автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Параметры и режимы работы электрообогревателя с фазопереходным материалом для свинарников-маточников

На правах рукописи

СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ ПАНЧЕНКО

ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЯ С ФАЗОПЕРЕХОДНЫМ МАТЕРИАЛОМ ДЛЯ СВИНАРНИКОВ-МАТОЧНИКОВ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Зерноград, 2008 ^ 5

вен да»

003456310

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»

Научный руководитель:

кандидат технических наук профессор Сергей Михайлович Воронин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Николай Васильевич Ксёиз; кандидат технических наук профессор Дмитрий Александрович Нормов

Ведущее предприятие:

Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический инсти тут механизации и электрификации сельского хозяйства» (ГНУ ВНИПТИМЭСХ)

Защита состоится «13 » (¡ЛУ^АтИ- 2008 года в часов па заседании

диссертационного совета ДМ 220.001.01 при ФГОУ ВПО АЧГАА по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина, 21, в зале диссертационного совета. Тел./факс (8-86359) 43-3-80

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА Автореферат разослан «/¿_» 2008 г.

Ученый секретарь диссертациониого совета доктор технических наук профессор & Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективным средством для создания благоприятного микроклимата в свинарниках-маточниках являются средства местного обогрева молодняка животных. Для местного обогрева широкое применение нашли электрообогреваемые полы и панели. Однако такие обогреватели имеют недостаток: они быстро охлаждаются в случае их отключения от сети. Сутки по тарифам на электроэнергию разделены на три зоны: ночную - длительностью 8 ч; пиковую - 2 и 4 ч и дневную - 10 ч. Тарифы в этих зонах формируются с помощью дифференцирующих коэффициентов, равных соответственно 0,5; 1,25 и 1,0. Следовательно, использование электрообогрева будет экономически более выгодно при включении электрообогревателя в часы минимума нагрузки.

Повысить экономичность эксплуатации системы местного электрообогрева за счет перевода на дифференцированные по времени суток тарифы возможно при применении аккумулирования тепловой энергии. Одним из наиболее перспективных направлений развития аккумулирования является использование веществ, претерпевающих изменение агрегатного состояния при работе. Принцип аккумулирования теплоты заключается в том, что материал накапливает значительное количество тепловой энергии при переходе из твердого состояния в жидкое (в период плавления) и отдает накопленную теплоту при затвердевании.

Применение таких веществ позволяет значительно увеличить время зарядки - разрядки аккумулятора, при этом температура остается постоянной из-за постоянства температуры плавления материала, что значительно увеличивает комфортность содержания животных.

Реализация такого способа обогрева потребовала соответствующих исследований, чему и посвящена настоящая диссертация.

Цель работы — научное обоснование параметров и режимов работы напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом для свинарников-маточников, обеспечивающего переход па льготные тарифы оплаты электроэнергии.

Объектом исследовании является система местного электрообогрева с фазопереходным рабочим телом.

Предметом исследований являются температурные и энергетические характеристики напольного обогревателя с фазопереходным материалом.

Научная гипотеза - количество аккумулированной тепловой энергии в напольном электрообогревателе можно повысить путем использования фазоле-реходного материала, обеспечивающего увеличение времени его охлаждения и переход на льготные тарифы оплаты электроэнергии.

Рабочая гипотеза - путем определения месторасположения фазопере-ходного материала и его массы в нагревателе можно управлять режимами работы и временем охлаждения в зависимости от температуры на его поверхности.

Методы исследования. В работе использованы теоретические основы теплотехники, методы математического моделирования процессов теплопередачи и фазовых переходов, протекающих в напольном обогревателе; методы численного решения разработанной математической модели; методы математической статистики и регрессионного анализа; современные методы экспериментальных исследований (использование автоматического поддержания заданной температуры, использование компьютера для регистрации измерительных приборов).

Научной новизной работы является использование фазопереходного материала в напольном электрообогревателе, обеспечивающего увеличение времени его охлаждения и переход на льготные тарифы оплаты электроэнергии, анализ и обобщение теоретических и экспериментальных исследований, в результате которых получены:

- математическая модель напольного обогревателя с фазопереходным те-плоаккумулирующим материалом и алгоритм моделирования;

- зависимость времени фазовых переходов в нагревателе от массы фазопереходного материала и температуры окружающего воздуха;

- параметры и режимы работы напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом.

Практическая ценность работы. Использование напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом позволит:

- уменьшить затраты на электроэнергию при переводе на дифференцированные по времени суток тарифы более чем на 13% но сравнению с напольным обогревателем без фазопереходного материала таких же массово-габаритных показателей;

- сократить расход бетона при изготовлении напольных обогревателей на 55%;

- получить экономический эффект от внедрения напольного обогревателя с фазопереходным материалом в размере 553,3 руб. с 1 м2.

На защиту выносятся следующие положения:

1) Математическая модель процессов теплопередачи напольного обогревателя с фазопереходным материалом.

2) Алгоритм и программа численного моделирования процессов нагрева и

охлаждения.

3) Параметры и режимы работы напольного обогревателя с фазопереходным

материалом.

Личный вклад автора. В ходе научных исследований автором непосредственно сформулирована концепция работы, сформулированы задачи исследований, определена методика проведения теоретических и экспериментальных исследований, проведен анализ результатов экспериментальных исследований и сформулированы научные выводы.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены на научных конференциях по итогам НИР ФГОУ ВПО АЧГАА в 2006-2008 годах и ФГОУ ВПО СгГАУ в 2006 году.

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе одна работа — в издании из перечня ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов основной части, выводов, списка литературы из 125 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, решение проблемы отопления свинарников-маточников при помощи средств местного электрообогрева, необходимость аккумулирования тепловой энергии в напольных электрообогревателях за счет фазопереходных теплоаккумулирующих веществ. Особо выражается благодарность первому научному руководителю, кандидату технических наук, доценту | В .Т. Фомичеву |.

Первая глава «Состояние вопроса в области обеспечения микроклимата в свинарниках-маточниках» посвящена анализу современных систем местного электробогрева в свинарниках-маточниках. Выявлено, что наиболее простым и перспективным является контактный способ электрообогрева. Был проведен обзор и критический анализ существующих напольных электрообогревате лей. Оказалось, что все они обладают малым временем охлаждения при отключении их от сети. Использование массивных напольных обогревателей приводит к увеличению времени охлаждения, но это ведет к увеличению габаритов конструкции, и, соответственно, к увеличению стоимости.

Для совершенствования системы напольного электрообогрева предложено аккумулирование тепловой энергии непосредственно в самом обогревателе за счет применения фазопереходных материалов. Принцип аккумулирования теплоты заключается в том, что материал накапливает значительное количество тепловой энергии при переходе из твердого состояния в жидкое (в процессе плавления) и отдает накопленную теплоту при затвердевании (в процессе кристаллизации). В процессе фазового превращения вещества его температура не изменяется, а выделяется теплота фазового перехода.

Для реализации этого направления принята следующая научная гипотеза: количество аккумулированной тепловой энергии в напольном электрообогревателе можно повысить путем использования фазопереходного материала, обеспечивающего увеличение времени его охлаждения и переход на льготные тарифы оплаты электроэнергии.

Рабочая гипотеза - путем определения месторасположения фазопереходного материала и его массы в нагревателе можно управлять режимами работы и временем охлаждения в зависимости от температуры на его поверхности.

Из-за высокой тепловой инерции такого обогревателя будет уменьшено время работы электронагревателя в часы максимума потребления электрической энергии, что приведет к снижению стоимости потребленной электроэнергии.

Большой вклад в совершенствование систем аккумулирования тепловой энергии при помощи фазопереходных материалов внесли М.И. Куколев, В.Н. Данилин, A.B. Лыков, В.И. Жидких, А.И. Пехович, В.Т. Фомичев и другие. Задачи исследования:

1. Провести анализ существующих систем местного электрообогрева поросят-сосунов в свинарниках-маточниках и наметить пути их совершенствования.

2. Провести теоретические исследования процессов теплопередачи в напольном электрообогревателе с фазопереходным материалом, разработать математическую модель и установить возможность эффективного использования электроэнергии.

3. Разработать макет напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом, экспериментально проверить математическую модель и обосновать параметры и режимы работы, обеспечивающие комфортную температуру на поверхности напольного обогревателя при минимальных затратах на электроэнергию.

4. Провести моделирование режимов работы электрообогревателя с фазопереходным материалом в условиях, приближенных к реальным, и технико-экономический анализ его использования.

Во второй главе «Разработка математической модели теплоаккуму-лирующего напольного электрообогревателя» проведена постановка математической задачи процессов теплопередачи в напольном электрообогревателе с

* X

фазопереходным теплоаккумули-

— решения.

