автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Газовый инфракрасный обогрев животноводческих помещений

и

од

■ V» 'и' к

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

КРЫЛОВ ЕВГЕНИЙ ВИКТОРОВИЧ

В^—у

ГАЗОВЫЙ ИНФРАКРАСНЫЙ ОБОГРЕВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ

СПЕЦИАЛЬНОСТИ! 05.20'01 - Механизация сельскохозяйственного

произнодсгпа 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ Д ОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

САРАТОВ - «906

Работа выполнена в Саратовском государственном агроинденерном университете (СГАУ)

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

В. И. ЦЫПЦЫН

Официальные оппоненты - - доктор технических наук, профессор

А. А. Овчинников;

доктор технических наук, профессор

A. И. Дементьев;

доктор технических наук, профессор

B. Н. Курицын

Ведущая организация - АО„РОСГАЗИФИКАЦИЯ

Защита диссертации состоится "^9 " марта _ 1996 г.

в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 120.04.01 при Саратовском государственном агроинженерном университете по адресу: 410740, г. Саратов, уд. Советская, 60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГАУ

Автореферат разослан " 28" февраля _ 1996 г.

"Учений секретарь диссертационного совета, • . доктор технических наук, л

профессор ЗЬсычнЛЦ Н. П. ВОЛОСЕЬНЧ

ОБ'ДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Внедрение прогрессивных технологий содержания животных на фермах требует соблюдения оптимальных параметров микроклимата в помещениях. В настоящее время ио-рл несовершенных систем зоздания микроклимата в ряде хозяйств погибает до 40Z молодняка и затрачивается до 12 1сормсединиц на получение единицы продукции животноводства вместо 2...5 нормативных кормоединиц.

Одним из путей комплексного решения данной проблемы является создание высокоэффективных отопительно-вентиляционных систем, способных тоддерживать на комфортном уровне содержание животных.

Вагное значение для опткиазацта микроклимата гмеет рациоиаль-[ое использование газа,грвбуицоз дальнетого соверяенсгвовапяя ме тора п гехястеских срадсгв газосиабя-зиж в о т но во дч е с к и х ферм. Еанболзв э$фвкгЕвнии ирвдегавляэгол обогрев ензогноводчйскнх поеданий газовыми яяфракрасаымя излучателями / ГШ /.ясслсдовангл я па-чное обориошшгв' которкх являются актуальными.

В работе теоретически обоснована и решена научная проблема повы-¡ения продуктивности животноводства на основе создания систем обеспе,-|ения оптимальных микроклиматических параметров посредством газового [йфракрасного обогрева животноводческих помещений.

Актуальность теш диссертационной работы подтверждается тем, что •на являлась составной частью НИР научно-исследовательских институтов СХ и ШСКХ РСЗСР и вклочена в план работы по комплексным темам: "Опти-язация систем отопления производственных сельскохозяйственных помеще-ий о помощью горелок инфракрасного излучения" (Гос. per. N 68036014) "Усовершенствование систем отопления животноводческих помещений при спользовашш газовых горелок инфракрасного излучения применительно к -словипм Нечерноземной зоны РОХСР" (Гос. per. N 79012S34).

Цель работы - повышение эффективности производства продуктов жи-отноводства путем совершенствования систем создания оптимального мик-эклимата животноводческих помещений на основе разработки и внедрения ззового инфракрасного обогрева, обеспечивающего наилучшие фиаислзги-гскне параметры сельскохозяйственных животных.

На защиту выносятся следующие научные положения; теоретические основы повышения эффективности газового инфра-эасного обогрева 'Животноводческих ферм и .экспериментальные исследова-

ния основных закономерностей совокупности процессов воздействия лучистого теплообмена на животных;

аналитические зависимости и номограммы облученности, создаваемой ГЩ в зоне расположения животных с учетом влияния основных факЯо-ров лучистого теплообмена; ( '■'..>

результаты физиологических и гематологических исследований пс влиянию облученности различной интенсивности на организм и продуктивность животных, нормативы облученности животных различного вида и возраста;

методические основы расчета отопительно-вентиляциошшх скоте» со сбросом продуктов сгорания газа от ГИИ в помещение и с организованные их отводом за пределы помещения;

результаты исследований микроклимата животноводческих помещенш о газовым инфракрасным обогревом;

методы и технические решения по обеспечению надежного газоснабжения ГИИ пропан-бутаном и оценка безопасности жизнедеятельности систем с ГИИ.

Научная новизна диссертации заключается в системном подходе к решению проблемы повышения эффективности производства продуктов животноводства путем совершенствования отопительно-вентиляционных систем животноводческих ферм с созданием нормативно-технической базы гаэовогс инфракрасного обогрева производственных сельскохозяйственных помещений, анализе и обобщении теоретических положений и закономерностей, ] результате которых:

установлены характер и степень влияния различных факторов и; организм и продуктивность животных, а также выявлена функциональна! -взаимосвязь продуктивности животных и эффективности систем создали! микроклимата животноводческих ферм;

осуществлено теоретическое обобщение и определены оптимальны! конструктивные параметры наиболее эффективных керамико-сетчатых излучающих насадок газовых инфракрасных излучателей; .

• решена задача определения основного фактора лучистого воздействия в инфракрасной области спектра на животных - их облученности;

разработаны методические основы расчета газового инфракрасноп обогрева и вентиляции животноводческих помещений для схем со сброса " продуктов сгорания и организованным их отводом за пределы помещений < рекуперативным подогревом приточного воздуха; „.•.

.установлено влияние газового инфракрасного обогрева на осноьные параметры микроклимата животноводческих помещений различного назначения;

разработаны научно обоснованные методы и рекомендации по обеспечению надежного газоснабжения ГИИ.

Новизна работы защищена авторским свидетельством на способ газификации сжиженного газа.

Практическая ценность работы. Предложен и внедрен в практику сельскохозяйственного производства комплекс мероприятий и конструкторских разработок, обеспечивающих создание оптимального микроклимата животноводческих помещений посредством их газового инфракрасного обогрева, которые позволяют:

повышать эффективность применения ГИИ для инфракрасного облучения сельскохозяйственных животных за счет .оптимизации конструктивных параметров излучающих насадок;

создавать нормируемую облученность в зоне расположения животных путем рационального размещения расчетного количества излучателей в животноводческих помещениях;

поддерживать оптимальный температурно-влажностный режим и безопасные условия жизнеобеспечения содержания животных на фермах за счет рационального теплоснабжения и воздухообмена помещений;

обеспечивать надежность газоснабжения ГИИ пропан-бутаном.

Предложенные методы и технические средства могут быть использованы при решении основных задач повышения продуктивности скота, содержащегося на фермах в зимнее время за счет:

повышения сохранности поголовья, особенно за счет резкого со-(фащения падежа молодняка;

' снижения до минимума вероятности простудных заболеваний ■ живот-

яда;

соблюдения рациональных норм кормопотребления;

увеличения среднесуточных приростов массы животных в зимнее

время.

По результатам исследований разработаны, утверждены и внедрены в практику:

1. Рекомендации по применению газовых горелок инфракрасного излу-1ения для отопления животноводческих помещений. М.: . Россельхозиздат, 1974. 60 с. .

2. Инструкция ло ликвидации конденсатных и гидратных пробок на газопроводах и удалению неиспарившихся остатков из резервуаров и кон-.леьоатосбор'ников. Саратов, 1974. 43 с.

3. Рекомендации по использованию сличенных газов о повышенным со-дер:*анием бутана. Саратов, 1974 . 32 с.

4. Рекомендации по борьбе с конденсато- и гидратообразованием в системах с естественным и искусственным испарением сжиженного газа. Саратов, 1974. 61 -с.

Б. Указания по проектированию, монтажу, эксплуатации систем газоснабжения пропан-бутаном с учетом предотвращения конденсато- и гид-ратообразования. Саратов, 1876. 57 с.

6. Указания и технические решения по газоснабжению потребителей от баллонных установок. Саратов, 107?. 28 с.

7. Указания по проектированию отопления и вентиляции животноводческих и птицеводческих помещений при использовании газовых горелок инфракрасного излучения. Саратов, 1978. 45 с.

8. Руководящий документ. Указания по проектированию, строительству и эксплуатации усовершенствованных систем отопления и вентиляции животноводческих помещений при использовании газовых горелок инфракрасного излучения. РДУ 204 Р04СР 34-82. Саратов, 1982. 94 с.

и настоящее время научные разработки, представленные в диссертации, нам л и практическое применение в конструкциях иал'учашях насадок серийно выпускаемых ГИИ (ГК-27У-1, Саратовский экспериментально-производственный завод "Гаэаппарат").

