -

Рекомендуемый тепловой режим электрообогреваемой панели гнездового ящика-маточника для обогрева молодняка кроликов

Возраст крольчат, сут Температура на поверхности панели, °С

1 ... 5 35 ... 32

6 ... 10 32 ... 30

11 ... 20 30 ... 25

21 ... 45 25... 22

Таким образом, получены формулы для энергетического расчета средств локального комбинированного обогрева молодняка, а также одностороннего (верхнего инфракрасного и нижнего контактного), как частных случаев комбинированного электрообогревателя.

Глава 3. ВЫБОР ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛОКАЛЬНЫХ ОБОГРЕВАТЕЛЕЙ.

На основании анализа известных конструкций, а также с учетом собственных экспериментальных исследований в лабораторных и производственных (хозяйственных) условиях, обоснованы основные конструктивные параметры локальных электрообогревателей для молодняка сельскохозяйственных животных.

Выбор основных конструктивных параметров устройств комбинированного обогрева сводится в основном к следующему расчет требуемой величины обогревательной площадки и выбор ее геометрической формы; обоснование габаритных размеров инфракрасного облучателя; выбор высоты подвеса инфракрасного облучателя.

При обосновании конструкции устройств одностороннего (контактного или инфракрасного обогрева) задачу можно свести к рассмотрению соответствующих им вопросов, относящихся к комбинированным обогревателям.

I1)

Даны рекомендации по выбору основных конструктивных параметров различных средств локального обогрева на примере тех животных, для которых соответствующая конструкция наиболее характерна. При этом основное внимание уделено наименее изученному оборудованию - комбинированным обогревателям, в частности, для ягнят. При этом имеется ввиду, что основные положения по обоснованию конструкции рассматриваемых конкретных обогревателей применимы и к большинству других отраслей животноводства.

Приведены формулы для расчета требуемой величины обогревательной площадки для контактных и комбинированных электрообогревателей.

Рассмотрено влияние габаритных размеров облучателей на параметры обогревателей. Показана возможность снижения мощности обогревателей при использовании низкотемпературных инфракрасных облучателей с габаритными размерами, существенно большими габаритов обогреваемого объекта (см. рисунок).

Даны рекомендации по выбору высоты подвеса инфракрасных облучателей различных типов.

Аналитическая оценка величины температуры помещения вне локальных обогреваемых зон. При математическом моделировании теплообмена расчетного животного с окружающей средой (глава 2) вместо и использован комплексный параметр - температура помещения ¡„, что позволило значительно упростить математические выкладки.

Для более точного определения составляющих теплового баланса организма представляет интерес более подробный анализ, особенно при оценке конкретных тепловых условий обогреваемых и необогреваемых участков помещений в .локальных зонах размещения молодняка, так как в этом случае представляется возможность радиационное и контактное воздействие холодных ограждений и участков пола, различных нагретых поверхностей и т.п., и, как следствие этого, осуществить контроль фактически ощущаемой животным температуры - ощущаемой температуры помещения /„.„.

Использование крупногабаритных радиационных низкотемпературных электрообогревателей для поросят

Глава 4. ОЦЕНКА РЕАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ В ОБОГРЕВАЕМЫХ ЗОНАХ

Величину /„ как для животных, так и для человека общепринято определять уравнением

1„=Л1,+В тк,

где А и В - тепловые коэффициенты, характеризующие степень теплового воздействия на животное ограждений и воздуха.

Приведенное выражение учитывает количественное соотношение величин и г« при их совместном воздействии на организм.

Определим значение /„, характеризующее животноводческое помещение с известными (в и Гд. Для этого рассмотрим тепловой баланс расчетного животного в двух случаях:

1. Животное стоит в климатической камере с тепловыми условиями =/„.„. Система уравнений, описывающих тепловой баланс организма.

имеет вид

Оя.к=01к+0кк;

0лК =«лК(Т»о,К-<п) 'РКГХ ; о/ =акк(т„,ык-/„)Гг,

где для идеализированных условий (например, климатической камеры) Он/, 0 ,к и О/ - теплопотери расчетного животного суммарные (явные), лучистые и конвективные, Вт; а," и акк - коэффициенты теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией, Вт/м2°С; гпа/ - температура поверхности расчетного животного. °С

2. Животное стоит в помещении с и гд , причем ^ г^. Система уравнений, описывающих тепловой баланс организма, примет вид

0яв"=0.Г+0," ;

а," =а-"(т„П1"-Т11)риГх:

О," =ак"(т„„"-ГЙ)Гу-,

где Оя", О", О", а" , а" , т„„" - те же зависимости, что и в первом случае но для условий рассматриваемого реального помещения.

Допустим, что тепловое состояние животного в обоих случаях равноценно и характеризуется одним и тем же значением ¡а„ (то есть О,/ = г,,,,/' = Гл«/1 = т„ое) и, следовательно, температурная обстановка в помещении равноценна температурной обстановке климатической камеры. Решая совместно приведенные уравнения относительно 1„, получим

/„= аМ (алк+акк)+ а^г^ (а,к+акк)+[1-(а.Г+ак'')/ (а,к+акк)1т„11к.

При энергетическом расчете устройств локального обогрева радиационного, контактного и комбинированного типов, а также при аналитической оценке

величины было принято, что температура воздуха в исследуемых зонах равна температуре воздуха в рабочей зоне помещения, то есть „«=/,.

Таким образом, на основании системы уравнений, описывающих тепловой баланс организма животного, получено выражение для определения температуры помещения. Показано, что общепринятое уравнение, описывающее данную температуру, является упрощенным частным случаем этого выражения.

Аналитическая оценка величины ощущаемой температуры в локальных обогреваемых зонах. Расчет для стоящего животного. Распространенный метод расчета средств инфракрасного обогрева на основании так называемого "температурного баланса" предполагает использование уравнения типа

1в„=А(,+Вгп+СЕ,

где С - тепловой коэффициент лучистого обогрева, °См2/ Вт.

