Целью данной статьи является нахождение в имеющейся литературе, теоретического обоснования выбора конструктивных, технологических и технических (далее именуемых в тексте как основных) параметров теплонасосной установки в соответствии с поставленной задачей [1]. В случае описываемых в статьях [1,2] исследованиях задачей является получение рекомендуемых параметров температурно-влажностного режима микроклимата в помещении телятника. Фактически, статья отображает построение методики расчета основных параметров теплонасосной установки.
В начале любой методики по определению параметров теплогенерирующего оборудования находится расчет теплового баланса помещения. Тепловой баланс рассчитывается для нормализации температурного режима. Он рассчитывается на самые холодные месяцы года и должен быть положительным. Расход тепла в животноводческих помещениях зависит от вида животного, теплоёмкости конституции, теплопроводимости материалов и климатической зоны.
Тепловой баланс рассчитывается по формуле:
, (1)
где
Qж-тепло выделяемое животными, ккал/час.
∆t-разность между наружной и внутренней температурой воздуха (январь), ºС.
-объёмная масса вентиляционного воздуха, м³/ч.
0,31-тепло(ккал), затраченное на обогрев 1м3 воздуха, вводимого при вентиляции, на 1°С.
S-площадь ограждающих конструкций, м2
К-коэффициент общей теплопередачи через ограждающие конструкции(ккал/м2∙°С)
Wиспар. — расход тепла на испарение влаги с поверхности пола и других ограждений, ккал/час.
После расчета теплового баланса [2], и определения требуемого количества тепла, которое необходимо подать в помещение, можно определить мощность теплогенерирующей установки. Соответственно из мощности установки будут вытекать значения отдельных мощностей электрооборудования, находящегося в ней. В технических паспортах в настоящее время указывается процентное соотношение потребляемой мощности отдельного электрооборудования установки к общему потоку.
Осложнение возникает при расчете теплового насоса, поскольку фактически такая установка является холодильной машиной, но использующейся для подачи тепла. Поэтому в стандартных методиках [3,4,5] расчета технических характеристик такой установки не учитывает взаимосвязывающие факторы параметров теплового насоса с микроклиматом в помещении, а также не прописывается четкой связи между характеристиками температурно-влажностных параметров внутри помещения, и параметров основных элементов конструкции ТНУ
Поэтому, была предложена следующая схема (рисунок 1).
Рис. 1. Расчетная схема для определения технологических и конструктивных параметров теплонасосной установки: V — Объем помещения, м3; В — факторы, влияющие на микроклимат, находящиеся вне помещения; П — факторы влияющие на микроклимат, находящиеся внутри помещения; X — область исследования; Эт — процентное отношение электрической энрегии, %; PТНУ — мощность электрооборудования, кВт; Tвых — выходная температура, 0С; Tработы — время работы, с.
Данная схема описывает взаимодействии всех интересующих в ходе исследования параметров, но проблема заключается в сложности конвертирования одних величин относительно других [3]. Поэтому было принято решение перевести факторы П и В, и соответственно входящие в них величины в область детерминированности. То есть, применить для них «комплекс желательности» [6].
Данный комплекс является удобной методикой при решении теоретических задач испытаний с несколькими зависимыми переменными. Разрабатываем специальную шкалу желательности микроклимата для животноводческого помещения. Обозначим детерминированную величину, как М. Пусть эта величина меняется от 0 до 1. Шкала тогда будет выглядеть следующим образом:
М = 1,00 — максимально возможный уровень качества процессов тепломассообмена в зависимости от энергозатрат. «Идеализированный».
М = 0,8…1 — допустимый и превосходный по качеству уровень процессов тепломассообмена в зависимости от энергозатрат. «Сложно осуществимый».
М = 0,6…0,8 –допустимый и хороший уровень процессов тепломассообмена в зависимости от энергозатрат. «Реальный».
М = 0,4…0,6 — допустимый уровень процессов тепломассообмена в зависимости от энергозатрат. «Достаточный».
М = 0,45 — требуемый уровень процессов тепломассообмена в зависимости от энергозатрат.
М=0…0,4 — недопустимый уровень процессов тепломассообмена в зависимости от энергозатрат. «Некачественный».
М = 0 — максимальной нежелательный уровень процессов тепломассообмена в зависимости от энергозатрат. «Негативный».
В результате применения данной методики, лабораторных исследований и теоретического анализа [4], были получены следующие зависимости:
1- При мощности установки в 10 кВт; 2–12 кВт; 3–14 кВт; 4–16 кВт; 5–18 кВт; 6–20 кВт; 7–22 кВт; 8–24 кВт; 9–26 кВт;
Рис. 2. Зависимость теплоты отдаваемой в помещение (Т) от КПД установки
Зависимость, показанная на рисунке 2 определяет диапазон теплоты, которую можно будет направить в помещение для регулирования температурно-влажностных характеристик микроклимата, при условии, что будет известна эффективность и мощность работы ТНУ. Таким образом, проведя эксперимент, и определив КПД теплового насоса, можно будет скорректировать выдаваемую им тепловую мощность.
1- При мощности установки в 10 кВт; 2–12 кВт; 3–14 кВт; 4–16 кВт; 5 -18 кВт; 6–20 кВт; 7–22 кВт; 8–24 кВт; 9–26 кВт;
Рис. 3. Зависимость эквивалентного диаметра труб (ЭДТ) от количества труб в пучке ТНУ (КТП)
С помощью рисунка 3 можно будет внести коррективу в конструкционные характеристики ТНУ, и определиться с требуемым количеством трубок в одном функциональном пучке установке, в зависимость от свободного места, диаметра, типа трубки и мощности установки.
1- При мощности установки в 10 кВт; 2 -12 кВт; 3–14 кВт; 4–16 кВт; 5 -18 кВт; 6–20 кВт; 7–22 кВт; 8–24 кВт; 9–26 кВт;
Рис. 4. зависимость площади нагрева ТНУ (S) от величины теплового напора (ТН)
С помощью рисунка 4 можно определить площадь нагрева конденсатора, либо испарителя ТНУ при условии однородности материала и изменению теплового напора. Диапазон соответственно будет скорректирован исходя из данных, полученных в ходе эксперимента.
Таким образом, разработана балльная шкала позволяющая оценивать благоприятные и неблагоприятные температурно-влажностные параметры микроклимата внутри телятника, в зависимости от параметров окружающее среды, которые позволяют выбрать технологические и конструктивные параметры ТНУ [5].
В ходе дальнейших экспериментальных исследований и теоретических рассуждений получаем аналитические выражения, позволяющие установить взаимосвязь между влиянием параметров атмосферного воздуха, конструктивными параметрами ТНУ и температурно-влажностными параметрами микроклимата телятника, которые будут указаны в дальнейших статьях.
Литература:
1. Никифоров А. Н. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве / А. Н. Никифоров, В. А. Токарев, В. А. Борзенков и др.// М.: ВИМ, 1998. — 68 с.
3. Мельников С. В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм и комплексов./С. В. Мельников. — Л.; Колос., 1978. — 420 с.
4. Лысцов A. B. Современные энергосберегающие технологии и оборудование в помещениях для содержания бройлеров/ А. В. Лысцов//Тез.докл. международной конференции-выставки «Птицеводство-2004». Москва, 2004. 23–27 октября. — С.29.
5. Шкеле А. Э. Повышение эффективности электрических систем обогрева поросят./А.Э Шкеле. Автореф. дисс.. доктора техн. наук. Латвийская ССР. Улброка: 1988.