Апробация работы. Результаты работы доложены, обсуждены, экспонировались и получили положительную оценку:

на научно-техническом совете института "ГиироНИИГаа".* Саратов, 1979; • '

на научно-техническом семинаре кафедры парогенераторов СПИ. Саратов, 1979;

на научно-техническом семинаре ВИЭСХ. Москва, 1987; на совместном заседании представителей кафедр теплотехники, применения электроэнергии в сельском хоряйстве и автоматики ЧИМЭСХ, Челябинск, 1987;

на ежегодных научно-технических конференциях и годичных собраниях Саратовского института "ГипроНШГаз", Саратов, 1072-1384;

на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СММСХ (СГАУ),

Саратов, 1979-1996

на научно-техническом семинаре проблемной научно-исследовательской лаборатории теплоэнергетических установок при участии кафедр теп-логазоснабжения и промышленной теплотехники СГТУ, Саратов, 1995;

на научно-практическом семинаре АО "ГипроШИГаз", Саратов/ 1995; на расширенном заседании кафедры технологического оборудования сельскохозяйственных предприятий при участии кафедр "Автоматизация, процессы, машины мясомолочной промышленности", "Физики и радиобиологии", 4Эккантологии, технологии производства мяса и мясных продуктов" Саратовской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии, Саратов, 1995;

на научно-техническом совете Саратовского государственного аг-роинженерного университета, 1996;

на республиканском совещании по применению горелок инфракрасного излучения в сельском хозяйстве Сибири, Иркутск, 1976;

на республиканской конференции по перспективам использования газа в сельском хозяйстве Узбекской ССР, Ташкент, 1978;

на республиканской научно-практической конференции "Повышение эффективности использования сжиженного газа в Латвийской ССР", Юрмала, 1979;

на республиканском научно-техническом -совещании "Применение сжиженного газа для отопления животноводческих помещений в условиях Восточной Сибири", Омск, 1979; . •

на расширенном заседании научно-технического совета Главного управления сельскохозяйственной науки и пропаганды МСХ РСФСР, Москва, 1902;

на Енездных заседаниях научно-технического совета МСХ РСФСР, Уфа, 1974, 1980; •

на республиканском семинаре Главгаза МЖКХ РСФСР по проблемам ' использования сжиженного газа в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве, Пермь, 1981;

на Всесоюзном научно-техническом совещании по вопросам отопления и-вентиляции сельскохозяйственных производственных зданий, Москва, 1970;

на заседании секции бытовой газовой аппаратуры и инфракрасных излучателей Мингазпрома СССР, Донецк, 1976;

на Всесоюзном совещании ВО "Союэгазкфикация" по проблемам использования газа в сельском хозяйстве, Москва, 1978;

на Всесоюзной конференции Мингазпрома СССР "Применение яаэовыХ инфракрасных излучателей в народном хозяйстве", Севастополь, 1979-1

на совещании работников газового надзора Росгортехнадзора СССР; Нальчик, 1979;

на расширенном заседании научно-технического совета АО "Росгаг оификация", Москва, 1996.

Внедрение результатов работы осуществлено в ряде хозяйств Роо-сийсмюй Федерации и СНГ в'виде систем газового инфракрасного обогрева и га")оснащения животноводческих ферм (в РФ 3162 животноводчесюех вог мещения, в том числе б Саратовской области 26& помещений).

По разработкам автора совместно с институтом- "РипроНИИГаа"- Саратовским заводом "Газ аппарат" освоен серийный выпуск газовых инфракрасных излучателей типа ГК-27-У с керамике-сетчатой излучающей насадкой.

Экономический эффект от внедрения газового инфракрасного обогрева животноводческих помещений составил 400...420 тыс. руб. & год ш Российской Федерации в ценах 1990 г.

По Саратовской области подтвержденный экономический эффект от внедрения газового инфракрасного обогрева животноводческих поведений ь 1994 году'составил 13 млрд. руб.

.,.. .. Публикации. Основное содержание диссертации изложено в монографии Крылов Б.*В. Газовый инфракрасный обогрев животноводческих помещений : Изд-во Сарат.гос.ун-та,1986. 160 с. •

По материалам диссертации всего опубликовано 92 научные работы» получено авторское свидетельство на изобретение.

Общий.объем публикаций составляет 83,4 п л. Подробное изложение материалов по отдельным разделам работы д&но ь 20 научных отчета», 'прошедших государственную регистрацию. • _

Структура и объем диссертации. Диссертация состоитиз введения, вооьми разделов и общих выводов, списка литературы, содержащего 310 наименований, в том числе 46 иностранных. Общий объем диссертации составляет 4Б6,страниц, в том числе 384 страницы машинописного текста, который содержит 87 рисунков, 23 таблицы и 72 страницы приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОЮ .

Во введении обоснована актуальность теш и изложены основные научные подахения, представленные на защиту. ,"

1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛ» И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ

Анализ технического уровня отопигельио-вентисяционных систем, надежности их топливоснабжения показал, что они не способны в полной мере обеспечить оптимальные параметры микроклимата животноводческих"ферм,

)

Актуальность проблемы диктует необходимость направлять силия конструкторских,научно-исследовательскпх,проектных органпза-ий.промнилешшх прэдпряягий на совершенствование существующего и соз-ание нового отопительно-вентиляциониого оборудования,разрабагнваемо-

0 с учетом требований интенсификации производственных процессов в нвотноводстве:

Одним из эффективных способов создания благоприятного микрокли-а животноводческих помещений является их обогрев с помощью ГШ.

Существенный вклад в развитие науки и практики лучистого отопления зданий, исследование микроклимата и условий содержания животных внесли такие ученые и специалисты, как В. Н. Богословский, <1. С. Горсмосов, М. П. Киссин, Ф. Миссенар, В. Г. Коба, А. А. Овчинников, И, И. Шараускас и др.

Большой известностью в оСласти исследования ГНИ пользуются работы 3. Ф. Дребенцова, О. Н. Ерюхйнова, А. Г. Егиазарова, В. В. Карелиной, 3. В. Иванова, А. С. Иссерлина, Р. Р. Киббеля, Б. М. Кривоногова, V.M. Левина, А. К. Родина, Г. М. Оксйты, С. С. Салиходжаева, К. Н. Пра-зоверова и др. Однако особенность выполненных исследований в области «¡пользования ГНИ для различных технологических целей заключается

1 решении большей частью частных, дискретных задач на основе отдель-вдх экспериментальных данных, не позволяющих выявить ебщие закономер-юсти процессов тепломассообмена в животноводческих помещениях.. В об-1асти теории движения воздушных струй и практики использования венти- ' шционных систем зданий известны труды таких ученых и практиков, как

'. Н. Абрамович, М. И. Гримитлин, Е. Е. Карпио, А. А. Кудрявцев, LI1. Орлов, И. А. Шепелев, М. Д. Тарнопольский, С. Ф. Шубин, А. И. Шуц-сий, Р. В. Щекин и др. Значительный вклад в теорию и практику ис-юльэования сжиженного пропан-бутана для газоснабжения внесли ученые !. Ш. Бык, В. И. Фомина, Д. Л. Катц, А. П. Клименко, Н. И. Никитин, >. Н. Курицын, А. Ромен, Дж. Краппе, Н. И. Рябцев, М. Д. Тиличеев, I. М. Дитон, Е. М. Фрост, Д. В. Робинсон. Несмотря на большое коли-[ество работ в области газового инфракрасного обогрева, вентиляции и

газоснабжения помещений, вопросы дальнейшего комплексного исследования указанных процессов остаются актуальными и в настоящее время.

Исследования, проведенные отечественными и зарубежными учеными в области влияния инфракрасного облучения на организм животных, среди которых следует особо выделить работы Г. В. Голубева, Н. Д. Зубова, Г. П. Карвацкой, Н. И. Козыревой, В. А. Левицкого, И. М. Шульмака, Э. И. Мейснера, М. Дерибере, В. Бодвелла, Г. Ферланда, Ф. Херманна, Г. Райнша, Е. Шмидта, Д. Л.-Ингрема, И. Котца, К. Хейтмана и др., позволяют судить о благотворном воздействии на рост, развитие и физиологические показатели животных умеренного инфракрасного облучения. Большинство исследователей дает качественную картину газового инфракрасного обогрева, отмечает определенные преимущества и экономическую эффективность технологических процессов с использованием ГИИ. Однако приведенные в литературных источниках данные не характеризуются системны» ' подходом к решению проблемы воздействия на сельскохозяйственных животных инфракрасного излучения, в особенности для излучателей о температурой 700...900°С, к которым относится ГИИ. Отсутствие конкретных научно обоснованных рекомендаций, комплексного исследования влияния газового инфракрасного обогрева животноводческих помещений, как сложной многсфакторной системы, сдерживает его широкое применение.

В соответствии с поставленной целью в работе были определены и решены следующие задачи исследований:

1. Теоретически и экспериментально обосновать выбор оптимальных конструктивных параметров излучающих насадок ГШ! по их максимальному лучистому КПД. '

2. Путем теоретических и экспериментальных исследований устано-•вить аналитические зависимости облученности, создаваемой ГИИ в животноводческих помещениях.

3. На основе анализа спектральных характеристик излучающих насадок ГИИ и кожного покрова животных разработать научно обоснованные нормы их тепловой облученности.

4. Обосновать и разработать основы расчета систем газового инфракрасного обогрева и вентиляции животноводческих помещений, определить рациональные варианты размещения ГШ в помещениях.

5. Провести исследования микроклимата в животноводческих помещениях, обогреваемых ГШ.

6. Теоретически и экспериментально исследовать факторы надежности газоснабжения ГИИ пропан-бутаном, безопасности жизнедеятельности и

дать технига-экономичеокую оценку внедрения результатов исследований в практику животноводства.

2. ОБ'ДЛЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объектов исследований приняты сельскохозяйственные животные, газовые инфракрасные излучатели, животноводческие помещения, эборудование газоснабжения ферм.

В основу мегоднют изучения объектов положен системный подход, комплексные и сравнительные экспериментальные исследования. Систем-юсть подхода за!шочаласъ в том, что при разработке прогрессивных споров и средств .совершенствования оборудования для создания оптималь-юго Микроклимата животноводческое помещение рассматривалось как слож-¡ая система, состоящая из элементов, взаимодействующих друг с другом, з увязкой требований эффективного и надежного функционирования к ог-^ельнда элементам и системе в целом. Комплексность подхода обусловлена гем, что факторы, влияющие на эффективность и надежность газового инф-)акрасного обогрева животноводческих помещений, исследовались не гаодированно, а с учетом нх взаимного влияния на процессы, происходящие как в отопителыю-вентиляциошшх системах и системах газоснабже-гия, так и в организме животных. .

Комплекс экспериментальны« исследований включал : исследование теипературных режимов керамико-сетчатых излучающих [асадок ГИИ;

исследование излучатйльной способности и КЦЦ ПОТ; определение основных параметров микроклимата в животноводческих смещениях различного назначения;

изучение влияния облученности различной интенсивности па орга-:ивы и продуктивность животных;

лаборагорше испытания ПШ, установленных в животноводческих смещениях;

исследование температурных режимов резервуар них установок сжи-енного газа;

лабораторные исследования процессов гвдрагообразования в регу-яторе давления сжиженного газа.

При проведении экспериментальных и теоретических.исследований ис-ользованы методы физического и математического моделирования с приме-ением ЭВМ. Исследование облученности животных проведено с использова-ием болометрического' прибора, сконструированного и изготовленного в нотитуте физики Саратовского государственного университета. Для сня-

тия спектров излучения ГЛИ и поглощения кожного покрова животных использован серийный инфракрасный спектрометр ИКС-12 с применением призмы "литий-фтор".

Результаты экспериментальных исследований обработаны с применением методов математической статистики и ЭВМ.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ОТОШЛЕЛЫЮ-ВаГПШЩЮШШХ СИСТЕМ ШЮШОВОДЧЕСКИХ ПОИЩИ ШЙ

Основными параметрами микроклимата животноводческих помещений являются температура и влажность внутреннего воздуха (рис. 1). Математическая модель температурио-влажноотного режима представляет собой систему дифференциальных уравнений, описывающих неустановившийся теплюво; баланс животноводческого помещения и его нестационарный влажностнн: баланс:

<?м + Q, - <?,, -Qnn - <?„» - <?„ -- Q. - Qh - C0di, /dr (i)

ilu - (2)

(Ln - Qim = Cr[„,dl„m I dr (3) - - C„A, I dr (4)

Ож + D„.+ DH - D, = p.wjd, / dr, . (5)

где О* - тепловыделения животных, Вт; Qr - общая тепловая .чагрузк ТШ, Вт; Que, Опт. Опл ~ теплота, отдаваемая внутренним воздухом сте нам, потолку и полу, Вт; Qn, Qb - количество теплоты, затраченной и, 'испарение влаги с пола и нагрев вентиляционного воздуха, Вт; Он - теп лопотери через нетеплоемкие ограждения (окна, двери, технологически проемы и др.), Вт; С0 - теплоемкость воздуха помещения, Дж/°С; Снс Спт. СПл " теплоемкости тепдоаккумулирующих слоев наружных ограждений Дж/°С; tB - температура внутреннего воздуха, °С; tHc. .tnr» Ьпл - тем пературы внутренних поверхностей наружных стен, потолка и пола, °С Оке, Опт. Опд - теплота, теряемая через указанные ограждающие кон струкцци, Вт; Бж, Dn, DH, D^ - количество влаги, выделяемое животными __ за счет испарения с пола, поступающее с наружным воздухом и удаляемо из помещения в процессе вентиляции, кг/ч; рв - плотность воздуха кг/мэ; WB - внутренний объем помещения, м3; dB - удельное влагосодер жание внутреннего воздуха, кг/кг сухого воздуха; t - время, ч.

Рис. 1 Схема многофакторного воздействия на рост и развитие животного:

' Ож - количество теплоты, производимое в процессе жизнедеятельности животного; Ок, <3т - приток или отдача теплоты за счет конвекции и теплопроводности; Ол - приток или отдача теплоты путем излучения; 13* - влага, выделяемая животным, Цвр - вредные примеси, выделяемые животным

С учетом выражений членов системы уравнений (1-5) и некоторых преобразований получаем систему уравнений, представляющую собой динамическую модель температурно-влажностнэго режима животноводческого помещения:. '

"'UI dx - [(Л,»1 - c.p.Wtm - ЖЛ, ( -1а,/-) / +

+ I ЦаД / f.jO.H«) -

* / Л)-</,] +

+(„/СоЛИ',)(А.(-Л^;'): ' (6)

/ ¿г - [(«,« Vi») / (sjAHlcm.pltc)]((, + <7-„c ii„ - cr„„iw); (7)

dt„„, / </r = I ö"««.« ~ <T,,m'V) ! " (S).

/ de -- [(ак, Vto / ]]{".,[/ - / )(/ - +

}; " . (9)

«/</, /dx - [(дМ.)' л] 1- {[6J2- W 'IMM t ,1>)/Ли;]ехр(/4 / Л)] +

, «л * А,)//?,«'.] •

- {[l6Mi(2M + V) ч р. «>>](<*, / P,u:)}, (/О)

где ш - кратность воэдухообмеип, 1/с; с£ - удс-льная массовая теплоемкость Еогдуха, Дж/кг-°С; tu - температура наружного воздуха, °С; Кн -коэффициент теплопередачи 1-го нетеплоемкого ограждения, Вт/м2-°С; FH

- влсаддь поверхности ограждения, м2; tj - температура внутренней поверхности 1-тс ограедения, °С; ctj - коэффищкгнт теплоотдачи от внутреннего воздуха г. внутренней поверхности i-ro ограждения, Вт/м2-°С; п

- количество животных, содержащихся в помещении; Ль Ад, Аз; Вь Bü» Вз - омпирические коэффициенты, зависящие от вида и возраста животных; рис, рпт9 Рпл " плотность материала соответственно,, наружных стен, по-'толка и пола, кг/м3; d - удельная теплоемкость материала ограждения, Дж/кг,о0; X - коэффициент теплопроводности материала соответствующего ограждения, Вт/м-°С!; б. « R/(R-RB), бв - RB(R - RB); R, RB - термические сопротивления теплопередаче ограждения и теплоотдачи от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения, м2-°С/Вт; -коэффициенты,- внутренней и наружной поверхности ограждения, зависящие от.его вида; А - эмпирический коэффициент, зависящий от относительно? влажности воздуха; Ри - суммарная площадь поверхности испарения влаги, м2; V массовая скорость движения воздуха, отнесенная к площади испарения, кг/м2-е..

Система уравнений (6-10) может быть, решена на ЭВМ методом Рун-ге-Кутта, а полученную математическую модель возможно использовать npi разработке систем автоматического регулирования температурио-влажиост-ного режима животноводческих помещений.

Практический интерес представляет частный случай полученной дмна-• -йической модели, а шенио статическая модель, которая более целесооб-

разна при анализе влияния на температуру (t&) и влажность воздуха (dß) теплофизических свойств ограждающих конструкций, вида, возраста животных и условий их содержания.

Для перехода от динамической модели к статической необходимо соблюдение условий dt/dt « 0 и ddß/dt == О. которые даот систему нелинейных алгебраичеасмх уравнений, связывающих tB и dB:

Л,т+ [с,/),!»',/« + ¿"Л',,./-;, i- .>(/■: / /„>,)(/ - £ш,) ■ Д.,«]/, -- [c.p.w.m + ±XJ'„ + Д/•; / Л\)£,,.];„ - UK,FJd.'+ + ■ 10 'К„I\ c\p(it / Л) - Л,п - 0; (//)

I),ntl+ ß2nt. ~ {ре\\\т ¡МЛ) / ; . + p,\Vbmdn + • КГ' К„Г\ схр(/„ / Л) ! IIa --. О, (/2)

где 1 - удельный расход теплоты на испарение влаги, Вт/кг; Кп - выделение влаги с 1 м2 поверхности испарения, кг/мй-с.

Приведенная система уравнений (11-12) позволяет получить зависимость температурно-влажностного режима конкретного животноводческого помещения от параметров, определяющих тип, габариты, материал ограждающих конструкций помещений, а■такие вид, возраст и условия содержания животных (рис. 2).

30

• 25

ч £

$ 20

'S

it к

' 10

^ / —

. -

«-L '

)0 »\e

v» 1

70

(о

50

.8

ч*

<ь

I

4

40

■ 30 -20 -10

Температура наружного Воздуха, 'С

Рис. 2 Влияние температуры наружного воздуха на температур-■ но-влажностный режим животноводческих помещений:

1 - свинарник, 2 -телятник, 3 - птичник, -:--температура внутреннего воздуха, --- относительная влажность

внутреннего воздуха.

4. ТРЕБОВАНИЯ К ГИИ И ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИГ»ЛУ«1АЩИХ НАСАДОК

' I

Эффективность конструкции излучающей насадки ГИИ определяется отношением доли энергии, выделяемой насадкой в виде излучения, к общей тепловой нагрузке получателя - лучистым КПД Оиал-'О^

Для керамических перфорированных панелей основными конструктивными параметрами являются коэффициент живого сечения ф и диаметр огневых канаюв_- а. Для'керамика-сетчзты):, кроме того, диаметр проволоки и размер ячеек металлических сеток -6. Оптимальное значение ф определяется по формуле, полученной в работе в результате решения дифференцирования уравнения, сшгзьшающего последнюю с ц, и' температурой излу-чаощей насадки:

ЧК,„ - 135 + - (Г / 5КГ ), (13)

где Т* - температура излучающей насадки при фиксированном значении <?*; Кг - эмпирический коэффициент,. зависящий от '¡» и Т.

С целью -экспериментального определения оптимальных конструктивных параметров сетки были изготовлен;.! 23 металлические пластинки из. хромо-никелевой стали размером 70x47x1 мм, перфорированные цилиндрическими отверстиями с <рс <* 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; диаметр отверстий для каждого значения ч>с составлял 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и 3 мм. Определение лучистого КПД•производилось на лабораторном стенде, позволяющем замерять плотность лучистого потока Ел на поверхности полусферы'радиусом К - 1 м при различных значениях угла а между нормалью к излучающей насадке и плотностью приемного элемента болометра с однослойной проволочной спиралью бифилярной намотки.

Зависимости «л''Керпмжо-сетчатых ГШ от удельной тепловой нагрузки ц показаны на рис. 3 и позволяют установить оптимальные конструктивные параметры сеток: диаметр проволоки - 1 мм, размер стороны ячейки в свету - 3 мм, что заложено в конструкторскую документацию заЕО-да-изготовителя.

, 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛУЧЕННОСТИ ГНИ В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ

ГЩ1 имеют излучающие ; насадки различных размеров и располагаются ^ и-! различных расстояниях от облучаемых животных. С целью универсализации теоретических зависимостей, излучательной способности ГИИ.введено

новое понятие - удельная облученность е„, под которой понимается плотность лучистого потока, создаваемая единицей плошдди поверхности излучающей насадки в какой-либо точке поверхности полусферы радиусом R - 1 м. Предлагаемый концептуальный подход к расчету облученности обусловлен допущением, которое позволяет условно отнести ГШ к точечным источникам излучения, посылающим лучистый поток теплоты в полусферическое пространство и применить закон обратной пропорциональности плотности лучистого потока квадрату расстояния Я от ГЮ1 до облучаемого животного. Указанное допущение возможно, т. к. расстояние R достаточно велико по сравнению с линейными размерами излучающей насадгл.

Общее выражение удельной облученности имеет вид:

<.>„ - [л:ГГ„(Т / 100/ ■ К, г QnI cos «] / rFR', }tm / м1 ((4)

где е - степень черноты материала излучающей насадки; С0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м2-К4; Т - температура поверхности излучающей насадки, К; F^- эффективная площадь поверхности излучения в направлении а; Опл - количество теплоты, излучаемой микрофакель-иым пламенем, Вт; F - площадь излучающей насадки, м2. •

=4

Q

ч

Г \ /

¡5 -«-J -Uv,

N / л t

-ч

0 i ) d

12 14 IS „« »4 1« удел мая

1М4 1S 12 14 16 . 12 14 16 тепловая наерузка,Вт/ем*

Рис. 3 Экспериментальные зависимости керамико-сетчатых ПИ [ЬЛ от удельной тепловой нагрузки:

1 - Фс - 0,1; 2 - д>с - 0,2; 3 - Чс - 0,3; 4 - <рс - 0,4; 5 - Фс - 0,5; • - dc « 1 мм; о - dc - 1,5 мм; х - ас - 2 мм; о - ас = 2,5 мм; > - dc - 3 мм

i - » » -re « т*

SO Ora о CD Ю H ai: MO S4»JOiO-i-> WO4J w? о Seo iNhi ta « a> "D

g II 1 « QC'J

-tJ - o>, -5

VO-IJ <00 S

О 14) MJ

Q - Q-*

лет OOtgu'j -ü (ocoo таюо и но o :¿ ЩО - '1 О О II и уо О С0 0) <5о о Ï ou а» «-í-j « Í3 «в

с^ t=U-> «

к i'H

стЛ It 0+-> íu - -О ЬО ж oí «о á ю жо

CON оса

I сВ - II Ой » S - 'XI о.

О - ч-ЛО •- 'J «

иэ rt t--^ Ж1а nica й i ioüaJ^ £0 и о

OUT) rtCO II О I и

0> U Г-- о p1 и re . cSimo S ÏCW со Й-и О II -со

а от? - о

O.I «OU Ф «

У.ТЧЙ о S и

10 II о -m «

г --tr NO ,-.->

Il О II (0 Я •=>->-> I о

2 43 о о «

Д тнСП Í3LJ

§г-ГЙмп " -8 Рм tío*? iíJoi'-.

Ii löö .4J0 ю

S УСОО Q «

I c5__-

СТО ФИ» (O uo 00 -ч1 « a i ко i-iJ i

s- I

>4C\i TO

•œ «Q-ij©-row Я . О и I а

F** a

I

о к

-Я OJ^»

ЧО ®М I ю "О Ö. С- I « О II а> , -W — «т-О О

■а X о о pi oa-io о о о» к— tœ jjjöü5 л ююо ¡¿со -

d)ii со -та и S «Д. -и оо »ip но со им »b Ü дк га-зжо+-> on +JO

Ш »

о. « -.и га « ЦЩ "о°о° ^ s

g О I Г-CB I geo -

Sf'»* » » соя il S

и

а.

В работе, получены теоретические зависимости для расчета удельной облученности ГНИ с различными конструкциями излучающих насадок.

На рис. 4 показаны индикатрисы (полярные диаграммы) удельной облучённости для керамических, керамико-сетчатых и двухсетчатих металлических излучающих насадок ГШ. Индикатрисы рассчитаны на ЭВМ IBM FX no разработанным программам для различных значений температуры излучающей насадки. Экспериментальна! проверю полученных .аналитических зависимостей показала хорошую сходимость данных во всем' диапазоне практически возможных значений удельных тепловых нагрузок для реальных конструкций излучающих насадок ГИИ. Располагая значениями erf, можно определить облученность сельскохозяйственных животных на любом расстоянии R от ГИИ с излучающей насадкой площадью F по формуле еЛ F/R2. В диссертации приведены номограммы для практического применения при проектировании.

Наиболее эффективное восприятие ms/чаемой ГИИ энергии наблюдается в том случае, тогда интервал длин волн в котором находится максимум излучения, совпадает.с интервалом длин волн, в котором происходит его максимальное поглощение кожным покровом животных. В работе получены и исследованы спектры излучения ГИИ со всеми типами' излучающих насадок (рис. Б) и спектры поглощения в инфракрасной области кожи теленка, свиньи и перьев курицы (рис. 6).__

Длина в о л н Ь/, мх/л

Рис. 6 Спектры поглощения: 1 - кожа свиньи, ширина щели спектрографа 1,6 мм; 2 - кожа теленка,, ширина щели спектрографа 1,2 мм; 3 - перья курицы, слой в четыре пера, ширина щели спектрографа 0,25 мм Одной из основных задач работы является обоснование и разработка норм облученности ГШ1 животных и птицы. С этой целью были проведены исследования, которые показали, что насадки ГИИ являются селективными излучателями, причем сдвиг максимума излучения соответствует константе Вина >тах- Т - 0,248 см • К. При температурах излучающих насадок 700...900°С около 80Х всей излучаемой энергии приходится на диапазон длин волн 1,5...6,5 мкм с максимумом излучения в области 2. ..2,5 мкм.

Из спектров поглощения видно, что линии максимального поглощения энергии соответствуют длинам волн 1,5 й 2,1 мкш При X = 2,4 мкм кожа животных практически поглощает всю подаюШую энергию.

Совпадение максимальных областей излучения и поглощения свидетельствует об эффективности использования ГШ для облучения- животных. На основании полученных спектров, а также физиологических и гематологических исследований подопытных животных разработаны нормы облученности животных (табл. 1), . •-•

Таблица 1

Нормы облученности животных и птицы

Вид и возраст животных Норма облученноеги, Вт/м'-

Поросята до 30-дневного возраста 170-210

Свиньи Поросята свыше 30-дневного возраста 115-170

Свиноматки ' 90-115

Крупный ро-. гатый скот Телята 115-170

Птица при напольном содержании Цыплята до 10-дневного возраста 290-350

Цыплята от 10- до 30-дневного возраста 170-290

Цыплята старше 30-дневного возраста, взрослые куры 115-170

8. ОСНОВЫ РАСЧЕТА СИСТЕМ ГАЗОВОГО ИНФРАКРАСНОГО ОБОГРЕВА . ДНИПТОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ

По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета систем газового инфракрасного обогрева животноводческих помещений для двух вариантов: со сбросом продуктов сгорания в помещение и с организованным их отводом за пределы помещения при рекуперативном подогреве приточного воздуха в незамерзающих теплообменниках ТСН.

Расход раза. ГШ в животноводческих помещениях по первому варианту находим из выражения:

с, = [(9Л.Р + 9исп - <?*)(.«, - х2) + ЮОс.О^Ц. - /„)] / [<?'(.г, - хг) --100е,к ,(/.-*„)], ' (15)

1'Де СЬгр. <3исп> Ож соответственно теплопотери черев ограждающе конструкции здания; теплота, затраченная на испарение влаги с пола; теплота, выделяемая животными, Вт; б^сс^- количество углекислого газа, зыделлемого-в отапливаемое помещение животными, кг/с; ^ 1в - расчетная температура, соответственно, наружного и внутреннего воздуха, °С; XI, хг - 'соответствен;©, допустимое содержание СОг в воздухе помещения и его содержание в наружном воздухе, % по массе; Срн - теплотворная способность газа, Дж/кг; св*- средняя удельная теплоемкость воздуха, Дж/ (кг • °С); Кг - безразмерный коэффициент, зависящий от химического состава сжигаемого газа и численно разный массе СОг, образующегося при сжигании 1 кг газа.

Потребное количество вентиляционного воздуха определяем по формуле:

К = О^ '/ - *,)] 1 [(Г,„р + ({ж)(Х] - л2) + ИХЮ*0^. - )] / : 'л[(<?Г ' х,.)2" Ю0с,{!, ~ ,„ )] • (16)

Исследования показали, что допустимая скорость приточного воздуха и его температура в зоне расположения животных обеспечиваются благодаря применению стандартных воздуховодов - перфорированных или с возду-

хораспределителлми. _ . _ ____ _____________

Етияние температуры нарулшого воздуха~на расход газа и воздухообмен,' варианты размещения ГШ и номограмма облученности даны на рис.7,8,9.

Для усовершенствованной отопительно-вентиляционной системы с утилизацией теплоты продуктов сгорания газа требуемое количество ГИИ определяется по формуле:

-",=((<?, + -<?«) + + )]/--с.а'Фу^ . {¡7)

где Ов свУ8(1в - Ьь) - теплота подогрева приточного воздуха, Вт; Оном - номинальная паспортная тепловая нагрузка ГИИ, Вт; - объем воздуха, удаляемый из верхней зоны помещения вместе с продуктами сгорания газа через теплообменник ТСН, м3/с; Ув - объем воздуха, удаляемый из нижней зоны помещения, минуя ТСН, м3/с; Угпс - объем продуктов сгорания от одного ГИИ, м3/о; 1ух - температура смэси продуктов сгорания с загрязненным воздухом, выбрасываемых в атмосферу после ТСН, °С; а - коэффициент, учитывающий неполноту■отсоса неразбавленных воздухом продуктов сгорания газа.

ив

Я

гм «■* -

г

- г«

^ 150

Ч *

4 5«

1 /

/1

/ А 1

/ г"

/ / ✓ /) /А 1

—' ✓ А л*

___- ? " * —■

у

гвв

по

£

зов

150 4

4

и.» в 3

о -о -го -м -«

Рис. 7. Зависимость удрльных (на одну голову) расхода газа и воздухообмена от температуры 1клружного воздуха для систем со сбросом продуктов сгорания п помещения: 1 - свинарники-маточники (1в » 1б'-'С); 2 - свинарники-откормочники (1г, « 14°С); 3 - телятники и,, - Б°С); газ;----воздух

> ■

X

23.

5

в я а ,

—

№

Ив

Рис. 8, Варианты размещения ГИИ в животноводческих помещениях.

Рис. 9 Облученность в зоне расположения животных при различных вариантах размещения ГШ (цифры на кривых соответствуют высоте, подвеса ГИЙ над уровнем расположения животных)

Для наиболее распространенных вариантов размещения ГИМ в типовых животноводческих помещениях каркасного типа шириной 12 и 18 м (рис.. 8) в работе составлена номограмма (рис. 9) -применительно к серийным излучателям ГК-27У-1. которая позволяет определить вариант размещения ГШ в животноводческих помещениях различного типа с учетом вида,. возраста содержащихся в них животных и конструкции здания.

Эксплуатационная проверка предлагаемых рекомендаций по определению облученности животных на -действующих объектах показала хорошую сходимость расчетных'и экспериментальных данных.

7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ГНИ НА МИКРОКЛИМАТ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ЖИВОТНМХ

С целью; проверки теоретических положений были проведены исследования микроклимата в сельскохозяйственных помещениях, .оборудованных отопительно-вентиляционными системами с .ГИИ (табл. 2). Исследования микроклимата проводились в свинарниглх и птичш:ках при температурах наружного воздуха от -5 до -3!5°С в_Багакирии и Рязанской области. Газоснабжение ГИИ осуществлялось сжиженным газом1 от групповых резерву-арных и баллонных установок. Регулирование температурно-влажностного .режима животноводческих помещений при изменении наружных атмосферных условий производилось путем периодического отключения части излучателей. Анализ проб воздуха на уровнях головы обслуживающего персонала (1,7 м от пола) й расположения животных (0,3...0,5 м) показал, что ГШ обеспечивают нормативный уровень ПДК-. концентрация окиси углерода СО составляет в среднем 15-20 мг/мэ (допустимое содержание СО - 30 мг/м3), концентрации углекислого газа СО2 и аммиака МНз составляют в среднем при работающих излучателях СОг - 0,1202; МНз - 3.82 мг/м3; при отключенных излучателях СОе - 0,1082, ГШз - 2,22 мг/м3. Температура пола и внутренней поверхности стен выше температуры внутреннего воздуха. Влияние ГИИ на продуктивность животных определялось на основе опроса зоотехническом и ветеринарных служб хозяйств при проведении автором работы обследования животноводческих помещений в различных регионах России (Саратовская область, Башкирия, Рязанская, Новосибирасая, Омская области'и'др.) а тате по официальным сообщениям областных управлений сельского хозяйства.. Данные свидетельствуют о том, что падеж молодняка при газовом инфракрасном обогреве по сравнению с водяными системами .отопления практически отсутствует,а прирост масс и увеличивается на 20.».30% за счет улучшения микроклимата /табл. 3/ .

О. ОЦЕНКА «АКТОРОВ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ, ПОЖАРООПАСНОСТИ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Газификация сельской местности осуществляется в основном на сжиженном (пропан-бутг(н) газе. В связи с этим возникает необходимость исследования в области газоснабжения пропан-бутаном ферм, обогреваемых посредством ГИИ. Фракционный состав сжиженного газа значительно влияет на термодинамические параметры смеси и надежность газоснабжения (испа-

Таблице 2

Результаты исследований микроклимата в животноводческих помещениях

работы ГИИ Температура воздуха в п; на высоте от пола, м Температура пола в °С на расстоянии от проекции ГИИ, м Средняя темпе рату-ра иен, ь св|л" плл темпе рату-□а по ggroa Относительная Bja^-ность воздуха, л, на высоте, м Облученность &иботных, ВТ/М*

0,3 1,7 3,0 0,5 1,0 1,5 0,3 1,7 3,0

Свинарник-маточник в учхозе "Казангул" (БааНИИСХ) ГКИ включены- 18,2 21,3 27,0 28,0 22,4 20,1 20,2 26,0 70-75 65-70 55-60 ГШ отключены 14,5 17,2 18,2 14,0 14,6 13,5 16,0 17,2 85-90 80-85 75-S0

Порося тз. 96-165 Свиноматка 74-108

ГИК работает непрерывно

Свинарник-маточник в колхозе им. Чапаева (Рязанская обл.)

i •

17,3 19,3

24,4 20,2 18,6 19,3 24,3 68-73 60-65

поросята 117-203 Свиноматка 85-109

" .у .»Птичник в колхозе им. Чапаева (Рязанская обл.) ГИИ включены 12,5 15,6 - 18,6 17,4.16,3 12,6 22,1 75-80 65-73 ГИИ отключены 9,0 12,0 ~ 8,8 8,2 7,9 10,4 13,9 81-88 75-79

Под ГИИ 143-165 Между ГИИ 107-116

с-,

Таблица 3

• Влияние газового инфракрасного обогрева животноводческих помещений на продуктивность животных

Вид и возраст ' . животйых Водяные системы отопления Системы отопления с Г1М

Параметры микроклимата !Среднесу- Параметры микроклимата Среднесуточный прирост массы, г

Темп§^ату- Относительк. влажность, % |прирост | М£ЮСЬГ , Г Температура, О Относителен, ¡влажность, X

Поросята-сосуны 5 ... 8 недель 12...16 30...55 183.. 227 18. .22 -----СО.. .70 230...230

Поросята-отъемши 3 ... 12 недель 10...15 35...100 275.. 316 16. .20 70.. .80 340...385

Телята 4 ... 6 месяцев 3...10 35...95 572.. 580 13. .16 . 60.. .70 71-0... 720

Молодняк кур мясного направления 10 ... 20 дней 20 ... 30 дней 14...16 10...12 20...05 85...55 23.. 45.. 28 50 1В. 13. .20 .20 50.. 50.. .60 .60 30... 35 55...50

ригель ная способность, вероятность конденсато- и гидратообрааования и пр.). Поэтому необходима количественная оценка изменения фракционного состава пропан-буталовых смесей по мере опорожнения резервуара, т. к. в известной литературе такие данные отсутствуют. Теоретические исследования позволили получить уравнение:

z2/(i-z2f = [z,(/-«)":'/(J - z,)"] ' (Щ

где t\, Zг - доля пропана в сжиженном газе, соответственно, в начале и конце испарения; m - Рп/Ре ~ отношение улругостей паров пропана и бутана; п - отношение массы, отобранной из замкнутого объема к начальной массе.

Отсутствие данных- по изменению температуры сжиженного газа при его естественном испарении обусловило необходимость аналитического решения этой задачи. Решение дифференциального уравнения тепломассообмена в резервуаре сжиженного газа

/[сх(М0 - 8гт) + смМм] = dt/[rSt -kF(t„ - /)] дает выражение для определения температуры:

"I/ftlf *

-rgt + kFt.}fkF (19)

где т - продолжительность отбора паров пропан-бутана, с; К - коэффициент теплопередачи от окружающей среды к сжиженному газу, Вт/(м?- • °С); to, t[ia4 - температура, соответственно, окружающей среды и сжиженного газа в начальный момент отбора паровой фазы", °С; F - площадь поверхности теплопередачи, м2; gr - расход газа, кг/с; сНач = с^Мо + смМп -• теплоемкость регазификационной установки, Дж/°С; сжсм - удельная массовая теплоемкость соответственно сжиженного газа и металла резервуара, Дж/(кг • °с);. Mo, Мм - соответственно начальная масса сжиженного газа и масса металла резервуара,- кг; mt - CjtifTr/KF - безразмерный показатель , характеризующий скорость изменения температуры.

Вывод зависимости для определения испарительной способности (па-ропроизводителыюсти) резервуаров сжиженного газа основан на полученном в работе дифференциальном уравнении, характеризующем изменение параметров сжиженного газа при его отборе из замкнутого объема.

Формула, по которой определяется испарительная способность, имеет

вид:

. = [ЬЛ/„(,Й - /)] / \грх{1 - ,-<*«"■.>»)] (20)

К моменту времени х температура сжиженного газа снизится до некоторого критического значения обусловленного фракционным составом газа в этот момент и минимально допустимой упругостью паров пропан-бутана в резервуаре ртш = 0,04 МПа.

С учетом, что т = ДМ/кг <ЛМ - уменьшение массы жидкости в резервуаре за период между очередными заправками), уравнение примет вид:

= [каМ0(,0 - 1пш)] / [грж(1 - е )] (27)

Полученное уравнение является трансцендентным и решается относительно паропроизводительности ёу методом последовательных приближений. По формуле (21) на ЭВМ был произведен расчет паропроизводительности резервуарных и баллонных установок, а также разработаны графики и чо-мограммы, используемые при проектировании газоснабжения животноводческих помещений с ГИИ. Правильность полученных зависимостей проверена экспериментально.

Бесперебойное поступление пропан-бутановнх'паров в животноводческие помещения соблюдается при следующем условии:

^ / Рп £ - г,) / Кн({, - О (22)

где Рн, Гп - площадь поверхности надземного и подземного газопровода; Кн. Ки - коэффициент теплопередачи от грунта к газу и от газа к наружному воздуху; Ьгр, ^ - температура грунта и наружного воздуха; -температура конденсации пропан-бутана.

Практика показывает, что в регуляторах давления часто наблюдается образование кристаллогидратных пробок, которое приводит к нарушению газоснабжения. В работе показано, что снижение температуры газа при его дросселировании в регуляторе давления происходит не только за счет эффекта Джоуля-Тбмсона, который оказывает незначительное влияние на охлаждение газа, а вследствие уменьшения степени сухости паров из-за разницы температур пропан-бутана в подзрмном резервуаре и в трубопроводе высокого давления. Термодинамические процессы гидратообразованкя

исследованы в Ь-5 диаграмме пропана (рис. 10). Термодинамический анализ процессов позволил определить критические параметры гидратообраао-вания: энтальпия 1* - 490 кДж/кг, давление Р* 686,7 кПа, температура I* « 13°С. В работе выполнен анализ влияния климатических условий и состава поставляемого газа на процессы ;юнденсатообразования в газопроводах, предложены методы и технические решения по его предотвращению, а также по предупреждению гидратообразования в регуляторах давления (теплоизоляция, ингибитирование сжиженного газа).

Автором совместно с пожарно-технической станцией УПО УВД Саратовской области были проведены испытания, которые позволили экспериментально обосновать возможность установки ГШ типа ГК-27-У мощностью 7420 Вт на расстоянии 0,5 м от деревянного потолка.

На технико-экономические показатели систем газового инфракрасного обогрева животноводческих помещений, работающих на сжиженном газе, по сравнению с традиционной системой отопления (от котельной на твердом

* ¿*, 430 *А"/,г ; Р*. 0,7МПа; *

19* е.

сг -- 4п *4*/*ч рг -- 0,45т«: -З'С.

Энтропия*Д'*/кггред

Гис.

10 Термодинамический анализ процессов дросселирования паров сжиженного газа

топливе) значительное воздействие оказывают расчетная температура наружного воздуха и стоимость топлива. Результаты технико-экономических расчетов, выполненных для различных типовых животноводческих помещений, оборудованных системой газового инфракрасного обогрева со сбросом продуктов сгорания в помещение, приведены на рис. 11. Из рисунка видно, что вариант отопления с ГШ более выгоден для всех типов животноводческих помещений.

Экономия расчетных затрат в зависимости от температуры наружного воздуха, полученной в результате усовершенствования системы газового инфракрасного обогрева, показано на рис. 12.

Экономия расчетных затрат (без учета повышения продуктивности животных) составляет в среднем 4...6 млн руб. в год на одно помещение. Усовершенствование систем дает дополнительную экономию приведенных затрат от 160 до 700 тыс. руб. в год на помещение (в ценах 1993 г.).

го "ю во во «о» Стоимость топлаеа, тк.руё/т-у.т.

Рис. И Экономия расчетных затрат в зависимости от стоимости

топлива: 1 - свинарник, 2 - птичник; 3 - телятник (цифры на кривых соответствуют расчетной температуре наружного воздуха)

Рис. 12 Экономия расчетных затрат при усовершенствовании газового инфракрасного обогрева: 1 - свинарник; 2 - птичник; 3 - телятник

ОБЦНЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ отечественных и зарубежных литературных источников по системам отопления и газоснабжения подтверждает, что газовый инфракрасный обогрев обеспечивает оптимальные параметры микроклимата в животноводческих помещениях.

2. Проведенные исследования по излучательной способности ГШ и оптимизации их основных конструктивных параметров показали, что оптимальный коэффициент живого сечения керамической насадки, перфорированной каналами цилиндрической формы, составляет 0,4-0,45. Обосновано, что установка над керамической панелью металлической жаропрочной сетки повышает лучистый КПД ГШ в 1,6-1,8 раза. Определены оптимальные параметры сеток: диаметр проволоки - 1 мм, размер стороны ячейки - 3 мм.

3. Предложен, новый аналитический метод расчета облученности сельскохозяйственных животных, который позволил разработать номограммы и график» ш выбору рациональных вариантов расположения ГИй в животноводчески» прмещенид*. Эксплуатационная, проверка полученных аналитически» зависимостей показала, достаточную сходимость результатов теоретических. и. экспериментальных исследований.

4. Нг\ основании теоретических и экспериментальных исследований спектров излучения ГШ и спектров поглощения кожи животных, а также зоогвдиевдмеских и физиологических данных обоснованы нормы допустимой о0луч|еваост» сельскохозяйственных животных различного вида и возраста.

6«. Обоснованы и разработаны методические основы расчета газового инфракрасного обогрева, животноводческих помещений для двух вариантов отопительво-вентиляционных систем: со сбросом продуктов сгорания в животноводческое домещение, с организованны« отводом продуктов сгорания н утилизацией их теплоты, что явилось основой нормативно-технических документов, используемых в практике проектирования, строительства и эксплуатации газовых инфракрасных отопнтельно-вентиля ционных систем.

Практическая ценность разработок подтверждается многолетней практикой их применения.

В. Комплексные исследования микроклимата в животноводческих помо-венняя показала, что с помощью газовых инфракрасных излучателей обеспечивается нормативные параметры внутренней атмосферы: температура, влажности воздуха, концентрация вредных примесей, облученность животных. Повышенная (иа Б-6°С) температура ограждений, в особенности пола, по сравнение о температурой воздуха обеспечивает более комфортные условия содержания животных на фермах, что способствует увеличении прироста их массы на 20...ЗОХ.

,7, Разработаны методы и технические решения по рациональному га-воонабжению животноводческих помещений пропан-бутаном, которые позволяют предупредить образование в газопроводах и регуляторах давления гавоконденсатных и кристадлогидратных пробок,увеличить на 10...16Х испарительную способность регавификационных установок сжиженного rasa и повысить надежность их эксплуатации.

Способ газификации ожиженного газа защищен авторским свидетельством, : ■

8. Экономический эффект от внедрения ГНИ по схеме со сбросом продуктов сгорания бев учета повьшения продуктивности животных составляет 4-0 мхи. рублей в год на одно помещение в средней климатической полосе

Российской Федерации. В условиях низких расчетных температур наружного воздуха (минус 25-30°С) более экономичной является усовершенствованная система газового инфракрасного обогрева с организованным отводом продуктов сгорания газа за пределы помещения. При этом дополнительная экономия расчетных затрат составляет 160-'¿20 тыс. руб. для свинарников-маточников, 350-450 тыс. руб. для телятников И 550-700 ТЫС. руб, для птичников в год на одно помещение (з ценах 1993 г.).

По теме диссертации опубликовано 92 работы, основные результаты изложены в следующих: . •

1. Изменение температуры сжиженных газов в процессе испарения // Газовая промышленность. 1964, N 12. С. 21-23 (соавт. Иванов В. А.).

2. Испарительная способность наземных резервуаров сжиженного газа // Газовое дело. 1965, N. 3. С. 11-13 (соавт. Ценцилер И. А.).

3. Изменение состава пропан-бутановой смеси при естественном испарении // Газовая промышленность. 1965, N 8. С. 8-10.

4. Возможность конденсатообразования в системах с искусственным испарением сжиженных пропан-бутанов и меры по его предупреждению // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. института "ГипроНИИГаз". Саратов, 1968. Вып. VII. С. 128-137.

5. Вопросы излучения беспламенных газовых горелок // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. института "ГипроНИИГаз". Саратов, 1968. Ьып. VII. С. 303-318 (соавт. Брюханов О. Н.).

6. Расчет эпюр облученности беспламенных газовых горелок // Газовая промышленность, 1969, N 3. С. 35-37 (соавт. Брюханов 0. Н.).

7. Влияние коэффициента живого сечения керамических плиток на эффективность работы ГИИ // Газовая промышленность. 1969, N 7. С. 27-28.

8. Оптимальный коэффициент живого сечения керамических излучающих насадок ГИИ, перфорированных цилиндрическими каналами // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. института "ГипроНИИГаз". Саратов, 1969, Вып. VIII. С. 149-167.

9. Исследование излучатель'ной способности и выбор оптимальных параметров ГИИ с металло-керамической огневой насадкой // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. института "ГипроНИИГаз". Сараю е , 1969. Вып. VIII. С. 137-148 (соавт.. Брюханов .0. Н.). - .

10. Определение количества горелок инфракрасного излучения, устанавливаемых в животноводческих помещениях // Использование газа

в народном хозяйстве, 1959, М 3. С. 9-14 (соавт. Никитин II. И., Симонов В. Н,),

11. Отопление птичников газовыми горелками инфракрасного излучения // Степные просторы, 1969, N 12. С. 40-41 (соавт. Симонов В. Н.).

12. Тепловая нагрузка птицеводческих помещений, отапливаемых газовыми горелками инфракрасного излучения // Использование гааа в народном хозяйстве, 1969, N 6. С. 53-57 (соавт. Никитин Н. И., Симонов В. Н.). I

13. Производительность 'наземных резервуаров при постоянном отборе газа // Газовая промышленность, 1970, N 11. С. 31-34.

14. Расчет количества ГШ, необходимого для отопления животноводческих и птицеводческих помещений // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та ТипроШИГаа", Саратов, 1971. Вып. IX. С. 189-155 (соавт. Никитин Н. И., Симонов В Н.).

15. Оценка спектральных характеристик ГШ при использовании их для отопления сельскохозяйственных помещений // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та 'ТипроНИИГаз", Саратов, 1971. Вып. IX. С. 214-222 (соавт. Никитин Н. И., Докукина Е. В.).

16. Методика расчета отопления животноводческих помещений при использовании ГИИ // Использование газа в народном хозяйстве, 1971, N 2. С. 34-40 (ооавт. Никитин Н. И.).

17. Определение облученности, создаваемой горелками инфракрасного излучения // Использование газа в народном хозяйстве, 1971, N 6. С'. 24-25.

18. Расчет эффективности применения газовых горелок инфракрасного излучения для отопления производственных сельскохоЬяйственных помещений // Использование газа в народном хозяйстве, 1071, N 10. С. 19-26 (соавт. Голик В. Г., Шубин А. С.).

19. Расчет систем газового инфракрасного отопления животноводческих помещений // Водоснабжение и санитарная техника, 1971, N 7. С. 19-22 (соавт. Никитин Н. И.).

20. Распределение облученности в сельховпомещениях, отапливаемых о помощью ГИИ // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та 'ТипроНИИГаз", Саратов, 1973, йып. X. С. 288-303 (соавт. Никитин Н. И., Доку)здна Е. В.).

