Енергоспоживання системами створення мікроклімату в пташниках-бройлерниках

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 631.172:628.8:631.227

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ СИСТЕМАМИ СТВОРЕННЯ МІКРОКЛІМАТУ В ПТАШНИКАХ-БРОЙЛЕРНИКАХ

05.09.16 - застосування електротехнологій в сільськогосподарському виробництві”

ГАРАСИМЧУК ІГОР ДМИТРОВИЧ

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університету Кабінету Міністрів України

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор Мартиненко Іван Іванович, Національний аграрний університет, кафедра автоматизації сільськогосподарського виробництва

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Савченко Петро Ілліч, Харківський державний технічний університет сільського господарства, кафедра застосування електроенергії в сільському господарстві

кандидат технічних наук, доцент Федорейко Валерій Степанович, Тернопільський державний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка, докторант

Провідна установа:Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” УААН, відділ електрифікації сільськогосподарського виробництва, смт. Глеваха Васильківського району Київської області

Захист відбудеться 12 березня 2002 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.07 в Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ - 41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою 03041, м. Київ - 41, вул. Героїв оборони, 11, навчальний корпус 10, читальний зал

Автореферат розісланий 7 лютого 2002 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Лут М. Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дисертаційного дослідження. Затрати енергії на створення мікроклімату складають одну з основних статей витрат в собівартості продукції птахівництва - на долю забезпечення оптимального мікроклімату приходиться від 50 до 70 % річного енергоспоживання. Тому дуже важливого значення набувають питання зменшення цих затрат без зниження вартості продукції.

В даний час рядом науково-дослідних організацій України і за її межами проводяться роботи по обґрунтуванню і розробці енергозберігаючих технологій створення мікроклімату в пташниках-бройлерниках Розробка енергозберігаючих технологій створення мікроклімату утруднена через недостатність знань про закономірності протікання енергообмінних процесів в пташниках-бройлерниках та відсутність обґрунтованих методів оцінки енергоспоживання системами створення мікроклімату.

Таким чином, дослідження, пов'язані з аналізом енергоспоживання системами мікроклімату в пташнику і виявленні характерних його особливостей як об'єкту енергообміну, направлені на розробку заходів для мінімізації питомих енерговитрат при створенні мікроклімату в приміщенні пташника, є актуальними.

Зв'язок дисертаційної роботи з науковими програмами та навчальними планами. Робота виконувалась згідно з пріоритетами основного напряму досліджень УААН з проблем агропромислового комплексу "Енерго- та ресурсозберігаючі технології виробництва продукції тваринництва і розробка систем годівлі тварин", державної науково-технічної програми (ДНТП 3.12.) “Енерго- та ресурсозберігаючі технології в сільськогосподарському виробництві”, а також відповідно до наукової теми 110/78 “Розробка оптимальної системи управління температурою в промисловому пташнику”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є зменшення питомих енергозатрат в промислових пташниках на основі дослідження енергоспоживання та оцінки енергетичної ефективності створення мікроклімату.

Досягнення поставленої мети обумовило необхідність виконання наступних задач:

- удосконалення методики аналізу та визначення енергоспоживання системами створення мікроклімату в приміщеннях для утримання бройлерів;

- проведення досліджень по визначенню енергетичної ефективності процесу створення мікроклімату при вирощуванні бройлерів;

- дослідження впливу перерв в електропостачанні птахівничих підприємств на виробництво продукції курчат-бройлерів.

Ці задачі сформульовані на основі аналізу робіт, присвячених енергозбереженню при створенні мікроклімату та сучасних світових тенденцій енергетичної оцінки виробництва продукції.

Особливості підходу до виконання поставлених задач:

- в якості показника енергетичної ефективності створення мікроклімату використовується коефіцієнт біоенергетичної ефективності, який застосовано при обґрунтуванні зміни чинників, які здійснюють вагомий вплив на енергоспоживання системами створення мікроклімату;

- в якості критерію оптимізації енергоспоживання системами створення мікроклімату, який застосовано при розрахунку раціональних варіантів просторового розміщення вентиляційно-опалювального обладнання та режимів його роботи, використовується мінімум енергозатрат;

- врахування впливу перерв в електропостачанні як фактора, який чинить суттєвий вплив на виробництво продукції бройлерів;

- обґрунтування зміни виду енергоносія для енергоємних складових процесу створення мікроклімату;

- при розробці та обґрунтуванні заходів для мінімізації питомих енерговитрат наряду з показниками економічної ефективності використовуються показники, які характеризують енергетичну ефективність пропонованих заходів.

Об'єктом дослідження вибрано процес створення мікроклімату, як найбільш енергоємний в структурі енерговитрат при вирощуванні курчат-бройлерів. Предметом дослідження є енергоспоживання системами мікроклімату в промислових пташниках з метою мінімізації питомих енерговитрат на виробництво м'яса курчат-бройлерів.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети в процесі дослідження, крім абстрактно-логічного та розрахункового використовувалися наступні методи:

- при розробці теоретичних положень - методи математичного моделювання;

- метод планування експерименту для отримання реальних даних по енергоспоживанню системами створення мікроклімату;

- при обробці експериментальних даних - методи статистичної обробки даних;

- при розробці системи контролю та обліку енерговитрат - розрахунково-конструкторський та ін.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у розробці методичного підходу до визначення енергоспоживання системами мікроклімату в пташниках-бройлерниках, який, при використанні засобів комп'ютерного моделювання, дозволяє порівнювати різні варіанти реалізації систем створення мікроклімату з метою вибору раціонального з точки зору енергетичної ефективності. При вирішенні поставлених задач одержано нові наукові положення:

- отримано математичну модель, яка характеризує енергоспоживання при створенні мікроклімату і придатна для використання при вирішенні задач оптимізації просторового розміщення вентиляційно-опалювального обладнання в об'ємі пташника та режимів його роботи;

- в результаті використання удосконаленої методики отримано кількісні оцінки енергоспоживання системами мікроклімату в пташниках-бройлерниках, що дає можливість обґрунтовувати норми енергоспоживання;

- теоретично досліджено залежність енергетичної ефективності від зміни чинників, які здійснюють вагомий вплив на енергоспоживання системами створення мікроклімату;

- теоретично досліджено вплив перерв в електропостачанні птахівничих підприємств на параметри мікроклімату та виробництво курчат-бройлерів;

- методом планування експерименту отримано адекватну регресійну модель залежності величини енергоспоживання від параметрів мікроклімату;

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці рекомендацій по зниженню питомих енерговитрат на створення мікроклімату при різних технологіях утримання бройлерів на основі дослідження енергопотоків при створенні мікроклімату за рахунок зміни чинників, які здійснюють вагомий вплив на енергоспоживання системами мікроклімату.

Запропонована технологічна та технічна структура системи контролю технологічних параметрів та обліку енерговитрат при створенні мікроклімату, що відзначається простотою, дешевизною та надійністю і може бути використана розробниками систем оперативного управління та контролю енерговитрат в тваринництві та птахівництві.

Проведені дослідження дають можливість обґрунтувати норми енергоспоживання при створенні мікроклімату в промислових пташниках-бройлерниках.

Основні результати досліджень передані птахівничим підприємствам по вирощуванні курчат-бройлерів ВАТ “Птахофабрика “Зоря” с. Коровія Глибоцького району Чернівецької області та ВКФ “Варто” м. Снятин Івано-Франківської області з метою покращення технології забезпечення мікроклімату та зниження енергоспоживання системами створення мікроклімату, що підтверджено актами передачі результатів досліджень.

Матеріали дисертаційної роботи передані Подільській державній аграрно-технічній академії, що підтверджено актом про впровадження результатів досліджень в навчальний процес. Розроблені “Рекомендації по зниженню питомих енергозатрат на створення мікроклімату в пташниках-бройлерниках” прийняті до впровадження птахівничими підприємствами Чернівецької області. Особистий внесок здобувача. Особисто автору належать наступні матеріали дисертаційної роботи:

удосконалена методика визначення енергоспоживання системами створення мікроклімату;

теоретичні дослідження ефективності зміни чинників, які здійснюють вагомий вплив на енергоспоживання системами створення мікроклімату при вирощуванні курчат-бройлерів;

теоретичні дослідження впливу перерв в електропостачанні птахівничих підприємств на параметри мікроклімату та виробництво продукції бройлерів;

регресійна модель, яка характеризує вплив параметрів мікроклімату на рівень енергоспоживання при створенні мікроклімату;

заходи щодо зниження питомих енергозатрат на створення мікроклімату в пташниках-бройлерниках.

У співавторстві розроблено:

- математичну модель, яка характеризує раціональність просторового розміщення вентиляційно-опалювального обладнання в об'ємі пташника та режимів його роботи (особистий внесок 50%, співавтор-Андреєв О.А.); спосіб контролю витрат енергоресурсів;

- склад та структуру системи обліку та контролю енерговитрат при створенні мікроклімату (особистий внесок 50 %, співавтор-Панцир Ю. І.).

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень роботи доповідались і обговорювались на:

- міжнародному науковому конгресі молодих вчених та студентів “Здоров'я села - здоров'я держави” м. Львів-Дубляни 16-18 травня 2000 р.;

- міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України" м. Харків 3-4 жовтня 2000 р.;

- наукових конференціях професорсько-викладацького складу НАУ 2000-2001 рр.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи відображено в 8 опублікованих працях.

Обсяг і структура роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів і загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Робота викладена на 134 сторінках машинописного тексту, включає 81 формулу, 6 таблиць, 31 рисунок, список використаних джерел з 174 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи та сформовано мету і задачі дослідження.

В першому розділі "СПОЖИВАННЯ ЕНЕРГІЇ СИСТЕМАМИ СТВОРЕННЯ МІКРОКЛІМАТУ В ПТАШНИКАХ ТА ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ" встановлено, що проблемі енергоспоживання системами створення мікроклімату в пташниках присвячено велику кількість робіт, фундаментальними з яких є роботи Бабаханова Ю.М., Мурусидзе Д.М., Славіна Р.М., Бронфмана Л.І., Горбунова В. М., Давтяна Ф.А., Киви А.А., Мартиненка І.І., Пчолкіна Ю.М., Столляра Т.А. та інших.

Проведено порівняльний аналіз технологічних схем систем створення мікроклімату з погляду забезпечення нормативних параметрів мікроклімату та енергозатрат на його створення. Висвітлено вплив параметрів мікроклімату на продуктивність бройлерів та енергоспоживання системами створення мікроклімату. На основі літературних джерел виявлено найбільш енергоємні складові процесу створення мікроклімату та висвітлено основні шляхи економії енергоресурсів. Зроблено огляд сучасних енергозберігаючих технологій та технологічних прийомів щодо створення мікроклімату при вирощуванні бройлерів. Висвітлено стан обліку та контролю витрат енергоносіїв в птахівничих приміщеннях. Аналіз опублікованих робіт по темі дисертації дозволив встановити наступне:

В літературі приводяться дані, які дають можливість зробити висновок про існування зв'язку між параметрами мікроклімату, затратами енергії на його створення та продуктивністю бройлерів. Проте не наведено параметрів такого зв'язку, що не дає можливості швидко проводити інженерні розрахунки питомих витрат енергії на вирощування бройлерів при різних технологіях виробництва.

Відомі методи аналізу енергоспоживання системами створення мікроклімату трудомісткі та недосконалі. Як правило, вони вимагають великої кількості ручних - немає програм для автоматизованого розрахунку енерговитрат на ПЕОМ - обчислень та недостатньо повно враховують динаміку зміни параметрів мікроклімату в часі.

На даний час є велика кількість технічних рішень, направлених на розробку високоефективних енергозберігаючих систем створення мікроклімату- утилізація теплоти відпрацьованого повітря, застосування енергозберігаючого обладнання для освітлення та опалення, автоматичне управління режимами роботи освітлювальним і вентиляційно-опалювальним обладнанням та ін. Проте немає даних щодо порівняння ефективності таких заходів для різних технологій. Відсутні результати досліджень змін елементів технологій вирощування з точки зору енерго- та ресурсозбереження.

В літературних джерелах наведено математичні моделі процесу управління тепловою потужністю при створенні мікроклімату в пташниках-бройлерниках. Проте неформалізованою є оптимізація процесу створення мікроклімату - критерій оптимальності - мінімум енергозатрат - по просторовому розміщенню технологічного обладнання в об'ємі пташника та режимів його роботи.

Відсутні дані про вплив перебоїв в енергопостачанні птахівничих підприємств на параметри мікроклімату та виробництво продукції бройлерів.

6. Недостатньо висвітлено застосування систем обліку та контролю витрат енергоресурсів при вирощуванні бройлерів. Відсутні дані щодо економічної ефективності застосування АСКОЕ різних видів.

Другий розділ "АНАЛІТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ СИСТЕМАМИ СТВОРЕННЯ МІКРОКЛІМАТУ" присвячено енергетичному аналізу систем мікроклімату і вирішенню питань мінімізації питомих енергозатрат та оптимізації режимів роботи технологічного обладнання для створення мікроклімату.

Отримано математичну модель, яка характеризує енергоспоживання при створенні мікроклімату і придатна для використання при вирішенні задач оптимізації просторового розміщення вентиляційно-опалювального обладнання в об'ємі пташника та режимів його роботи. Задача мінімізації енерговитрат на створення мікроклімату полягає в раціональному розміщенні n_cт активних стоків теплоти таким чином, щоб вираз Q був найменшим, що описує наступна залежність:

(1)

де q - постійна складова тепловиділень, МДж;

S₀ - площа стоку, м² ; r_ij - радіус-вектор і-го стоку та j-го джерела теплоти; n_дж - кількість джерел теплоти;

n_{п. с.} - кількість пасивних стоків теплоти;

n_{а. с.} - кількість активних стоків теплоти;

г - безрозмірний коефіцієнт, який враховує ступінь поглинання теплового потоку j-м стоком;

Отриманий вираз є функцією S = n_дж. n_{а. с.} змінних r_ij яка в просторі R^S+1 описує поверхню, яку умовно можна назвати еліптичним гіперболоїдом, зміщеним по осі Q. В реальній ситуації кількість як джерел, так і активних стоків є скінченною і досить невеликою. Схематично для конкретного випадку одного джерела (n_дж=1) і одного стоку з площею S₀ на стінках об'єму приміщення.

Координати стоку при Q_min для бокових стін приміщення в даному випадку отримуємо шляхом елементарного перебору:

(a, y₀, z₀) - стінка 2;

(x₀, 0, z₀) - стінка 3;

(x₀, 0, z₀) - стінка 4;

(x₀, y₀, c) - стінка 6.

Отримано вирази для розрахунку координат оптимального розміщення активних стоків в об'ємі пташника для різних варіантів поєднання кількості стоків і джерел теплової енергії.

