1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
1.1 Анализ систем вентиляции животноводческих помещений
Вентиляцию классифицируют по способу побуждения, обуславливающему движение воздуха (естественную и с механическим побуждением), и по организации подачи и отвода загрязненного воздуха из помещения (приточную, вытяжную и приточно-вытяжную).
В животноводческих помещениях применяют разные системы вентиляции:
? естественные,
? искусственные,
? механические или побудительные,
? комбинированные или смешанные.
При естественной вентиляции воздухообмен совершается через поры строительных материалов, через щели в стенах, потолках, дверях, неплотности окон, то есть, без применения искусственных каналов и побудителей. Причиной воздухообмена в помещении в данном случае является разница давлений наружного и внутреннего воздуха, возникающая вследствие скорости напора ветра, а также в результате различия температур внутреннего и наружного воздуха и, следовательно, разности объемных весов воздуха.
Сущность естественного воздухообмена в животноводческих помещениях заключается в следующем. Ветер на наветренной стороне здания создает повышенное давление, а на подветренной стороне – пониженное. В местах повышенного давления воздух нагнетается в помещение, а в местах пониженного давления – высасывается из него. Объем проникающего воздуха через стену зависит от проницаемости (пористости) последней и скорости ветра.
Однако, такая естественная вентиляция не в состоянии обеспечить необходимый воздухообмен в различные периоды года и совершенно не поддается регулированию. Для создания благоприятных условий воздушной среды в зданиях, построенных из материалов с высоким термическим сопротивлением, целесообразно иметь следующую кубатуру: для коров - не менее 30 м3, молодняк – 20, свиноматок, - 20-30, откормочных свиней – 10-15, овец – 5-8 м3. В таких помещениях в зимний период необходимо обеспечивать воздухообмен не менее 17-20 м3/ч/ц живой массы размещаемых животных при кратности воздухообмена 4-5 раз в течение 1 часа.
Поскольку естественная вентиляция не может обеспечить достаточного обмена воздуха и нормального состава его в помещении, то в дополнении к ней в помещениях для животных необходимо устраивать искусственную вентиляцию.
Существуют строитель¬ные схемы обеспечения простой естественной вентиля¬ции: шахтная и горизонтальная (беструбная), а также аэрация (организованная естественная вентиляция).
При шахтной схеме вентиляции приток воздуха осуществляется через проемы в стенах (подоконные и надоконные) или при открывании окон, вытяжка — че¬рез шахту. Устройство вентиляционных шахт особенно удобно в зданиях с чердачным перекры¬тием. Вытяжку воздуха через шахту регулируют с по¬мощью клапана-дросселя.
Горизонтальная, или беструбная схема вентиляции позволяет осуществлять воздухообмен в помещении при использовании энергии ветра (рис. 1.1). Горизонталь¬ная схема считается менее эффективной, чем трубная. Над окнами устраивают приточные щелеобразные прое¬мы, которые заполняют местным пористым материалом (соломой, шлаком и т.п.). Вытяжка достигается путем устройства специальных вентиляционных щелей по конь¬ку покрытия, правильного подбора ширины здания и ориентации здания на местности с учетом преимущест¬венного направления ветров. Вентиляционные щели на коньке широко применяют в зарубежной практике строительства животноводческих облегченных неутеп¬ленных зданий.
Простая вентиляция помещений может осуществляться через вытяжную шахту а и коньковую щель б, которая бывает открытая, с бортами, козырьком и зонтом. В многопро¬летных зданиях в иногда ис-пользуют организованную естественную вентиляцию (аэрацию).
а — шахтная (однотрубная); б — горизонтальная; в — аэрация многопролетного здания; 1 — подоконный приточный проем: 2 — надоконный приточный проем; 3 — поддон; 4 — утепленная шахта; 5 — дроссель-клапан; в — регули¬ровочный направляющий клапан; I— направление ветра; II—направление движения воздуха
Рисунок 1.1 – Схемы устройства естественной вентиляции.
Аэрация основана на циркуляции воздуха, вызывае¬мой теплом, которое выделяют животные, действии вет¬рового давления на здание, а также на возможности его регулирования.
При аэрации много¬пролетных зданий технологическое оборудование с жи¬вотными (как источником тепла) размещают опреде¬ленным образом (в средних пролетах животных мень¬ше, чем в крайних), а в стенах и фонарях предусматри¬вают вентиляционные отверстия (фрамуги). Воздух в средние пролеты поступает только через аэрационные фонари, что создает определенные трудности, так как вытяжка загрязненного воздуха производится через крайние пролеты и возникает опасность возврата отра-ботанного воздуха в помещение.
