7017

3

Общая характеристика работы

Научное обоснование обеспечения путей создания и регулирования продукто- и энергосберегающих параметров микроклимата в сельскохозяйственных комплексах в климатических условиях Сибири можно достичь путем выявления и комплексного учета теплофизических явлений и закономерностей, обусловленных физиобиологической потребностью животных, биологических требований к хранящемуся сочному растительному сырью (СРС), объемно-планировочным и строительным решениям зданий. Известные рекомендации по поддержанию расчетных параметров микроклимата в помещениях сельскохозяйственных комплексов являются слишком унифицированными и прямолинейными, не учитывающими конкретные технологии, энергоемкость и региональные аспекты рассматриваемой области производства. Одновременно требуют рассмотрения практические задачи по разработке на стадиях проектирования и эксплуатации систем кондиционирования микроклимата (СКМ) способов прогнозирования количественных показателей продуктивности животных и птиц, сохранности СРС, что, помимо экономического, имеет важное социальное значение как для государственных, коллективных, так и фермерских хозяйств. Обоснованные в работе физико-математические основы проектирования сельскохозяйственных комплексов и овощекартофелехранилищ базируются на выявленных особенностях теплофизических процессов в сельскохозяйственных зданиях и сооружениях, организации воздушного и теплового режимов помещений с использованием конкретных энергосберегающих строительно-технических мероприятий.

Работа выполнялась в рамках:

межвузовской НТО «Архитектура и строительство» (№ ГР 01950005746); темы единого заказа-подряда Минобразования РФ (№ ГР 01970004537); гранта Минобразования РФ № 98-21-3.4-55.

Цель исследования заключается в научном обосновании и разработке методологии расчета энергоэкономичности сельскохозяйственных производственных зданий на основе комплексного учета и оптимизации объемно-планировочных и конструктивных характеристик зданий, продуктосберегающих технологий при минимуме энергозатрат в климатических условиях Западной Сибири.

Для достижения поставленной цели был решен комплекс взаимосвязанных задач, основными из которых являются:

научное обоснование выделения производственных сельскохозяйственных зданий в специальный класс по нормированию теплофизических характеристик наружных ограждений;

- выявление закономерностей и функциональных зависимостей динамики параметров микроклимата в объеме помещений зданий различных объемно-планировочных и конструктивных решений, включая подземные и обсыпные сооружения;

-технико-экономическое и технологическое обоснование путей оптимизации и рационализации объемно-планировочных решений зданий по удельным энергозатратам и эффективным продукто- и энергосберегающим технологиям содержания скота и хранения продукции;

-прогнозирование и экономическая оценка на стадиях проектирования и эксплуатации коэффициентов обеспеченности эффективности продуктивности животных, сохранности СРС в зависимости от объемно-планировочных решений зданий и режимов работы систем кондиционирования микроклимата;

-разработка общих принципов формирования объемно-планировочных решений сельскохозяйственных промышленных комплексов и овощекартофелехранилищ.

Научная новизна работы заключается:

в уточнении физико-математической модели производственного сельскохозяйственного здания как единого энергетического комплекса, с разработкой методики нормирования и расчета теплофизических характеристик наружных ограждений, однозначно учитывающей особенности параметров микроклимата помещений и функционально увязывающей индивидуальные свойства животных и хранящейся продукции со способами содержания и хранения, конструктивными и объемно-планировочными решениями зданий и сооружений; в разработке методики расчета теплового и влажностного режимов подземных и обсыпных сооружений с учетом ассимиляции холода (теплоты) грунтом, наличия биологических тепловыделений и теплоемкой массы продукции; в исследовании путей совершенствования теплозащитных характеристик наружных ограждений сельскохозяйственных зданий путем применения ограждений с регулируемым сопротивлением теплопередаче; в научном обосновании и аналитическом подтверждении тезиса о взаимосвязи степени совершенства систем кондиционирования микроклимата сельскохозяйственных производственных зданий с прогнозируемой продуктивностью животных и сохранностью сочного растительного сырья в процессе хранения; в методическом обосновании и рекомендациях к внедрению объемно-планировочных решений крупных и индивидуальных (фермерских) сельскохозяйственных зданий по содержанию крупного рогатого скота и хранению сельскохозяйственной продукции.

Практическое значение работы представляют:

комплекс апробированных практикой инженерных методик проектирования и эксплуатации систем кондиционирования микроклимата производственных сельскохозяйственных зданий и овощекартофелехранилищ в различных климатических зонах страны;

- алгоритм оптимального функционирования СКМ по максимуму

5

результаты экспериментальных исследований по возможности применения эффекта электроосмоса для сушки наружных ограждающих конструкций зданий;

- конкретные рекомендации по рациональным объемно-планировочным решениям крупных и индивидуальных (фермерских) производственных сельскохозяйственных зданий.

Реализация результатов исследований, предназначенных для практики проектирования, реконструкции, эксплуатации и управления СКМ сельскохозяйственных комплексов и овощекартофелехранилищ проводилась под руководством автора в хозяйствах агропромышленного комплекса РФ с подтвержденным экономическим эффектом при хранении картофеля до 140 руб/(т.год) в ценах 2000 года и снижением затрат ручного труда на 10... 17%. Конкретно методические положения по оптимизации продукто- и энергосберегающих путей создания и поддержания технологических параметров микроклимата внедрены в двух хозяйствах Тюменской области и приняты к внедрению ОАО «Тюменьпромстройпроект» (г. Тюмень).