1 рующим материалом и разработан алгоритм её численного

1 - слой бетона; 2 - слой фазопереходного материала Рисунок 1 - Поперечный разрез напольного электрообогревателя

о

На рисунке 1 приведен поперечный разрез рассматриваемого напольного электрообогревателя, в котором между слоями бетона располагается слой фазопереходного материала, на нижней границе располагается нагревательный провод.

теплопередачи в напольном

(1) (2)

(3)

(4)

(5)

где I - температура, °С; т - время нагрева, с; аь, аФт, афЖ - температуропроводность бетона и фазопереходного материала в твердом и расплавленном состоянии соответственно, м2/с; х - пространственная координата, м; 1) - расстояние от плоскости нагревательного провода до нижней границы слоя фазопереходного материала, м; 12 — расстояние от плоскости нагревательного провода до верхней границы слоя фазопереходного материала, м; £(т) - функция перемещения границы фазового перехода, м; 5 - толщина обогревателя, м; /чы, /-фж - теплопроводность фазопереходного материала в твердом и расплавленном (жидком) состоянии соответственно, Вт/(м-°С); Ь - теплота плавления (кристаллизации), Дж/кг; Рфт- плотность фазопереходного материала в твердом состоянии, кг/м3.

Уравнение (1) является нестационарным уравнением теплопроводности в слое бетона, расположенного между нагревательным проводом и фазопереход-ным материалом, уравнение (5) - слоя бетона, расположенного над фазопере-ходным материалом. Уравнение (2) описывает нестационарный процесс нагрева фазопереходного материала в твердом состоянии до температуры плавления, уравнение (3) - то же самое для расплавленного состояния, при температуре выше температуры плавления. Уравнение (4) - условие непрерывности теплового потока для подвижной границы фазового перехода.

При этом необходимо использовать следующие граничные условия: - Граничное условие на поверхности электрообогревателя 1(5, т):

-ХБ£=а(1п-и (6)

где ^б - теплопроводность бетона, Вт/(м-°С); а - коэффициент теплоотдачи от поверхности обогревателя, Вт/(м2-°С); ^ — температура на поверхности обогревателя, °С; ^ - температура воздуха внутри помещения, °С.

Математическая постановка задачи процессов обогревателе имеет следующий вид:

'а = 54

5т 5 х 2

51 д\ . е. . 5т 5х

^ ^ К/- X

5т = афЖ5х2'

„ дг ск ¿^

Кж - Кт . = ЬрФТ --, X = 4(т),

ох ох ат

81 дЧ .

- = а, - 1, <х<5.. 5т 5х

- Граничное условие в нижней плоскости обогревателя, в плоскости электронагревательного провода:

1(0>т) = 111ет'+1у(1-е^)> (7)

где 1н - начальная температура в плоскости нагревательного провода, °С; Т - постоянная времени нагрева, с; — установившаяся температура в плоскости нагреваемого провода, °С.

Также необходимо задать начальное распределение температуры по толщине обогревателя (начальное условие):

1(х,0) = Дх). (8)

При составлении математической модели были сделаны следующие допущения:

- переменные коэффициенты теплопроводности X, теплоотдачи а и удельная теплоемкость с зависят только от агрегатного состояния, в котором находится вещество, и не зависят от температуры материала;

- не учитывались потери теплоты с нижней поверхности пола и торцевых поверхностей, то есть температурное поле принято одномерным (температура изменяется только вдоль оси х);

- границы расположения фазопереходного материала неизменны;

- фронт фазового перехода представляет собой резкую границу на разделе фаз.

Численное решение поставленной математической модели производилось методом конечных разностей. Его суть состоит в расчете температуры в конечном числе точек.

Задача состоит в отыскании функции фс, т), удовлетворяющей области 0<х<5;0<т< Тцагр» где тцЛгр - время, в течение которого рассматривается процесс. Для этого построим в исследуемой области равномерную прямоугольную сетку с шагом Ьх в направлении х и шагом Ьг - в направлении т.

Уравнение для нахождения функции 1(х, т) выглядит следующим образом:

и^^.ПнНМ-^К (9)

где Бо - критерий Фурье.

Численное решение уравнения теплопроводности при наличии фазового перехода производилось при помощи метода сглаживания коэффициентов. Для решения поставленной задачи по этому методу вычисления ведутся во всех узлах сетки по одним и тем же формулам, независимо от того, лежит или не лежит узел на поверхности фазового перехода. Следовательно, можно применить разностные схемы сквозного счета, которые характеризуются тем, что граница раздела фаз явно не выделяется и для расчета можно воспользоваться той же самой равномерной сеткой.

При решении по этому методу процесс плавления (кристаллизации) фазо-переходного материала рассматривается не при конкретной температуре фазового перехода 1Ф, а на участке от (1Ф - А) до (1Ф + Д).

Сглаженная объемная теплоемкость определяется из выражения:

' >ТРфт. К^-А,

с =

ЬрФТ 2А

■ +с„ 2

t>U+A.

1Ф-Д<1<1Ф+А,

(Ю)

где СфТ, СфЖ - удельная теплоемкость твердой и жидкой фазы фазопереходного материала соответственно, Дж/(кг • °С); рФТ - плотность фазопереходного материала в твердом состоянии, кг/м3.

Сглаженный коэффициент теплопроводности имеет следующее выражение:

^ФТ 1<1ф -А,

^ФТ + ;>1ФЖ , UHt-O

~Г 2 2-Д

^ФЖ , t>t„ + Д.

1Ф-Д<1<1Ф+Д,

(И)

где ХфТ, ХфЖ - теплопроводность твердой и жидкой фазы фазопереходного материала соответственно, Вт/(м-°С).

Таким образом, решение разбилось на три участка со своими коэффициентами для каждого из них:

- нагрев твердого фазопереходного вещества до процесса фазового перехода (при температуре меньшей, чем t0 - А);

- процесс фазового перехода (от to - А до to + А);

- процесс нагрева расплавленного фазопереходного материала (при температурах выше t0 + А).

Для численного решения математической модели был составлен алгоритм расчета температурного поля в напольном обогревателе с фазопереходным веществом, на основании которого была составлена программа расчета в программном приложении Borland Delphi 7.0. Рассмотрим температурное поле, рассчитанное по разработанной программе для бетонного напольного обогревателя толщиной 5 = 4 см со слоем фазопереходного материала толщиной 5Ф = 1 см, расположенного на глубине Ьф = 2 см. В качестве фазопереходного материала будем рассматривать глауберову соль. Температуру окружающего воздуха принимаем равной tB = 10 °С, коэффициент теплоотдачи аБ = 15 Вт/(м2-°С), поверхностная мощность нагревательного провода Р0 = 300 Вт/м2.

Изменение температуры напольного обогревателя с фазопереходным материалом и без него таких же массово-габаритных показателей в зависимости от времени приведено на рисунке 2.

--с фазопереходным ------- -без фазопереходного

материалом материала

1 - в плоскости нагревательного провода; 2 - на расстоянии 1 см от нагревательного провода; 3 - на расстоянии 2 см; 4 — 3 см;

5 - на поверхности обогревателя Рисунок 2 - Температурное поле при расчете по разработанному алгоритму

Время охлаждения обогревателя с фазопереходным материалом по сравнению со временем охлаждения электрообогревателя без фазопереходного материала таких же массово-габаритных показателей существенно увеличилось. От 30 до 22 °С (рекомендуемая температура на поверхности обогревателя в свинарниках-маточниках) температура на поверхности обогревателя с фазопереходным материалом снизилась за 4,25 ч, без фазопереходного материала за 1,6 ч. Следовательно, при применении фазопереходного вещества можно существенно увеличить количество аккумулированной тепловой энергии при тех же массово-габаритных показателях напольных обогревателей.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом» приведена программа и методика экспериментальных исследований. Для проведения экспериментальных исследований был изготовлен стенд, представляющий собой пенал размерами 1200x600*240 мм, приведенный на рисунке 3. Вместо бетона в экспериментальных исследованиях применялся песок. Внутри пенала располагался нагревательный провод ПНП02, а также фазопереходный материал в трубках, герметичных с одного конца. На другом конце была установлена выходная трубка меньшего диаметра для компенсации изменения объема при фазовом переходе.

Для регулирования мощности нагревательного провода использовался трансформатор напряжения АОСН-8-220. Для измерения мощности, потребляв-

мой электронагревательным проводом, напряжения и силы тока использовался приборно-измерительный комплекс К505.