Рекомендуется разрывы между фонарями предусмат¬ривать в 2-3 раза больше высоты фонарей. Эффектив¬ность аэрации зависит от хорошо организованного уп¬равления и обслуживания открывающихся фрамуг и отверстий в зависимости от изменяющегося направлении ветра. Поэтому целесообразно этот процесс автомати¬зировать. В последнее время такую аэрацию помеще¬ний используют в качестве аварийной системы в зда¬ниях с механическим побуждением вентиляционной тяги.
В зданиях сельскохозяйственных производственных комплексов чаще применяют вентиляционные системы с механическим побуждением тяги: вытяжные, приточ¬ные или приточно-вытяжные.
Вытяжная система механической вентиляции осно¬вана на принудительном удалении из помещения отра¬ботанного воздуха и свободном притоке свежего через специальные приточные проемы, неплотности в наруж¬ных ограждениях, окна, ворота, двери или пористые панели в стенах.
В приточной системе механической вентиляции на¬ружный воздух подают принудительно в верхнюю часть помещения, а внутренний воздух под воздушным напо¬ром удаляется через вентиляционные отверстия, распо¬ложенные в нижней части стены, или через вентиляци¬онные каналы, установленные в верхней части навоз¬ных каналов (рисунок 1.2а). Эта система хороша тем, что приточный воздух можно подогревать или охлаждать, очищать от пыли, увлажнять.
Приточно-вытяжную систему наиболее часто приме¬няют на комплексах промышленного типа, так как она более надежна и сочетает в себе преимущества тех и других систем. В современных животноводческих и пти¬цеводческих помещениях применяют автоматическое ре¬гулирование притока, вытяжки и подогрева воздуха. В зависимости от способа содержания животных и ме¬ханизации удаления навоза (помета) решают схему вытяжки воздуха и притока его в верхнюю часть по¬мещения или в зону содержания животных.
а — приточная; б — приточно-вытяжная с вытяжкой над подпольными ка¬налами навозоудаления; в — приточно-вытяжная с вытяжкой над навозо-жижесборником; г — приточно-вытяжная с установкой типа ПВУ или ПВУР; 1 — калорифер; 2 — приточный вентилятор; 3 — воздухоотвод; 4 — вытяжная шахта; 5 — окно; 6 — вертикальные отсасывающие спуски; 7 — камера раз¬ряжения с вытяжным вентилятором; 8 — вентиляционно-отопительный при¬точный агрегат; 9 — верхний воздуховод; 10 — вентилятор вытяжки; 11 — вы¬тяжной канал; 12 — установка ПВУ
Рисунок 1.2 – Схемы устройства принудительной вентиляции
При содержании коров в стойлах и удалении наво¬за скреперными конвейерами, установленными в от¬крытых лотках, вытяжку воздуха производят из верх¬ней зоны помещения. Если навоз удаляют по подполь-ным каналам, расположенным под щелевыми полами, то верхнюю вытяжку воздуха совмещают с вытяжкой из верхней части каналов (рисунок 1.2б). В зданиях с подземными навозожижесборниками вентиляционные каналы устанавливают в подземной части так, чтобы вытяжка производилась над навозной массой (рисунок 1.2в).
В помещениях для содержания свиней, кроме ана¬логичных систем, применяется система приточно-вытяжной установки типа ПВУ (рисунок 1.2г), которая работает по схеме «сверху-вверх». Наружный воздух подается через кольцевой канал вертикальной круглой шахты, установленной по типу «труба в трубе». По внутренней «трубе» воздух удаляется, по наружной поступает в по¬мещение и подогревается теплом удаляемого воздуха, а в самое холодное время года подогрев усиливается электрическими нагревателями. В конструкции преду¬смотрены регулирующие заслонки, которые в переход¬ный период позволяют осуществлять частичную рециркуляцию воздуха (установка ПВУР). Применение ПВУР уменьшает расход электроэнергии на подогреве.
В помещениях для ягнения приток нагретого воздуха и вы¬тяжка отработанного производятся из верхней зоны. Но если в зданиях предусмотрены навозожижесборные каналы, то воздух удаляют из них.
В птичниках применяют приточно-вытяжные установки с подогревом воздуха «Климат» (2, 3, 4) и кондиционеры испаритель¬ного охлаждения, а также установки типа ПВУ и ПВУР. Преду¬смотрена аварийная естественная вентиляция.
К вентиляционным устройствам с механическими побудителями обычно предъявляются следующие требования:
? обеспечение необходимого воздухообмена применительно к различным зонам и сезонам года (за счет регулирования мощности установки, числа вентиляторов или изменения скорости вращения вентиляторов);
? максимальная простота конструкции и надежность эксплуатации в хозяйственных условиях;
? возможность блокировки с системами отопления и автоматики;
? бесшумность работы вентиляционных устройств.
В типовых широкогабаритных помещениях на крупных фермах и комплексах широко используются следующие механические системы вентиляции с принудительным побуждением:
а) приток воздуха механический по воздуховодам равномерной подачи; вытяжка воздуха естественная через вытяжные шахты или коньковую щель;
б) приток воздуха механический по воздуховодам; вытяжка механическая – осевыми вентиляторами, встроенными в ограждения, или с помощью центробежных вентиляторов и устройства вытяжных воздуховодов;
в) комбинированная вентиляция; зимой приток воздуха механический, вытяжка естественная через вертикальные шахты в покрытии; летом приток и вытяжка через открытые окна и фрамуги;
г) теплообменные системы вентиляции предназначены для использования животного тепла, удаляемого в процессе вентиляции для поддержания нормируемых параметров температуры и влажности воздуха в помещении.
1.2 Принципы проектирования систем вентиляции и их основные типы в животноводстве
При разработке проекта системы вентиляции следует учитывать, что неэффективная система микроклимата может стать причиной повышенного медикаментозного лечения животных и даже привести к повышенной смертности.
Основными принципами, которых необходимо придерживаться при проектировании системы вентиляции являются:
1. Минимальный уровень вентиляции - вентиляция необходимого объема воздуха для одной единицы скота в час и ее регулирование в холодный сезон.
2. Максимальный уровень вентиляции - подача необходимого объема воздуха для одной единицы скота в час и ее регулирование в летний период. Этот параметр рассчитывается как максимальный объем воздуха, необходимый на заданной площади для разных категорий животных.
3. Стандартная система вентиляции рассчитывается для усредненных температурных условий окружающей среды.
4. Проверка «однородности» воздуха - разные параметры воздуха должны иметь минимальное расхождение показателей в разных местах помещения.
5. Проверка скорости потока воздуха - скорость циркуляции воздуха не должна превышать заданные параметры.
6. Контроль за кратностью воздухообмена в час.
7. Контроль за уровнем давления в помещении.
Работа системы микроклимата и вентиляции должна обязательно иметь дистанционное управление и мониторинг следующих показателей: температура окружающего воздуха и температура внутри помещений, относительная влажность и контроль загазованности воздуха.
Учитывая все перечисленные факторы, в настоящее время разработано несколько систем микроклимата для обеспечения комфортного содержания скота, которые включают обязательные компоненты:
• вентиляция
• отопление
• охлаждение
• мониторинг и управление системами
По неполным данным, в настоящее время имеются более 40 различных систем вентиляции, используемых в практике отечественного и зарубежного свиноводства. В частности, в России, применяется 17 систем.
Они классифицируются по тому, в какую зону подается воздух, и из какой он удаляется. Соответственно этому определяется девять основных типов, каждый из которых может иметь свои варианты. А так как в течение года в свинарнике нужно поддерживать заданные параметры оптимального микроклимата, то и установок для его создания имеется много. Например, для холодного времени года, когда недостаточно животного тепла, приточный холодный воздух подогревают калориферами или помещения оттапливают. Применяют калориферы водяного – КБФ, КФС, КМБ, огневого – теплогенераторы ТГ - 75, ТГ- 150, ТГ-500, электрического – ОКБ, СФОЦ действий.
Промышленность выпускает большую серию вентиляционно-отопительных агрегатов типа ТВ, рассчитанных на подачу воздуха от 6 до 36 тыс. м3/ч. Также производятся комплекты автоматизированного вентиляционно-отопительного оборудования системы «Климат» в четырех модификациях. Поточно-вытяжные установки ПВУ-4, ПВУ-6, ПВУ-9.
Хорошо зарекомендовали себя установки для кондиционирования воздуха КД-40, КД-60, а также ПС-1, ПС-2, типа АПВС и АПВ системы с применением испарительного охлаждения воздуха форсунками в приточных воздуховодах.
В настоящее время основными типами вытяжных систем вентиляции для животноводческих объектов являются: вентиляция через воздуховоды, поперечная вентиляция, тоннельная вентиляция, комбинированная, рассеянная, «коридорная», вентиляция с применением воздуховодов равномерной подачи и принудительная вентиляция.
Вентиляция через воздуховоды, рисунок 1.3, применяется для стандартных объектов, особенно в помещениях, которые требуют реконструкции.
Рисунок 1.3 – Пример использования вентиляции через воздуховоды
Это самая дешевая система с воздухозаборными клапанами, смонтированными прямо в стене и с сетью вытяжных воздуховодов, оканчивающейся крышным вытяжным вентилятором.
Система поперечной вентиляции, рисунок 1.4, применяется для помещений высотой 12-15 м. Такие помещения, в основном, служат для кормления скота, содержания свиноматок и поросят. Поперечная вентиляция является достаточно дешевой и функциональной системой. Среди недостатков можно назвать невозможность регулирования однородности состава воздуха в помещении и обеспечения надлежащего охлаждения воздуха.