Для определения составляющих этого уравнения в соответствии с первым условием комфортности также сравним тепловой баланс расчетного животного для двух случаев:

1. Животное стоит в климатической камере с (/=Тяк=1пг=10п . Система уравнений, описывающих тепловой баланс организма расчетного животного имеет вид:

Ол" =сслк(тП0,ип)(Рт+Р^<рк;

2. Животное стоит в помещении с и Тц, причем Локальный обогрев осуществляют сверху инфракрасным облучателем, дающим некоторую Е. От инфракрасного облучателя животное воспринимает некоторое дополнительное количество теплоты АОик. Для этого случая система уравнений, описывающих тепловой баланс организма расчетного животного, примет вид

Ок (тП01 ~1в)Ркл ,

в*т'

~ОСкт (Тпое.т

;

по«*-1 >

где, для условий рассматриваемого помещения, Ол" - явные (суммарные) тепловыделения расчетного животного, Вт; и (2к" - лучистая и конвективная теплоотдача с облучаемой поверхности ГК1, Вт; 0л.т" и Окт" - то же с необ-лучаемой поверхности Рт, Вт; а," и а" - коэффициенты лучистой и конвективной теплоотдачи с облучаемой поверхности Ркъ Вт/м2°С; аип" и (2<сш" - то же с

необлучаемой поверхности /•",„, Вт/м2°С, г„„," - температура в установившемся режиме поверхности расчетного животного для °С; гш)„.,„" - то же для Е,„,

"С.

Если средства локального обогрева (в данном случае - инфракрасный облучатель) создают расчетному животному в рассматриваемом помещении с точки зрения первого условия комфортности такие же тепловые условия, что и в климатической камере (с одинаковым значением („,„), то

Решая совместно приведенные уравнения относительно <„=?„„. при ¡ря-1 получим

+(а,п 1^,+а.ип" Г, Л тЯ/(а ,к+акк) (Г^+Г,,,)+

-(а, „?+ак „,") /•;, г„„, тУ(алк+акк) .

Расчет для лежащего животного. По аналогии с расчетом для стоящего животного сравним его тепловой баланс для двух случаев'

1. Животное стоит в климатической камере с /„"^гд,=/„.„ . Его тепловой баланс можно описать приведенной выше системой уравнений по п. 1

2. Животное лежит в помещении с г,,,,.,, t, и Тц , причем Допустим, что локальный обогрев осуществляют сверху инфракрасным облучателем, дающим некоторую энергетическую освещенность Е (наличие или отсутствие контактного обогревателя может быть учтено соответствующим изменением величины г,,;,.-,). От инфракрасного облучателя животное воспринимает некоторое количество теплоты ЛОцк Температура поверхности животного в месте контакта с грунтом в установившемся режиме - т„_, (см. рисунок). Система уравнений, описывающих тепловой баланс организма расчетного животного, в данном случае имеет вид

О." =а"(тП0;'-тп)Е„<рк ;

СЛ" =«Л ;

0,„" =( Гл.-,-

ЛО„ К

Ееоснр^поцЕ ,

где Пп„1 - условное эквивалентное сопротивление теплопередаче пола в помещении, м2°С/Вт.

Если средство локального обогрева (в данном случае инфракрасный облучатель) создает лежащему расчетному животному в рассматриваемом помещении такие же тепловые условия, как и стоящему в климатической камере

(с одинаковым значением /„„), то, решая совместно приведенные уравнения относительно /„=/„.„ , при (рц-1 имеем

/„,,= / (а.:~+акк) (Г^',,,) +«," К, г„ / (а Г+а*) (Г^+Р],,)+

+ало,Р1итрЕ / (алк+акк) (7^,+/^+ +Гт гпт / П,иа/+акк) +{тпо,к-(ссм+а") тпо,п/(алк+акк) („,)-

Таким образом, приведенные уравнения получены на основании систем уравнений, описывающих тепловой баланс животного при теплообмене его с окружающей средой при внешнем тепловом воздействии, и поэтому являются достаточно строгим выражением 1„„ . Общепринятые уравнения для расчета по так называемому "температурному балансу" можно рассматривать как упрощенные частные случаи для данных выражений.

Результаты расчетов, выполненных по полученным формулам, показали, что они практически совпадают с результатами расчетов по тепловому балансу организма расчетного животного.

Поведение животных как один из критериев комфортности тепловой обстановки. Молодняк животных уже в самом раннем возрасте способен выбрать для себя сам наиболее благоприятные условия содержания (в том числе и из условий теплового комфорта). Поэтому объективно оценить комфортность тепловой обстановки в зонах размещения животных, а также эффективность

1 - внутренняя поверхность ограждающих конструкций;

2 - поверхность пола;

3 - поверхность животного;

4 - инфракрасный облучатель.

Расчетная схема теплового баланса для определения /„.„ лежащего животного:

еШШШ

действия различных средств локального обогрева, можно с точки зрения поведенческих реакций молодняка.

Для количественной оценки поведения животных в хозяйственных условиях при использовании различных средств локального электрообогрева применялся хронометраж. В работе использовали метод визуальных наблюдений Поведение ягнят описывали при помощи принятой в зоотехнии Азбуки поведения животных, в соответствии с которой поведение молодняка разбито на 5 элементов, каждому из которых присвоен соответствующий символ (см. таблицу). Элементы поведения фиксировали через каждые 15 минут. После статистической обработки материала наблюдений группы животных оценивали по принятым в зоотехнии индексам функциональной активности ИФЛ .

ИФА=ЛТхр/ Тхр ,

где АТхр - время функциональной активности, ч; Тхр - общее время наблюдений, ч.

Результаты исследований поведенческих, реакций молодняка животных при выращивании с использованием рекомендуемых и применяемых устройств локального обогрева.

Символ Элемент поведения ИФА

Обогрев ягнят в возрасте 10 дней при помощи комбинированных обогревателей Обогрев телят в возрасте 15 дней при помощи ИК обогревателей Обогрев поросят в возрасте 10 дней при помощи комбинированных обогревателей

ЛУ Лежание в локальных обогреваемых зонах 0,530 0,370 0,540

СУ Стояние в локальных обогреваемых зонах 0,070 0,150 0,030

Л Лежание вне локальных обогреваемых зон 0,138 0,130 0,100

Е Еда 0,132 0,200 0,200

Д Другие элементы поведения 0.130 0,100 0,130

Для описания поведения животных при локальном обогреве из общепри-неятой в зоотехнии Азбуки поведения животных были выбраны индексы пищевой и двигательной активности как наиболее информативные. Применение ИФА позволило произвести интегрированную количественную оценку поведения животных, рассматривая его как функцию времени.

Эффективность рекомендуемых способов и устройств локального электрообогрева по сравнению с традиционно применяемыми получила объективное подтверждение с точки зрения поведенческих реакций животных.

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СРЕДСТВ ЛОКАЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВА.

Рациональное сочетание средств общего и локального обогрева в энергетической системе животноводческого помещения. Для обеспечения требуемого теплового режима всего помещения важно правильное сочетание средств общего и локального обогрева, рациональный взаимосвязанный режим совместной работы различных обогревательных устройств. Так как режимы работы всех обогревателей в помещении взаимосвязаны, достаточно удовлетворительного результата можно достичь лишь при рассмотрении всего помещения как единой энергетической системы с учетом вопросов общего и локального обогрева, вентиляции, теплотехники ограждающих конструкций и теплопродукции различных половозрастных групп животных.

Расход энергии системой общего и локального обогрева в условиях единой энергетической системы животноводческого помещения. Значительный удельный вес в эксплуатационных издержках отопительных систем занимают затраты на энергию. Стоимость потребления электроэнергии С3 можно определить как

С}~АсиС1пМз >

где Асист - годовой расход электроэнергии на обогрев, кВтхч; т, - стоимость электроэнергии, руб/кВтхч.

Величину Асист обычно определяют как

Acucm~Q,cucm.cpTom >

где Qcucm.ср - средняя мощность системы оборудования общего и локального обогрева, кВт; Тот - продолжительность отопительного периода, ч.

Составляющие правой части этого выражения находят из уравнения теплового баланса помещения.

В установившемся режиме, когда ¡„-const, должно выполняться равенство поступления и потерь теплоты

+Q лепт инф )

»

где Ож - тепловыделения животных, кВт, 0,„„ - теплота, производимая системой отопительного оборудования общего и местного обогрева, кВт. 0„ш)сш - тепловыделения от подстилки, кВт; 0„.р - теплопотери через ограждения. кВт О«?!!», - общие теплопотери с влажным вентилируемым воздухом (с учетом теплоты, расходуемой на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей), кВт; Опл-, - теплопотери через пол. кВт; Оишр - теплопотери с воздухом, инфильтрирующимся через притворы окон, дверей, ворот, кВт.

Составляющие теплового баланса животноводческого помещения на примере овчарни для ягнения показаны на рисунке. Рассчитав величины теп-лопотоков в установившемся режиме при заданной можно определить максимальную (установленную) мощность системы обогревательного (отопительного) оборудования Оаш/ст . а также Оа,а,чр ■

ния среднечасовых температур наружного воздуха (на примере Костромской области).

Исходя из условия дефицита теплоты в помещении (0„т=0). можно найти методом последовательных приближений критическую температуру наружного воздуха 4-, соответствующую началу (окончанию) отопительного периода

¡к=и-!1030ж-0,68 С ((!„,-<!„)/ /г„,//?„„,л +0,28(С+Си„ф)/,

где Г„,.р - площадь ограждений здания, м2. Я„„.-р - сопротивление теплопередаче ограждений, м"сС/Вт; (7 и (7ипф - количество приточного и инфильтрирующегося воздуха, кг/ч. 0,28 - весовая теплоемкость воздуха. Вт<ч/кг'С. 0,68 -

уменьшенная в 103 раз теплота парообразования, Втхч/кг; </,„ и (¡,, - влагосо-держание внутреннего и наружного воздуха, г/кг.

Величину Тот можно найти, например, по интегральной кривой распределения температур как соответствующую значению 1К (см. рисунок). Средняя же температура наружного воздуха за отопительный период ср может быть определена как

/к^/гА+0,5(т,-т0)р1И0)+...+0,5(тк-тк_,)(1к+Гк.,)1/тк ,

где /„, ... /к - температура наружного воздуха, °С ; т„, г/ , ... , тк - длительность стояния наружных температур, меньших соответственно 4, ..., ч.

При этом тк=Тот. Среднюю мощность системы отопительного оборудования найдем при /„=/лср как

Теперь, при известных Гот и (?шст.ср. можно по вышеприведенной формуле найти величину /1сист.

Максимальную (установленную) мощность системы отопительного оборудования QcucJcm определим по вышеприведенной формуле при равной расчетной минимальной температуре наружного воздуха для зимнего периода

'н.расч Как

Осист ~@огр~^~0.лент

+<2 исп

Режим работы обогревательных систем. При определении Асист животноводческого помещения исходим из предпосылки, что система средств общего и локального обогрева поддерживает в животноводческом помещении необходимую величину Зависимость ()сист=/((н) при 1,=соп$1 в интересующем нас диапазоне изменения температур как известно, для инженерных расчетов может быть принята линейной.

Если ЦсистСт складывается из мощностей установок (устройств) общего и локального обогрева

0Уст=П - Уст4-п Уст

^сист }£оощ 1 \S~iok ,

работающих в различных режимах, возникают определенные трудности при обеспечении их совместной работы во взаимосвязанном режиме. В то же время, даже современные разработки по определению расхода энергии на обеспечение микроклимата (включая локальный обогрев) не учитывают работу локальных обогревателей в переходные периоды года (при /„>/*). Поэтому, возможность применения для нашего случая упомянутой выше методики определения объема энергопотребления энергетической системой животноводческого помещения с молодняком нуждается в дополнительном обосновании и уточнении области применения.

Известно, что оптимальное соотношение мощностей источников локального и общего обогрева из условий минимального расхода тепловой энергии (при обеспечении требуемых тепловых условий для различных возрастных групп животных) имеет определенное значение. Определим О ,„/"" на основании теплового баланса организма животного (см. главу 2), а - из уравнения теплового баланса помещения. Тогда О,„;„/"" найдем как

п . Уст—П >'ст П >'ст

\£отц \£сист

Режим работы установок и устройств локального обогрева в ряде помещений (например, в овцеводческих) имеет свои особенности. Анализ теплового баланса типовых овцеводческих помещений, предназначенных для ягнения и выращивания молодняка раннего возраста, показал, что в рассматриваемом промежутке времени работы средств локального обогрева в большинстве случаев выполняется

0,сист — Олок -

В общем случае Л

Лсист=\/Ц„)с11и ■

I.

Из соотношения Осист > С?™.- вытекают три следствия, учет которых позволяет в рассматриваемом случае значительно упростить расчеты по сравнительной оценке эффективности различных средств локального обогрева.