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на ежегодных научно-технических конференциях ТюмГАСА в 2000...2004 г.г., на техническом совете ОАО Тюменьпромстройпроект (г. Тюмень), на семинаре кафедры «Отопление и вентиляция» ННГАСУ (г. Нижний Новгород) и отражены в работах, приведенных в автореферате.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы из 122 наименований, 6 приложений, включающих акты внедрения результатов научноисследовательской работы. Работа изложена на 175 страницах с применением печатающих и графических устройств вывода ЭВМ, включает 8 таблиц, 58

рисунков и 11 страниц приложений.

Содержание работы

Требования к допустимым и оптимальным параметрам микроклимата содержания крупного рогатого скота (КРС), птицы, хранения СРС в современной ветеринарной, биологической и технической литературе изложены достаточно полно. Существенный вклад в разработку и совершенствование теории систем кондиционирования микроклимата как гражданских, промышленных, так и сельскохозяйственных зданий и сооружений внесли отечественные ученые: В.Н. Богословский, В.И. Бодров, В.М. Валов, И.Л. Волкинд, А.Г. Егиазаров, В.З. Жадан, М.К. Калашников, О.Я. Кокорин, Ю.Я. Кувшинов, Л.В. Петров, Г.М. Позин, Н.Н. Рослов, Ю.А. Табунщиков, Е.П. Широков и другие. В диссертации также приведен анализ зарубежных исследований по формированию параметров микроклимата в сельскохозяйственных комплексах.

Эффективность продуктивности животных, процесса хранения СРС оценивается как по результатам получения конечного продукта, так и по сохранности потребительской стоимости продукции, а также социальным результатом хозяйственной деятельности. Анализ литературных данных

6

показал, что комплекс вопросов по проектированию, расчету обеспеченности, энергосбережению и оптимизации СКМ исследован недостаточно полно. Следствием является наличие ряда противоречивых рекомендаций, затрудняющих выявление перспективных путей развития техники СКМ сельскохозяйственных зданий и сооружений.

Для преодоления этих недостатков реализован подход к решению проблемы, сформулированный в перечисленных задачах настоящего исследования, которые комплексно увязывают требования к обеспеченности параметров микроклимата в сельскохозяйственных комплексах с интенсивностью жизнеобеспечения и наличием инженерного оборудования СКМ, что позволяет повысить эффективность продуктивности КРС и хранения СРС как в специализированных, так и временных или фермерских хозяйствах.

Обслуживаемой зоной животноводческих зданий и хранилищ СРС, показанных на рисунках 1 и 2, является зона обитания животных или насыпи продукции с равномерно распределенными по объему источниками теплоты qv и влажности jv. Условные обозначения частично приведены в конце автореферата и частично раскрыты по мере рассмотрения конкретных процессов переноса теплоты и влаги.

8

ceGmin(tв —tн )/F. Величина удельных теплопотерь через ограждения с

известными сопротивлениями теплопередаче (окна, двери и т.п.) qо , Вт/м2, равна q0 = Qн /F. Для овощекартофелехранилищ с расчетной емкостью G,т, биологические тепловыделения Q6 = qv G, где qv , Вт/т, по нашим уточненным данным, составляют: для насыпи клубней в основной период хранения 17,0 Вт/т, для насыпи кочанов капусты 10... 12 Вт/т, для моркови и свеклы столовой соответственно 10,4 и 9,0 Вт/т.

При использовании разработанного метода нормирования R0mp отпадает необходимость в определении значений Δtн и ав что является принципиально важным, так как субъективность при выборе этих величин в допустимых нормами пределах в нестационарных условиях при низких температурах tв и высоких значениях относительной влажности внутреннего воздуха φв приводит к погрешности требуемого сопротивления теплопередаче Rоmp для животноводческих зданий до 50%, а для хранилищ СРС до 100 и более процентов.

В животноводческих зданиях и хранилищах должны предусматриваться системы отопления для учета нерасчетных условий эксплуатации: резерв при возможном понижении температуры наружного воздуха tн ниже расчетной; заполнение животноводческих зданий ниже расчетной или недогрузке емкостей хранения требуют восполнения недостатка биологических

тепловыделений до расчетной величины.

Qom = cвGнmin(tну - tн ) (5)

Температура наружного воздуха tну, до которой не требуется отопления при неполном заполнении животноводческих зданий и неполной загрузке хранилищ определяется из теплового баланса здания:

где а = Gд /G =nд / n - степень заполнения здания; nд и Gд - реальное количество животных, шт., и масса заложенного сырья, т. Мощность дополнительных систем отопления Qomд возрастает обратно пропорционально степени загрузки помещений:

Полученные в работе значения текущей глубины промерзания грунта hм учитывают периоды времени с начала наступления отрицательных температур, наличие снежного покрова и позволяют определять начало моментов оттаивания и скорость прогрева грунта: