SOFTWARE PROJECT CALCULATING HEAT AND POWER PARAMETERS OF LIVESTOCK FACILITIES

Тихомиров Д.А.¹,  Васильев А.Н.²

¹Доктор технических наук, ²Доктор технических наук, ФГБНУ Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства

ПРОГРАМНЫЙ ПРОЕКТ РАСЧЕТА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ ЖИВОТНОВОДСТВА

Аннотация

В статье рассмотрен программный проект для ПК по расчету основных теплоэнергетических параметров объектов животноводства, которые служат основой для выбора теплового оборудования и системы теплоснабжения. Представлен алгоритм расчета. Выбор оптимальной системы теплообеспечения приводит к снижению энергозатрат и себестоимости сельскохозяйственной продукции. Определена область эффективного использования электрических систем. Сформулированы основные концептуальные направления их дальнейшего развития.

Ключевые слова: теплоснабжение, животноводство, программный проект.

Tikhomirov D.A.¹ , Vasiliev A.N.²

¹PhD in Engineering, ²PhD in Engineering, All-Russian Scientific-Research Institute for Electrification of Agriculture

 SOFTWARE PROJECT CALCULATING HEAT AND POWER PARAMETERS OF LIVESTOCK FACILITIES

                                                                                                         Abstract 

The article describes a software project (the algorithm, program code, interface, database) for PC for calculating the basic parameters of thermal power livestock facilities that serve as the basis for selection of heating equipment and heat supply system. The algorithm of calculation is presented in the article.  The choice of an optimal heat supply system leads to the reduction of energy consumption and cost of agricultural products. The range of efficient use of electrical systems. Formulated the basic conceptual directions of their further development aimed at improving their energy efficiency.

Keywords: heat supply, animal husbandry, software development.

Сельскохозяйственное производство является крупным потребителем топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в стационарных процессах в объеме около 10 млн. тут. Из них свыше 65 % используется в системах теплообеспечения множества производственных объектов: животноводческих ферм, птицефабрик, предприятий по сушке, переработке и хранению сельскохозяйственной продукции, фермерских и личных подсобных хозяйств. Теплота используется в технологических процессах обеспечения микроклимата, горячего водо- и пароснабжения, отопления, тепловой обработки кормов, сушки, хранения, переработки различных видов сельскохозяйственной продукции и ряде других технологических процессов.

Для этих целей используется различное теплоэнергетическое оборудование, работающее на природном газе, жидком и твердом топливе, электроэнергии на базе которого формируются системы теплообеспечения.

Расчет потребной мощности, а также годового потребления энергии в тепловых процессах сельскохозяйственного производства служит основой для выбора теплоэнергетического оборудования и последующего обоснования системы теплообеспечения.

Для проведения автоматизированного расчета теплоэнергетических показателей объекта разработан программный проект для персонального компьютера. Расчет ведется для каждого отдельного помещения, причем для помещений, в которых содержатся животные, учтены технология и способ их содержания.  Алгоритм расчета (рис.1.) создан на теоретической базе известных методических рекомендаций с рядом новых существенных дополнений [1]. С целью повышения точности расчета годовой расход теплоты на подогрев приточного воздуха определяется не по средней температуре за отопительный период, а по дифференциальным функциям распределения стояния температуры наружного воздуха рассматриваемой климатической зоны, которые взяты из климатологического справочника и внесены в базу данных проекта.

Рис. 1 – Алгоритм расчета теплоэнергетических показателей объекта животноводства

Все параметры и коэффициенты, заложенные в базу данных проекта, взяты из действующих рекомендаций и норм технологического проектирования животноводческих предприятий и соответствующих СНиПов.  При этом пользователь может самостоятельно менять и устанавливать исходные данные, оценивая их влияние на итоговые теплоэнергетические показатели объекта.