Следствие 1. Не смотря на то, что средства общего -и локального обогрева работают в различных режимах, суммарный годовой расход электроэнергии на обогрев рассматриваемого помещения Асист может быть определен по вышеприведенной формуле Асист=дсистсрТот.

Следствие 2. При выполнении соотношения Оа,ст ^ О-юк в рассматриваемом случае величина Асист практически не зависит от мощности (и, следовательно, от типа) применяемых средств локального обогрева. Это связано с тем, что при изменении ()10Куст требуемая выдерживается за счет авто-

матического увеличения 0_общ-

Следствие 3. В рассматриваемом случае установки (устройства) локального обогрева не требуют регулирования по мощности в зависимости от 1„. Они должны обеспечивать только создание локальных зон теплового комфорта для молодняка при заданной 1„=С0№( (в рассматриваемом случае, например. Г„.„=/5 Т при Г„=5°С>

Однако, приведенные положения имеют сравнительно узкую область применения. В большинстве помещений (таких, как свиноводческие, птицеводческие и др.) в связи с принятой там технологией получения и выращивания молодняка локальные обогреватели обычно работают в течение всего отопительного периода (а иногда и дольше).

При работе локальных обогревателей в течение всего отопительного периода критическая температура начала (окончания) работы средств общего (и,ти() и локального обогрева следует определять из уравнения теплового баланса помещения индивидуально для каждого вида оборудования.

В общем случае при уменьшении мощности установок (устройств) локального обогрева возрастает количество теплоты, которое должно быть внесено в помещение с целью поддержания в нем требуемой внутренней температуры. Это вызывает необходимость увеличения на ту же величину теплопро-изводительности систем общего обогрева, в связи с чем суммарная мощность и, следовательно, суммарный расход энергии на обогрев помещения, остаются практически неизменными. Различие возникает в переходные периоды года, когда для поддержания необходимой температуры в помещении не требуется работы средств общего обогрева, однако, полученная здесь экономия сравнительно невелика.

Это справедливо для большинства животноводческих помещений, оборудованных системами общего и локального обогрева. А в ряде животноводческих помещений (например, в овчарнях для зимнего и ранневесеннего ягнения) в связи с кратковременной работой локальных обогревателей только в зимний период года, энергетический эффект от уменьшения установленной мощности средств локального обогрева в большинстве случаев практически отсутствует.

Существенная экономия электроэнергии получается при использовании локального обогрева в помещениях, не оборудованных системами общего обогрева. В этом случае применение локальных обогревателей с меньшей установленной мощностью дает экономию потребляемой энергии. Эта экономия может достигать 50%, а в некоторых случаях (например, в неотапливаемых кролиководческих постройках - шедах) - в несколько раз.

Разработка и применение электроконвекторов. Существенную часть времени переходных периодов года средства локального обогрева могут работать в том числе а режиме доводчиков. В этой ситуации целесообразна замена на этот период времени работы средств локального обогрева на более простые и дешевые специальные устройства - электроконвекторы-доводчики. В основную часть отопительного периода также целесообразна работа этого оборудования, которое может, взяв на себя часть требуемой мощности средств общего обогрева, при правильном расположении в помещении существенно улучшить равномерность теплового поля.

Расчеты показывают, что в нашем случае в тепловом балансе животноводческого помещения при использовании средств общего и локального обогрева суммарная мощность электроконвекторов-доводчиков должна составлять примерно 20...40% от суммарной мощности средств локального обогрева, а требуемое количество электроконвекторов-доводчиков определяется в каждом отдельном случае индивидуально с учетом геометрических характеристик помещения, принятой технологией содержания животных и т.п.

При этом в ряде случаев в качестве доводчиков могут выступать и средства локального электрообогрева.

Однако, вопрос практического использования электроконвекторов-доводчиков осложняется тем, что практически единственное подобное устройство сельскохозяйственного назначения (электрообогреватель-конвектор ЭОКС-2,0/1,5-И1), серийно выпускавшееся только Наманганским ПО

зо

"Электротерм" (Узбекистан), в настоящее время в Россию не поставляется Кроме того, достаточно большая установленная мощность (2 кВт) устройства и трехфазное исполнение накладывают существенные ограничения на его применение.

В связи с этим поставлена задача создания нового устройства, которое, кроме применения по прямому назначению (электроконвектор-доводчик для систем обеспечения микроклимата животноводческих помещений), могло бы быть использовано и более широко - например, для обогрева небольших животноводческих, вспомогательных и других производственных (а также при необходимости и бытовых) помещений. Изделие должно при этом иметь возможность использования как самостоятельно, так и в виде автоматизированной электрообогревательной установки (в комплекте со щитами автоматического управления). Эффективно также его применение взамен батарей центрального отопления (особенно при размещении под оконными проемами) в отдельно-стоящих зданиях, к которым нерационально подводить теплотрассу, что позволяет избежать дополнительных капиталовложений и значительных потерь тепловой энергии.

В результате разработаны две автоматизированные электрообогревательные установки (ЭВУ и УЭК-6), в настоящее время выпускаемые серийно.

Установки состоят из трех (ЭВУ) и шести (УЭК-6) электроконвекторов и щита автоматического управления. При этом каждый электроконвектор может работать как в составе автоматизированной электрообогревательной установки, так и в виде самостоятельного электрообогревательного устройства

Основные технические данные конвекторных электрообогревателей.

Показатели Автоматизированные электроконвекторные установки Электроконвекторы

ЭВУ УЭК-6 ЭВУ УЭК-6

Количество электроконвекторов в составе изделия, шт 3 6 1 1

Номинальная мощность, кВт 3 6 1 1

Количество фаз питающей сети 3 3 1 1

Напряжение питающей сети, В 380 380 220 220

Ориентировочная обогреваемая площадь (при высоте потолков 2,8 м), м 30 60 10 10

Масса, кг, не более 29 65 9 10

Управление работой локальных электрообогревателей. Управление работой локальных электрообогревателей должно основываться на необходи-

мости поддержания требуемых тепловых условий в зонах размещения молодняка при возможных колебаниях (заданных и случайных) температуры окружающей среды.

Рационально управлять локальными электрообогревателями (а в более общем случае - и всей системой обеспечения микроклимата животноводческого помещения) позволяет система, одновременно учитывающая основные факторы теплового воздействия окружающей среды на теплообмен организма.