1 - пенал;

2 - песок;

3 - трубка с фазопереходным материалом;

4 - термопара;

5 — аналого-цифровой преобразователь

Рисунок 3 - Макет напольного обогревателя

Для снятия температурного поля макета напольного обогревателя применялся аналого-цифровой преобразователь PCL 818HG с девятью термопарами TXK(L)-KI1.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом» проведен анализ полученных экспериментальных данных. Были проведены экспериментальные исследования при различных фазопереходных материалах, при различной массе фазопереходного материала шф, при изменении толщины обогревателя 8, при изменении варианта расположения фазопереходного материала (изменялась толщина слоя фазопереходного материала 8Ф, глубина укладки Ьф и шаг укладки hy).

Поскольку опыты проводились на песке, а в реальных условиях используется бетон, то все экспериментальные температурно-временные зависимости были приведены к бетонному напольному обогревателю. Перевод температуры поверхности обогревателя осуществлялся при помощи уравнения (кБ - 1 )• At, где At - разница температуры на поверхности обогревателя и температуры окружающего воздуха, кв — поправочный коэффициент, принятый равным 1,2. Такое значение поправочного коэффициента было принято из сравнения кривых нагрева и охлаждения бетонного обогревателя, данные о которых были приняты из литературных источников и проведенных экспериментальных исследований.

В проводимых опытах использовалось два типа фазопереходного тепло-аккумулирующего вещества - парафин Г1-2 с теплотой фазового перехода L=150 кДж/кг и температурой фазового перехода t®= 54 °С и глауберова соль (Na2S04-1ОГЬО) с L=250 кДж/кг и t®=32,4 °С. Установлено, что при применении

глауберовой соли время фазового перехода существенно выше. Это объясняется более высокой теплотой плавления глауберовой соли.

На рисунке 4 представлено изменение температуры на поверхности обогревателя при нагреве и охлаждении в опытах с различной массой фазопереход-ного материала. Для исследования влияния количества фазопереходного материала на температурное поле обогревателя были проведены опыты с массой глауберовой соли 1,8; 2,6; 4 и 5,7 кг.

а) нагрев

т, ч

т, ч

б)охлаждение - теоретические данные

--экспериментальные данные ------

1 - тфм=1,8 кг; 2 - тФМ=2,6 кг; 3 - тфм=4 кг; 4 - тфм=5,7 кг

Рисунок 4 — Изменение температуры на поверхности обогревателя при нагреве с различным количеством фазопереходного материала

Длительность фазового перехода т, температура на поверхности обогревателя в его начале ^ и конце 1К при охлаждении напольного обогревателя приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Температу

за на поверхности обогревателя при кристаллизации

шФМ, кг 1н,"С т, ч 1в,иС

1,8 14,7 14,6 0,5 6

2,6 13,8 13,7 1,0 0

4,0 15,6 15,0 1,5 4

5,7 17,3 17,2 2,25 14

При массе ФМ 1,8 кг время кристаллизации составило 0,5 ч, 2,55 кг - 1 ч, 5,7 кг - 2,5 ч, следовательно, увеличение количества фазопереходного материала приводит к увеличению времени изменения агрегатного состояния (плавления и кристаллизации).

Для исследования изменения температуры поверхности обогревателя в зависимости от расположения фазопереходного материала был проведен ряд опытов, в которых высота песка бралась 5=4 см, масса фазопереходного материала (глауберовой соли) тф=4 кг, а фазопереходный материал, расположенный в трубках диаметром 2 см располагался на расстоянии Ьф=1; 2 и 3 см. Графики

изменения температуры на поверхности обогревателя в зависимости от времени при нагреве и охлаждении для этих случаев приведены на рисунке 5.

а) нагрев б) охлаждение

--экспериментальные данные--------- - теоретические данные

1 - Ьф=3 см; 2 - Ьф=2 см; 3 -Ьф=1 см Рисунок 5 - Изменение температуры на поверхности напольного обогревателя при изменении расстояния от фазопереходного материала до поверхности

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что уменьшение расстояния от поверхности обогревателя до центра трубок с фазопереходным материалом приводит к увеличению температуры на поверхности обогревателя во время плавления (кристаллизации), следовательно, путем изменения месторасположения фазопереходного материала в нагревателе можно управлять температурой на поверхности обогревателя во время фазового перехода.

Также во время опытов было исследовано температурное поле обогревателя при расположении фазопереходного материала сплошным слоем (Ьу = 0 см) и при изменении расстояния между трубками с фазопереходным материалом (Ьу = 1 и 2 см).

Изменение температуры на поверхности обогревателя в зависимости от времени представлено на рисунке 6, результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 2. Показатель А1 обозначает разность между температурой на поверхности обогревателя в начале и конце процесса плавления (кристаллизации).

Таблица 2 - Температура на поверхности обогревателя при плавлении

(кристаллизации) фазопереходного вещества

Шаг между трубками Нагрев Охлаждение

*н> °С 1к,°С А1,°С 1„,°С 1к,°С А1, °С

Ьу=0 см 18,7 19,8 1Д 17,3 17,0 0,3

Ьу=1 см 23,7 26,4 2,7 23,4 22,2 1,1

Ьу=2 см 22,6 26,9 4,3 25,8 20,7 5,1

Т -У -

а) нагрев б) охлаждение

- - экспериментальные данные ------- - теоретические данные

1- Ьу=0 см; 2 — Ьу=1 см; 3 - Ьу=2 см Рисунок 6 - Изменение температуры на поверхности напольного обогревателя с различным шагом расположения фазопереходного материала

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что при расположении фазопереходного материала с шагом в процессе фазового перехода температура на поверхности не остается постоянной, а изменяется, и чем больше шаг в расположении фазопереходного материала, тем больше это изменение. Это происходит из-за того, что часть теплового потока идет на изменение агрегатного состояния фазопереходного материала, а часть - на изменение температурного поля напольного обогревателя.

А в связи с тем, что температура на поверхности обогревателя должна изменяться в зависимости от возраста молодняка животных, то возможно регулирование температуры на поверхности обогревателя при изменении агрегатного состояния вещества.

В реальных условиях на температурное поле в напольном обогревателе влияет тепловой поток, идущий от лежащего животного. Молодняк животных в дневное время 75% времени проводит в лежащем положении (отдых и сон), остальное - в активном движении, в ночное время - в основном только в лежащем положении (сон). Поэтому для учета влияния лежащего животного в экспериментальных исследованиях смоделированы два режима работы напольного обогревателя:

- при включении электронагревательного элемента (провода) в дневные часы и отключении его в ночные часы;

- при включении электронагревательного элемента (провода) в ночные часы и отключении его в дневные часы.

При моделировании дневных часов работы макет молодняка животных, температура в котором поддерживалась 39 °С, ставился на обогреватель на 45 минут и снимался на 15 минут. При моделировании ночных часов работы макет оставался на поверхности обогревателя все время. Макет молодняка

животных представляет собой электрогрелку, температура которой поддерживалась постоянной при помощи регулятора температуры. Температура фиксировалась в плоскости нагревательного провода под животным, на верхнем уровне фазопереходного материала под животным, на поверхности обогревателя под животным и без него.

Полученные данные позволяют сделать вывод, что влияние лежащего животного на температурное поле обогревателя можно характеризовать следующими поправочными коэффициентами:

- время нагрева в ночное время уменьшается в 2,7 раза, в дневное время - в 2,1 раза,

- время охлаждения ночью увеличивается в 2,8 раза, днем - в 2,2 раза.

Учитывая, что математической моделью при инженерных расчетах

пользоваться затруднительно, были составлены уравнения регрессии для определения температуры на поверхности обогревателя при нагреве и охлаждении, времени плавления и кристаллизации, температуры на поверхности во время фазового перехода и приращения температуры на поверхности за время фазового перехода.

Температура на поверхности обогревателя при нагреве определяется из выражения (коэффициент детерминированности 112=0,954) 1,,=22,16 + 0,371,,- 4,9шф- 72,35 - 349,2ЬХ + 433,1ЬУ + 6,06т +

+ 0,66шф2- 0,71т2+ 0,04т3 (12)

Температура на поверхности при охлаждении (Я2=0,917) 1„=85,83 + 1,41в-8,02тФ-816,85-384,1ЬХ+566,7ЬУ- 11,62т +

+1,42т2-0,061т3- 0,1 Ив2 + 211,1 тф-5 (13)

Время фазового перехода:

■ плавления (Я2 = 0,992)

Тф„= 0,018^ + 0,344шф (14)

■ кристаллизации (Я2 = 0,992)

тф,,= 0,0931ц - 0,059тф1в + 0,007гв2 + 0,133тф2 (15)

Температура на поверхности во время фазового перехода (Я2 = 0,85)

^ = 22,93 + 0,5 51в- 309,1 Ьх (16)

Приращение температуры на поверхности обогревателя:

■ за время плавления (Я2 = 1)

А1Ф„= 15125ЬУ2-33,75ИУ +0,625 (17)

■ за время кристаллизации (И2 = 1)

А1ФП= 14589ЬУ2- 127,67ЬУ+0,318 (18)

В результате проведенной обработки опытных данных можно сказать, что экспериментальные и теоретические значения находятся в доверительном интервале, коэффициент детерминированности И2 находится в пределах от 0,85 до 1. Статистический анализ коэффициентов регрессии по критерию Стыодента показал их значимости при принятом уровне значимости а = 0,01.