21. Выбор варианта расположения ГИИ в сельскохозяйственных помещениях // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та 'ТипроНИИГаз". Саратов, 1972. Вып. X. С. 213-219.

22. Отопление производственных сельскохозяйственных помещений газовыми горелками инфракрасного излучения. М.: МЖКХ РСФСР, 1972. 42 с. (соавт. Голик В. Г., Никитин Н. И.).

23. Отопление сельскохозяйственных помещений газовыми горелками инфракрасного излучения // Теаксы докл. Всесоюзного совещания "Системы электромеханических средств для создания оптимального микроклимата на животноводческих фермах", М.: Россельхозиздат, 1972. С. 61-62.

24. Эффективность применения ГИИ для отопления производственных сельскохозяйственных помещений // Использование газа в народном хозяйстве: СО. науч. тр. ин-та ТипроНИИГаэ", Саратов, 1973. Вып. X. С. 160-167 (соавт. Голик В. Г., Шубин А. С., Никитин Н. И.).

26. Допустимая облученность сельскохозяйственных животных, обогреваемых газовыми горелками инфракрасного излучения // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та "ГипроНИИГаз". Саратов, 1973. Вып. X. С. 272-280 (соавт. Никитин Н. И,, Докукина Е. В.).

26. Гидратообразование при дросселировании паров сжиженного газа в регуляторах давления // Использование газа в народном хозяйстве, 1973. N 12. С. 19-25.

• 27. Предотвращение конденсации паров сжиженного газа в распределительных газопроводах // Газовая промышленность, 1973. N 11. С. 28-30 (соавт. Никитин Н. И., Карпов б. А.).

' 28. Анализ процессов дросселирования паров сжиженного газа в регуляторах давления // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та "ГипроНИИГаз". Саратов, 1974. Вып. XI. С. 331-338 (соавт. Никитин Н. И.).

29. Рекомендации по применению газовых горелок инфракрасного излучения для отопления животноводческих помещений. М.; Россельхозиздат, 1974 . 60 с. (соавт. Никитин Н. И., Мухортов В. П., Мамдеев А. Ш., Шах-мин Г. Ф. и др.).

30. Анализ процессов дросселирования паров сжиженного газа в регуляторах давления // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та "ГипроНИИГаз", Саратов,-1974. Вып. XI. С. 331-337 (соавт. Никитин Н. И.).

31. Производительность подземных резервуарных установок сжиженного газа // Жилищно-коммунальное хозяйство, 1975. N 6. С. 25-27 (соавт. Никитин II. И.). .

32. Оценка лучистого КЦЦ газовых горелок инфракрасного излучения // Использование! газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та "Гип-

роНИИГаз", Саратов. Лып. XII. С. 112-116.

33. О возможности применения газопроводов надземной прокладки при газоснабжении пропан-бутаном // Газовая промышленность, 1976, N 1. С. 62-54 (соавт,. Никитин Н. И.).

34. Влияние Фракционного состава сжиженного газа на производительность подземных резервуаров // Использование газа в народном хозяйстве, 1976. К 12. С. 16-22 (соавт. Никитин Н. И.).

35. Для газификации сельской местности Нечерноземья // Жилищно-коммунальное хозяйство, 1Ö77. N 8. С. 32-34 (соавт. Никитин Н. И.).

36. Применение баллонных установок для газоснабжения: Науч. тех. обз. Сер. "Использование газа в народном хозяйстве", М.; ВНИИЗГазпром, 1977. 26 о. (соавт. Никитин Н. И.).

37. Излучение газовых инфракрасных излучателей с керамическими огневыми насадками, перфорированными кантлами конической формы // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та "ГипроНИИГаз", Саратов. 1977, Вып. XIII. С. 130-148.

38. Предупреждение конденсатообразования пропан-бутана в газопроводах // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та "ГипроНИИГаз". Саратов. 1977. Вып. XIII. С. 189-198.

39. Особенности применения баллонных установок для газоснабжения // Экспресс-информация: Серия "Газовое хозяйство", 1977, N 3, ЦБНТИ ШКХ РОХСР. 18 о. (соавт. Никитин Н.И., Струговщикова Л. В.).

40. Централизованное газоснабжение потребителей пропан-бутаном'." Науч. техн. обз. Сер. "Использование газа в народном хозяйстве". М.: ВНИИЭГазпром, 1977. 36 о. (соавт. Никитин Н. И.).

41. Перспективы использования испарителей ii подогревателей в системах газоснабжения: Науч. техн. обз. Сер,: "Газовое хозяйство". М.1 ШКХ РСЯСР, 1Р78. 56 с. (соавт. Никитин Н. И., Дудин И. В., Адинс-ков В. П.).

42. Повышение эффективности газоснабжения пропан-бутаном // Развитие коммунальной энергетики:. Сб. отатей. Орел; Приококое кнкжн. изд., 1978. С. 184-189.

43. Снабжение потребителей пропан-бутановоздушными смесями // Газовая промышленность, 1979, N 7. С. 56-58 (соавт. Гунбин Ю. А., Ценци-перБ. И.). 1

'44. Газоснабжение сед от баллонных установок // Жилищно-коммунальное хозяйство. 1979, N 7. С. 20-21.

4fi. Газоснабжение потребителей пропал-бутаном // Газовая промышленность, 1970. N .10. С. СО-60 (соавт. Никитин Н. И.).

46. Условия эксплуатации надземных газопроводов при газоснабжении // Использование газа в народном хозяйстве, 1980. N 2. С. 14-21 (соавт. Цонципер П. И.).

47. Применение установок по производству пропан-бутановоздушных смесей для газоснабжения'. Оба. информ. БНИИЗГазпрома. Сер:Использование газа в народном хозяйстве" 1980. Вып.1. 26 с. (соавт. Кротов Л.П.).

48. Использование газовых горелок // Степные просторы, 1981, N 3. П. 53-Б4 (соавт. Никитин Н. И., Струговщикова Л. В'.).

49. Усовершенствование систем отопления животноводческих помещений при использовании газовых горелок инфракрасного излучения применительно к условиям Нечерноземной зоны P0SCP // Отчет НИР, ТипроНИИГаз, Н ГР 7901ЯЭ34. Саратов, 1981. 7В о. {соавт. Струговщикова Л. В., Шела-гуровя К. В.).

ЬО. Ндиинио солнечной радиации на температуру нагрева сжиженного газа в баплоиах // Использование газа в народном хозяйстве, 1981. N 8. С. 29-34.

- 51. Температура сжиженного газа в банлоне при «го транспортировании и хранении в зимнее время // Использование газа в народном хозяйстве; Сб. науч. тр. ин-та ТипроНИИГаз", Саратов, 1982, 1"ып. XV. С. 67-71 (соавт. Никитин )). И,, Струговщикова Л. В.).

52. Газовый инфракрасный обогрев животноводческих помещений о отводом продуктов сгорания системой вентиляции // Использование газа в народном хозяйстве, 1982. N 9. С. 17-19 (соавт. Струговщикова JÍ. В.).

53. Расчет испарительной способности подземных резервуаров сжиженного газа // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. ин-та ТипроНИИГаз". Саратов, 1SS4. Вып. XVI. С. 90-94 (соавт. Никитин Н. И.).

54. Отопление животноводческих помещений горелками инфракрасного получения // Водоснабжение и санитарная техника, 1985, N 2. С. 24-26.

55. Газовый инфракрасный обогрев животноводческих помещений '(монография). Саратов: Изд-вО Capar.гос.ун-та.1986. 157 с.

56. Газовый инфракрасный обогрев- животноводческих помещений // Птешше просторы, 1988, 11 4. С. 33. • •

57. .Исследование брудера с газовым инфракрасным излучателем // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания

в АПК СНГ: Материалы межгосударственного научно-технического семинара. Саратов; Изд-во Сарат.гос.ун-та.19Э4.Внп.5.С.12&-128.

Б8. Спектры поглощения сельскохозяйственных животных // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ: Материалы межгосударственного научно-техниыеского семинара. Саратов; Изд^во Сарат.гос.ун-та. 1994.Виа.6.С. 121-124.

. Б9. А. С. N 666945 СССР, М. Кл Г 17 С 9/02. Способ газификации сжиженного углеводородного Газа. N 2029218, Заявл. 30.05.74. Опубл. 09-.04.1979. Ешд. N 53 (соайт. Никитин Н. И.).

Подписано в печать 21.02.96 Уч.-яад.д. 1,9

Тираж 100. Заказ 253

Подрав деле яде оперативна полнграфян Саратовского Ц1ПГИ, 410600, г.Саратов, ул.Вавилова, 1/7