автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка и обоснование режимных параметров системы рециркуляции воздушной среды с электрофильтром для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях

• . I .

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОШОНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукопиои

КЛАССЕН Юрий Владимирович

„СОРАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ РЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ

СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ С ЭЛЕКТРОФИЛЬТРСЦ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ"М1ЖРОКЛ1МАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Специальность 05.20.02 - Электрификация - .

сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соиоканьо учзкой отепези кандидата технических наук

Челнбряск - 1551

Работа выполнена в Научно-производственной объединении "Целинсельхозиеханизация"

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор БАСОВ А.Н.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Благах В.Т.

кандидат технических наук, доцент ФАЛИЛЕЕВ Н.А.

Ведущее предприятие

- Ущгаинский научно-исследовательский институт птицеводства (УНИИП)

Защита состоится " ^¿ ¿/.>7.* на заседании

специализированного совета Д.120.46.02. Челябинского Государственного агроинженерного университета

По адресу: 454060, г.Челябинск,

пр. ии. В.И.Ленина, 75

С диссертацией ыокно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан пЛУю 1991 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, /доцент •

Л .Л'.САПМН

иоч^пл ЛЛГШИШ

ул..-льность .заботы Животноводство является одной из наиболее энергоемких отраслей в сельском хозяйство. Из общего числа топливных ресурсов, используемых в сельском хозяйстве, животн..)-водство потребует примерно Частичная рециркуляция, сочетаю-

щаяся с комплексной очисткой рециркуляционного воздуха в электрофильтре является наиболее совершенной для снижения яыбросов тепловой энергии из животноводческого помещения, при температуре наружного воздуха ниже -17 + -20° С.

Цель теботы Основной целью работы является исследование и теоретический анализ процесса формирования микроклимата на животноводческих фермах с помощью частичной рециркуляции внутреннего воздуха и комплексной очистки его в электрофильтре от избыточной влаги, вредных газов, пыли и патогенной микрофлоры, а также совершенствование на этой основе технических средств и режимов их работы для обеспечения исскуственного микроклимата в зимний период в помещениях для крупного рогатого окота с пониженными затратами энергии.

Для реализации поставленной цели в работе сформулированы следующие основные задачи:

1. Изучить процесс обезвреживания воздуха при обеспечении микроклимата в режиме частичкой "влажной" и "сухой" рециркуляции.,

2. Определить влияние основных режимов и конструктивных параметров системы рецитзкуляции и электрофильтра на эффективность очкстгси от избыточной влаги (дисперсная аэрозоль), пыли, патогенной микрофлоры и степень обезвреживания вредных газов.

3. Установить оптимальные режимные и конструктивные параметры системы рециркуляции, обеспечивающие минимум затрат электри- ' ческой энергии при создании необходимого микроклимата.

4. Выполнить лабораторные испытания опытного образца системы утилизации тепловой энергии удаляемого воздуха на основе сочетания рециркуляции и электрофильтра.

5. Разработать систему обеспечения микроклимата с утилизацией тепловой энергии, реализующую предложенные оптимальные режимы работы технических средств, провести производственные испытания,

и оценить экономическую эффективность резутьтатов исследований.'*''

Методы исследований В процессе выполнения работы использованы методы математического моделирования и анчоптического решения полученных систем уравнений, специально разработанные способы к методики экспериментачьных исследований процесса обеспечения мкроклимата в режиме частичной рециркуляции в лабораторных ия&турных условиях, и типорые методы опредечения эффективности улавливания эчектрофичьтром пычи, патогенной микрофчоры, вредных газов и т.д., а также методы зоотехнической оценки изменений при заболеваниях и продуктивности животных. При постанояке опытов, а такг.е обработке окспер ментальных данных использованы методы прикчадной статистик'/:.

Научная новизна Получена математическая модечь процесса обеспечения микроклимата р ре;шме "влажной" и "сухой" рециркучяции и комплексной очистки рециркуляционного воздуха в электрофильтре с учетом особенностей животноводческого помещения, режимных и конструктивных параметров систем рециркуляции и эчектрофичьтра. Выявлены оптимальные энергетические режимы работы эчектрофичьтра и зависимости для доли рециркучяции и степени уменьшения избыточной вчаги, вредного газа в зависимости от режимных и конструктивных параметров системы рециркучяции. Разработаны методики определения основных технологических параметров систеш "влажной" и "сухой" рециркучяции.

Практическая ценность На основании результате,в теоретических и экспериментачьных исследований разработана система утилизации тепловой энергии удаляемого воздуха путем частичной рециркуляции и комплексной очистки в электрофильтре, ^беспечиваюшая необходимые параметры микроклимата в животноводческом помещении. Опытные образцы экспериментального оборудования проили производственную проверку и якецреш в ряде хозяйств Кустанайекой области в совхозах "Притобочьский", "Казахстанец", ОПХ "Заречное". Разработанные технические требования приняты на завод им.С.М.Кирова (г.Петропавловск) для разработки конструкторско-чертежной документации и выпуска опытной партии "Устройства обезвреживания и озонирования воздуиной среды".

Данные внедрения подтверждаются соответствующими документами, приложенными к диссертации.

. :;•' •'• Апробация работы Основные теоретические положения и результата экспериментальных исследований доложены и одобрены на кон- ■ ,форенциях и с^яецашях: ежегодных г Челябинского института механизации и'электрификации сельского хозяйства (1936, 1987,

ДА ЩJt * _________________

ии (г,Кустанай,1989 г.); на Республиканском семинаре в облАПК г.Кустанай, 1986 г.); на Республиканской научно-практической онференции "Электротехнология сельскохозяйственных производ-твенных процессов" Сг.Ташкент, 1990 г.). °

Публикации Основные результаты диссертации изложены в юсьми работах; в пятя статьях и трех депонированных отчетах.

• Объеп работь! Диссертация состоит из нести глав, введения, >бп'их вызовов. Содержанке работь: изложено на 1'17 страницах ма-1Ш1 описи ого текста и вклпчает в себя 65 рисунков, 18 таблиц и 1 приложений.

С0ДЕР1Ш1Й2 РАБОТЫ

Во введении представлены: оценка современного состояния решаемой проблемы, обоснование актуальности исследований :: крат-сая аннотация работы, а такие сформулированы положения,выносимые на защиту.

В первой главе установлено, что тепловой баланс животноводческих помещений характеризуется наличием избыточной биологической теплоты и если утилизировать тепловую энергию удаляемого воздуха, то моян о сократить, а иногда и исключить расход электроонергаи на подогрев приточного воздуха. Известно использование для утилизации тепловой энергии удаляемого воздуха рекуперативных теплообменников. Однако, при наружных температурах пине -17 -20°С происходит обмерзание теплопередаиотх поверхностей. Одним из вариантов решения прсблемь: обмерзания теплообменника, предложенных В.К.Янценим, М.Б.Рая;сом, А.М.Дубининым, В.Н.Шулятьевым, является использование частичной рециркуляции внутреннего воздуха, но это приведет к значительному росту общего воздухообмена и затрат на вентилнрова-низ. Использование рециркуляции без теплообменника эффективнее, но без комплексной очистки рециркуляционного воздуха она противоречит целям зоогигиены. Это проясняется из исследований, проведенных А.Т.Семенптой, Ю.М.Крыловым,Э.Н.Мархиевой я рядом других исследователей.Проведенный анализ технических средств комплексной очистки рециркуляционного воздуха позволяет утверпдзть, что наиболее полно отвечает требованиям (низкое аэродинамическое сопротивление, высокая эффективность очистки, малое знепгопот-ребление) - электрофильтр. Количество скопденспровэвпейся влаги при рециркуляции приведено на рис Л. Проведенный анализ различных систем утилизации инергип с пометы луча процесса Г, по

в««1

Ри с. 1. Еа висии ость ск он денс нрона н-ноГ: влаги от доли рециркуляции при Ь^Н =~30сС,П= ^н.-^20oG,

1 - зона критических значений Ж , П - зоп^. допустимых значений Ж .

0,25 45

т.атг1:::о :т гтасоаия

с =-~7—-' 1 1 }

Щ ~ а п/г

где 0{, , сЦ - тепломап] остине параметры внутреннего воздуха, кИа/кг.г/кг; Опр. I ^тг/г- тепловла&ноитнпе па1>аметри приточного воздуха,кЛс/кг,г/кг.

Теплосодершюе приточного воздуха для ра личнпх систем утилизации тепловой энергии определяется из получении; аналитических ипрсЕепиП

а) "Теплообменник"

С2)

где Е -тепловая эффективность тонлсоЗлелкипа; -теплосодержание внутреннего воздуха, зй'.г.Лт,

б) "Теплообиемшк-реинркуляция"

- Ж- С з)

где Ж -доля уешфнуляции,

в) "Рециркуляция"

Д/» а + (О

позволяет утверждать, что при '¿екпорл'уре наружного воздуха нй>'Я,-15°С + -1&°С'СЯотеуа 'Т.-пдообиешшк" из в состоят.« оС.вс-гечнть тепловой балоио в коровника <<ез дополнительных затрат-«лоьтроаиоргии, рио.2, ' 1

от температуры наружного воздуха

для различных систем утилизации

тепла: 1-система "теплообменник" -а) +1Сград.С, б) +1>\ град.С;

2-систзма "рециркуляция" -з) +ЮГрад.С, б) +20 град.С;

3-допуст;шое значение луча процесса =5500 иДе/г для ^ерм крупного рогатого скота з соответствии с СНТП-1-77 ;

^ - с и ст е :.:а " т с пл о об:.! е 1 тн и к-р с ц:пэ-кудяция"

а) + 1'г град.С, б) -г 20 град.С.

Системы "теплообменник-рециркуляция" и "рециркуляция" обеспечивают тепловой баланс в диапазоне наружных тс!:ператур -1С -30°С и липе, по здесь необходимо участь вксказеяиоэ о том, что при наличии теплообменника будут зьачьтслмне потери не пинтз-лядии помещения, поэтому в целом э-^ю'лнзность этих систем будет снижаться.

На основании анализа состояния вопроса с обеспечением микроклимата в к'ивотноводчсских помещениях и теоретических исследованиях рапличных спетой утгглггяашш тепловой энергии удаляемого воздуха вгявлено, что наиболее перспективным направлением, при наружных температурах игле -18 4- -20°С, является использование рециркуляция воздупноП среды в нивотноводчсском помеггении с ко?тлеконоГ; очисткой ее от избыточной влаги,пнли,патогенной микрофлоры и вредных газов в электрофильтре. Но пока еще но достаточно изучены процессы обезвреживания воздушой среды в электрофильтре от избыточной влаги, вредных газов и кроме того нет обоснованных технологических, рскимных и конструктивных параметров системы рециркуляции и электрофильтра-.