Температура на поверхности обогревателя в первую неделю жизни животных должна составлять 30 °С с последующим снижением до 22 °С. При температуре 22 °С поросята содержатся 3 недели. Поскольку, при расположении фазопереходного материала с шагом температура на поверхности фазопереходного материала при изменении агрегатного состояния изменяется, то рекомендуем в электрообогревателе принять шаг между трубками Ьу = 2 см, температура на поверхности обогревателя при этом изменится на 4,3 °С.

Для создания теплоаккумуляционного резерва при температуре на поверхности обогревателя 22 С принимаем температуру в начале процесса плавления 20 °С, следовательно, температура в конце плавления будет равна 25 °С. Для этого фазопереходный материал должен располагаться на глубине Ьф = 4,8 см, толщину обогревателя принимаем равной 5 = 6 см. Основные размеры рекомендуемого напольного обогревателя приведены на рисунке 7.

20 40 1 2 3 та 1 с

-}— /— г ^ 1-бетон;

2 - трубки с фазопере-ходным материалом;

3 - электронагревательный провод

Рисунок 7 - Поперечное сечение напольного электрообогревателя

Для сравнения режимов работы обогревателей с фазопереходным материалом и без него одинаковых массово-габаритных показателей были построены графики изменения температуры на поверхности обогревателя в течение суток с учетом влияния теплового потока, идущего от лежащего животного, приняв возможные допустимые отклонения температуры на поверхности обогревателя ±1 °С.

Для уменьшения стоимости за потребленную электроэнергию необходимо выполнять следующие рекомендации:

- при начале электропотребления по льготному тарифу (23 ") температура на поверхности обогревателя должна быть минимальной, по окончании ночной зоны (7~) - максимальной, для возможно большего включения электронагревательного провода в часы отпуска электрической энергии по льготному тарифу;

- перед пиковой зоной (9— и 17е2) температура должна быть максимальной, по её окончании (11 ~ и 21~) - минимальной, чтобы время включения электронагревательного провода было минимальным.

Для автоматического регулирования температуры на поверхности обогревателя с учетом приведенных выше рекомендаций была разработана схема управления включением нагревательного провода в сеть и алгоритм,

по которому происходит регулирование температуры на поверхности обогревателя в зависимости от времени суток.

На рисунке 8 приведено изменение температуры на поверхности обоих обогревателей в течеггие суток при поддержании на поверхности обогревателя 22 °С (в шестую, седьмую и восьмую неделю жизни) по разработанному алгоритму, рассчитанное теоретически. Аналогичные графики были также

т, ч г, ч

а) без фазопереходного материала б) с фазопереходным материалом

Рисунок 8 - Изменение температуры на поверхности обогревателя в течение суток для 22 °С

Количество потребленной электроэнергии при использовании фазопере-ходных материалов не изменится, поскольку теплоотдача с поверхности обогревателя в обоих случаях будет одинакова, но, за счет работы напольного обогревателя в пиковые часы отпуска электроэнергии за счет аккумулированной теплоты снижается стоимость потребленной электроэнергии.

При температурах на поверхности обогревателя 22, 24 и 25 °С нагревательный провод можно не включать в часы пикового тарифа, в отличие от обогревателя без фазопереходного материала. Это режимы работы при процессе изменения агрегатного состояния фазопереходного материала. При более высокой температуре на поверхности обогревателя (26, 28 и 30 °С) работа будет происходить при полностью расплавленном фазолереходном материале. Но, поскольку теплоемкость расплавленной глауберовой соли выше, чем теплоемкость бетона, то охлаждение обогревателя с фазопереходным веществом будет происходить медленнее, чем обогревателя без фазопереходного материала.

В пятой главе «Технико-экономическое обоснование применения напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом» произведен расчет экономической эффективности от внедрения предложенного напольного электрообогревателя.

Установлено, что за счет меньшего времени включения в часы с пиковым тарифом на электроэнергию её стоимость при использогзании фазопереходного материала снизилась на 12,6%. При сравнении вариантов использования на-

польного обогревателя стоимость за потребленную электроэнергию снизилась на 13,2% при переходе на дифференцированные по времени суток тарифы с од-ноставочного.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Известные средства местного обогрева не позволяют использовать их в свинарниках-маточниках в периоды льготного потребления электроэнергии, что снижает эффективность применения электроэнергии. Применение напольных электрообогревателей с фазопереходным материалом в свинарниках-маточниках затруднено из-за того, что температура на поверхности обогревателя должна изменяться в зависимости от возраста содержащихся на них животных. Это потребовало проведения исследований напольных электрообогревателей с фазопереходным материалом.

2. Теоретические исследования процессов теплопередачи показали, что продолжительность сохранения комфортной температуры зависит от тепловых характеристик фазопереходного материала и его массы, а температура на поверхности в период фазовых превращений зависит от пространственного положения фазопереходного материала по отношению к нагревательному проводу, что должно учитываться математической моделью напольного электрообогревателя.

3. Реализация разработанной математической модели процессов нагрева и охлаждения напольного электрообогревателя показала, что за счет кристаллизации фазопереходного материала можно сохранять температуру на его поверхности в интервале комфортных значений в течение 3-4 часов после отключения. Экспериментально установлено, что для обеспечения температурных режимов в свинарнике-маточнике наиболее приемлемо использовать в качестве фазопереходного материала глауберову соль, теплота фазового перехода которой обеспечивает увеличение времени плавления в 1,5 раза, по сравнению с парафином П-2.

4. Экспериментальные исследования подтвердили теоретические предположения о процессах нагрева и охлаждения и позволили получить значимые уравнения линейной регрессии. Было установлено, что время плавления фазопереходного материала находится в линейной зависимости от массы глауберовой соли и температуры окружающего воздуха, а температура на поверхности во время фазового перехода прямо пропорциональна температуре окружающего воздуха и обратно пропорциональна глубине заложения глауберовой соли. При увеличении шага расположения фазопереходного материала увеличивается приращение температуры на поверхности обогревателя за время фазового перехода. Эта зависимость описывается полиномом второй степени.

5. Экспериментально установлено, что животные оказывают экранирующее влияние на температурное поле обогревателя, уменьшая при фазовом переходе время нагрева до достижения заданной температуры в 2,7 раза в ночное время и в 2,1 раза в дневное время. При этом время сохранения комфортных

температур увеличивается в 2,8 раза в ночное время (с 4,6 часа до 12,9 часа) и 2,2 раза в дневное время (с 4,6 часа до 10,1 часа).

6. Математическое моделирование, экспериментальные исследования и испытания опытного образца показали, что в свинарниках-маточниках необходимо применять обогреватели со следующими параметрами: толщина пола -6 см, масса фазопереходного материала - 11,1 кг на 1 м2 обогреваемого пола, располагать фазопереходный материал необходимо с шагом 2 см на глубине 4,8 см. При этом температура на его поверхности во время фазового перехода будет находиться в интервале 24,7...20,5 °С.

7. Применение предлагаемого напольного обогревателя эффективно в свинарниках-маточниках и других животноводческих помещениях, для которых необходимо поддерживать комфортную температуру. Эффективность подтверждается уменьшением затрат на электроэнергию при переводе на дифференцированные по времени суток тарифы более чем на 13% по сравнению с напольным обогревателем без фазопереходного материала таких же массово-габаритных показателей и получением экономического эффекта в размере 553,3 рублей с 1 м2.

Основные публикации по диссертации

1. Папченко, C.B. Напольный электрообогреватель с аккумулированием тепловой энергии [Текст] / С.М. Воронин, C.B. Панченко // ж. Механизация и электрификация в сельском хозяйстве, 2008. -№8. - С. 12 - 13.

2. Панченко, C.B. Исследование теплового аккумулирования напольным электрообогревателем [Текст] / В.Т. Фомичев, C.B. Панченко, С.М. Воронин // В сб. научных трудов АЧГАА "Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве". - Зерноград, 2007. - Вып. 7, т. 1- С. 164 - 168.

3. Панченко, C.B. Повышение эффективности напольного электрообо1рева в свинарниках-маточниках [Текст] / В.Т. Фомичев, C.B. Панченко // В сб. научных трудов СтГАУ "Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве". - Ставрополь, 2006. - С. 76 - 79.

4. Панченко, C.B. Системы местного электрообогрева объектов с использованием теплового резерва фазопереходных материалов [Текст] / В.Т. Фомичев, C.B. Панченко // В сб. научных трудов АЧГАА "Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве". - Зерноград, 2006. -Вып. 6, т. 1.-С. 108-111.