Перспективно предлагаемое нами устройство управления локальным обогревом с емкостным датчиком, непосредственно использующее животных в процессе управления температурным режимом в обогреваемой зоне. Схема управления устройством снабжена емкостным датчиком присутствия животного. Чувствительный элемент датчика установлен в теплопроводном слое напольного обогревателя. Выход датчика присутствия животного соединен с управляющим входом реле.

Показанная на рисунке пара контактов (позиция 6) подключена параллельно переменному резистору, а другая пара (позиция 11) установлена в цепи питания электронагревательного элемента верхнего ИК обогревателя. Параметры элементов делителя, состоящего из последовательно включенных конденсатора, постоянного и переменного резисторов, определяют режим работы устройства. Ждущий режим с минимальным обогревом зоны размещения животных определяется параметрами делителя (в частности, величиной переменного резистора - позиция 8). Технологически необходимый режим обогрева подбирается за счет параметров конденсатора, постоянного резистора и элементов выпрямителя (позиции 14-18).

Достаточно полно удовлетворяет предъявляемым требованиям предлагаемый способ, заключающийся в многоканальном измерении тепловых харак-

Схема управления комбинированным обогревателем с емкостным датчиком, использующая животных в процессе управления.

1 - напольный обогреватель; 2 - ИК излучатель; 3 - исполнительный элемент, соединяющий нагревательный элемент с источником питания; 4 - источник питания; 5 - схема управления; 6 - пара нормально разомкнутых контактов; 7 - реле; 8 - переменный резистор; 9 - емкостной датчик присутствия животных; 10 -чувствительный элемент датчика; 11 -вторая пара нормально разомкнутых контактов; 12 - постоянный резистор; 13 -конденсатор; 14...18 - элементы диодной сборки.

теристик помещения. Способ основан на использовании представленной в главе 4 в развернутом виде зависимости

Тк+ДТпал+С¡Е,

где Ль В^Д, С[ - коэффициенты пропорциональности, каждый из которых зависит от вида и возраста животных и от условий теплообмена; г„„л - температура поверхности обогреваемого (или необогреваемого) пола (панели), °С. '

Способ включает в себя измерение температуры воздуха и в зоне обогрева, измерение гпоп и тц в зоне размещения молодняка, внутренний нагрев (в общем случае, в частном - может отсутствовать) обогревательной панели (пола), задание в зоне обогрева в зависимости от возраста животных величины 4п, регулирование обогрева зоны с животными.

С целью обеспечения требуемого теплового режима в зоне размещения молодняка измеряют температуру ограждающих конструкций помещения, измеряют величину радиационного теплового потока в зоне обогрева, определяют с учетом данных измерений величину /„.„ в зоне обогрева по приведенной формуле, сравнивают заданное и определенное значения 1о п и по результату сравнения корректируют обогрев зоны с молодняком.

Схема устройства для осуществления способа обогрева посредством многоканального измерения тепловых характеристик помещения.

1 - датчик температуры воздуха; 2 - датчик температуры поверхности обогреваемой панели (участка пола); 3 - датчик температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций; 4 - вычислительный блок; 5, 6, 7, 8 - элементы умножения; 9, 10, 11, 12-задатчики значения константы; 13 - элемент суммирования; 14 - задатчик температуры; 15 - первый делитель; 16 -первый регулятор* 17 - второй регулятор; 18 - первый обогреватель; 19 - второй обогреватель; 20 - второй делитель; 21 -задатчик возраста животных.

Таким образом, в результате реализации предлагаемого способа управления локальным обогревом за счет многоканального измерения влияющих на теплообмен животного факторов и использования обоснованной модели управления тепловым режимом достигается повышение точности обогрева и соответствующее повышение продуктивности животных, а также расширяются функциональные возможности устройства обогрева молодняка сельскохозяйственных животных и птицы, поскольку оно может при соответствующих перенастройках своих параметров применяться в животноводческих (а в общем случае - и не только в животноводческих) помещениях для различных видов животных и птицы.

Глава 6. РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ НОВЫХ ЛОКАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЕЙ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Результаты разработки и внедрения новых локальных электрообогревателей. В результате проведенных исследований (включающих в себя теоретическое обоснование основных параметров различного типа автоматизированных локальных электрообогревателей и режимов их работы, разработку макетных образцов, их лабораторные испытания и производственную проверку) разработаны исходные требования (технические задания) на 14 установок и устройств для обогрева молодняка в свиноводстве, скотоводстве, кролиководстве, овцеводстве и птицеводстве.

Основные результаты работ по разработке и внедрению результатов настоящих исследований.

№№ п.п Назначение Название разработки Стадия внедрения Предприятие изготовитель

1. Локальный комбинированный обогрев ягнят Установка ЭИС-0.37-И1 "Руно" Серийное производство Артикский завод вакуумных электропечей

2. Локальный обогрев поросят с использованием электронагревательных плит и нагревательных проводов Установка местного электрообогрева поросят Серийное производство •Калинин-агропромэнерго" и другие предприятия системы "Агропромэнерго"

3. Локальный комбинированный обогрев поросят Установка УЭП-30 Серийное производство Киевский завод "Элехтробыт- прибор"

4. Локальный обогрев поросят (установка брудерного типа) Малоэнергоемкая установка локального обогрева поросят брудерного типа В рамках гос.контракта с Минсельхозпродом России разработана КД, изготовлен опытный образец, успешно прошедший государственные приемочные испытания на Подольской МИС. Установка рекомендована в серийное производство с 1997 г. Шатурское РТП НПП "Фотон"

5. Локальный обогрев поросят Установка радиационного панельного обогрева поросят В рамках гос.контракта с Минсельхозпродом России разработана КД, изготовлен опытный образец, успешно прошедший государственные приемочные испытания на Подольской МИС. Установка рекомендована в серийное производство с 1997 г. Шатурское РТП НПП "Фотон"

6 Локальный комбинированный электрообогрев поросят в личных подсобных хозяйствах Изделие (комбинированный обогреватель) ОП-О.35 КД с литерой О,, передана на завод- изготовитель Киевский завод "Электро- бытприбор"

7. Локальный обогрев телят послепрофи-лакгорного периода Установка ИК обогрева телят НИР, утвержденные Минсельхозпродом России исходные требования, тз. Рекомендация Межведомственного экспертного совета при Минсельхозпроде России на заключение государственного контракта Шатурское РТП

8. Локальный контактный электрообогрев крольчат Установка ЭИС-7-И1 Серийное производство Артикский завод вакуумных электропечей

9. Локальный контактный электрообогрев крольчат в личных подсобных хозяйствах Автоматизирован ное устройство ЭОС-0.03-И1 Серийное производство Артикский завод вакуумных электропечей

10. ИК обогрев молодняка птицы в условиях птицефабрик Комплект оборудования для локального обогрева молодняка птицы с централизованным контролем и управлением НИР. Разработана КД на опытный образец Львовское ПО "Кинескоп"

11. Контактный (панельный) электрообогрев цыплят в условиях личных подсобных хозяйств Электрообогреватель ЭОИП-0,2/220 Серийное производство Киевский завод" Электр- обытприбор"

12. Контактный (панельный) электрообогрев цыплят в условиях птицефабрик Установка локального контактного электрообогрева цыплят Утвержденные исходные требования. Получено согласие ВНИИЭТО на разработку КД Опытный завод ВНИИЭТО

13. Оборудование универсального назначения. Местный обогрев малых помещений, использование в режимах доводчиков Установка элек-троконвекторная ЭВУ Серийное производство Смоленское гмнпп "Агроприбор"

14. Оборудование универсального назначения. Местный обогрев малых помещений, использование в режимах доводчиков Установка элек-троконвекторная УЭК-6 Серийное производство АО "Голицинский опытный завод средств автоматизации"

Исходные требования (технические задания) приняты головными организациями промышленности для проведения ОКР и разработки головных промышленных образцов, передачи их на государственные приемочные испытания

с последующей постановкой на серийное производство с целью широкого внедрения в животноводческих хозяйствах страны. По большинству оборудования указанные внедренческие работы к настоящему времени завершены.

Экономическая эффективность применения средств локального электрообогрева. При определении экономической эффективности применения средств локального обогрева целесообразно исходить из того, что введение их в энергетическую систему обеспечения микроклимата животноводческого помещения позволяет в ряде случаев получить существенную экономию энергии, затрачиваемой на обогрев. При сравнении различных обогревателей между собой следует учитывать тот факт, что, кроме различных энергетической эффективности и капитальных затрат, они могут создавать для молодняка в каждом конкретном случае различные тепловые условия. Последнее заметно влияет на продуктивность животных, создавая предпосылки для различных объемов выдачи продукции.

В соответствии с данными Министерства сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации1 по состоянию на 1 октября 1994 года на животноводческих фермах России находится в эксплуатации 124,6 млн. различных установок и устройств локального обогрева.

Расчеты показывают, что годовой экономический эффект составляет в среднем до 40% от стоимости установки (устройства)2. При этом анализ показывает, что можно считать, что приведенная стоимость одной установки локального обогрева может составлять в среднем около 100... 130 тысяч рублей на 1 группу животных, находящихся в одной локальной обогреваемой зоне (10 поросят, 15 ягнят и т.п.). Если допустить, что каждая установка (устройство) обслуживает минимальное количество животных (1 группу), то при полной замене парка оборудования на новую технику минимальный суммарный годовой экономический эффект в масштабах страны составит до 5 триллионов рублей (в ценах 1995 года).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. В животноводческих помещениях с молодняком наиболее целесообразны тепловые условия, дифференцированные по возрасту животных. При этом средствами общего и локального обогрева в этих помещениях следует поддерживать тепловой режим в соответствии с рекомендациями, приведенными в настоящей работе.

2. На основе обобщения результатов известных и проведения собственных исследований выявлены закономерности и особенности теплообмена молодняка сельскохозяйственных животных и птицы с окружающей средой при внешнем тепловом воздействии. На основе этого предложена обобщенная универсальная биотермическая модель "расчетного животного", составлена математическая модель его теплообмена с окружающей средой. Аналитически

1 Отчет о состоянии машин и оборудования для механизации работ в животноводстве и кормоприготовлении на 1 октября 1994 года. - М.: Главный вычислительный центр Минсельхозпрода России, 1994 г.

2 Анализ данных (включая технико-экономические обоснования), приведенных в утвержденных исходных требованиях на новую технику и в протоколах Государственных приемочных испытаний.

обоснованные зависимости основных тепловых характеристик указанных животных (в первую очередь температуры их поверхности явного теплообмена) как функций температуры помещения подтверждены результатами экспериментальных исследований. В результате реализации математической модели получено и решено с использованием ЭВМ универсальное уравнение, позволяющее определить основные тепловые характеристики поросят, ягнят, телят, крольчат и цыплят как частных случаев обобщенного "расчетного животного".

3. На основе результатов исследований разработана обобщенная единая методика определения требуемых энергетических параметров различных средств локального обогрева. Расчеты, выполняемые по этой методике, сводятся для каждого вида животных к реализации одного из частных случаев разработанной универсальной математической модели теплообмена организма "расчетного животного" с окружающей средой при внешнем тепловом воздействии.

4. Разработанная методика позволяет также определять требуемые энергетические параметры средств локального одностороннего (верхнего инфракрасного или нижнего контактного) обогрева как частных случаев комбинированного обогревателя.

5. На основании математического моделирования теплообмена "расчетного животного", использующего уравнение теплового баланса организма, как частный случай этого метода обоснована и разработана упрощенная методика выбора энергетических параметров локальных обогревателей различных типов с использованием понятия "ощущаемой температуры" как для стоящего, так и для лежащего животного. Данная методика позволяет также определить реальные тепловые условия практически в любой (как в обогреваемой, так и в необогреваемой) зоне помещения в виде одного численного значения в градусах "ощущаемой температуры".

6. С учетом результатов выполненных расчетов по выбору основных энергетических параметров различных локальных обогревателей, анализа специфики поведенческих реакций молодняка при его выращивании с использованием локального обогрева, а также опьгта эксплуатации технологического оборудования и обогревателей различных типов и конструкций, даны рекомендации по выбору основных конструктивных параметров различных средств локального электрообогрева для молодняка различных видов животных.

7. Хозяйственные испытания различных установок локального обогрева поросят, ягнят, телят, крольчат и цыплят, разработанных и изготовленных на основании результатов настоящих исследований, позволили подтвердить технико-экономическую эффективность и технологическую целесообразность их применения в животноводческих помещениях для совместного содержания различных возрастных групп животных. Установлено увеличение среднесуточного прироста живой массы молодняка по сравнению с животными, выращиваемыми с использованием традиционных обогревателей. Исследования поведения молодняка показали, что животные отдают предпочтение предлагаемым средствам локального электрообогрева.