Рисунок 1.4 – Пример использования поперечной вентиляции
Туннельные системы отрицательного давления, как правило, имеют два режима работы - летний и зимний, и делятся на:
? туннельные односторонние;
? туннельные двухсторонние;
? туннельные с подвесным потолком и потолочными воздушными клапанами (зимний режим);
? туннельные поперечные;
? туннельные поперечные, из общего технологического коридора рисунок 1.5.
Рисунок 1.5 – Туннельная поперечная система вентиляции из общего технологического коридора
Данная система вентиляции требовательна к герметичности здания, но является самой дешевой и простой в исполнении. Кроме того, с использованием систем отрицательного давления появляется возможность установки систем охлаждения воздуха, что очень важно, особенно для Южных регионов Российской Федерации.
Летний тип туннельной системы вентиляции с охлаждением основан на том, что теплый воздух поступает в производственные помещения через увлажненные перфорированные бумажные «подушки» рисунок 1.6
Рисунок 1.6 – Принципиальная схема охлаждающей системы «Pad Cooling»
Соприкасаясь с поверхностью «подушек», имеющих большую площадь, воздух увлажняется и охлаждается. Степень охлаждения воздуха зависит, прежде всего, от относительной влажности воздуха снаружи здания. Чем ниже влажность, тем эффективнее работа системы охлаждения. Схема движения воздуха и внешний вид системы изображен на рисунке 1.7.
Рисунок 1.7 – Схема движения воздуха в здании для откорма молодняка
При проектировании данной системы важно учесть длину здания, так как воздух, проходя по производственному помещению, нагревается. Температура воздуха на «выходе» из корпуса не должна превышать допустимые значения. Максимальная длина корпуса при ширине ? 18 м, при которой возможно устройство данного типа вентиляции (без превышения нормативов по скорости движения воздуха) составляет около 90 м.
Приведенные варианты вентиляции подходят для всех корпусов, где нет боксового содержания технологических групп (молодняк на откорме, холостые, условно-супоросные и супоросные свиноматки), для вентиляции помещений разбитых на изолированные технологические секции используют туннельную поперечную систему.
Оптимальным вариантом реализации данной системы, является ее совмещение с естественной вентиляций через открывающиеся стенные проемы рисунок 1.8.
Рисунок 1.8 – Управляемая занавесь позволяет организовать естественную вентиляцию в прохладные часы суток летом
В дневные часы, когда температура воздуха достигает максимума, а относительная влажность минимума (эффективность охлаждающей системы максимальна), занавесь находиться в закрытом положении работают все вытяжные вентиляторы и охлаждающая система.
В вечернее и ночное время происходит снижение температуры и повышение влажности (снижение эффективности охлаждения), но благодаря занавеси появляется возможность полностью отключить механическую систему вентиляции и перейти на естественную, тем самым значительно (до 50%) сократить расходы на электричество в летнее время.
Рисунок 1.9 – Внутренний вид корпуса для откорма с открытыми боковыми занавесями
В холодный период года попадание воздуха непосредственно в производственные помещения, где содержаться животные крайне нежелательно для всех половозрастных групп. В системах туннельной вентиляции компании Automated Production Systems (AP) холодный воздух с улицы вначале попадает на чердак, где происходит его смешивание с более теплым чердачным воздухом, затем в зависимости от того, есть в здании технологический коридор или нет, воздух попадает через специальные потолочные клапаны, рисунок 1.10 в производственную зону или в технологический коридор и только потом в производственную зону рисунок 1.11.
Рисунок 1.10 – Система вентиляции из технологического коридора в холодный период года
Рисунок 1.11 – Различные типы приточных воздушных клапанов
Таким образом, происходит предварительное смешивание и обогрев поступающего воздуха вне производственных помещений. В этот период работают не все вытяжные вентиляторы, а только те которые установлены специально для зимнего режима. Эти вентиляторы имеют несколько режимов работы и управляются электронной системой.
Переход с летнего типа вентиляции на зимний и обратно, как правило, организуется автоматически. Приведенные на рисунке 1.11 воздушные клапаны перекрываются вручную, система охлаждения начинает работать в начале теплого сезона без увлажнения, просто пропуская воздух, а с повышением температуры включаются насосы и подушки системы охлаждения увлажняются.
Система комбинированной вентиляции, рисунок 1.12, представляет собой систему, куда входит система вентиляции посредством воздуховодов совместно с туннельной вентиляцией (для птицеферм) или туннельная вентиляция совместно с поперечной вентиляцией (для свиноферм). Так, в зависимости от температуры окружающей среды происходит выбор той или иной системы вентиляции.