5. Панченко, C.B. Экспериментальное исследование напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом [Текст] / C.B. Панченко//ж. Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград, 2008. - №4. - С. 32 - 34.

6. Панченко, C.B. Математическое моделирование напольного электрообогревателя с фазовыми превращениями [Текст] / С.М. Воронин, C.B. Панченко // ж. Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград, 2008. - №4. - С. 34 - 36.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 12.11.2008 г. Формат 60x84/16. Уч. - изд. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ №

РИО ФГОУ ВПО АЧГАА

347740, г. Зерноград Ростовской обл., ул. Советская, 15.

Введение.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА В СВИНАРНИКАХ-МАТОЧНИКАХ.

1.1 Особенности производства свинины в современных условиях.

1.2 Необходимость создания оптимальной температуры в свинарнике-маточнике.

1.3 Анализ современных систем поддержания температурного режима.

1.4 Пути совершенствования систем обогрева.

1.5 Цель и задачи исследований.

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩЕГО НАПОЛЬНОГО

ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЯ.

2.1 Формирование математической модели напольного электрообогревателя.

2.2 Метод реализации математической модели напольного обогревателя.

2.3 Выводы по главе.

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПОЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЯ

С ФАЗОПЕРЕХОДНЫМ МАТЕРИАЛОМ.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Установка для проведения экспериментальных исследований.

3.3 Методика экспериментальных исследований.

3.4 Методика обработки экспериментальных данных.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПОЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЯ

С ФАЗОПЕРЕХОДНЫМ МАТЕРИАЛОМ.

4.1 Анализ полученных экспериментальных данных.

4.2 Обоснование режимов работы напольного обогревателя.

4.3 Выводы по главе.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ПРИМЕНЕНИЯ НАПОЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЯ

С ФАЗОПЕРЕХОДНЫМ МАТЕРИАЛОМ.

5.1 Расчет затрат на стадии исследования и разработки.

5.2 Расчет себестоимости напольного электрообогревателя.

5.3 Расчет капитальных вложений.

5.4 Расчет эксплуатационных расходов.

5.5 Расчет общих экономических показателей.

Автор выражает особую благодарность первому научному руководителю, кандидату технических наук, доценту|В.Т. Фомичеву.

Свиноводство - важнейшая отрасль животноводства, в настоящее время свинина занимает 35. .45% общего производства мяса в мире и 30. .35% в России [65]. После кризиса этой отрасли в России в начале 90-х годов перед отечественной наукой встала задача вооружить производителей свинины новейшими научными достижениями, повысив эффективность отрасли до уровня стран участников ВТО.

Для развития свиноводства необходимо увеличить эффективность производства свинины, то есть при небольшой стартовой численности поголовья животных увеличить производство свинины. Для этого, прежде всего, необходимо внедрить новые малозатратные и быстроокупаемые технологии.

Большое значение на сохранность молодняка животных в первые недели жизни оказывает температурный режим в животноводческом помещении, его отклонение от установленных норм ведет к значительным отклонениям в развитии животных. При неудовлетворительном температурном режиме уменьшается прирост живой массы, из-за возникновения простудных заболеваний увеличивается падеж молодняка. При переохлаждении животных они начинают скучиваться, что может привести к их задавливанию.

Обогрев всего помещения экономически неэффективен, поскольку температуру необходимо поддерживать только в зоне содержания молодняка. При этом в свинарнике-маточнике необходимо создавать различную температуру для различных возрастных групп. Эффективным средством создания благоприятного температурного режима в свинарниках-маточниках являются средства местного обогрева молодняка животных [15].

Местный обогрев в помещениях для содержания молодняка животных наряду с повышением сохранности поголовья и их продуктивности обеспечивает значительную экономию энергозатрат (до 30.40% по сравнению с обогревом всего помещения) [36]. Так, в помещениях свинарника-маточника с точки зрения технологических и технико-экономических показателей целесообразно создавать следующие температурные зоны: для свиноматок — с температурой 12. 16 °С, для поросят сосунов — с температурой 30.32 °С в первую неделю постепенно снижая её к отъему до 22 °С [38]. При правильном выборе обогревающего оборудования установленная суммарная мощность всех отопительных приборов системы электрообогрева свинарника-маточника уменьшается на 10. .15%.

Для местного обогрева широкое применение нашли электрообогревае-мые полы и панели. Но такие обогреватели имеют недостатки: они быстро охлаждаются в случае их отключения от сети. Среднее время охлаждения поверхности панелей толщиной 16 см от 32 до 26 °С составляет 1,5 ч [109], в то время, как среднее время одного восстановления при аварийном отключении потребителей составляет 3±1 ч [108]. Следовательно, температура поверхности напольного обогревателя может значительно снизиться, что приведет к переохлаждению молодняка, а, следовательно, к высокому падежу и недостаточной продуктивности животных.

Кроме того, сутки по тарифам на электроэнергию разделены на три зоны: ночную, длительностью 8 ч; пиковую - 2 и 4 ч и дневную —10 ч. Тарифы в этих зонах формируются с помощью дифференцирующих коэффициентов, равных соответственно 0,5; 1,25 и 1,0 [31]. Следовательно, использование электрообогрева будет экономически более выгодно при включении электрообогревателя в часы минимума нагрузки.

Увеличение надежности системы обогрева животных и перевод работы электрообогревателя в часы минимума нагрузки возможно при применении аккумулирования тепловой энергии. В напольном обогревателе аккумулирование тепловой энергии возможно за счет увеличения толщины обогревателя, но это приведет к увеличению габаритов конструкции, а, следовательно, к увеличению стоимости оборудования.

Одним из наиболее перспективных направлений развития аккумулирования является использование веществ, претерпевающих изменение агрегатного состояния при работе [13]. Принцип аккумулирования теплоты заключается в том, что материал накапливает значительное количество тепловой энергии при переходе из твердого состояния в жидкое (в период плавления) и отдает накопленную теплоту при затвердевании.

Применение таких веществ позволяет значительно увеличить время зарядки-разрядки аккумулятора, при этом температура остается постоянной из-за постоянства температуры плавления материала, что значительно увеличивает комфортность содержания животных [109].

Реализация такого способа обогрева потребовала соответствующих исследований, чему и посвящена настоящая диссертация.

Цель работы - научное обоснование параметров и режимов работы напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом для свинарников-маточников, обеспечивающего переход на льготные тарифы оплаты электроэнергии.

Объектом исследования является система местного электробогрева с фазопереходным рабочим телом.

Предметом исследований являются температурные и энергетические характеристики напольного обогревателя с фазопереходным материалом.

Научная гипотеза - количество аккумулированной тепловой энергии в напольном электрообогревателе можно повысить путем использования фазо-переходного материала, обеспечивающего увеличение времени его охлаждения и переход на льготные тарифы оплаты электроэнергии.

Рабочая гипотеза - путем определения месторасположения фазопере-ходного материала и его массы в нагревателе можно управлять режимами работы и временем охлаждения в зависимости от температуры на его поверхности.

Научной новизной работы является использование фазопереходного материала в напольном электрообогревателе, обеспечивающего увеличение времени его охлаждения и переход на льготные тарифы оплаты электроэнергии, анализ и обобщение теоретических и экспериментальных исследований, в результате которых получены:

- математическая модель напольного обогревателя с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и алгоритм моделирования;

- зависимость времени фазовых переходов в нагревателе от массы фа-зопереходного материала и температуры окружающего воздуха;

- параметры и режимы работы напольного электрообогревателя с фа зопереходным материалом.

Практическая ценность работы. Использование напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом позволит:

- уменьшить затраты на электроэнергию при переводе на дифференцированные по времени суток тарифы более чем на 13% по сравнению с напольным обогревателем без фазопереходного материала таких же массово-габаритных показателей;

- сократить расход бетона при изготовлении напольных обогревателей на 55%;

- получить экономический эффект от внедрения напольного обогревателя с фазопереходным материалом в размере 553,3 руб. с 1 м2.

На защиту выносятся следующие положения:

1) Математическая модель процессов теплопередачи напольного обогревателя с фазопереходным материалом.

2) Алгоритм и программа численного моделирования процессов нагрева и охлаждения.

3) Параметры и режимы работы напольного обогревателя с фазопереходным материалом.

Первая глава «Состояние вопроса в области обеспечения микроклимата в свинарниках-маточниках» посвящена анализу современного состояния свиноводства в России. Выявлено, что одним из важнейших факторов микроклимата является температура воздуха в помещении, проведен анализ способов местного электрообогрева, выявлено, что наиболее простым и перспективным является контактный способ электрообогрева. Для совершенствования системы напольного электрообогрева предложено аккумулирование тепловой энергии непосредственно в самом обогревателе за счет применения фазопереходных материалов.