Отримано вираз для періодичності включення вентиляційних установок з метою видалення надлишку вологи, при чому виконується умова видалення надлишку шкідливих газів:

(2)

де q - постійна складова тепловиділень, МДж;

б - коефіцієнт;

a, b, c - координати стоків теплоти;

с - густина речовини, яка випаровується, кг/м³;

С_в - вологість вентиляційного повітря, %

Економія енергоресурсів при створенні мікроклімату в значній мірі залежить від правильного планування енергоспоживання, для чого необхідні зручні методи аналізу енергопотоків у пташнику. Основним інструментом для розрахунку енергетичних потоків є рівняння енергетичного балансу, складене для пташника з даними вихідними умовами.

На основі удосконаленої методики розрахунку енергоспоживання системами мікроклімату розроблено програму розрахунку енергетичних потоків при створенні мікроклімату в пташниках-бройлерниках, реалізовану в електронних таблицях EXCEL. Розроблена програма вирізняється інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом, простотою проведення розрахунків та зручністю сприйняття отриманих даних. Програма дозволяє порівнювати різні варіанти реалізації систем створення мікроклімату з метою вибору раціонального з точки зору енергетичної ефективності.

За останній час технологія виробництва продукції бройлерів змінилася, причому роль електроенергії різко підвищилася. Це ставить підвищені вимоги до забезпечення електропостачання, оскільки при недопустимих значеннях перерви електропостачання за рахунок втрат продукції різко зростають питомі енерговитрати на її виробництво. Це викликало необхідність розробки методичного підходу до визначення впливу перебоїв в електропостачанні на ефективність забезпечення параметрів мікроклімату і, відповідно. на виробництво продукції бройлерів.

Якщо за нормальних умов виробництва випускається кількість продукції П_н, то у випадку перерви електропостачання, яка викликала загибель чи зниження продуктивності птахів, випуск готової продукції за розрахунковий період зменшиться на величину ДП.

Збитки при зниженні продуктивності будуть рівні:

(3)

де Ц_відп. - відпускна ціна підприємства на вироблену продукцію, грн/кг;

ДП_н - плановий відхід (вибраковка) курчат-бройлерів, %

Р_Ивн, Р_КСО2 - відповідно ризик загибелі курчат-бройлерів при зміні внутрішньої температури та збільшенні концентрації СО₂, % від поголів'я.

де n_{пт. пер.} - поголів'я курчат-бройлерів, яке зазнало впливу перерви в електропостачанні, гол;

m_пт - планова (нормативна) маса курчати, кг/гол;

Дm_Ивн., Дm_Свн., Дm_КСО2 - відповідно зниження продуктивності курчат-бройлерів внаслідок відхилення температури, вологості та загазованості (СО₂) внутрішнього повітря від оптимальних значень, кг.

Розрахунок втрат продукції від перерв електропостачання проведений за допомогою розробленої програми розрахунку енергетичних потоків при створенні мікроклімату на основі функціональних залежностей, які описують зміни приросту та ризики зменшення випуску продукції при зміні параметрів мікроклімату. Для оцінки енергетичної ефективності нових технологій, а також оптимізації режимів роботи технологічного обладнання доцільно застосовувати енергетичний аналіз.

В основу енергетичного аналізу процесу створення мікроклімату поставлено визначення коефіцієнту біоенергетичної ефективності, який являє собою відношення енерговмісту продукції до сумарних витрат енергії на її виробництво.

(4)

де Е_пр - енерговміст продукції бройлерів, МДж/кг;

Е_{екв іj} - енергетичний еквівалент і-го елементу j-го виду витрат, МДж/(кг, м², тощо);

Такий підхід до аналізу та оцінки систем створення мікроклімату значно перевищує можливості техніко-економічного аналізу по виявленню резервів економії енергоресурсів, дає можливість здійснювати пошук конкретних шляхів усунення недоліків, підвищення ефективності функціонування досліджуваного об'єкту. Для оптимізації процесу створення мікроклімату вираз для коефіцієнту біоенергетичної ефективності створення мікроклімату в системі “птахи - середовище” можна записати наступним чином:

(5)

де n_пт - кількість птахів у приміщенні, гол;

Е_пр - енерговміст продукції бройлерів, МДж/кг;

П - продуктивність птахів за умови оптимальних параметрів мікроклімату, кг;

ДП_{зм. пр.} - зменшення продуктивності птахів внаслідок відхилення параметрів мікроклімату від оптимальних, кг;

Т_ц, Т_вп - відповідно тривалість циклу вирощування та тривалість періоду втрати продуктивності, діб;

Q_мікр - сумарні енерговитрати на забезпечення мікроклімату в приміщенні, МДж. Ефективність процесу створення мікроклімату розглянуто на прикладі промислових пташників з прийнятими технологіями утримання курчат-бройлерів. Вихідні дані для розрахунку наведені в табл. 1.