Во второй главе "Теоретический анализ процесса обеспечения микроклимата в гнвотпозодческом помещении и обоснование решш-кых параметров янкенерно-техничесгтх средств при "влажной" ¡г "сухой" рециркуляции " изложены особенности формирования микроклимата при рециркуляции. Условно были определены два ремима рециркуляции. "Вламный" ре:;нп используется з кизотповодческих понесениях с избытками теплоты и маги. К ним. мо:шо отнести помещения для доПинх коров и мололи^;; на откорме возрастом Го-лее 6 месяцев. Особенности этого режмз состсяу в том, что точка смсыизампл голодного к ару кн ого и топ-озего ротгркуляс.лоин его

воздуха лег::т ниаз кр;гвоП насицешш У =100 При зтои происходит переход парообразной избиточкоЛ в-а г;: а дисперсную фориу (туиан), освободившаяся при oto:i скрытая теплота парообразования :;де? на подогрев зоздушсГ; с::осп. 7¡:crienc¡¡an влага о can дается аа ^окрих оеадлтелъних электродах з электрофильтре, таи не о задаст сл п иль, патогенная ¡лгкро'-лора, крс::с того в пленке влег.: па осад;.тель5пх электродах растворяются вредные газы апин-с.:, серсзодород п др. Все вредности сбеззренива^тся иоцнl.ií потоке- исков ос сна, стоиариого и ислеяуляраого кислорода, то есть происход:*"? регенерация годного рас.вера, если se ииеются избытки глеге, то oí;а отгодится s кэндексатссбср.чик. Во вреыя работы алектрс'ггль'гра гролехедэт1 генерация озока в поаег.ешш, где создается его спрздсло::!:с-я :!слце::трац;;я, обуславливавшая значительна 7.33ee*ssп дез одер;¡pyEí:iñ эгТокт. ЛсснипларуЕцая способность пр::точного ьоздуха и случае "влапюй" рециркуляции создастся путе:: поддержания з поиепешш г"олее высокого теапе-раттр^ег-о perica б разках допустимых значений.

"СухоЗ" релил региркуляц::;! отличается vea, что точка ci¿ecit легет ice кризе:": насыге.чля Ч =1СС с,'. 3 атом случае образование конденсата не происходит. ТакоГ; peí;::: используется в тех гшвот-ноюдчесзгЕХ поведениях где ограниченное количество нгделяеиой EL'xcrrriz^: теплоты и влага, п ы:оо:::."!: удачыий воздухообмен.Ксши-честьо подаваемого в по^ег.еьхе воздуха спределястся допустпиш содзрзаплг^ вредзих газоь (апилак,сероводород ü др.), а таксе шаг л патогенней гпгкро^лсри. К такни по^егенпя:; относится теЕятп:нг2-чпзо5п.-аЕтор;:а, 03:fi:3p¡i -".оточил ¡:ií и т.д. В ре г на о "сулсГ:" для подогрева приточного лоз,уха использу-

ется элегтрокалерл'йр. Отастка воздуха производится ае только в ехзнтро^лътре, путец роздеЛстьня поыша потоком ионов озона н кислорода па средние газы, но н в понегенга, определенной концентрацией озона, поэтов возникает проблема обеспечения таких технелогпчеезпх параметров работ;' с::сте;л; рециркуляции, чтобы содзргаипз езена не прели;ало додусчпиус иориу.

С Ц5лъв установления заысицсзтл для а) Дентин ости очлеткц воздушной сиесс от язйшхчпок влггл ^ш: иродедеи анализ получа-eiïoi'o вилехстгл;: конденсат;;! дис:нрс;;сго аз^озо.я (тумана) .При тех степенях пересиг.сния, ¿еторие получаится при слеш«в&пиа наружного и рециркуляционного воздуха спонтанная (гомогенная) кондеасацш! практически г.евззио^ье. 7ля того чгсбы произоала ■

юнденсация и образовался тукан несх:ходи!.;о валюте ядер конденса-[ии (пыль, ионы и т.д.). Вильсонои установлено, что при наличии »трицательных аэроионов размер водяных капель при пересыщениях от ! до 2 будет лежать в пределах 0,7*10 1*10"^ ы и

е/у>3,5*10~^м. При размерах капли от 1*10до У 3*10"^ капли >удут испаряться, то есть существует своего рода "запретная зона" 1 которой суц?стБ0Ешп'.е капли невозможно.

Для капель с размером больше 3,5*« скорость конденсации юра на поверхности будет определяться пкраженкем:

c//77v SJ/Ю • // - Оу /п _п I (55

dt " я г

"де /77ч - касса капли, кг; - кээфс^щпент дг^йузии пара, г^/с;

Л/ - иоленудсркь-П чес хицкосзн, кг/галь; - узшверсзльная газовая постоянная, ' Поль;

/С = 8,31 Дк/К " Ноль; 7' - температура газовой <г:есп, К;

равновесное давление над каплей, Па; - давление плроэ зоды в воздухе, lia.

В электртеесксн поле коронного разряда кс!?денсация идет генсиЕнеее, это связано с тем, что нсадициент дндфузип гходяг^П з выражение (5/ будет увеличиваться га-за рззпитих турбулентных тульсациП, вызванных электрически' ветром. СредпнЯ лвэ£фн:Г''.е*-:т сурбулентнон диффузии Юг={ 10 -15) "10 i /Vc. Это явление наиболее существенно для частиц с размером (Î-IO)'ÎO-® п, и приводи? к ¡пвеличенив конденсации пара в несколько раз. Ятя оценки вретгени конденсации при известных степенях нереекцения и начальных и ко-1ечных размерах капель используется урчвненге Ленп^сра:

[*де J2 - плотность частицы, яг/и3;

соответственно ко-

{ечнкй и начальный диже^ частицы, м.