Во второй главе «Разработка математической модели теплоаккумули-рующего напольного электрообогревателя» проведена постановка математической задачи процессов теплопередачи в напольном электрообогревателе с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и разработан алгоритм её численного решения.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом» приведена программа и методика экспериментальных исследований.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом» проведен анализ полученных экспериментальных данных. Представлен анализ проведенных экспериментальных исследований при различных фазопереходных материалах, при различной массе фазопереходного материала, при изменении толщины обогревателя, при изменении варианта расположения фазопереходного материала.

В пятой главе «Технико-экономическое обоснование применения напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом» произведен расчет экономической эффективности от внедрения предложенного напольного электрообогревателя с применением фазопереходного материала по сравнению с обогревателем таких же массово-габаритных показателей без применения фазопереходного материала

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Известные средства местного обогрева не позволяют использовать их в свинарниках-маточниках в периоды льготного потребления электроэнергии, что снижает эффективность применения электроэнергии. Применение напольных электрообогревателей с фазопереходным материалом в свинарниках-маточниках затруднено из-за того, что температура на поверхности обогревателя должна изменяться в зависимости от возраста содержащихся на них животных. Это потребовало проведения исследований напольных электрообогревателей с фазопереходным материалом.

2. Теоретические исследования процессов теплопередачи показали, что продолжительность сохранения комфортной температуры зависит от тепловых характеристик фазопереходного материала и его массы, а температура на поверхности в период фазовых превращений зависит от пространственного положения фазопереходного материала по отношению к нагревательному проводу, что должно учитываться математической моделью напольного электрообогревателя.

3. Реализация разработанной математической модели процессов нагрева и охлаждения напольного электрообогревателя показала, что за счет кристаллизации фазопереходного материала можно сохранять температуру на его поверхности в интервале комфортных значений в течение 3-4 часов после отключения. Экспериментально установлено, что для обеспечения температурных режимов в свинарнике маточнике наиболее приемлемо использовать в качестве фазопереходного материала глауберову соль, теплота фазового перехода которой обеспечивает увеличение времени плавления в 1,5 раза, по сравнению с парафином П-2.

4. Экспериментальные исследования подтвердили теоретические предположения о процессах нагрева и охлаждения и позволили получить значимые уравнения линейной регрессии. Было установлено, что время плавления фазопереходного материала находится в линейной зависимости от массы глауберовой соли и температуры окружающего воздуха, а температура на поверхности во время фазового перехода прямопропорциональна температуре окружающего воздуха и обратнопропорциональна глубине заложения глауберовой соли. При увеличении шага расположения фазопереходного материала увеличивается приращение температуры на поверхности обогревателя за время фазового перехода. Эта зависимость описывается полиномом второй степени.

5. Экспериментально установлено, что животные оказывают экранирующее влияние на температурное поле обогревателя, уменьшая при фазовом переходе время нагрева до достижения заданной температуры в 2,7 раза в ночное время и в 2,1 раза в дневное время. При этом время сохранения комфортных температур увеличивается в 2,8 раза в ночное время (с 4,6 часа до 12,9 часа) и 2,2 раза в дневное время (с 4,6 часа до 10,1 часа).

6. Математическое моделирование, экспериментальные исследования и испытания опытного образца показали, что в свинарниках—маточниках необходимо применять обогреватели со следующими параметрами: толщина пола — 6 см, масса фазопереходного материала - 11,1 кг на 1 м~ обогреваемого пола, располагать фазопереходный материал необходимо с шагом 2 см на глубине 4,8 см. При этом температура на его поверхности во время фазового перехода будет находиться в интервале 24,7.20,5 °С.

7. Применение предлагаемого напольного обогревателя эффективно в свинарниках-маточниках и других животноводческих помещениях, для которых необходимо поддерживать комфортную температуру. Эффективность подтверждается уменьшением затрат на электроэнергию при переводе на дифференцированные по времени суток тарифы более чем на 13% по сравнению с напольным обогревателем без фазопереходного материала таких же массово-габаритных показателей и получением экономического эффекта в размере 553,3 рублей с 1 м".

1. А.с. 1513637 СССР, МПК3 Н05ВЗ/28. Электронагревательная панель / В.Т. Фомичев, А.П. Слободской, Н.В. Пеньков, Н.К. Иванов, М.И. Пупков (СССР). -№4157327/07; заявл. 08.12.86, опубл. 07.05.90; Бюл. №9 -с. 281.

2. А.с. 1717031 СССР, МПК5 А01К29/00. Электрообогреваемая панель / Синяков А.Л., Гузанова Т.Ф., Коротинский В.А., Цукбанов А.Г. (СССР). -№4806829/15; заявл. 28.03.90, опубл. 07.03.1992; Бюл. №9.

3. А.с. 2055133 Российская Федерация, МПК7 E04F15/08. Электрообогре-ваемый пол / Мильнер Х.Х. № 92007671/33; заявл. 06.11.92, опубл. 27.02.96; Бюл. №2.

4. А.с. 2088857 Российская Федерация, МПК6 F24H7/00 Теплоаккумули-рующий элемент и тепловой аккумулятор на его основе / В.В. Булычев, Е.С. Емельянов, В.Н. Загрязкин и др.; № 93036725/06; заявл. 16.07.93, опубл. 27.08.1997; Бюл. №6.

5. Ададуров, Е.А. Повышение эффективности использования аккумуляторов теплоты с возобновляемыми источниками энергии: Автореф. дис. на на соиск. учен. степ. канд. техн. наук Текст./ Ададуров Евгений Анатольевич; ГНУ ВИЭСХ. Москва, 2004. - 24 с.

6. Альтгаузен, А.П. Низкотемпературный электронагрев Текст. / А.П. Альтгаузен, М.Б. Гутман, С.А. Малышев и др. — М.: Энергия, 1978.-208 с.

7. Андерсон, Б. Солнечная энергия (основы строительного проектирования) Текст. / Пер. с англ. А.Р. Анисимова. Под ред. Ю.Н. Малевского. -М.: Стройиздат, 1982.-375 с.

8. Бакшеев П.Д. Тепловое воздействие инфракрасных ламп на поросят Текст. / П.Д. Бакшеев, А.К. Лямцов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1971. — №5. — С. 24-26.

9. Бароев, Т.Н. Устройство для комбинированного ИК- и УФ-облучения поросят с локальной аэроионизацией Текст. / Т.Н. Бароев // Свиноводство. 1995. - №2. - С. 30-32.

10. Бекман, Г. Тепловое аккумулирование энергии Текст. / Г. Бекман, П. Гилли. Пер. с англ. В.Я. Сидорова, Е.В. Сидорова. М.: Мир, 1987. -272 с.

11. Беляев, Н.М. Методы нестационарной теплопроводности Текст./ Н.М. Беляев, А.А. Рядно. М.: Высш. школа, 1978. - 328 с.

12. Блатков, В.П. Электрообогрев полов в животноводстве и птицеводстве Текст. / В.П. Блатков. Петрозаводск: ПетрГУ, 1989. - 44 с.

13. Богословский, В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) Текст. / В.Н. Богословский. -Изд 2-е, доп. и перераб. -М.: Высшая школа, 1982. -415 с.

14. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных Текст. / Г.В. Веденяпин. Изд 3-е, доп. и перераб. -М.: Колос, 1973.-199 с.

15. Водяников, В.Т. Экономическая оценка средств электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства и систем сельской энергетики Текст. / В.Т. Водянников М.: МГАУ, 1997.

16. Воронин, С.М. Возобновляемые источники энергии и энергосбережение Текст. / С.М. Воронин, С.В. Оськин, А.Н. Головко. Краснодар, 2006. -267 с.

17. Вукалович, М.П. Техническая термодинамика Текст. / М.П. Вукалович, И.И. Новиков. М.: Энергия, 1968. - 496 с.

18. Гегамян, Н.Н. Состояние отрасли свиноводства в Российской Федерации в 2004-2005 гг. Текст. / Н.Н. Гегамян // Свиноводство. 2007. - №2. -С. 10-11.

19. Гегамян, Н.Н. Эффективность производства свинины на предприятии промышленного типа Текст./ Н.Н. Гегамян, Н.И. Логинов // Свиноводство. 2006. - №2. - С. 24-26.

20. Гиндоян, А.Г. Тепловой режим конструкций полов Текст. / А.Г. Гиндо-ян. М.: Стройиздат, 1984. - 222 с.

21. Гирко, В.К. Проектирование и устройство полов для зданий промышленного животноводства Текст. / В.К. Гирко. М.: ВНИИИС Госстроя СССР, 1980.-49 с.

22. Голиков, А.Н. Адаптация сельскохозяйственных животных Текст. / А.Н. Голиков М.: Агропромиздат, 1985. - 216 с.

23. Гусейнов, Ф.Г. Планирование эксперимента в задачах электротехники Текст. / Ф.Г. Гусейнов, О.С. Мамедяров. -М.: Энергоатомиздат, 1988. -151 с.

24. Гуськов, А.Н. Влияние стресс-фактора на состояние сельскохозяйственных животных Текст. / А.Н. Голиков М.: Агропромиздат, 1994. -41 с.

25. Данилин, В.Н. Исследование термических свойств смесей жирных кислот средней молекулярной массы с четным и нечетным числом углеродных атомов Текст. / В.Н. Данилин, С.П. Доценко, А.В. Марцинков-ский // Изд. вузов. Пищевая технология. 2000. - № 2.

26. Даффи, Дж. А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии Текст. / Дж. А. Даффи, У.А. Бекман. Пер. с англ. Ю.Н. Малевского. -М.: Мир, 1977.-420 с.

27. Денисов, В.И. Рекомендации к расчету и порядку применения тарифов на электрическую энергию, дифференцированных по зонам суток (для потребительского рынка) Текст. / В.И. Денисов. М.: ИГЖгосслужбы, 2003.-36 с.

28. Единый тарифный квалификационный справочник работ и профессий рабочих. Вып. 1: Профессии рабочих, общие для всех отраслей народного хозяйства. М.: ПРИОР, 2002. - 176 с.

29. Елистратов, В.В. Аккумулирование солнечной энергии Текст. /В.В. Елистратов // Нетрадиционная энергетика и технология: Материалы международной конференции. Ч. 1. Владивосток: ДВО РАН, 1995.-С. 32-34.

30. Жемчужников, А.В. Опыт организации эффективного ведения свиноводства Текст. / А.В. Жемчужников, А.А. Лешов // Свиноводство. -2007. -№1.- С. 5-7.

31. Животноводческие, птицеводческие и звероводческие здания и помещения: СНиП 2.10.03-84 М.: Госстандарт, 1984. - 73 с.

32. Зайцев, A.M. Электронагрев на фермах Текст. / A.M. Зайцев, В.Н. Рас-стригин. М.: Росагропромиздат, 1989. - 63 с.

33. Захаров, А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. Изд 3-е, пере-раб. и доп. Текст./ А.А. Захаров. М.: Агропромиздат, 1986. - 288 с.

34. Зоотехнические нормативы для животноводческих объектов: Справочник Текст. / Под ред. Г.К. Волкова. М.: Агропромиздат, 1986. - 303 с.

35. Иртегова, Е.И. Различные способы поддержания температурного гомео-стаза у поросят-сосунов Текст. / Е.И. Иртегова // Свиноводство — 2005. — №1. С. 27-29.

36. Кабанов, В.Н. Свиноводство в современных условиях Текст. / В.Н. Кабанов // Свиноводство. 2000. - №3. - С. 18-19.

37. Каганов, И.Л. Курсовое и дипломное проектирование Текст. / И.Л. Каганов М.: Агропромиздат, 1990. - 76 с.

38. Калашников, А.П. Справочник зоотехника Текст. / А.П. Калашников, O.K. Смирнов-М.: Агропромиздат, 1986. 124 с.

39. Коган, Б.С. Теплоаккумулирующие составы на основе сульфата натрия Текст. / Б.С. Коган, К.В. Ткачев, В.М. Шамриков // АВОК 2001. -№3- С. 14-18.

40. Колесниченко, И.П. Выбор теплоаккумулирующих веществ Текст. / И.П. Колесниченко, Фокин В.В. // Техника в сельском хозяйстве -2005.-№4.-С. 10-13.

41. Колесниченко, И.П. Использование тепловых аккумуляторов в сельскохозяйственном производстве Текст. / И.П. Колесниченко // Техника в сельском хозяйстве. — 2004. — №1. — С. 13-16.

42. Колесниченко, И.П. Теплоаккумулирующий электрический отопитель Текст. / И.П. Колесниченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства 1987. -№10. - С. 46-50.

43. Коновалов, В.В. Практикум по обработке результатов научных исследований с помощью ПЭВМ: Учебное пособие Текст. /В.В. Коновалов. -Пенза: ПГСХА, 2003. 176 с.

44. Кононов, В.В. Состояние и перспективы развития свиноводства в XXI столетии Текст. / В.В. Кононов // Свиноводство 2000. - №3. -С. 20-21.

45. Краснощеков, Е.А. Задачник по теплопередаче. Изд 2-е, перераб. и доп. Текст. / Е.А. Краснощеков, А.С. Сукомел. — М.: Энергия, 1969. — 264 с.

46. Крафт, Г. Системы низкотемпературного отопления Текст. / пер. с нем. С.Г. Булкина. М.: Стройиздат, 1983.- 108 с.

47. Кривуля, А.Н. Перспективы использования фазопереходных теплоакку-муляторов в системах электробогрева животных Текст. / А.Н. Кривуля // Сборник научных трудов ВНИПТИМЭСХ. Зерноград.: 2002. - №3. -С. 115-119.

48. Кудрявцев, И.Ф. Электрический нагрев и Электротехнология Текст. / И.Ф. Кудрявцев, В.А. Карасенко. М.: Колос, 1975. - 384 с.

49. Кузьмичева, М.Б. Состояние российского рынка свинины Текст. / М.Б. Кузьмичева // Мясная индустрия 2002. - №7. - С. 13-16.

50. Кукол ев, М.И. Основы проектирования тепловых накопителей энергии Текст. / М.И. Куколев Петрозаводск: ПетрГУ, 2001 г. - 240 с.

51. Куценко, Г.Ф. Расчетные показатели надежности электроснабжения потребителей АПК Текст. / Г.Ф. Куценко // Техника в сельском хозяйстве 1997.-№3,-С. 14-16.

52. Лыков, А.В. Теория теплопроводности Текст. / А.В. Лыков. М.: Изд-во технико-теоретической литературы, 1952. - 392 с.

53. Малыш, Н.М. Конкурентоспособность — гарантия устойчивости мясного рынка Текст. / Н.М. Малыш, И.А. Жужгина // Мясная индустрия — 2006. -№1. С. 7-10.

54. Мартинсон, JI. К. Дифференциальные уравнения математической физики: Учеб. для вузов Текст. / Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996. 228 с.

55. Мелюков, A.M. Механизм действия инфракрасных лучей на животных и птиц Текст. / A.M. Мелюков // Материалы VIII всесоюзной научн.-метод. конфер. по зоогигиене с основами ветеринарии. — М.: 1971. — С. 52-53.

56. Михеев, М.А. Основы теплопередачи Текст. / М.А. Михеев. 3-е изд., перераб. — М.: Госэнергоиздат, 1956. — 392 с.

57. Михеев, Г.А. Изучение влияния температуры среды на рост и физиологическое состояние поросят-сосунов: Автореф. дис. на на соиск. учен, степ. канд. техн. наук / Михеев Г.А., Воронеж — 1972. — 21 с.

58. Морозов, А.И. Теплоэнергетическое оборудование животноводческих ферм и комплексов Текст. / А.И. Морозов, А.Б. Третьяков, В.И. Серегин. -М.: АгроНИИТЭИИТО, 1989. 61 с.

59. Мысик, А.Н. Развитие отрасли свиноводства в странах мира Текст. / А.Н. Мысик // Свиноводство 2006. - №1. - С. 18-20.

60. Налоговый кодекс Российской Федерации, ч I и II. М.: Проспект, 2007.-656 с.

61. Нежинская, М.М. Расчет поля температур в почве с дисперсными источниками теплоты Текст. / М.М. Нежинская // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1985. - №2. - С. 3-4.

62. Нестерук, Д.А. Тепловизионный контроль воды в авиационных сотовых панелях в процессе эксплуатации самолетов: Автореф. дис. на на соиск. учен. степ. канд. техн. наук / Нестерук Денис Алексеевич; Томск, 2005.-20 с.

63. Низкотемпературные электронагреватели в сельском хозяйстве Текст. / Под ред. Л.С. Герасимовича — Минск: Ураджай, 1984. 116 с.

64. НТП-АПК 1.10.02.001-00 Нормы технологического проектирования свиноводческих ферм крестьянских хозяйств М.: 2000. — 45 с.

65. Отопление, вентиляция и кондиционирование: СНиП 41-01-2003 М.: Госстандарт, 1979. - 95 с.

66. Павлов, А.Р. Математическое моделирование процессов тепломассопе-реноса при фазовых переходах Текст. / А.Р. Павлов Якутск, 2001 г. -55 с.

