Реконструкция электротехнической части телятника на 200 голов ООО Агрохолдинг "Уральский бекон" Талицкого района Свердловской области с разработкой энергосберегающей установки для создания регулируемых параметров микроклимата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Тюменская государственная сельскохозяйственная академия

Механико-технологический институт

Кафедра "Энергообеспечение сельского хозяйства"

Выпускная квалификационная работа

Тема: "Реконструкция электротехнической части телятника на 200 голов ООО Агрохолдинг "Уральский бекон" Талицкого района Свердловской области с разработкой энергосберегающей установки для создания регулируемых параметров микроклимата"

Тюмень 2007

Содержание

Введение

1. Анализ производственно-хозяйственной деятельности предприятия

1.1 Общая организационно-экономическая характеристика

1.2. Специализация сельскохозяйственного предприятия

1.3 Растениеводство

1.4. Животноводство

2. Электрификация и автоматизация технологических процессов на ферме

2.1 Выбор технологической схемы производства и технологического оборудования

2.2 Кормоприготовление, доставка и раздача

2.3 Удаление навоза

2.4. Поение телят

2.5 Вентиляция и отопление помещения

2.5.1 Вентиляция

3. Разработка энергосберегающей установки для создания регулируемых параметров микроклимата

3.1 Расчет тепловой мощности системы отопления и вентиляции

3.2 Расчет теплового баланса помещения...

3.3 Расчет мощности электрокалорифера

3.4 Расчет вентиляционного оборудования

3.5 Расчет электропанелей

3.5.1 Расчет режимных и конструктивных параметров

3.5.2 Изготовление электрообогреваемой панели, монтаж

3.5.3 Описание схемы работы управления панелей

3.6 Расчет осветительной установки телятника

3.6.1 Выбор системы и вида освещения

3.6.2 Выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса

3.6.3 Выбор светильников и их размещение

3.6.4 Определение мощности осветительной установки

3.7 Расчет осветительных и силовых сетей

3.7.1 Расчет осветительных сетей

3.7.2 Расчет силовых сетей.

3.8 Выбор пусковой аппаратуры

3.8.1. Выбор магнитных пускателей

4. Расчет максимальной мощности объекта

4.1 Выбор источника питания

4.2 Расчет наружных сетей 0,38 кВ

5. Безопасность жизнедеятельности

5.1 Общие сведения

5.2 Средства защиты

5.3 Требование к персоналу, обслуживающему электроустановки и его ответственность

5.4 Расчет эффективности зануления

5.5 Мероприятия по молниезащите

5.6 Организация пожарной охраны в хозяйстве

6. Технико-экономические расчеты

Список литературы

Введение

Максимальное увеличение производства продукции животноводства, его рентабельность возможны только при максимальной продуктивности животных, которая определяется в равной степени, как условиями кормления, так и условиями содержания, микроклиматом в животноводческих помещениях.

Микроклимат в большинстве животноводческих помещений, как для содержания молодняка, так и взрослых животных остается крайне неудовлетворительным. Высокая влажность воздуха, доходящая до 95…100% , перепады температур, загазованность в 1,5…2 раза выше допустимой наносят громадный ущерб животноводству.

Убытки хозяйства несут от увеличения отхода молодняка, не получения прироста живой массы, молока, от перерасхода кормов.

Причины не оптимального микроклимата следующие:

1. Недостаточные теплозащитные свойства помещений, плохое утепление перекрытий. Недостаток тепла в помещении заставляет закрывать вытяжные и приточные каналы, прекращая вентиляцию помещения, что ведет к насыщению воздуха вредными газами и водяными парами.

2. Наличие в помещении только вытяжных шахт без приточных каналов. В этом случае в помещении создается разряжение воздуха, ведущее к инфильтрации холодного воздуха через ограждение, что способствует их охлаждению, выпадению на них конденсата и обмерзанию.

3. Недостаточная возможность изменять объем вентиляции по сезонам года и времени суток.

4. Невыполнение работниками ферм необходимости соблюдения зоогигиенических нормативов микроклимата.

Требованием сегодняшнего дня является обеспечение животноводства простыми по устройству и эксплуатации, экономичными энергосберегающими системами обеспечения микроклимата.

Оптимальным микроклиматом следует называть такую совокупность значений физических характеристик окружающей среды, при которой достигается оптимальное (максимальное или минимальное) значение выбранного критерия.

Температура - один из важнейших параметров среды, оказывающих влияние на состояние и развитие организма телят, в первую очередь на терморегуляцию. Относительное постоянство температуры тела телят достигается благодаря энергетическому балансу, т.е. равенству энергии, образующейся в организме и отдаваемой в окружающую среду. Чем ниже температура воздуха в помещении, тем больше отдача энергии в окружающую среду, тем больше тепловой энергии должен вырабатывать организм.

Влажность в помещениях характеризуется рядом показателей, основные из которых - абсолютная и относительная влажность, и точка росы. Влажность воздуха в телятнике выше влажности наружного воздуха, так как телята выделяют определенное количество влаги. При повышенной влажности воздуха коррозирует оборудование, преждевременно выходят из строя перекрытия, создаются условия для возникновения инфекционных и грибковых заболеваний.

Основными компонентами воздушной среды помещения телятника являются азот, кислород, углекислый газ, аммиак и сероводород.

электрификация автоматизация телятник технологический

1. Анализ производственно-хозяйственной деятельности предприятия

Для анализа хозяйственной деятельности данного предприятия используем его годовые отчеты.

1.1 Общая организационно-экономическая характеристика хозяйства

Подсобное хозяйство ООО Агрохолдинг "Уральский бекон" расположено в поселке Пионерском, Талицкого района, Свердловской области. Расстояние до районного центра 15 км, до областного - 210 км.

ООО Агрохолдинг "Уральский бекон" является хозяйством зерно-молочного направления. Пунктами сбора сельскохозяйственной продукции являются: зерноэлеватор и зернохранилища, мясо - г. Талица, "Талицкий" мясокомбинат, "Маковский" мясокомбинат и др. пункты реализации, молоко - Талицкий молочный завод;

Дороги, связывающие хозяйство с районным и областным центрами имеют асфальтовое покрытие.

ООО Агрохолдинг "Уральский бекон" расположено в лесостепной зоне области. Годовое количество осадков составляет около 350 - 400 мм. Из общего количества осадков более 40% приходится на август - октябрь. На территории хозяйства в основном преобладают черноземы.

Лесной массив преобладающим количеством состоит из берез и сосен. Травяной покров составляют различные травы, характерные для этой зоны местности.

Для корма животных заготавливают в основном многолетние травы, которые убирают на сено. А так же выращивают кукурузу и горох на силос. Проанализировав природно-климатические условия, видно, что растениеводство и животноводство целесообразно для этой зоны.



1.2 Специализация сельскохозяйственного предприятия

Таблица 1.1 - Структура и динамика товарной продукции

Наименование продукта	2004 г.	2005 г.	2006 г.
	т. руб.	%	т. руб.	%	т. руб.	%
Всего по растениеводству В том числе: зерновые прочая продукция растениеводства	8398868 6420557 197811	52 76 24	291125 217512 73613	12 61 39	1372306 994514 377792	47 73 27
Всего по животноводству В том числе: молоко мясо КРС прочая продукция животноводства	6776915 3000778 3130962 645442	42 46 44 10	1215444 761553 202547 251314	70 62 17 21	1245312 7177221 312714 215377	43 58 25 17
Прочие отрасли ИТОГО	875412 16051195	6 100	310466 1817005	18 100	314325 2931943	10 100

Проанализировав таблицу 1.1 видно, что доля животноводства в структуре товарной продукции данного предприятия составляет большую часть.

Вторую половину занимает растениеводство и прочие отрасли рассматриваемого хозяйства. В растениеводстве значительно большая часть возделываемых культур приходится на производство зерновых, а в животноводстве большая часть направлена на производство молока.

По результатам рассматриваемого хозяйства можно сделать вывод, что ООО Агрохолдинг "Уральский бекон" имеет зерноживотноводческое направление.



Таблица 1.2 - Экономические результаты производства основных товарных продуктов

Продукты отрасли	Выручка тыс. руб.	Себестоимость тыс. руб.	Прибыль тыс. руб.	уровень рентабельности, %
2004г. Растениеводство Животноводство: молоко привесы КРС прочая продукция Прочие отрасли Всего по хозяйству	8398868 300778 3130692 645442 875412 16051195	6507437 3362983 5104812 757209 745167 16477605	1591434 -362205 -1974120 -111764 130245 -426410	0.1 0.38 0.14 0.2
2005г. Растениеводство Животноводство: молоко привесы КРС прочая продукция Прочие отрасли Всего по хозяйству	291195 761553 202547 251314 310466 1817005	1065451 1000415 456987 292430 338921 3154204	-775256 -238862 -25440 -41116 -28455 -1337199	0.38 0.23 0.56 0.14 0.8 0.42
2006г. Растениеводство Животноводство: молоко привесы КРС прочая продукция Прочие отрасли Всего по хозяйству	2372306 826432 703503 315377 314325 4531943	1564776 778156 884514 346432 254892 3768770	807503 48276 -784514 -31055 59433 763173	0.10 0.8

Используя данные экономических результатов производства основных товарных продуктов таблицы 1.2 необходимо сделать анализ финансового состояния сельскохозяйственного предприятия и установить, достаточен ли уровень рентабельности хозяйства.

Показатель рентабельности определяем из выражения:



=

где: - прибыль

- себестоимость

Рентабельность хозяйства получаем, складывая доход каждого вида продукции отрасли.

Анализируя таблицу 1.2 за три года видно, что хозяйство за 2006 г. сработало с прибылью, рентабельность составила 20%. Предыдущие года рентабельность составила: 2004 г. - (0.2%), 2005 г. - (0.42%). Для повышения этих показателей необходимо внедрять новые энергосберегающие технологии, повышение квалификации работников, что приведет к снижению себестоимости продукта.

Таблица 1.3 - Для этого рассмотрим обеспеченность предприятия трудом

Показатели	2004 г.	2005 г.	2006 г.
	План	Факт	План	Факт	План	Факт
Постоянные рабочие, занятые в сельскохозяйственном производстве	550	512	600	594	600	562
Коэффициент наличия труда	-	0,93	-	0,99	-	0,94
Неявок на работу, дн.	-	3	-	5	-	4
Отработано пост. рабочими, тыс. чел.дн.	-	131	-	139	-	134
Коэффициент использования труда	-	0,93	-	0,99	-	0,94

Анализируя данные, видно, что число постоянно работающих "носит" переменный характер это связано с неявкой на работу в течение последних трех лет, увольнение и уход на пенсию работников хозяйства, при этом коэффициент наличия труда тоже снижается. Для этого необходимо принять меры улучшения труда, и заботу о трудящихся в после рабочее время.

При анализе энергетических ресурсов в динамике рассмотрим изменение мощности энергетических средств и их структуру.

Таблица 1.4 - Структура энергетики хозяйства

Энергоресурсы	2004 г. кВт	2005 г. кВт	2006 г. кВт
Тракторы Всего энергетических мощностей Потреблено эл. Энергии, тыс.кВт.ч В том числе на производственные нужды Приходится энерг. Мощности: На одного среднегодового работника 1кВт/1раб На 100 га с/х угодий 1кВт/100га Электроэнергии на 1 среднегодового работника тыс.кВт.ч	8569 34267 6983 6983 67 343 13,6	7803 31774 6541 6541 54 320 11	10976 39242 5919 5919 70 392 10

Из таблицы видно, что наибольший вес в структуре энергетических ресурсов занимают трактора - 28%, которые являются одним из необходимых видов техники в сельскохозяйственном производстве. В 2006 году обновился машинно-тракторный парк новой техникой, что привело к повышению энерговооруженности на одного среднегодового работника с 54 кВт до 70 кВт. Необходима замена оборудования фермы и улучшения микроклимата для уменьшения скорости старения машин.

1.3 Растениеводство

Анализируя отрасли растениеводства необходимо отметить, что эта отрасль является важнейшей в сельскохозяйственном производстве. В хозяйстве наряду с производством зерна эта отрасль охватывает производство фуражных кормов.

Таблица 1.5 - Структура земельного фонда

Вид угодия	2004 г.	2005 г.	2006 г.
	га	%	га	%	га	%
Общая земельная площадь Всего с/х угодий В том числе: пашня сенокос прочие угодия	26161 25134 23048 796 1246	100 91 3 6	25733 25131 23048 796 1246	100 91 3 6	25733 25134 23048 796 1246	100 91 3 6

В хозяйстве более 90% земельного фонда занимают пашни, что свидетельствует о развитии отрасли растениеводства.

Таблица 1.6 - Урожайность сельскохозяйственных культур, ц/га

Культура	2004 г.	2005г.	2006 г.	В среднем
Зерновые Кукуруза и силос Подсолнечник на силос Многолетние травы на сено	16 190 140 22	10,2 60 87 11,2	25 210 200 24	17 153 142 19

2004, 2006 г.г. были благоприятны для роста и развития сельскохозяйственных культур.

2005 г. имеет отрицательный результат для данной отрасли, что привело к высокой себестоимости кормов, при плановой урожайности 15,8 ц/га фактическая - 3,9 ц/га, что также отрицательно отразилось на себестоимости молока.

Большой рост себестоимости объясняется резким повышением цен на основные средства, включенные в данное производство (ГСМ, посадочный материал, удобрения, техника и т.д.).

Для этого подробно рассмотрим количество затрат на производство продукции растениеводства.



Таблица 1.7 - Затраты на основное производство по растениеводству

Наименование элементов, статей затрат	2004 г.	2005 г.	2006 г.
	тыс. руб.	%	тыс. руб.	%	тыс. руб.	%
Затраты на оплату труда с отчислением в соц. страхование Затраты на семена Затраты на мин. удобрения Содержание основных средств Итого затрат	1699597 929863 660001 424128 3913589	43 23 16 18 100	177724 88721 16286 31371 314106	56 28 6 10 100	338216 232140 35804 144790 750950	45 30 5 20 100

Анализируя данные таблицы 1.7 видно, что основные затраты на производство продукции растениеводства связаны с выплатой заработной платы работникам.

1.4 Животноводство

Для анализа отрасли животноводства рассмотрим показатели таблиц, где отражены динамика поголовья животных, валовый выход продукции и продуктивность животных, себестоимость и трудоемкость производства продукции.

Таблица 1.8 - Динамика поголовья животных, гол.

Показатель	2004 г.	2005 г.	2006 г.
КРС всего В т.ч. коровы Молодняк на откорме	2454 874 1580	2372 896 1476	2460 900 1550

Анализируя таблицу 1.8 заметим, что поголовье дойных коров растет, это ведет к повышению общей продуктивности отрасли. Удой молока от одной коровы в 2004 году вырос. Это связано с достаточным количеством и не плохим качеством кормов.



Таблица 1.9 - Продуктивность животных

Показатель	2004 г.	2005 г.	2006 г.
Удой молока на одну фуражную корову, л Валовое производство молока, ц Среднесуточный прирост, гр Выход телят на 100 голов, гол	3005 26623 411 93	2736 24514 368 89	2982 26833 401 95

В 2005 году из-за сильной засухи урожайность зерновых имела очень низкий показатель, что повлияло как на валовое производство молока, так и на удой от одной коровы. Выход телят, в среднем, остается одинаковым из-за сохранения лучших пород быков-производителей.

Произведем анализ количества затрат на производство продукции животноводства.

Таблица 1.10 - Затраты на основное производства по животноводству

Наименование элементов, статей затрат	2004 г.	2005 г.	2006 г.
	тыс. руб.	% .	тыс. руб.	% .	тыс. руб.	%
Затраты на оплату труда с отчислением в соц. страх. Материальные затраты В том числе: корма нефтепродукты эл. энергия зап. части прочие матер. затраты амортизация прочие затраты ИТОГО	174008 375752 220274 31100 76000 15250 16000 8087 12041 549760	32 68 58 8 20 4 5 2 3 100	154120 402809 203464 32957 98124 20570 21729 10662 15302 556929	28 72 50 8 24 5 6 3 4 100	267282 45214 188213 166210 100624 40167 - 14302 18540 795330	34 66 36 31 19 8 - 2 4 100

Сделав анализ таблицы 1.10 видно, что большую часть составляют материальные затраты. Основными затратами являются: производство кормов, электроэнергия и ГСМ.

Снижение затрат возможно при механизации и электрификации фермы КРС, при этом снижаются затраты на производство кормов, а так же необходима замена оборудования фермы и улучшение микроклимата для уменьшения скорости старения машин.

Таблица 1.11 - Уровень механизации основных технологических процессов в животноводстве

Технологические процессы	Количество животных	% механизации	Оборудование
Поение Доение Уборка навоза Раздача корма Вентиляция и отопление	200 200 200 200 200	100 100 80 80 100	Водопровод Поилка ПА-1 АДМ-8А ТСН-3,0Б ТВК-80А Электрокалорифер СФОЦ

Электрификация технологических процессов в животноводстве ведет к увеличению механизации процессов и уменьшению применения ручного труда.

В разделе "Анализ хозяйственной деятельности" рассмотрено производство растениеводства и животноводства ООО Агрохолдинг "Уральский бекон" Свердловской обл.

На основе проведенного анализа можно сделать вывод, что хозяйство имеет зерновое направление в растениеводстве, а так же достаточно развито молочное направление в отрасли животноводства. В период с 2004 по 2005 годы окупаемость затрат составила 0.42 р. Основная прибыль в хозяйстве идет от реализации продукции растениеводства, однако продукция животноводства приносит прибыль быстрее быстрого оборота средств, но имеет большие затраты на производство.

Один из путей снижения затрат на производство продукции отрасли животноводства это создание оптимального микроклимата для животных, экономичном использовании энергоресурсов, использование электрической энергии в ночные часы по льготным тарифам.

2. Электрификация и автоматизация технологических процессов на ферме

2.1 Выбор технологической схемы производства и технологического оборудования

Техническое перевооружение отрасли основывается на системе машин и механизмов, в том числе электрифицированных, в ряде случаев позволяющих комплексно механизировать и автоматизировать многие важнейшие технологические процессы.

В производстве животноводческой продукции можно выделить несколько типовых технологических процессов, характеризуемых достаточно высоким уровнем механизации: доение коров (уровень механизации 96%), подача воды (95%), раздача кормов (67%), уборка навоза (66%). Естественно, именно эти процессы в первую очередь подлежат автоматизации. Большое значение имеет также автоматизированный контроль физиологического состояния животных, их массы и продуктивности.

Выбор технологических схем и комплекса рабочих машин для электромеханизации и автоматизации производственных процессов на животноводческой ферме определяется принятой технологией производства.

Выполняем выбор рабочих машин и оборудования для основных технологических процессов в помещении для содержания скота на 200 голов телят с 3-х месяцев. Способ содержания телят - беспривязное.

Основными технологическими процессами являются:

1. Кормоприготовление, доставка и раздача корма.

2. Удаление навоза.

3. Поение.

4. Отопление и вентиляция.

5. Освещение.



2.2 Кормоприготовление, доставка и раздача

Технологическая схема кормления зависит от возраста животных, принятого рациона кормления, формы приготовления кормов и определяется конструктивными особенностями стойловых помещений и технологией содержания животных.

Рисунок 2.1 - Схема кормления в общем виде

Под (а) подразумеваются те технологические процессы, которые позволяют в соответствии с зоотехническими требованиями привести корма в состояние, когда обеспечивается наилучший эффект при его скармливании. К такому технологическому процессу можно отнести измельчение грубых и сочных кормов при их заготовлении, помол зерна на комбикорм, который осуществляется на установке ОКЦ - 30.

Для загрузки в кормораздатчик или в тракторную тележку грубых кормов, силоса, сенажа используют погрузчик-экскаватор ПЭ-0,8Б на базе трактора МТЗ-80. Сыпучие корма загружаются с помощью ленточных транспортеров.

Транспортировка и раздача животным корма осуществляется прицепными кормораздатчиками типа КТУ-10 и КТУ-3,0А.

Учитывая, что в хозяйстве нет кормоприготовительного цеха для смешивания грубых кормов с концентратами, витаминными и минеральными добавками, используем кормораздатчик РСП-10. Он перемешивает компоненты во время доставки корма.

Таблица 2.1 - Техническая характеристика РСП-10

Вместимость кузова, м3 Скорость рабочая при раздаче, м/с Время смешивания кормов, мин. Размеры, мм Масса, кг Тип агрегатирующего трактора	10 1,5…5 5 5400 х 2300 х 2600 3940 МТЗ

Очистка кормушек от остатков корма осуществляется вручную.

Остатки корма сбрасываются в каналы навозоуборочных транспортеров, а затем вместе с навозом удаляются из помещения.

Все перечисленные технологические процессы практически полностью механизированы.

2.3 Удаление навоза

Одна из самых трудоемких операций в животноводстве - уборка навоза. В процессе уборки выполняют следующие технологические операции:



Рисунок 2.2 - Технологическая схема уборки навоза

Три последние операции полностью механизированы. Удаление навоза транспортерами ТСН-2 (с двигателем Р_ном = 4 кВт; n = 1000об/мин), которые перемещают навоз к центральному проходу и сбрасывают его в один (из двух) навозоприемников, в которых устанавливается шнековый насос для откачки фекальных стоков марки НШ-50 ( Р_ном = 11 кВт; n = 1500 об/мин ). С помощью этого насоса навоз поступает в навозоприемную емкость и транспортируется трактором Т-150 к месту хранения.

2.4 Поение телят

В животноводческих помещениях расходуется большое количество воды для поения, приготовления кормов, уборки помещений и ухода за животными. Постоянное количество необходимой воды способствует повышению продуктивности животных, созданию нормальных санитарных условий и т.д. Поение скота внутри помещения предусмотрено из автоматических групповых поилок ИГК-4, установленных в каждой секции.

Для поения животных подогретой водой устанавливается водонагреватель САОС - 1600.

Таблица 2.2 - Технические данные САОС - 1600

Мощность электронагревателя, кВт Мощность нагревательного элемента, кВт Производительность, л/ч Максимальная температура нагрева, о С	18 6,0 1600 28

Для водоснабжения фермы используются подземные источники. Вода по трубам из водонапорной башни подается на территорию фермы.

2.5 Вентиляция и отопление помещения

Комплексы приточно-вытяжных установок ПВУ предназначены для вентиляции и отопления животноводческих помещений. В комплекс входит по шесть установок и пульт управления. В вентиляционных устройствах совмещены приток и вытяжка воздуха. Установка содержит два стальных цилиндра, вставленных один в другой. Внутренний цилиндр предназначен для вытяжки воздуха из помещения. Наружный воздух поступает через кольцевой канал, образуемый наружным и внутренним цилиндром.

Таблица 2.3 - Технические данные ПВУ-6, ПВУ-9

Наименование показателей	ПВУ-6	ПВУ-9
Подача воздуха, м3/с	1,66	2,50
Тепловая мощность, кВт	15	19,2
Число электронагревателей	6	6
Число установок в комплексе	6	6
Общая тепловая мощность, кВт	90	115,2
Высота, мм	6460	6850
Наибольший диаметр, мм	1150	1250

Установка состоит из четырех секций.

Секция вентилятора предназначена для транспортировки загрязненного и свежего воздуха; подогрева и распределения в пространстве приточного воздуха. Секция содержит электродвигатель, на вал которого насажено рабочее колесо, и шесть трубчатых электрических нагревателей для подогрева приточного воздуха. На рабочем колесе установлено два ряда лопаток, наклоненных в разные стороны. Внутренний ряд лопаток обеспечивает вытяжку, а наружный - приток воздуха. В нижней части секции по окружности кольцевого канала размещены воздухораспределительные сопла.

Секция смесительных заслонок предназначена для регулирования степени циркуляции воздуха. Внутренний цилиндр секции имеет разрыв, в который вставлены регулирующие заслонки. Если заслонки открыты, то в помещение поступает только наружный воздух, а если прикрыты, то часть удаляемого воздуха смешивается с наружным и снова поступает в помещение. Для управления положением заслонки используют электродвигатель.

Промежуточная секция, предназначенная для соединения секции смесительных заслонок с зонтом, состоит из внутреннего и наружного цилиндров.

Зонт применяют для защиты установки от попадания атмосферных осадков, забора свежего и выброса загрязненного воздуха. Его сборочные единицы: приточный кожух, вытяжной диффузор и основание.

Каждая приточно-вытяжная установка комплектуется силовым блоком, содержащим пусковую, защитную, сигнальную аппаратуру и пост ручного управления. Пульт централизованного управления с комплектом термосистем предназначен для централизованного автоматического и ручного управления комплексом установок. К пульту подключается не более шести установок.

Недостатки:

1. Ненадежность.

2. Частый выход из строя электродвигателей из-за пробоя изоляции.

Рисунок 2.3 - Приточно-вытяжная установка ПВУ 1 -- зонт; 2 -- промежуточная секция; 3 -- секция смесительных заслонок; 4 -- секция вентилятора; <- -- удаляемый воздух; <= -- приточный воздух.

2.5.1 Вентиляция

Теплообменник для животноводческих помещений

Для повышения эффективности теплообменных систем вентиляции используют рекуперативные теплообменники типа "труба в трубе" совмещенные с приточно-вытяжными воздуховодами. Такие теплообменники вследствие значительных размеров каналов не допускают намораживание конденсата, не требуют фильтрации удаляемого теплого воздуха, что существенно повышает их технико-экономические показатели.

Рассмотрим теплообменник на примере схемы системы вентиляции помещения с двухходовым трехтрубным теплообменником (рис. 2.4).

Холодный воздух забирается вентилятором 7 и нагнетается в центральный воздуховод 3, а теплый подается вентилятором 8 через приточный коллектор 6 в кольцевой зазор, образованный внутренним 3 и промежуточным 4 воздуховодами.

Проходя по зазору между трубами 3 и 4 теплый воздух нагревает холодный, омывающий его с двух сторон. При этом на внутренних поверхностях кольцевого канала образуется конденсат, который собирается в нижней части воздуховода 4 и отводится через конденсатообводчик 11 в поток 9. В него же стекает конденсат, который образуется на холодной поверхности наружной трубы 5. На этой трубе через каждый метр для выхода воздуха с обеих сторон пробиты отверстия.

Такая теплообменная система успешно функционирует во многих животноводческих помещениях.

Рисунок 2.4 - Схема системы вентиляции с теплообменником

1. труба;

2. выходной коллектор;

3. внутренний воздуховод;

4. промежуточный воздуховод;

5. наружный воздуховод;

6. приточный коллектор;

7. вентилятор холодного воздуха;

8. вентилятор теплого воздуха;

9. лоток;

10. ножка;

11. конденсатообводчик

3. Разработка энергосберегающей установки для создания регулируемых параметров микроклимата

3.1 Расчет тепловой мощности системы отопления и вентиляции

Нормативные положения

Под оптимальными параметрами микроклимата понимаются допустимые значения температуры, влажности и скорости движения воздуха, содержание в нем вредных газов (диоксида углерода - CO2, аммиака - NH3, сероводорода - H2S), микроорганизмов (бактерий), частиц пыли, а также освещение и облучение. Установлено, что продуктивность животных на 50%...55% зависит от рациона кормления, на 20..25% - от породы и уровня селекционно-племенной работы и на 20…30% - параметров микроклимата. При недопустимых параметрах микроклимата не только падает на 20…30% продуктивность, но и сокращаются сроки племенного и продуктивного использования животных.

Температура воздуха наиболее существенно влияет на продуктивность животных и поедаемость ими корма. При понижении температуры теплоотдача тела животных увеличивается, что сказывается на росте потребления корма, а при более низких, так называемых критических температурах, наступают их переохлаждение и заболевание.

Оптимальной считают такую температуру воздуха, при которой продуктивность животного наивысшая, а расход кормов и стоимость технических средств для обеспечения микроклимата минимальные. При температурах ниже критических требуются энергетические установки для дополнительного обогрева помещений.

Длительное действие высокой температуры также отрицательно влияет на продуктивность и состояние животных. У животных развивается тепловое перенапряжение, сопровождающееся понижением аппетита и пищеварения. Это вызывает резкое снижение их продуктивности, увеличение удельного расхода корма на 1кг прироста массы и расстройство нервной системы.

Влажность также существенно влияет на состояние здоровья и продуктивность животных. Влажность в помещениях образуется вследствие жизнедеятельности животных и испарения воды с пола, стен помещения и кормушек. На каждую голову КРС образуется 7…25 кг воды и влаги в сутки.

Высокая влажность воздуха отрицательно действует на организм животного как при низких, так и при высоких температурах воздуха. Высокая влажность и температура затрудняют теплоотдачу организма, особенно при малой скорости движения воздуха. Это вызывает его перегревание. При высокой влажности и низкой температуре воздуха животное теряет большое количество теплоты, что вызывает его охлаждение и простудные заболевания. При этом снижается аппетит животных и снижается их продуктивность, а также сокращается срок службы оборудования. Чрезмерно низкая влажность воздуха при повышенной температуре усиливает потерю влаги организмом, что вызывает у животного жажду и потливость. Кроме того, увеличивается запыленность воздуха, что приводит к респираторным заболеваниям животных.

Таблица 3.1 - Расчетные (допустимые) параметры температурно-влажностного режима

Наименование помещения	Способ содержания	Количество голов, шт	Расчетная to , С	Допустимая to , С	Расчетная относительная влажность, %	Допустимая относительная влажность, %
Здание для молодняка от 4 до 12 месяцев.	Групповое беспривязное	200	+15	+8	75	85

В животноводческих помещениях сами животные являются источниками значительного количества теплоты. Однако в зимнее время, когда тепловые потери не компенсируются тепловыделениями, эти помещения необходимо отапливать. Для этого применяется воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией.

Оптимальное сочетание основных параметров помещения для содержания телят в возрасте до 6 месяцев при групповом беспривязном

содержании, боксовом содержании: температура воздуха t_в= +15^оС, относительная влажность минимальная _мин = 40%, максимальная _макс = 85%.

3.2 Расчет теплового баланса помещения

Тепловая мощность системы отопления определяется из уравнения теплового баланса.

Ф_от = Ф_огр + Ф_в - Ф_ж , (3.1)

где: Ф_от - тепловой поток отопительной установки;

Ф_огр- потери теплоты через наружные ограждения помещения, Вт;

Ф_в - потери теплоты на нагрев приточного воздуха, Вт;

Ф_ж- теплота, выделяемая животными, Вт

Определяем тепловой поток, теряемый через наружные ограждения:

Ф_огр = q_от ^. V ^. (Т_в - Т_н ) ^. а, (3.2)

где: q_от = 0,291 Вт/м^{3 . о} С - удельная отопительная характеристика помещения, Вт/м^{3 . о} С.

V - объем помещения, 1816 м^3;

t_в - температура внутреннего воздуха помещения, +15;

t_н - температура наружного воздуха, -30;

а - поправочный коэффициент, учитывающий влияние разности температур на значение.

а = 0,54 + 0,54 + 1,04

Ф_в = Q_в ^. _в ^. С_р ( t_в - t_н ), (3.3)

где: Q_в - объемный расход вентиляционного воздуха;

- плотность воздуха при t_в = 15^оС;

С_р = 1000 Дж/кг ^{. о}С - удельная изобарная теплоемкость воздуха

= , (3.4)

где: = 99,3 кПа - расчетное давление в данном районе

= = 1,2 кг/м³

Определим воздухообмен по углекислому газу СО₂

Q_со2 = , (3.5)

где: С = 68 л/ч - норма выделений животными углекислоты;

N = 200 голов - количество животных;

С_в = 2,5 л/м³ - предельно допустимая концентрация СО₂ в воздухе помещения;

С_н = 0,35 л/м³ - концентрация СО₂ в наружном воздухе



Q_со2 = 3542,3 м³ /с

Определим воздухообмен по влаговыделению животными.

Q_w = , (3.6)

где: d_в = 9,2 г/кг сух.возд. - влагосодержание внутри помещения;

d_н = 0,5 г/кг сух.возд. - влагосодержание наружного воздуха;

W - масса влаги, выделяющаяся в помещение

W = W_ж - W_исп. (3.7)

W_ж = N ^. W' ^. К_t (3.8)

W_{исп. =} W_ж , (3.9)

где: W_ж - количество влаги выделяемое животными;

W_исп. - влага испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения;

N - количество животных, 200 голов;

W = 216 г/ч - норма выделения паров 1-м животным;

К_t = 1,24 - поправочный коэффициент для определения влаговыделений животными;

= 0,2 - коэффициент, учитывающий влагоиспарение с мокрых поверхностей в помещении.

W_ж = 200 ^. 216 ^. 1,24 = 29998 г/ч

W_исп. = 0,2 ^. 29998 = 5999,6 г/ч

W = 29998 - 5999,6 = 23998,4 г/ч

Q_w = 2298,7 м³ /ч

Q_{w =} 0,64 м³ /с

Берем воздухообмен по наибольшему значению 0,98 > 0,64_w

Ф_огр = 0,291 ^. 1812,6 ^.(15-(-30)) ^.1,04 = 15748 Вт

Теплота, выделяемая животными:

Ф_в = 0,98 ^. 1,2 ^. 1000 ^. (15-(-30)) = 51744 Вт

Тепловой поток на испарение влаги:

Ф_исп = 0,692 ^. W_исп (3.10)

Ф_исп = 0,692 ^. 5999,6 = 4151,7 Вт

Ф_ж = N ^. q ^. К_t ,

где: N - количество животных в помещении, N = 200;

q = 377 Вт - количество теплоты, выделяемой одним животным;

К_t = 0,85 - коэффициент, учитывающий тепловыделения животными

Ф_ж = 200 ^. 377 ^. 0,85 = 35890,4 Вт

Ф_от = 15748 + 51774 + 4151,2 - 35890,4 = 35783 Вт

Ф_от = 35783 Вт

3.3 Расчет мощности электрокалорифера

Р = , (3.11)

Ф_п = Ф_от - Ф_эп , (3.12)



где: К_з = 1,1 - коэффициент запаса, учитывающий снижение питающего напряжения;

Ф_п - полный полезный поток отопительной установки;

Ф_эп = 13500 Вт тепловой поток, выделяемый электропанелями;

= 0,95% - КПД калориферной установки;

= 100% - доля расчетной мощности, обеспечивающая ЭКУ

Ф_п = 35783-13500 =22283 Вт

Р = = 25801 Вт

Определим требуемый объем подачи воздуха в помещение.

Q_v.т = , (3.13)

где: Q_co2 - воздухообмен по СО₂ ;

К₁ = 1,1 - коэффициент, учитывающий потери или подсос воздуха;

n = 1 - количество ЭКУ

Q_v.т = = 1,078 м³ /с

По расчетной мощности электрокалорифера и требуемой подачи вентилятора Q_v.т по справочным данным выберем СФОЦ - 40/0,5Т



Основные технические данные СФОЦ - 40/0,5Т

Установленная мощность агрегата, кВт Мощность электрокалорифера, кВт Число нагревательных секций Число нагревательных элементов Мощность 1-й секции, кВт Подача воздуха, м3/ч Перепад температуры нагреваемого воздуха, °С Максимальная температура воздуха на выходе ЭКУ, оС Масса установки, кг	47,2 45 3 18 15 3500 40 50 290

Проверим ЭКУ на обеспечение требуемого расхода воздуха.

Q_v.ном Q_v.т

1,2 м³/с > 1,078 м³/с требование выполняется

Проверим ЭКУ по температуре выходящего воздуха

Т_вых = + t_н , (3.14)

где: Р_н = 45 кВт - мощность номинальная;

- плотность воздуха;

С_р - изобарная теплоемкость воздуха;

Q_v.ф - фактический объемный расход воздуха

Т_вых = 4,7^оС

Q_v.ф = Q_v.т = 1,079 м³/с

Предельно-допустимая температура на выдаче ЭКУ t = 50^оС

4,7^оС < 50^оС требование соблюдается



3.4 Расчет вентиляционного оборудования

Рисунок 3.1 - Схема вентиляционно-отопительной установки - тепловой пункт;Б - стойловое помещение; 1 - калориферная установка; - жалюзийная решетка; 3 - воздуховод приточной вентиляции; 4 - вытяжные шахты

Определим необходимый расход воздуха, создаваемый вентилятором с учетом подачи воздуха в воздуховод.

Q_в = К_п ^. Q_w , (3.15)

где: К_п = 1,15 - поправочный коэффициент подсоса воздуха в воздуховода;.

Q_w - необходимая подача воздуха;

t_в, t_п - температура внутри и снаружи помещения

Q_в = 1,15 ^. 3881 ^. 3617 м³/ч

Рассчитываем полное давление, которое должен создать вентилятор.

, (3.16)

где: 1,1 - запас давления на непредвиденные сопротивления;

- потери давления на трение в местных сопротивлениях;

R = 5 па/м - удельная потеря давления;

40 м - длина участка воздуховода;

Z=- потеря давления в местных сопротивлениях участка воздуховода;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;

- динамическое давление потока воздуха на выходе из сети;

- сопротивление калориферов;

= 55 Па

- динамическое давление;

(3.17)

86 Па

21,6 Па

Определяем коэффициенты местных сопротивлений магистрального и распределительного воздуховодов по л..

= 2 + 0,15 + 1,1 + 0,5 = 3,75

= 3,75 ^. 86 = 322,5 Па

= 0,2 + (0,86 ^. 17) = 14,8

= 14,8 ^. 21,6 = 319,6

= (5 ^. 70 + 319,6) = 669,6

= (5 ^. 7 + 322,5) = 357,5

= 357,5 + 669,6 = 1027,1

= 1,1[1027,1 + 21,6 + 55] = 1214 Па

Определим диаметры трубопровода:

d_в = , (3.18)

где: - необходимый расход воздуха;

- 6 м/с - скорость воздуха в трубопроводе;

= 3,14

d_в = 0,46 м

Принимаем расстояние между отверстиями 2 м, тогда на прямолинейном его участке будет 17 отверстий с каждой стороны. Скорость воздуха на выходе из отверстий 6 м/с. Определим площадь 1-го отверстия наиболее удаленного от вентилятора.

f_i = A_i ^. f₁ (3.19)

f₁ = , (3.20)

где: f₁ - площадь первого отверстия

f_i - площадь i-го отверстия

А_i - коэффициент

f₁ = 0,0098 м²

А_i = , (3.21)

F = , (3.22)

где: F - площадь сечения воздуховода;

0,65 - коэффициент расхода.

A₁₇ = 1,6

f₁₇ = 1,6 ^. 0,0098 = 0,016 м²

Площадь 17-го отверстия f₁₇ = 0,016 м² , остальной расчет аналогичен.

f₁₆ = 0, 015 м² f₁₁ = 0, 0122 м² f₆ = 0, 0112 м²

f₁₅ = 0, 0145 м² f₁₀ = 0, 012 м² f₅ = 0, 011 м²

f₁₄ = 0, 013 м² f₉ = 0, 0119 м² f₄ = 0, 011 м²

f₁₃ = 0, 0129 м² f₈ = 0, 0116 м² f₃ = 0, 0109 м²

f₁₂ = 0, 0124 м² f₇ = 0, 0114 м² f₂ = 0, 01 м²

Число отверстий в воздуховоде должно удовлетворять неравенству.

n > 1 + (3.23)

17 > 27,6

Число отверстий соответствует требованию.

Подбираем вентилятор по аэродинамическим характеристикам.

Необходимую мощность на валу электродвигателя для привода вентилятора подсчитываем по формуле.

N_в = , (3.24)

где: = 0,6 - КПД вентилятора;

= 1 - КПД передачи;

= 1214 Па - полное давление

N_в = 2 кВт

Определяем установленную мощность электродвигателя.

N_уст = 1,2 ^. 2 = 2,4 кВт

По справочным данным выбираем двигатель серии 4А.

Техническая характеристика электродвигателя 4А100S4УЗ

Р_н = 3 кВт;

= 82%;

cos = 0,83;

n = 1500 об/мин;

in = 6

Так как установка запускается на холостом ходу - поэтому двигатель не проверяется по условию пуска. Так же двигатель не проверяется по условию перегрузки и нагреву потому, что двигатель работает при постоянной нагрузке.

Определим число вытяжных шахт.

F = , (3.25)

= 2,2 ^. (3.26)

, (3.27)

где: F - площадь поперечного сечения всех вытяжных шахт при естественной тяге;

U_в.ш. - скорость движения воздуха в вытяжной шахте;

h - высота вытяжной шахты h = 3 м;

f = 0,4 м² - площадь сечения 1-й шахты

273 м/с

F = 0,7 м²

n_в.ш. = 2

Число вытяжных шахт - 2 шт.

3.5 Расчет электропанелей

Применение электрической энергии для местного обогрева помещений дает наибольший эффект, особенно в животноводстве и птицеводстве. При местном обогреве, когда тепло к животным подводится снизу и сверху, что предусматривает проект, создаются наиболее благоприятные условия для выращивания молодняка. Средства локального обогрева в животноводческих помещениях, дополняя общий обогрев, дают возможность повысить сохранность молодняка на 100% с одновременным сокращением удельного расхода корма, улучшить микроклимат в зоне пребывания животных, снизить потребность в подстилочном материале, уменьшить затраты на технологическое обслуживание. К таким средствам можно отнести коврики, панели, грелки, электрообогреватели, электроманежи и др.

Наиболее удачным вариантом для обогрева помещения с телятами являются электрообогреваемые панели, поскольку они отвечают требованиям: равномерность распределения температуры по обогреваемой поверхности, наличие устройств автоматического поддержания температуры, малая масса и стоимость при изготовлении, устойчивость к агрессивным средам животноводческого помещения, долговечность.

3.5.1 Расчет режимных и конструктивных параметров

Выбор оборудования.

Электрообогреваемая панель представляет собой раму из стальной полосы, в которой между двумя сетками залита в бетон спираль нагревательного провода ПОСХП.

Примем за рабочую температуру на поверхности панели Т_п = 70^оС.

Задается размерами электропанели 1200 х 800 х 500.

Разность температуры между поверхностью панели и воздухом вокруг нее

?Т = Т_п - Т_в (3.28)

где: ?Т - разность температур

Т_п - температура панели 70^оС

Т_в - температура воздуха в помещении телятника 15^оС

?Т = Т_п - Т_в = 70 - 15 = 55^оС

Определим удельную мощность обогреваемой панели.

Р_о = 12 ^. ?Т , (3.29)

где: Р_о - удельная мощность;

12 - коэффициент теплоотдачи с поверхности панели.

Р_о = 12 ^. 55 = 660 Вт/м²

Определим термическое сопротивление одной панели с расположенным в ней нагревательным элементом.

Если пренебречь термическим сопротивлением концов панели, то тепловую схему замещения можно представить в виде параллельно включенных сопротивлений.

Рисунок 3.2 - Схема замещения электропанели Ф_п - полезный тепловой поток; Ф_п.п. - тепловой поток панели; R_1т, R_2т - термическое сопротивление 2-х бетонных половин панели

R_т = , (3.30)

R_1т = R_2т = , (3.31)

где: R_т - термическое сопротивление панели;

= 25 ^. 10^-3 М - толщина слоя бетона одной половины электропанели;

= 1,8 Вт/м ^оС - теплопроводность бетона;

A = 1,2 ^. 0,8 = 0,96 м² - площадь поверхности панели

R_1т = 0,014 ^оС/Вт

R_т = 0,07 ^оС/Вт

Определим температуру на уровне заложения нагревательного провода:

T = T_п + R_т ^. P_o , (3.32)

где: Т_п = 70^оС - температура панели;

R_т - термическое сопротивление панели;

Р_о - удельная поверхностная мощность

Т = 70^о + 0,007 ^. 660 = 74,6^оС

Необходимо Т проверить по условию

Т Т_кр.д. ,

где: Т_кр.д. = 90^оС - допустимая температура нагрева провода

74,6^оС <90^оС - условие выполняется

Рассчитываем геометрические размеры составных элементов панели. Спираль изготавливается из нагревательного провода ПОСХП.

Технические данные провода ПОСХП

Провод имеет стальную жилу d₁ = 1,1 мм

с полиэтиленовой изоляцией d₂ = 2,3 мм

удельное сопротивление жилы r = 0,147 Ом/м

удельная погонная мощность Р_п = 10 Вт/м

удельное сопротивление материала с = 0,14 ^. 10^-6 Ом ^. м

сечение провода S = 0,95 мм²

cos ц = 0,91

допустимая температура нагрева Т_кр.д. = 90^оС

Определим размер спирали

d₃ = (18 ч 10) ^. d₂ (3.33)

где: d₃ - диаметр спирали

d₂ - диаметр провода с изоляцией

d₃ = 10 ^. 2,3 ^. 10^-3 = 2,3 ^. 10^-2 м

Определим шаг спирали

h_спир = (4 ч 6) ^. d₂ , (3.34)

где: h_спир- шаг спирали;

d₂ - диаметр провода с изоляцией

h_спир= 6 ^. 2,3 ^. 10^-3 = 14 ^. 10^-3 м

Определим допустимый ток по проводу:



(3.35)

, (3.36)

где: - допустимый ток по проводу;

- удельная погонная мощность;

- удельное сопротивление жилы;

- сопротивление провода;

= 110 В - напряжение, подающееся на электропанель

8,2 А

13,4 Ом

Определим длину нагревательного провода:

, (3.37)

где: l_пр - длина нагревательного провода;

R - сопротивление провода;

S - cечение провода;

с - удельное сопротивление материала

91 м

Определим количество витков в спирали:

, (3.38)

где: l_пр - длина провода;

d₃ - диаметр спирали;

h_спир- шаг спирали

Определим длину спирали

(3.39)

17,3 м

Определим мощность электропанели

, (3.40)

где: P₁ - мощность панели расчетная;

U = 110 В - напряжение подводимое к панели;

R - сопротивление панели

748 Вт

Определим мощность двух панелей, включенных на напряжение U_ф=220 В последовательно согласно рисунку 3.3



Рисунок 3.3 - Схема подключения панелей 1 - выводные клеммы панелей; 2 - электрообогреваемые панели

Электрообогреваемые панели устанавливаются вертикально под окнами в помещении телятника на расстояние 5-10 см от стенки помещения. В помещении телятника 18 окон, соответственно 18 электропанелей по 9 панелей с каждой стороны помещения.

Промышленность выпускает электрообогреваемые панели типа БЭП. Наиболее подходящей является электропанель ПБЭ-0,75/110.

Технические данные

мощность 0,75 кВт

напряжение 110 В

температура на поверхности панели 32^оС ч 70^оС

размер 600 х 700 х 50 мм

Выпускается по технической документации НПО "Казсельхозмеханизация"

Рассчитываем потребляемую мощность 18-ю панелями

Р_з = Р_н ^. 18 , (3.41)

где: Р_з -мощность 18 панелей;

Р_н = 0,75 кВт - мощность 1 панели



Р_з = 750 ^. 18 = 13500 Вт

3.5.2 Изготовление электрообогреваемой панели, монтаж

Рисунок 3.4 - Устройство электрообогреваемой панели 1 - клеммная коробка; 2 - металлический каркас; 3 - нагревательный элемент; 4 - сетка экран; 5 - бетон

Электрообогреваемая панель содержит металлический каркас 2 (рисунок 3.3), изготовленный из стальной полосы толщиной 2мм, сетку-экран 4 - из проволоки диаметром 6 мм. Каркас и сетка образуют жесткую сварную конструкцию, обеспечивающую необходимую механическую прочность панели. Нагревательный элемент 3, изготовленный из провода марки ПОСХП заливается бетоном 5, концы нагревательного элемента выводятся на клеммную коробку 1. При монтаже нагревательного провода необходимо соблюдать осторожность, исключающую повреждени...