диффузии пара учитывается Елиячне на процесс «5нденсац5ш электрического ветра и определится ил гледуп^го выражения:

где коэффициент турбулентной диффузии егованной электри-

ческим ветром, м^/с;.

коэффициент молекулярной диффузии, кг/с; 0,22'Ю~4 М2/с для паров воды в Еоздухе.

Кроме времени конденсации осень важным является параметр характеризующий время жизни капли в насыщенной среде У = I, которое оценивается уравнением Ленгмюра, полученного из уравнения Кельвина (5):

/2-Ю/нР- ' Я

где Ун - коэффициент поверхностного натяжения, н/м для воды

0 = 7,2-Ю-3 н/м.

Из анализа времени жизни капель, определяемого с немощью выражения (6) следует, что капли с диаметром меньше (0,5-1)'КГ м в насыщенной среде практически не существует 0,05 с, про-

исходит их испарение и конденсация на более крупных каплях. Все это доказывает еще раз стремление распределения размеров капель к монодисперсному.

После того как рассмотрены зависимости для Еремени конденсации и жизни капель определим конечный диаметр капель получаемого дисперсного аэрозоля. В условиях животноводческих помещений и климатической зоны Северного Казахстана возможно получить в результате смешивания воздушных потоков свободную влагу в количестве 1,3-2 г/мэ при степенях пересыщения 1,3-2. В животноводческом помещении значительное количестьо центров конденсации, пылинок, в количестве (1,5-2)*10"^ кг/сэ с размером 0,01-1,5 мкм. В конце конденсации в воздушной смеси будет дисперсная аэрозоль с размером капель 9-12 мкм. Данный размер будет являться определяющим при расчете эффективности электрофильтра.

С целью определения оптимальных технологических параметров работа системы "влажной" рециркуляции была составлена функциональная блок-схема рис. 3.

При этом были приняты следующие допущения:

1. Содержание влаги равномерно по всему объему помещения.

2. Ввделение влаги в помещении не зависит от ее содержания во внутреннем воздухе.

3. Содержание влаги изменяется мгновенно по всему объему помещения.

среда

С*и>м

н

У

V"

4(0

Cvti)

тш

Си|0(|)

Qt

РиФункциональная блок-схема " влакной"

рециркуляции: I.Наружный воздух. 2.Электрофильтр. 3.Помещение. Смеситель.

В соответствии с блок-схемой составляется математическая модель процесса обеспечения микроклимата учитывающая структуру энергозатрат на нагрев приточного воздуха, очистку рециркуляционного в электрофильтре, вентиляции помещения в зависимости от доли рециркуляции, степени очистки, воздухообмена, особенностей животноводческого номсцсппя и климатических условий. Б результате ее аналитического рспения получи;.: вкраиенле для потребляемой мощности в родине "влажной" рециркуляции.

р а,-Ыус _ с е^

¿-Сн.ощр-ху^о) е-хко} >?и

[-

-ЗЗГ-Ji-é-G,

■fj- dr (S+ 9 §%) ■ ■ ff- Vt-pS) ( 9 )

xW'-KoWC^r_)] i

• Л С n/U. 'J фи

(Г 2?/¿?-J'X-c/-z п • Л Спя 1 + н • &н.о ■ SO-* tP р

4'h-K.o-A* J ?¿-CHí0(of 0-ЯП,о) "

где основные обозначения приняты в соответствии с блок-схемой на рис. 3:

V- напряжение подаваемое на электрофильтр, ß ; -к.я.д. источника питания; {> -подвижность а он od, м^/В»с; лСл/г -количество сконденсированной влаги в воздушной снеси,г/м" ; X -длина активной зоны электрофильтра,»; CÍ -расотоянио меглу ;:оро-нпрупгцгни электродами,м.

Из выражзния (9) путем исследования его на экстремум определяется оптимальная доля рециркуояции и степень уменьшения содержания избыточной влаги в электрофильтре:

( 10 )

<-н

-к -4

( п )

где СИ, К - постоянные коэффициенты аналитической апрокскмации, СХ - 0,15; /Г = 0,012 1/°С.

Вид теоретических зависимостей для оптимальной доли рециркуляции, количества сконденсированной влаги и эффективности утилизации тепловой энергии удаляемого воздуха в зависимости от температуры наружного воздуха представлены на рис. 4. Из полученных зависимостей можно сделать вывод, чтоспонижением температуры наружного воздуха эффективность системы "влажной" рециркуляции

увеличивается

Рис. 4. Зависимость оптимальной доли рециркуляции, максимального количества сконденсированной влаги и утилизированной теплоты от температуры наружного воздуха

_ -6 -¿а -¿ч В режиме "сухой рециркуляции обезвреживание воздушной среды происходит в результате действия опрадзленных концентраций озона. Вопросу генерирования озона в животноводческоэ (птицевод-

¡еокоз) помещение посвягено большое количество исследований про-зодимых А.Г.Возкиловим,С.Т.Тайьаповн!г,Н.Е.Ксензоы,О.В.Рудкком, З.П.Лучинкпным. Из полученных результатов исследований следует, ito выход озсна зависит от резнпнкх и конструктивных параметров электронных аппаратов, но в них не рассматривается изменение сонцентрации озона в электрофильтре и в ;~ивотноводческом помеце-ши". Кроме того ::е рассмотрены били подробно вопросы влияния зоздухообмена, доли рециркуляции па содержание озона в помещении.

При выводе зависимости дчя степени увеличения концентрации ззона в электрофильтре был использован обцлй методологический юдход к описании газовой кинетики синтеза озона, в случае ис-юльзования газового разряда, приведенного в работах Е.Н.Ереии-ia, 0.П.Кшшовича.Ю.Н.Емельянова, З.Г.Алиева, и .П.Поповича и ряда других исследователей. 3 результате репения газокинстического шфференциального уравнения синтеза озона в электрофильтре поучаем зависимость для степени увеличения концентрации озона в ¡ависимосил от режимных и конструктивных параметров:

Ш ■ СоЛг). К) • Го X CojX'SV 1 gypJj<-M^_l \

ШО K-CobW 11 1}> (I2)

'де К, - константа скорости химической реакции образования )зона,м/А«с; К2- константа разложения огона,I/c; Т -плотность :ока коронного разряда,А/м; £ -радиус коронируёшего электро-1а,м; h - мепзлектродное расстояние,м; X -длина активной зо-IH электрофильтра,;:; S -площадь поперечного сечения электро-щльтра,мс; _ Q -расход воздуха,m"Vc; Сс^-содержание кислорода j воздушной смеси, мг/м'^; Со3(г) , Cos«) -содержание озона ¡оответственно на выходе и входе электрофильтра, иг/iP.

С учетом обп;его методологического подхода к синтезу озопа 1налогично пшучпи и зависимость для степени обезвреживания ¡редннх газов (аммиака, сероводорода и др.) в активной зоне электрофильтра:

Ско

5у.к;1'к;-г0 -1'С0г

iilit-Q2

( 13 )

'Дс - константа обезвреживания, i -й ксшопентн входного

'аза озоном в электрофильтре, м'/мг-с.

В соответствии с функциональной блок-схемой снстенн "сухоП" (вциркуляции рис.5 составим »¡ато-оттчсокуп модель и из нее спре-

Рис.5',Функциональная блок-схема системы "сухой" рециркуляции ьоздуха в животноводческом поиеще-

нии.

делии аналитический путей знрокеиие для общей мощности потребляемой различными элементами "сухой" рециркуляции: электрока -лорифер, электрофильтр, гентилятор:

К'Ь-Х-Ъ) Рад к-к. /IV ВД № М

и и^ХгоСогт^) 1сц«>? ь кг А Рр~Рп<

Определим оптимальную доли рециркуляции и степень уменьшения вредного газа в электрофильтре путем исследования зырааения (1ч) на экстрецум. В результате аналитического исследования получаем

,„ , _( то*г« 4 \ZGl- ^Лрвк?; )

.__сха<-и)_

У' 6[ К') Го'ГСаХ'ЗКз! \ '( 16')

Из анализа характера теоретических зависимостей эффективность утилизации тепловой энергии системой "оухой" рециркуляции рис.6 в зависимости от температуры нерудного воздуха следует, что с понижением температуры зффоктчвнос

ть с/¡степи рециркуляции , увепчиьается ь достигает 50-60$ при -20 + -30°С. Оптимальная доля роциркуляции токе будет увэличивэться рио.'б.

э

У",/с

30

кО 20

'г

/ 1

Ноп о.и

0.6

ол

0.2

Рис.6.Зависимость утилизованной снстеизирециркуляции иогностк (I) н оптимальной доли рециркуляции (2) от наружной температуры.

"10 -20 "30 -»(0 tч

Из полученных теоретических результатов.ноино сделать сле-думие выводи:

а) роит "влааной" рециркуляции - на с^овашш расчетов и теоретических зависимостей оптицьлышы^в интервале наружных температур -15 * -30°С;является: доля рециркуляции 0/1-0,5 ; степень уменьшения содержания избыточной влаги 0,05-0,1 , эффективность снижения энергозатрат системой рециркуляции 45~50

б) рении "сухой" рециркуляции - оптимальными являются :доля рециркуляции 0,75-0,87 ; степень уценыченпя содержания вредного газа (аммиака) 0,82-0,95 ; эффективность снижения энергозатрат системой рециркуляции 50-60 %.

Полученные результаты является определяющий,! при оо'основа-шш рентных и конструктивных параметров экспериментального оборудования.

В третьей главе "Программа ;; методика экспериментальных исследования технических средств об попечения "влажной" л "сухой" .рециркуляции " представлены методы получения информации о ¿армировании микроклимата в ренине рец.гркулящн: и определения качест^ венкых показателей работы технических средств.

Лабораторные оксперныонталише исследования проводились с целью определен::*! эффективности очистки ст избыточной влаиг, вредных газов (аммиака) з электро5ильтре прп различных рекнмных и конструктивных параметрах. Кроме тего исследовали процесс пзсиообразованпя г. электрофильтре к озоно-везлушний режим а закрытой объеме. Общи) вид экспериментального стенда для исследования рекшш рециркуляции представлен па рис.7.

Экспергаентолыш! стенд состоит из следу ютах основных элементов: гермитичнал цацера УЬБК-1, системы везлуховодзв с зас-

Рис.7.Принципиальная схе ¡а лабораторной установки для нсследо--Гванпя системы рециркуляции

2l-K3.icDa УНЕН-1;2-внтяпьой воздуховод ;1б,3,асл он ки;5-ве нтиля-kтср;б-птпбор для измерения тока

электрофильтра.-Т-высокочастотный у(Г?Гок " * " " """"

высокого на прядения;8-дели-ДН-105;9-злектрофильтр;

* толь

Р1С-унпвсрсалышк вольтметр; . - - П-приточный воздуховод;12-насос

для подачи в камеру вредного газа (аммиака );13-кам<:ра с вредным газом:14-прнбор УГ-2; Ъ-аспира-Tori для отбора гооб воздуха; rWLVTP. ■

лонкани и смесителем, электрофильтра, источника высокого напряжения, газогенератора аммиака, измерительной аппаратуры для исследования газового состава внутри камеры, измерительной аппара-' туры для определения решша работы электрофильтра. Исследования проводились.следующий образом: обеспечивался определенный газовый состав воздуха (наличие аммиака) затем воздушная смесь об -рабатывалась в электрофильтре, при это:,! варьировали регшлше и конструктивные параметры. Полученные экспериментальные зависимости динамики газового состава обрабатывали методом прикладной статистики и определяли соответствие их теоретическим.'

Исследование процесса очистки от избыточной (дисперсной) влаги проводили на стенде изображенном на рис.8. Эксперимент

_ Рис.8.Принципиальная схема для'

лабораторных исследований очистки л воздушной смеси от избыточной влаги з электрофильтре: I-пульт упр-я;2-прибор для измер. кол-ва свободной влага;3-истсчпйк света;4-гермстичная камера; 5-ртутный термометр;6-селенолый фотоэлемент;7-генератор пара; -8 -н а гре ва те ль; 9- о с е з ой ве н т и л я-т ор; 10-эл е ктр эфил ьтр;II-б ыс о ко-вольтный источник питания;

12-здектронный самописец 11338;

13-вольтметр ВУ-15 с делителем • ■ 2Ш-105.

проводился следующим образом: создавалась определенная концентрация влаги (тумана) в закрытом объеме, затем проводилась очистка воздушной смеси от оо в электрофильтре. Содержание влаги определялось с помощью фотоэлектрического анализа воздушной среды но светопроницаемость,определяемой фотоэлементом, предварительно нротарированным .прибором для измерения точки росы

1-35. Регистрация динамики процессов производилась с помокью электронного самописца Н338, универсального вольтметра ВУ-15 с делителем напряжения ДН-105. Содержание озона определяли с помочью прибора РН-Л21 -лштвольтметра потеншгсметрическим методом, скщюсть воздушного потока крнльчатым анемометром АСО-3, содержание аммиака с помощью газового анализатора УГ-2.

Производственные испытания системы рециркуляции проводились в коровниках и телятниках в условиях рядоьои эксплуатаци;;. Для оценки параметров микроклимата привлекались специалисты '.Сустснаи-ской зооветбаклао'орэторни. Регистрация процессов проводилась на основании разработанных термодинамических подслой обеспечения микроклимата и включала измерение следуштах ^5."ичнн: температуру, влз}яюсть наружного и внутреннего воздуха, газовый состав, скорость воздуха, подачу приточного, рециркуляционного и наружного воздуха, потребляемую моп^ость, содеряание отрицательных азроионоз и пыли. По результатам экспериментальных исследований определяли качественные показатели работы технических средств: неравномерность распределения температуры, влазлюстч, вредных газов, эффективность утилизации теплоты удаляемого воздуха, долю рециркуляции, и эффективность очистки воздушной смеси в электрофильтре от различных вредностей (избыточной влаги,вредных газов, пыли, патогенной микрофлоры). Оценка групп аналогов ян-вотных по продуктивности оценивалась по данным учета зооветеринарной службы Фермы, а такав с помощью сотрудников лаборатории технологий и технических средств механизации аивотководчосклх ферм НПО "ЦСХМ".

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований технических средств для обеспечения "вланной" и "сухой" рециркуляции " представлены результаты исследований степени очистки в электрофильтре от избыточно;': (дисперсной) влаги, вредного газа (ашлакз), а такае процессов озонообразевопия в электрофильтре и обеспечения определенных озон о-воздуши юс рекимов в замкнутой объеме.

В результат« проведенных экспериментальных исследований установлено, что на степень очистки от избыточной влаги оказывают значительное влмяниа конструктивный параметр - длина активной зоны и реиишше параметры - плотноз^ь тока, скорость воздуха. 1 Оптимальная отепонь очистки от избыточной влаги (0,05-0,1)

обеспечивается при слсдуюглх режимах: скорость воздуха - 2 м/с, плотность тока коренного разряда - 1 /л к/и, длина электрофильтра 0,1-0,25 м ; напряжение 15 кВ. Если увеличить плотность тока до 1,5/я А/и, то оптимальная эффективность сохраняется в диапазоне изменения скорости воздуиного потока от 2 до 5 м/с рис.9, это необходимо учесть при проектировании системы регулирования Ун,

об

ан

02 а( о

- к

л-.Н

от

Рис.9.Зависимость степени очистки от избыточней влаги от длины электрофильтра

1-У =2 и/о; 2- V =3 м/с; 3- V =5 м/с.

0.15 02 025 х.м

ренима работы электрофильтра в производственных условиях.

Проведенные исследования процесса озонообразовалия в электрофильтре позволили установить соответствие теоретических предложений о влиянии основных режимных параметров. Анализ зависимостей показывает, что с увеличением плотности тока содержание озона на выходе электрофильтра увеличивается. Б диапазоне плотностей токов С,5-2 ША/м эта зависимость линейная. При увеличении расхода воздуха степень увеличения концентрации озена уменьшается, так например, при изменении расхода о 0,01 до 0,04 м^/с и концентрации озона в камере I мг/н" она уменьшается в 3 раза, В результате статистической обработки опытных данных определены константа озонообразования в электрофильтре и константа разложения: /V/ =20 м/А • С; К* =1,5. КГ3 1/с.

Исследования озоно-воздушного реяима .в закрытом помещении показывают, что содержание озона достигает при определенной доле рециркуляции и рекимных параметрах электрофильтра установившееся значение,, с увеличением доли рециркуляции концентрация озона нелинейно возрастает, так при увеличении доли рециркуляции от 0,2 до 0,8 , при плотности тока ~1тк/\\, установившаяся концентрация озона увеличивается в б раз от 0,8 до 6,5 мг/м3. Зависимость содержания озона от плотности тока близка к линейной.

В резулгтете исследования степени очистки от вредного газа в электрофильтре установлено, что константа обезвреживания ом-

шака имеет следующее значение: =0,6i:3/;:r.c. Анализ экспериментальных зависимостей степени уменьшения содержания аммиака в электрофильтре з зависимости от рекимпнх параметров показывает, что с увеличением плотности тока она увеличивается и для поддеркания ее на уровне оптимальной 0,0-0,9 при деле рециркуляции 0,5 необходимо обеспечить плотность тока 1-2./як/и, При увеличении обгего воздухообмена от 0,001 до С,С04 м /с и доле рециркуляции 0,9 степень уменьшения содержания аммиака

уменьшается в 2 раза тлю. 10,

Y¡

Кроме обезвреживания аммиака в

Рис.Ю.Зависимость степени очистки в электрофильтре от оби его воз-духоосиеиа в камере при различней до;е рециркуляции: 1-^=0,9 ;2-дС -0,6 =0,3;

- теоретическая;

--- экспериментальная.

ООО? 0.002 Ü,0ü¿ О.ООЧ Q tí'

электрофильтре происходит такаа его дегазация непосредственно в замкнутом объеме, но здесь необходимо иметь в виду, что содержание озона внутри помогения не доляно превышать дспустимуп для яивотпгх и человека норматива.

Полученные экспериментальные результаты позволяют определить оптимальные энергетичсокпо регимы работы электрофильтра при проектировании системы обеспечения микроклимата л реаииа частичной рециркуляции.

В пятой главе "Разработка системы утилизации тепла обеспечивающей необходимые параметры микроклимата в нивстноводчоском помепении и регультаты производственных испытаний" предложены принципиальные схемы ретамов "гшанной" и "сухой" рециркуляции рис.11, рис.12. Производственные испытания разработанных систем рециркуляции проводились в совхозе "Притойольский" (коровник на 100 голов) и в опнтнс-прсизьодствелном хозяйстве "Заречное" (те.''Ят;м?к-проф::локториП). Оагтяов оборудование внлечэго в себя систему воздуховодов, электрофильтр, выссгсптюлтлгр»! исгсч-ник напряжения AI-IIU70, от опит ад «и с-всн тиляционн оо оборудование

сьаис.

РвеД1.Принципиальная схема "влзЕноП"рециркуляции воздуха в коровнике: I-электрофильтре-сне си -т ел:,, 3-пргт очный воздуховод, ^-вытяиноГ) воздуховод.

Рис.12.Принципиальная схеиа "сухой' рецнркуляпгн воздуха в телятнике-

профилактории: 1-спе ситель, 2-кзлорифер, 3-вевтиля-торЛ-помесение (бокс), 5-п^иточ-иып в оз дух "вод, б—вьггяы! о Г, воздухо— ^о^7-электрофкльтр ,8-П .3.11.,

Результаты проведенных технологических иеттаний системы "влаиной" рециркуляции позволяет утверкдать-ноказатель зТ ректнв-ности снидения энергозатрат в диапазоне изменения нарухпых температур с -18 до -30°С увеличиваетаот 15 до 50 В зависимости от температуры наружного воздуха,на 0,3-0,4 к5г-ч затраченной снергии в электрофильтре обеспечивалась экономия 3-5 кВт-ч электроэнергии, затрачиваемой на подогрев приточного воздуха. Во всей области исследований илрукиых температур обледенения внутренних поверхностей смесителя и осадитслышх электродов электрофильтра не наблюдалось, что свидетельствуетеработе системы рециркуляпш в условиях животноводческого помещения.

Результаты определения содержания вредных газов в воздушной смеси, при прохождении ее через активную зону электрофильтра с мокр кии оезд'.'телышми электродами, показали что копцептра-ция аммиака уменьшалась в 4-5 раз, бактериальная загрязненность в 6-10 раз. Значимость действия электрофильтра па вредные газк, пыль и бактериальную загрязненность устанавливалась с помогаю критерия Фишера.

Параметры микроклимата в спитноц коровнике быи в соответствии с требуемы!«! зоотехническими норматива:;:!. Температура внутреннего воздуха в помещении находилась 1. предела:: +10,2^»15,8°С, при относительной влажности 77,0 - 85,7 неравномерность распределения температуры и о объему помещения ке превкала 17,2 % ; влалности '1,3 х; содернание углекислого газа 0,С6-С,1Е6 а:гтага 2,0-6,5 .чг/н3; озона С 05-С,С8 иг/ц3, бактериальная

гз

зогри-.шешюстъ 5-1С тис.шт./н .

Исследования релина "сухой" рециркуляции проводились в гмний период в телятнике-профилактории. Анализ эффективности гниения потребляемой электроэнергии показал, что при понинении гмпературы наружного воздуха она повышается и достигает 50-6 >и -25 * -22,5°С. Параметры микроклимата соответствовали требу-ши зоогнгиеническим нормам.

В Ы 3 о д и

1. В результате теоретического анализа процесса обеспечения героклината в низотноводческом помещении установлено, что имеются биологические избытки тепловой энергии обеспечивают тепло-)й баланс в иироком диапазоне изменения температур наружного зздуха при использовании частичной рециркуляции с комплексной теткой рециркуляционного Еоздуха в электрофильтре,

2. Определен в результате теоретических исследовании дис-греннй состав конденсационного аэрозоля.

3. Получена математическая модель процесса обеспечения ми-роклимата в релине "влатной" и "сухой" рециркуляции.

4. Установлены теоретические зависимости для степени увели-зння концентрации озона в электрофильтре и озоно-воздушного рента в помещении от конструктивных и режимных параметров систе-i рециркуляции и электрофильтра.

5. Определена теоретическая зависимость степени уменьшения эдеркания вредного газа (аммиака) и избыточной влаги в электро-ильтре.

6. По обобщении'теоретических и экспериментальных исследо-зний рекомендуются следующие рациональные режимы работы техни-зских средств обеспечения микроклимата в кивотноводческнх помещениях:

а) в анвотноводческих помещениях для крупного рогатого ско-з необходимо использовать рении "влахиой" рециркуляции в интер-зле наружных температур -18 4 -¿0

б) резимные и конструктивные параметры электрофильтра долим обеспечивать следующие показатели: эффективность счистки от збнточиой влаги - 0,05-0,1; от вредных газов - 0,85-0,9; от или и патогенной микрофлоры - 0,05-0,08; доля рециркуляции -,4-0,5.

7. По освещению результатов производственной проверки опитой системы обслуживавшей помев:енне на 100 коров следует:

а) экономия электрической энергии в зимний период по сравнено с прямоточной системой составила 700 рублей;

б) годовой экономический эффект составил 1200 рублей.

8. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований режима "сухой" рециркуляции для телятника-профилактория рекомендуется следующее:

а) режим "сухой" рециркуляции необходимо использовать в телятниках-профилакториях в интервале температур +5 ~ -18°С;

б) режимные и конструктивные параметры электрофильтра и системы рециркуляции долины обеспечить следующие показатели:

- степень очистки от вредного газа (аммиака) - 0,82 * 0,95;

- степень очистки от пыли,патогенной микрофлоры - 0,03*0,О!

- доля рециркуляции - 0,8 + 0,9;

- концентрация озена в помещениях не более - 0,7*1,2 мг/м3,

9. По обобщению результатов произведет венной проверки опытной системы,обслуживающей телятник-профилакторий (100 телят) следует:

а) экономия электроэнергии в зимний период составила 939 рублей;

б) годовой экономический эффект составил 2993 рубля.

Основное содержание диссертации изложено в следующих

публикациях :

1. К л а ссен Ю.В. К обоснованию применения аппаратов электронноионнол технологии для создания нормированных параметров микроклимата// Сб .научн .трудов/ЦелинНШМЭСХ, -Алма-Ата ,1987, с.62-65.

2.Классен Ю.В., Анисимов Н.Г. Исследование способа обеспечения микроклимата в режиме внутренней рециркуляции с очисткой внутреннего воздуха в электрофпльтре//Сб.научн-трудов/ ЦелинШЕШСХ .-Алма-Ата, 1989, -с .51-56.

3. К л а с с е н Ю.В., Басов A.U. Обоснование оптимальных конструктивных и режимных параметров системы очистки воздуха в режиме внутренней рециркуляции //Сб.научн.трудов/ЦелинНШМЭСХ, -Алма-Ата,1989,с.57-67.

4. Е л а с с е н Ю.В. Озоно-воздушный режим в помещении при очистке воздуха в электрофильтре//Сб.научн.трудов/ЧИМЭСХ. - Челябинск,1989,-с.55-62. •

5. К л а ссен Ю.В., Басов A.M. К вопросу очистки рециркуляционного воздуха э электрофильтре от избыточной влаги //Сб.научн.трудов/ЧИНЗСХ.-Челябинск,1990 (в печати).

6. К л а с с е н C.B., Анисимов Н.Г. Определить эффективность производственных процессов механизации животноводства

( обосновать предложения по уточнению действующей систеиы иашин ю КазССР//0тчет "Целинсзльхоз«еханизация",Анисииов Н.Г. ! Г.р. 01870013259; инв.Л 02890047558,Кустанай,1988.

■7. Классен Ю.В.,Гордиевских У.Л.,Исинтаев Т.И. азработать прогноз основных направлений развития комплексной вханизации и автоматизации животноводства и птицеводства на ериод до 2010 г//Огчет НПО "Целинсельхознеханизация", Гордиев-ких П.Л. г.р. 01B60I039.fl, инв.® 02900035239, Куста на ¡1,1989.

8. Классен С.В., Гор дие вигах Н.Л, Разработать и про-ерить технологический процесс в условиях опытного производства использованием нетрадиционных источников энергии// Отчет НПО -Целинсельхознеханизация", Гордиевских И.Л., 5 г.р. 61900023817, нв.й 02910028587, Кустанай,1990.

Отпечатано г.Кустанай ОУСиА заказ 2867 тира* ГОР