67. Панев, Б.И. Температурные режимы электрообогреваемых полов с коаксиальными нагревателями Текст. / Б.И. Панев, А.В. Стацевич. // В сб. Применение электроэнергии и электробезопасность в сельском хозяйстве. Ростов-на-Дону: 1974. - С. 40 - 45.

68. Панченко, С.В. Напольный электрообогреватель с аккумулированием тепловой энергии Текст. / С.М. Воронин, С.В. Панченко // Механизация и электрификация в сельском хозяйстве, 2008. №8. - С. 12-13.

69. Панченко, С.В. Экспериментальное исследование напольного электрообогревателя с фазопереходным материалом Текст. / С.В. Панченко //Вестник аграрной науки Дона. Зерноград, 2008. - №4. - С. 32 - 34.

70. Панченко, С.В. Математическое моделирование напольного электрообогревателя с фазовыми превращениями Текст. / С.М. Воронин, С.В. Панченко // Вестник аграрной науки Дона. Зерноград, 2008. - №4. -С. 34-36.

71. Пелецкий, В.Э. Фазопереходное тепловое аккумулирование в системах преобразования солнечной энергии и требования к рабочим телам Текст. / В.Э. Пелецкий // Тяжелое машиностроение. — 1996. — №2. — С. 26-28.

72. Перетятько, Л.Ф. Поведенческие реакции свиней разных генотипов Текст. / Л.Ф. Перетятько, С.В. Акимов, Ю.Н. Бургу // Свиноводство -2004.-№2.-С. 6-7.

73. Полы: СНиП 2.03.13-88 -М.: Госстандарт, 1988. 89 с.

74. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / Под общ. ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина Изд 2-е, перераб. - М.: Энергоатом-издат, 1991.

75. Рекомендации перевода потребителей на дифференцированные по времени суток тарифы на электроэнергию М.: ФГНУ «Росинормагротех», 2001.-27 с.

76. Рекомендации по применению электротепловых установок в сельскохозяйственном производстве — М.: Колос, 1981. 29 с.

77. Рекомендации по устройству электрообогреваемых полов в свинарниках Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1983. - 12 с.

78. Самарский, А.А. Теория разностных схем Текст. / А.А. Самарский. — М.: Наука, 1977. 656 с.

79. Скопинцев, В.А. Расчет экономического ущерба от нарушения в работе энергетического оборудования Текст. / В.А. Скопинцев М.: «Энерго-сетьпроект», 1995. - 8 с.

80. Смирнов, В.И. Рекомендации по устройству и техническому расчету электрического обогрева пола в животноводческих помещениях Текст. / В.И. Смирнов М.: Колос, 1968. - 48 с.

81. Соловьев, В.А. Элементарные методы обработки результатов измерений Текст. / В.А. Соловьев, В.Е. Яхонтов. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1977. — 72 с.

82. Солодов, А.П. Mathcad. Дифференциальные модели Текст. / А.П. Соло-дов, В.Ф. Очков. М.: Издательство МЭИ, 2002 - 89 с.

83. Сотникова, О.А. Аккумуляторы теплоты теплогенерирующих установок систем теплоснабжения Текст. / О.А. Сотникова, B.C. Турбин, В.А. Григорьев // АВОК 2003. - №5. - С. 26 - 29.

84. Степанов, B.C. Разработка аккумуляторов тепла на средние температуры с использованием фазового перехода (плавления) металлов Текст. / B.C. Степанов, И.И. Федик // Сб. трудов ЦНИИатоминформ. М.: Луч, -2003.-С. 176-177.

85. Строительная климатология и геофизика: СНиП 2.01.01-82. М.: Строй-издат, 1983. - 136 с.

86. Строительная теплотехника: СНиП II—3—79 М.: Госстандарт, 1979. -79 с.

87. Студенцов, П.Н. Теплые полы в животноводческих помещениях Текст. / П.Н. Студенцов. М.: Стройиздат, 1974. - 71 с.

88. Теплотехника / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др. Изд 2-е, перераб. -М.: Высшая школа, 2000. - 671 с.

89. Фокин, К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий Текст. / К.Ф. Фокин. Изд 4-е, перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1973. — 287 с.

90. Фомичев, В.Т. К обоснованию режимных параметров электрообогреваемого пола с учетом аккумулирования теплоты в бетонном монолите Текст. / В.Т. Фомичев. // В кн.: Механизация и электрификация сельского хозяйства. Зерноград: 1977, - вып. 27. — С. 149-152.

91. Фомичев, В.Т. Обоснование тепловых характеристик электрообогревае-мых керамзитобетонных плит Текст. / В.Т. Фомичев. // В кн.: Механизация и электрификация сельского хозяйства. Зерноград: 1978. - вып. 30.-С. 91-102.

92. Фомичев, В.Т. Плита электрообогреваемая теплоаккумулирующая ПЭТ— 200 Текст. / В.Т. Фомичев, В.Ф. Борисов. Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1989. - 4 с.

93. Фомичев, В.Т. Показатели надежности сельских распределительных сетей Текст. / В.Т. Фомичев, М.А. Юндин // Механизация и электрификация сельского хозяйства 2001. - №8. - С. 19-20.

94. Фомичев, В.Т. Температурный режим электрообогреваемой панели с фазовым теплоаккумулятором / В.Т. Фомичев // В сб.: Совершенствование средств электромеханизации животноводства. — Зерноград, ВНИИП-ТИМЭСХ 1986. - С. 64-68.

95. Харченко, Н.В. Теплообменное оборудование для аккумуляторов тепловой энергии Текст. / Н.В. Харченко, JI.H. Никонова. М.: Цинтиххим-нефтемаш, 1989. - 40 с.

96. Хорольский, В.Я. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов / В.Я. Хорольский, М.А. Таранов, Д.В. Петров Ростов-на-Дону: ООО «Терра», 2004. - 168 с.

97. Чертков, Д.Б. Взаимосвязь методов обогрева логова с ростом и развитием поросят-сосунов Текст. / Д.Б. Чертков, Б.Д. Чертков // Свиноводство. 2004. - №4. - С. 30-31.

98. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода Текст. / М.Г. Чиликин. -Изд. 5-е доп. и перераб. М.: Энергия, 1971. - 432 с.

99. Швейцаров, JI.K. Новая технология обогрева поросят-сосунов Текст. / Л.К. Швейцаров, И.И. Потоп, Е.В. Потапенко // Свиноводство — 2001. -№5.-С. 21-22.

100. Шихеева, Л.В. Сульфат натрия. Свойства и производство Текст. / Л.В. Шихеева, В.В. Зырянов Л.: Химия, - 1978. - 240 с.

101. Шишкин, Н.Д. Малые энергоэкономичные комплексы с возобновляемыми источниками энергии Текст. / Н.Д. Шишкин М.: Готика, 2000. -236 с.

102. Шишковский, И.В. Изучение методов постановки краевых задач для решения уравнения теплопроводности при обработке материалов концентрированными потоками энергии Текст. / И.В. Шишковский Самара: Издательство СамГТУ, - 2001. - 10 с.

103. Шкеле, А. Расчет температуры в электрообогреваемом полу Текст. / А. Шкеле, А. Бауманис. // Труды Латвийской с.-х. академии: 1976. — вып. 92. с. 24-30.

104. Эбина, Г.Л. Общий подход к оценке надежности сельских электрических сетей Текст. / Г.Л. Эбина // Техника в сельском хозяйстве 2005. -№3 — С. 7-10.

105. Электротермическое оборудование для сельскохозяйственного производства / Н.Б. Каган, В.Г. Кауфман, М.Г. Пронько и др. М.: Энергия, 1980.- 192 с.

106. Электроустановки зданий и сооружений с электрообогреваемыми полами и поверхностями: ГОСТ 50571.25-2001 -М.: Госстандарт, 2001.

107. Электроустановки зданий. Основные положения: ГОСТ 30331.1-95 М.: Госстандарт, 1995.

108. Юдаев, Б.Н. Теплопередача Текст. / Б.Н. Юдаев. 2-е изд., доп. и пере-раб. М.: Высшая школа, 1981. - 319 с.

109. Юндин, М.А. Показатели надежности электрических сетей 10 кВ Текст. / М.А. Юндин. // Техника в сельском хозяйстве. 2001. - №6. - С. 10-13.

110. Hoshi, A. Nihan kakai gakkai ronhunshu. // Hoshi Akira, Saitoh Tokeo. 11 Jap. Soc. Mech. 2003. - №68, c. 697-704.

111. Meyer, J.P. Es muss nicht immer Wasser sein. / Meyer Jens-Peter. // Sonne Wind and Warme. 2002. -№12. c. 27-29.

112. Mugele, J. Entwicklung eines thermochemischen Warmespeichers. / Mugele Jan.// HLH: Heizung, Luftung, Haustechn, 2002, - №8, c. 32-34.