Программный проект, содержащий программные модули, базу данных и экранные формы, транслирован в исполняемое Windows-приложение [2]. Разработанный программный проект позволяет: значительно ускорить, автоматизировать расчет теплового баланса помещений для различных  групп животных,  технологий их содержания и климатической зоны; проводить  расчет годового расхода тепловой энергии на микроклимат; исследовать и определить  режимы работы вентиляционно-отопительных установок при изменении параметров наружного и внутреннего воздуха; анализировать эффективность применения  утилизации теплоты  удаляемого вентиляционного воздуха; определить величину тепловой нагрузки  и годовой расход теплоты на основные технологические процессы.

Рассмотрены общепринятые централизованные и децентрализованные системы на твердом, жидком, газообразном топливе, биотопливе [3] а также электроэнергии. На рисунке 2 показаны удельные приведенные затраты на 1 кВт∙ч полезной тепловой энергии, потребляемой фермой КРС молочного направления на 200 голов.

Рис. 2 – Системы теплообеспечения для фермы КРС на 200 голов

котельные: 1 - на твердом, 2 – на жидком топливе, 3 - на природном газе; децентрализованные системы  4 – на твердом, 5 - на жидком топливе, 6 - на природном газе, 7- электрические.  

Проведенный технико-экономический анализ позволил сделать следующие выводы:

1. Наиболее эффективны децентрализованные системы и технические средства тепло-обеспечения на природном газе, а также электрические.
2. Затраты на получение и использование 1 кВт∙ч полезной тепловой энергии в 2…4 раза выше, чем просто на ее производство. Поэтому при выборе и оценке систем теплообеспечения и энергоносителя следует учитывать удельные приведенные затраты на получение и использование 1 кВт∙ч полезной тепловой энергии.
3. Капитальные вложения и затраты на текущую эксплуатацию электрических систем наименьшие в сравнении с топливными системами.
4. С уменьшением мощности объекта, возрастают суммарные удельные приведенные затраты на получение и использование 1 кВт∙ч полезной тепловой энергии и тем эффективнее становится использование децентрализованных электрических систем.

Проведенный анализ и выполненные расчеты систем теплообеспечения животноводческих объектов позволили оценить область наиболее эффективного применения выбранных нами для исследований электрических систем и составляющего их энергетического оборудования, выявить направления повышения его энергетической эффективности и снижения энергозатрат. Это предопределило проведение исследований по развитию и совершенствованию систем и используемого энергетического оборудования, а для ряда процессов – разработки новых электрических технических средств и установок [4].

В наибольшей степени характеру тепловых нагрузок и предъявляемым требованиям соответствуют электрические системы теплообеспечения.

Известно, что применение электрической энергии в тепловых процессах сельскохозяйственного производства в сравнении с другими энергоносителями (твердое и жидкое топливо, газ, биомасса и т.п.) обладает целым рядом неоспоримых технических и технологических преимуществ. Уникальное свойство высокой дробимости электроэнергии позволяет подводить ее непосредственно к местам выработки и использования теплоты и делать электрические системы теплообеспечения более экономичными и легко управляемыми. Применение электрических систем теплообеспечения децентрализованного типа снижает потери и капитальные вложения за счет исключения внешних теплотрасс и зданий котельных. Высокий КПД и уровень автоматизации электрических систем позволяет более экономно использовать электроэнергию и точно поддерживать заданные параметры технологических процессов с высокой степенью их готовности к пуску в работу. Электрические системы отличает экологическая чистота и создание лучших условий для работы обслуживающего персонала.

Однако, учитывая, что электроэнергия, являясь   наиболее качественным видом энергии, имеет высокую стоимость, область эффективного ее применения в системах теплообеспечения сельскохозяйственного производства должна быть строго обоснована, где необходимо учесть все ее преимущества по сравнению с другими энергоносителями. Это требует проведения системного технико-экономического и энергетического обоснования при выборе наиболее эффективных систем и технических средств теплообеспечения стационарных технологических процессов сельскохозяйственного производства.