8. С учетом особенностей эксплуатации локальных электрообогревателей как в составе энергетической системы животноводческого помещения, так и вне ее, выявлены основные закономерности и обоснованы рекомендации по рациональным режимам работы автоматизированных систем и средств локального электрообогрева.

9. При замене существующего парка оборудования локального обогрева на предлагаемую новую технику суммарный годовой экономический эффект в масштабах страны составит не менее 2,5 триллионов рублей (в ценах 1995 года).

10. В результате исследований (включающих в себя теоретическое обоснование основных параметров различного типа автоматизированных локальных электрообогревателей и режимов их работы, разработку макетных образцов, их лабораторные испытания и производственную проверку) разработаны и утверждены исходные требования (технические задания) на 14 различных установок и устройств для локального электрообогрева молодняка в свиноводстве, овцеводстве, скотоводстве, кролиководстве и птицеводстве. Исходные требования (технические задания) приняты организациями промышленности для проведения ОКР и разработки серийных промышленных образцов, передачи их на государственные приемочные испытания с последующей постановкой на серийное производство и широкого внедрения в животноводческих хозяйствах страны. По большинству оборудования указанные работы к настоящему времени завершены.

Материалы диссертации отражены в 87 печатных работах, в том числе в 1 монографии, 6 книгах и брошюрах (включая справочник, учебник и учебные пособия), 7 авторских свидетельствах на способы обогрева и устройства для их осуществления. Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. A.c. 1235479. СССР, МКИ 4 А01 К 1/02. Обогреваемый гнездовой ящик для содержания молодняка зверей / С.А.Растимешин и др. // Открытия. Изобретения. 1966. N2 21.

2. A.c. 1384298. СССР. МКИ 4 А01 К 29/00. Способ обогрева молодняка птицы и устройство для его осуществления / Р.М.Славин, А.К.Лямцов, В.Н.Расстригин, А.В.Дубровин, С.А.Растимешин. // Открытия. Изобретения. 1988, Иг 12.

3. A.c. 1435224. СССР. МКИ 4 А01 К 29/00. Способ обогрева молодняка птицы и устройство для его осуществления. I Р.М.Славин, А.К.Лямцов, В.Н.Расстригин, А.В.Дубровин, С.А.Растимешин. // Открытия. Изобретения. 1988, № 41.

4. A.c. 1523122. СССР. МКИ 4 А01 К 29/00. Способ обогрева молодняка сельскохозяйственных животных и устройство для его осуществления. / А.В.Дубровин.....С.А.Растимешин и

др. II Открытия. Изобретения, 1989, № 43.

5. A.c. 160426. СССР. МКИ А 01 К 29/00. Способ обогрева молодняка сельскохозяйственных животных и устройство для его осуществления. / А.В.Дубровин,..., САРастимешин и др. II Открытия. Изобретения, 1990, N2 41.

6. A.c. 1637723. СССР. МКИ А 01 К 29/00. Устройство обогрева молодняка сельскохозяйственных животных и птицы. / В.Л.Беренштейн, А.В.Дубровин, В.Н.Расстригин, САРастимешин и др. // Открытия. Изобретения. 1991. № 12.

7. A.c. 1690639. СССР. МКИ 4 А01 К 29/00. Способ обогрева сельскохозяйственных животных и устройство для его осуществления. / А.В.Дубровин, Р.М.Славин, САРастимешин и др. // Открытия. Изобретения, 1991, № 42

8. Беренштейн В.Л., Растимешин С.А. Обоснование исходных данных для проектирования и энергетических параметров обогревателей для поросят. В сб.: Машины для ферм, вып. 2. - Киев: НПО ВНИИЖИВМАШ, 1991. - с. 68-76.

9. Винников Н.И., Бысгрицкий Д.Н., Растимешин С.А. Выбор температуры помещения для ягнят. НТВ по электрификации сельского хозяйства, в. 1 (42). - М.: ВИЭСХ, 1981. - с. 51-55.

10. Винников Н.И., Расстригин В.Н., Растимешин С.А. Поведение ягнят как критерий оценки средств локального обогрева. В сб.: Организационно-технологические, селекционно-генетические и социально-психологические проблемы управления поведением сельскохозяйственных животных при интенсификации животноводства, т. 1. - Л.: ВНИИРГЖ, 1983. - с. 125126.

11. Винников Н.И., Раагимешин С.А. Новая установка для локального обогрева ягнят. -Овцеводство, 1984, N 1. - с. 20-21.

12. Винников Н.И.. Растимешин С.А. Оценка средств локального электрообосрева ягнят. -Животноводство, 1987, N 3. - с. 48-49.

13. Егиазаров А.Г., Растимешин С.А. Расчет средств локального обогрева молодняка сельскохозяйственных животных. В сб.: Экономия энергии в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Научные труды. - М.: МИСИ, 1985. - с. 74-85.

14. Кузьмичев A.B., Расстригин В.Н., Растимешин С.А. Энергетические параметры средств локального комбинированного электрообогрева поросят. В сб.: Энергопотребление в сельском хозяйстве. Научные труды, т. 68. - М.: ВИЭСХ, 1987. - с. 61-69.

15. Локальный панельный электрообогрев бройлеров. / Славин P.M., Растимешин С.А.. Смирнова А.К., Слободской А.П., Каиров Э.А. - Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Интенсивные технологии производства и переработки мяса птицы и яиц". 22-24 апреля 1987 г., г. Симферополь. - М.: ЦП НТО СХ, 1987. - с. 16-17.

16. Лямцов А.К., Растимешин С.А.. Беренштейн В.Л. Определение градуировочного коэффициента при расчете инфракрасных обогревателей. НТБ по электрификации сельского хозяйства, в. 2 (65). - М.: ВИЭСХ, 1989. - с. 3-7.

17. Лямцов А.К., Растимешин С.А., Расстригин В.Н. Эффективность применения средств локального электрообогрева. - Техника в сельском хозяйстве, 1986, N 7. - с. 29-30.

18. Молоснов Н.Ф., Ихтейман Ф.М., Растимешин С.А., Климов В.В. Электричество в крестьянском (фермерском) хозяйстве (учебное пособие). - М.: Колос, 1994. - 303 с.

19. Расстригин В.Н., Дарулис П.В., Растимешин С.А. Взаимоотношение системы электротеплоснабжения животноводческой фермы с энергосистемой. Тезисы доклада. В сб.: Актуальные проблемы электроэнергетики. - Киев: Севастопольский филиал РДЭНТП, 1991. - с. 1415.

20. Расстригин В.Н., Растимешин С.А., Дарулис П.В. Автоматизация управления электротепловым оборудованием животноводческих ферм. В сб.: Научно-техническая конференция "Средства и системы автоматизации управления процессами сельскохозяйственного производства." Тезисы докладов. - Москва: ЦП ВНТО приборостроителей. - с. 97-98.

21. Расстригин В.Н., Растимешин С.А., Кузьмичев A.B. Новое оборудование для местного электрообогрева поросят. - Техника в сельском хозяйстве. 1986, N 6. - с. 30-31.

22. Расстригин В.Н., Растимешин С.А., Слободской А.П., Тарасов Ю.Н. Исследование температурного режима нагреваемой площадки в установке комбинированного обогрева. НТБ по электрификации сельского хозяйства, в. 1(40). - М.: ВИЭСХ, 19880. - с. 46-50.

23. Растимешин С.А. Локальный обогрев молодняка животных (монография). Теория и технические средства. - М.: ВО Агропромиздат, 1991. -140 с.

24. Растимешин С.А. Микроклимат животноводческих ферм. Аналитический обзор. - М.. АгроНИИТЭИИТО, 1990. - 56 С.

25. Растимешин С.А. Обоснование параметров и разработка установки локального электрообогрева ягнят. Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - М.: ВИЭСХ, 1985. - 19 с.

26. Растимешин С.А. Оптимизация энергетических параметров устройств локального обогрева в животноводстве. В сб.: Материалы научной конференции Закавказских республик по механизации и электрификации сельскохозяйственного производства. - Тбилиси: ГрузНИИ-МЭСХ, 1983. - с. 45-48.

27. Растимешин С.А. Особенности определения расхода электроэнергии на обогрев овчарни для ягнения. НТБ по электрификации сельского хозяйства. Na 2(48). - М.: ВИЭСХ. 1983 - с. 3-9.

28. Растимешин С.А. Разработка локальных электрообогревателей для животноводства и птицеводства. - Вестник сельскохозяйственной науки, 1991, № 6. - с. 150-152.

29. Растимешин С.А. Технико-экономическая оценка энергетической системы овчарни для ягнения. В сб.: Энергетика животноводческих ферм. Научные труды. - М.: ВИЭСХ, 1982. - с. 88-98.

30. Растимешин С.А. Технические средства для местного обогрева. - М.: Росагропром-издат, 1990. -78 с.

31. Растимешин С.А. Энергетический расчет установки комбинированного электрообогрева ягнят. В сб.: Комплексная электрификация тепловых процессов в сельскохозяйственном производстве. Научные труды, т. 60. - М.: ВИЭСХ, 1984. - с. 77-90.

32. Растимешин С.А., Дубровин A.B. Использование параметра температуры поверхности цыплят при расчете локальных обогревателей. В сб.: Энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве. Научные труды, т. 81. - М.: ВИЭСХ, 1994. - с. 135-139.

33. Растимешин С.А., Кузьмичев A.B. Автоматизированная установка для панельного электрообогрева молодняка кроликов. - Достижения науки и техники АПК, 1989, № 4. - с. 43-45.

34. Растимешин С.А., Расстригин В.Н., Быстрицкий Д.Н. Расчет ощущаемой температуры при локальном обогреве молодняка. - Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1984, Na 4. - С. 37-38.

35. Растимешин С.А., Расстригин В.Н., Винников Н.И. Математическая модель теплообмена ягненка с окружающей средой. В сб.: Использование электрофизического воздействия в сельскохозяйственном производстве. Научные труды. - М.: ВИЭСХ, 1983. - с. 31-42.

36. Растимешин CA. Расстригин В.Н., Винников Н.И., Слободской А.П. Локальные электрообогреватели в овцеводстве. - Техника в сельском хозяйстве, 1987, № 4. - с. 29-30.

37. Растимешин С.А., Расстригин В.Н., Кузьмичев A.B. Локальный обогрев. - Сельский механизатор, 1988, № 11. - с. 33.

38. Растимешин СЛ., Расстригин В.Н., Яямцов А.К. Расчет необходимой энергетической освещенности, создаваемой инфракрасным излучателем в установке комбинированного обогрева ягнят. - Электротермия. 1983, N 11 (249). - с. 13-14.

39. Растимешин СЛ., Слободской А.П., Каиров S.A. Панельный электрообогрев молодняка кроликов. В сб.: Механизация и автоматизация технологических процессов в АПК. Часть II. Электрификация, автоматизация, электронизация, ресурсо- и энергосбережение. Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции. - М.: ВИМ, 1989. - с. 29-30.

40. Рекомендации по применению электротепловых установок в сельскохозяйственном

производстве /В.Н.Расстригин, Д.Н.Бысгрицкий.....С.А.Растимешин и др. - М.: Колос, 1981. - 30

с.

41. Славин P.M., Лямцов А.К., Растимешин СЛ., Дубровин A.B. Локальный электрообогрев в птичниках. - Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1989, Na 3. - с. 29-32.

42. Славин P.M., Расстригин В.Н., Растимешин СЛ., Дубровин A.B. Математическое моделирование локальных обогревателей. - В сб.: Моделирование-85. Теория, средства, применение. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Часть 4. Применение специализированных методов и средств моделирования в энергетике и других отраслях народного хозяйства. - Киев: Советский национальный комитет межаународной ассоциации по математическому и машинному моделированию (IMACS), Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР. 1985. - с. 98-99.

43. Славин P.M., Растимешин СЛ., Дубровин A.B. Обоснование параметров автоматических локальных обогревателей для птицеводства. В сб.: Энергосберегающие сельскохозяйственные тепловые процессы и системы технических средств. Научные труды, т. 70. - М.: ВИЭСХ, 1988. - с. 78-87.

44. Славин P.M., Растимешин СЛ., Смирнова А.К. Обоснование энергетических параметров панельных обогревателей для цыплят. В сб.: Электротехнологии в сельскохозяйственном производстве. Научные труды, том 73. - М.: ВИЭСХ, 1989. - с. 79-85.