Таблиця 1 Основні характеристики промислових пташників та прийнятих технологій

Назва показника	Технологія № 1	Технологія № 2	Технологія № 3
Підприємство	ВКФ “Варто” Снятинського р-ну Ів.-Франківської обл.	ВАТ “Птахофабрика “Мамаївська” с. Мамаївці Кіцманського р-ну Чернівецької обл.	ВАТ “Птахофабрика “Зоря” с. Коровія Глибоцького р-ну Чернівецької обл.
Розміри приміщення для вирощування, м	74123	18963	18963
Утримання курчат-бройлерів	Підлогове	Кліткове	Підлогове
Тип вентиляції	Припливно-витяжна	Припливно-витяжна	Припливно-витяжна
Опалення приміщення	Децентралізоване	Децентралізоване	Децентралізоване
Час вирощування курчат	40-45	40-45	40-45
Забійна маса курчат, г	1800-2000	1800-2000	1800-2000
Поголів'я курчат, гол	17500	51650	27500

На основі запропонованого виразу проведено дослідження ефективності зміни наступних чинників, які здійснюють вагомий вплив на енергоспоживання системами створення мікроклімату при вирощуванні курчат-бройлерів :

? теплозахисних властивостей огороджуючих конструкцій приміщення - межі зміни коефіцієнту теплопередачі огороджуючих конструкцій становлять 5-30 кДж/м²·год·єС;

? норм об'єму вентиляційного повітря з розрахунку на 1 кг “живої маси” птахів - межі зміни норм повітрообміну становлять 1,5-3,5 м³/год;

? температурного та вологісного режиму птахівничого приміщення:

? межі зміни температури внутрішнього повітря в пташнику становлять ± 5 єС від оптимальних значень, рекомендованих програмою вирощування курчат-бройлерів кросу "Кобб-500";

? межі зміни вологості внутрішнього повітря в пташнику становлять від +5 % до -15 % від оптимальних значень, рекомендованих програмою вирощування курчат-бройлерів кросу "Кобб-500";

В третьому розділі “ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯЇ СИСТЕМАМИ СТВОРЕННЯ МІКРОКЛІМАТУ В ПТАШНИКАХ-БРОЙЛЕРНИКАХ” згідно наведеної програми та методики експериментальних досліджень проводився багатофакторний експеримент для отримання реальних значень енергоспоживання системою мікроклімату в промисловому пташнику.

При проведенні параметризації і дослідженні процесу створення мікроклімату були виділені фактори, які найбільше впливають на питомі енерговитрати при створенні мікроклімату -- температура і вологість внутрішнього повітря, а також повітрообмін у пташнику.

Для виконання поставленої мети вимірювалися витрати електричної енергії з фіксацією режимів роботи технологічного обладнання для створення мікроклімату. З параметрів мікроклімату вимірювали температуру та вологість внутрішнього та зовнішнього повітря.

При проведенні експериментальних досліджень використовувалась стандартна та спеціально розроблена апаратура, яка дозволяє реєструвати динаміку параметрів мікроклімату та витрат енергії на його створення.

Експериментальні дослідження були проведені на підприємстві по вирощуванню бройлерів “Виробничо-комерційна фірма “Варто”” Снятинського району Івано-Франківської області. Специфіка роботи в виробничих умовах виявили потребу в протяжності циклу досліджень в 45 днів (цикл вирощування бройлерів). На протязі досліду установка контролю та реєстрації параметрів мікроклімату та витрат енергії на його створення працювала безперервно.

Виміри витрат електроенергії та енергоресурсів проводили по ділянках виробництва - опалення, освітлення, вентиляція і т. п.

Для відновлення реальної топології пташника при заданому допустимому значенні дисперсії (точності), обумовленому зоотехнічними вимогами = 0,95 відстань між сусідніми первинними перетворювачами температури складала 15 м. Раціональний період опитування датчиків температури був прийнятий рівним 0 = 15 хв.

Для побудови моделі, яка б описувала взаємозв'язок параметрів мікроклімату з енерговитратами на його створення, було використано апарат багатофакторного лінійного регресійного аналізу. При цьому допускалося, що всі похибки вимірювань досліджуваних факторів не корелюють між собою, а також не корелюють з значеннями самих змінних. В результаті обчислень отримане наступне рівняння математичної моделі для розрахунку залежності питомих енерговитрат на створення мікроклімату від параметрів мікроклімату всередині пташника:

Е_пит = - 78,79 + 3,32 · _вн - 0,38 · С_вн + 11,4 · L

де Е_пит - питомі енерговитрати, МДж/кг·добу;

_вн - температура внутрішнього повітря, ⁰С;

С_вн - вологість внутрішнього повітря, %;

L - повітрообмін, м³/кг/год.

Для визначення оптимальних значень досліджуваних факторів застосовано пакет програм для математичної обробки даних Mathematika версії 4,0. В результаті розрахунку отримано значення мінімуму питомих енергозатрат (3,0 Мдж/кг) на створення мікроклімату в пташниках-бройлерниках при температурі внутрішнього повітря Т_вн = 21 єС, вологості внутрішнього повітря С_вн = 55 %, норм повітрообміну L = 2,89 м³/кг·год.

Адекватність моделі фактичним даним підтверджує коректність використання регресійного аналізу.

У четвертому розділі “РОЗРОБКА ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ КОНТРОЛЮ ТА ОБЛІКУ ВИТРАТ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ” розроблено технологічну та технічну структуру інформаційно- вимірювальної системи, призначеної для реалізації згідно розробленого способу розподіленого контролю динаміки параметрів мікроклімату та енергоспоживання з формуванням бази даних на жорсткому диску комп'ютера. Система складається з таких основних частин:

? вимірювальних перетворювачів з вбудованим пристроєм перетворення аналогового сигналу в частотно-модульований;

? контролера-комутатора, в який входить власне комутатор, генератор часу, лічильник імпульсів, вхідний та вихідний буфери,

? каналів зв'язку,

? блока живлення,

? персонального комп'ютера (моделі IBM 286 і вище).

Розроблене програмне забезпечення інформаційно-вимірювальної системи контролю та обліку як основну функцію передбачає опитування первинних вимірювальних перетворювачів з метою отримання поточних значень контрольованих параметрів та формуванням бази даних на жорсткому диску комп'ютера. В якості додаткових функцій розробленого програмного забезпечення передбачено:

? зміна дискретності та тривалості опитування;

? зміна кількості датчиків, які опитуються;

? графічне представлення динаміки контрольованого параметру;

? фільтрування та ігнорування свідомо неправдивих даних;

? сигналізація при відхиленні значень контрольованих параметрів від встановлених меж;

? первинна статистична обробка з прогнозуванням значень виміряних параметрів на заданий період часу;

? підтримка прийняття управлінських рішень.

У п'ятому розділі “ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАПРОВАДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ЗАХОДІВ ПРИ СТВОРЕННІ МІКРОКЛІМАТУ В ПТАШНИКАХ-БРОЙЛЕРНИКАХ” запропоновано та обґрунтовано застосування енергозберігаючих заходів, направлених на зниження питомих енерговитрат при створенні мікроклімату в промислових пташниках з прийнятими технологіями утримання курчат-бройлерів, а саме:

? підвищення опору теплопровідності огороджуючих конструкцій пташника

? заміна обладнання для освітлення пташника

? зміна норм вентиляції

? зміна температурно-вологісного режиму пташника

? застосування обладнання для утилізації теплоти вентиляційного повітря

Для вибору раціонального виду енергоносія розрахунки енергоспоживання системами створення мікроклімату при запровадженні енергозберігаючих заходів проведено для різних видів енергоносіїв (дизельне паливо, природний газ та електроенергія), які можливо використовувати для опалення пташника, як найбільш енергоємного процесу в структурі енерговитрат на створення мікроклімату.

За методом дисконтованих оцінок обґрунтовано доцільність запровадження на підприємствах по вирощуванню курчат-бройлерів інформаційно-вимірювальної системи контролю параметрів мікроклімату та витрат енергоресурсів. Результати розрахунку економічної ефективності впровадження системи для промислового пташника ВКФ “Варто” наведено в табл. 2.

енергоспоживання птахівничий мікроклімат витрата

Таблиця 2 Показники ефективності впровадження інформаційно-вимірювальної системи контролю параметрів мікроклімату та обліку витрат енергоресурсів

Назва показника	Значення
Чистий дисконтований дохід (NPV), тис. грн	2291
Індекс прибутковості (PI)	15,83
Ставка дисконтування (IRR), %	35
Термін окупності, років	0,8
Рівень беззбитковість проекту, %	22,8
Запас міцності проекту, %	77,2
Коефіцієнт еластичності NPV (чутливість проекту) при: - зменшенні обсягу реалізації продукції на 15 % - зниженні ціни реалізації продукції на 15 % - збільшенні змінних витрат 15 %	5,92 6,15 6,24

ВИСНОВКИ

1. Досліджено склад та структуру енергетичних потоків і факторів, які впливають на енергоспоживання системами створення мікроклімату в пташниках-бройлерниках та продуктивність бройлерів. Виявлено, що енерговитрати за період циклу вирощування 24.03.-10.05.2001 по технологічних процесах складають:

освітлення - 3,1 %;

електродвигуни вентиляторів та теплогенераторів - 1,4 %;

опалення - 95,5 %.

2. Розроблена математична модель, яка характеризує енергоспоживання системами створення мікроклімату і придатна для використання при вирішенні задач оптимізації просторового розміщення вентиляційно-опалювального обладнання в об'ємі пташника та режимів його роботи

3. Запропоновано методичний підхід та удосконалено методику визначення енергоспоживання системами мікроклімату, що при застосуванні засобів комп'ютерного моделювання дає можливість порівнювати та оцінювати енерговитрати різними варіантами реалізації систем створення мікроклімату. Програма розрахунку реалізована в електронних таблицях EXCEL. В результаті розрахунків виявлено, що при клітковому утриманні курчат-бройлерів у порівнянні з підлоговим зниження питомих енергозатрат на створення мікроклімату досягає 40%.