Исходя из этого сформулированы основные концептуальные положения развития электрических систем теплообеспечения, среди которых следует выделить основные направления:  применение систем и технических средств теплообеспечения децентрализованного типа;  утилизация теплоты вентиляционных выбросов в системах подогрева приточного воздуха;  разработка и применение технических средств аккумуляционного типа, способных работать по дифференцированному тарифу на электроэнергию;  широкое использование технологии локального лучистого (инфракрасного) обогрева с раз-работкой облучателей, приспособленных для с.-х. производства, особенно для помещений с молодняком животных;  обоснованное применение автономных когенерационных установок, тепловых насосов и более совершенного теплохолодильного оборудования;  разработка теплоэнергетического оборудования, позволяющего легко встраиваться в современные технологии и процессы доения, приготовления кормов, первичной обработки с.х. продукции и т.д.

Для малых ферм КРС (до 200 голов и свинарников до 510 мест) при использовании разработанного энергосберегающего оборудования и реализации системы дифференцированного учета электроэнергии, электрическая энергия, как энергоноситель, не уступает природному газу по эффективности использования при текущем и прогнозируемом соотношении цен на энергоносители. Для негазифицированных объектов сельскохозяйственного производства применение современных энергоресурсосберегающих электрических систем теплообеспечения является предпочтительным.

Литература

1. Расстригин, В.Н. Алгоритм и программа расчета энергетических показателей систем обеспечения микроклимата на животноводческих фермах / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Энергетика и электромеханизация сельского хозяйства. Научные труды ВИЭСХ. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. –Т.90.– С.40–48.
2. Тихомиров, Д.А. Программный проект для расчета потребной мощности теплоэнергетического оборудования и годового расхода тепловой энергии на объектах животноводства / Д.А. Тихомиров // Вестник ВИЭСХ.– М.: ГНУ ВИЭСХ, 2013.– Вып. 1(10).– С. 47–50.
3. Лачуга, Ю.Ф. Направления исследований в биоэнергетике / Ю.Ф. Лачуга, А.Н. Васильев // Вестник РАСХН.-М: РАСХН, 2015.-№2.-С.4-7.
4. Пути повышения эффективности теплоснабжения сельских предприятий / С.А. Растимешин, И.Ю. Долгов, Д.А. Тихомиров, М.Н. Фильков // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 8-й междунар. науч.-техн.конф. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012.–Ч.1. – С. 111–116.

References

1. Rasstrigin, V.N. Algoritm i programma rascheta ehnergeticheskih pokazatelej sistem obespecheniya mikroklimata na zhivotnovodcheskih fermah / V.N. Rasstrigin, D.A. Tihomirov // EHnergetika i ehlektromekhanizaciya sel'skogo hozyajstva. Nauchnye trudy VIESH. – M.: GNU VIESH, 2004. –T.90.– S.40–48.
2. Tihomirov, D.A. Programmnyj proekt dlya rascheta potrebnoj moshchnosti teploehnergeticheskogo oborudovaniya i godovogo raskhoda teplovoj ehnergii na ob"ektah zhivotnovodstva / D.A. Tihomirov // Vestnik VIESH.– M.: GNU VIESH, 2013.– Vyp. 1(10).– S. 47–50.
3. Lachuga, Yu.F. Napravleniya issledovanij v bioenergetike / Yu.F. Lachuga, A.N. Vasilev // Vestnik RASHN.-M: RASHN, 2015.-№2.-S.4-7.
4. Puti povysheniya effektivnosti teplosnabzheniya selskikh predpriyatiy / S.A. Rastimeshin, I.Yu. Dolgov, D.A. Tikhomirov, M.N. Filkov // Energoobespechenie i energosberezhenie v selskom khozyaystve. Trudy 8-y mezhdunar. nauch.-tekhn.konf. – M.: GNU VIESН, 2012.–Ch.1. – S. 111–116.