4. Розроблено основні положення методики оцінки впливу перебоїв в електропостачанні птахівничих підприємств на ефективність виробництва продукції бройлерів. Виявлено, що гранична протяжність перерви електропостачання залежить від прийнятої технології вирощування курчат-бройлерів та факторів, які характеризують умови зовнішнього середовища. Найбільший ризик втрат продукції при клітковій технології утримання бройлерів. Допустимими межами перерви електропостачання є 5-7 хв., при цьому не відбувається значної (більше 5% від загального обсягу) втрати продукції. При збільшенні періоду перерви енергопостачання втрат продукції курчат будуть збільшуватися по експоненційному закону.

5. На прикладі промислових пташників з різними технологіями утримання курчат-бройлерів проведено аналітичні дослідження залежності енергетичної ефективності створення мікроклімату від зміни енергоємних складових процесу забезпечення мікроклімату для перехідного періоду року. При цьому виявлено, що:

із збільшенням опору теплопровідності огороджуючих конструкцій значення коефіцієнту біоенергетичної ефективності створення мікроклімату зростає по експоненційному закону і досягає раціональних значень при величині коефіцієнту теплопередачі огороджуючих конструкцій не більше 13 кДж/м²годєС, в той час як в типових пташниках 18-25 кДж/м²годєС;

при збільшенні норм повітрообміну енергетична ефективність створення мікроклімату знижується по експоненційному закону, так, при збільшенні повітрообміну від 1,5 до 3,5 м³/год при підлоговій технології утримання відбувається зниження ефективності на 40 %, а при клітковому утриманні - на 65 %;

при зміні температурного режиму у пташниках в зоотехнічно-допустимих межах максимальні значення коефіцієнту енергетичної ефективності створення мікроклімату знаходяться в області зменшення значень температури від рекомендованих на 3-4 С;

при зміні вологісного режиму у пташниках в зоотехнічно-допустимих межах максимальні значення коефіцієнту енергетичної ефективності створення мікроклімату знаходяться в області оптимальних значень вологості внутрішнього повітря.

6. На основі даних експериментальних досліджень отримано адекватну з вірогідністю Р = 0,95 регресійну залежність питомих енерговитрат на створення мікроклімату від значень температури та вологості внутрішнього повітря, а також повітрообміну в середовищі пташника.

7. Обгрунтовано заходи, направлені на зниження питомих енерговитрат при створенні мікроклімату в промислових пташниках з прийнятими технологіями утримання. При цьому виявлено, що:

при досягненні раціональних значень коефіцієнту опору теплопередачі огороджуючих конструкцій питомі енергозатрати зменшуються в середньому на 30 % ;

зменшення норм повітрообміну при вирощуванні курчат-бройлерів з 3 до 2 м³/кг зменшує питомі енергозатрати на 35 %;

відхилення температурного режиму пташника від рекомендованого на 4єС в бік зменшення знижує питомі енергозатрати в середньому на 30%;

застосування обладнання для утилізації теплоти вентиляційного повітря з коефіцієнтом ефективності, рівним 0,3, дозволяє зменшити питомі енергозатрати в середньому на 25 %.

8. Розроблено технічні засоби та програмне забезпечення, що дозволяє реалізувати поточний розподілений контроль параметрів мікроклімату та енергоспоживання у пташнику-бройлернику. Інвестиційні кошти на впровадження розробленої інформаційно-вимірювальної системи контролю параметрів мікроклімату та витрат енергоресурсів в 12-ти промислових пташниках ВКФ “Варто” відшкодовуються менш ніж за 1 рік. Ставка дисконтування IRR рівна 35 %. Запас міцності проекту складає 77,2 %. З факторів ризику найбільш критичним є збільшення змінних витрат на виробництво продукції курчат-бройлерів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Гарасимчук І. Д. Споживання енергії системами створення мікроклімату в птахівничих приміщеннях // Науковий вісник Національного аграрного університету, вип. 13, Київ.- 1999.- С. 234-239. ;

Гарасимчук І. Д. Методичний підхід до визначення витрат енергії на створення мікроклімату в приміщеннях для вирощування бройлерів // Загальнодерж міжвід. наук.-тех. зб. ”Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин”, вип. 29, Кіровоград.- 2000.- С. 225-233.;

Гарасимчук І. Д., Панцир Ю. І. Метод і технічні засоби для диференційованого тарифного обліку витрат електроенергії // Вісник ХДТУСГ “Питання електрифікації сільського господарства”, вип. 3, Харків.- 2000.- С. 121-124. ;

Андреев А. А., Гарасимчук И. Д. Моделирование процессов управления температурными режимами в закрытых помещениях // Сб. трудов межд. симп. “Наука и предпринимательство”, Винница - Мукачево.- 2001.- С. 237-239. ;

Гарасимчук І. Д. Розрахунок енерговитрат при створенні мікроклімату в пташниках-бройлерниках // Тези Міжнародного наукового конгресу молодих вчених та студентів “Здоров'я села - здоров'я держави”.- Львів - Дубляни: Львівський державний медичний університет ім. Д. Галицького, Львівський державний аграрний університет.- 2000.-С. 41.;

Гарасимчук І. Д. Методичний підхід до визначення втрат продукції при перервах в електропостачанні під час вирощування курчат-бройлерів // Зб. наук. праць Подільської державної аграрно-технічної академії, вип. 9, Кам'янець-Подільський.- 2001.- С. 440-442;

Гарасимчук І. Д., Панцир Ю. І. Інформаційно-вимірювальна система контролю параметрів мікроклімату та обліку витрат енергоресурсів // Зб. наук. праць Подільської державної аграрно-технічної академії, вип. 9, Кам'янець-Подільський.- 2001.- С. 451-454;

Гарасимчук І. Д. Аналітичні дослідження ефективності створення мікроклімату в пташниках-бройлерниках // Зб. наук. праць Подільської державної аграрно-технічної академії, вип. 9, Кам'янець-Подільський.- 2001.- С. 454-458.

АНОТАЦІЇ

Гарасимчук І. Д. Енергоспоживання системами створення мікроклімату в пташниках-бройлерниках - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.16 Застосування електротехнологій в сільськогосподарському виробництві. - Національний аграрний університет, Київ, 2002.

У дисертаційній роботі запропоновано математичну модель процесу теплоспоживання при створенні мікроклімату, яка дозволяє оптимізувати просторове розміщення технологічного обладнання в об'ємі пташника та режими його роботи по критерію мінімуму енергозатрат. За удосконаленою методикою проведено оцінку енергоспоживання при створенні мікроклімату в промислових пташниках та обґрунтовано енергетичну ефективність зміни чинників, які здійснюють вагомий вплив на енергоспоживання системами створення мікроклімату.

Розроблено технологічну та технічну структуру інформаційно-вимірювальної системи контролю та обліку, яка дозволяє реалізувати розподілений контроль за параметрами мікроклімату та енергоспоживанням у пташнику-бройлернику.

Обґрунтовано заходи, направлені на зниження питомих енергозатрат на створення мікроклімату в промислових пташниках для трьох прийнятих технологій утримання курчат-бройлерів

Ключові слова: енергоспоживання, енергозбереження, система мікроклімату, мінімізація енергоспоживання, пташники-бройлерники, перерви в електропостачанні, параметри мікроклімату, облік та контроль енерговитрат, ефективність створення мікроклімату, енергетичний баланс, енергетичні потоки

Гарасимчук И. Д. Энергопотребление системами создания микроклимата в птичниках-бройлерниках - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.16 Применение электротехнологий в сельскохозяйственном производстве. - Национальный аграрный университет, Киев, 2002.

В диссертационной работе предложена математическая модель процесса теплопотребления при создании микроклимата, которая позволяет оптимизировать пространственное размещение вентиляционно-отопительного оборудования в объеме птичника и режимы его работы по критерию минимума энергозатрат.

Предложен методический подход и усовершенствована методика анализа энергопотребления системами создания микроклимата в птичниках, что при использовании средств компьютерного моделирования позволяет сравнивать и оценивать энергопотребление разными вариантами систем создания микроклимата. По предложенной программе расчета проведена оценка энергопотребления при создании микроклимата и на примере промышленных птичников с принятыми технологиями содержания цыплят-бройлеров обоснована энергетическая эффективность изменения элементов процесса создания микроклимата.

Разработаны основные положения методики оценки влияния перебоев в энергоснабжении птицеводческих предприятий на производство продукции бройлеров. На примере промышленных птичников аналитическим путем рассчитано риски потерь продукции при различных значениях продолжительности перерывов энергоснабжения птицеводческих предприятий.

Разработана технологическая и техническая структура информационно-измерительной системы контроля и учета, которая позволяет реализовать распределённый контроль параметров микроклимата и энергопотребления в птичнике-бройлернике с функцией поддержки принятия управленческих решений. Разработан и обоснован ряд мероприятий, направленных на минимизацию удельных энергозатрат на создание микроклимата в промышленных птичниках для трёх принятых технологий содержания цыплят-бройлеров.

Ключевые слова: система микроклимата, минимизация энергопотребления, перерывы в электроснабжении, учет и контроль энергопотребления, эффективность создания микроклимата, энергетические потоки.

Garasymchuk I. Consumption of energy by systems of creation a microclimate in locations for contents of chicken-broilers.-Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by spesiality 05.09.16. - Using of electrical technologies application in agricultural production. National Agrarian University, 2002.

In dissertational work it is offered mathematical model of process of creation of a microclimate which allows to optimize spatial accommodation of the process equipment in volume of a hen house and modes of his work on criterion of a minimum of expenses of energy. Behind the advanced technique it is made an estimation of consumption of energy at creation of a microclimate in industrial hen houses and it is proved power efficiency of change of factors which significantly influence consumption of energy by systems of creation of a microclimate.

The technological and technical structure of the informational-measuring monitoring system and the account which allows to realize the distributed control of parameters of a microclimate and consumption of energy in a hen house is developed.

It is proved the actions directed on decrease of specific expenses of energy on creation of a microclimate in industrial hen houses for three accepted technologies of the maintenance of chickens - broilers.

Key words: system of a microclimate, minimization of consumption energy, interraptions in power supply, account and monitoring of consumption energy, efficiency of creation a microclimate, power streams.

Размещено на Allbest.ru

...