10138

ВВЕДЕНИЕ

Переход к индустриальному строительству и укрупнению сельскохозяй-

ственных комплексов привел к утере многих исторически выработанных объ-

емно-планировочных и теплофизических достоинств производственных сель-

скохозяйственных зданий и сооружений. Например, для животноводческих и птицеводческих зданий были характерны относительно малая вместимость по-

мещений, ограниченная остекленность, саморегулирующаяся воздухопроница-

емость, гигроскопичность ограждающих конструкций. Наружные стены храни-

лищ сочного растительного сырья (СРС) полностью обваловывались землей или сооружения выполнялись полностью в подземном варианте.

Промышленные условия содержания скота и птиц нарушают естествен-

ный стереотип обитания. Значительная концентрация животных и птиц на ограниченной площади вызывает в их организме реакции адаптации к новым условиям обитания, сопровождающиеся дополнительными расходами внутрен-

ней энергии, снижением продуктивности и прироста массы, заболеваниями и даже падежом. Поэтому мастерство инженеров и проектировщиков должно ба-

зироваться не только на достижениях современных строительных технологий,

но и учитывать многовековый народный опыт при проектировании систем жизнеобеспечения животных и птиц, хранения картофеля, овощей и фруктов,

учитывать физиологические потребности и биологические особенности живых организмов.

Представленный в учебном пособии методологический подход к созда-

нию высокопродуктивных, энергоэффективных сельскохозяйственных зданий и сооружений основан на объединении их в единый биоэнергетический и архи-

тектурно-строительный комплекс, в котором параметры микроклимата форми-

руются за счет пассивных (тепловой контур здания) и активных (отопление,

вентиляция, кондиционирование, холодоснабжение) систем обеспечения мик-

роклимата. Такой системный подход включает рассмотрение взаимосвязанных объемно-планировочной и инженерно-технологической моделей производ-

3

ственных сельскохозяйственных объектов. Первая модель основана на принци-

пе компактности теплового контура зданий и сооружений с возможным форми-

рованием буферных зон, что позволяет определять рациональные композици-

онные и пространственные параметры. Вторая модель, неразрывно связанная с первой, оценивает эффективность систем жизнеобеспечения, параметры ком-

фортности помещений при наличии различного инженерного оборудования.

Единый комплексный системный подход к закономерностям формирова-

ния параметров микроклимата приводит к выводу о необходимости выделения производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений в самостоя-

тельный класс по нормированию и расчету энергоэффективных систем обеспе-

чения допустимых параметров внутреннего воздуха для животных, птиц, вы-

ращиваемой, заготавливаемой и хранящейся сельскохозяйственной продукции.

Данный методологический подход обосновывается следующими особен-

ностями формирования параметров микроклимата в рассматриваемых произ-

водственных помещениях.

1. Большой диапазон изменений расчетных параметров внутреннего воз-

духа (температуры, относительной влажности, подвижности) в круглогодичном цикле эксплуатации.

2. Наличие в холодный период года постоянно действующих явных фи-

зиологических (от животных и птиц) или биологических (от хранящегося соч-

ного растительного сырья) тепловыделений делает основной функцией тепло-

вого контура неотапливаемых (без подачи искусственно генерируемой энергии)

сельскохозяйственных зданий и сооружений рассеивание выделений явной теплоты; одновременно количественно величина теплового потока через наружные стены, покрытие и полы должна предупреждать переохлаждение жи-

вотных, птиц, хранящейся продукции.

3. Нормирование теплозащитных характеристик наружных ограждений с учетом утилизации биологической теплоты должно основываться не на субъек-

тивном выборе исходных данных (даже в пределах норм технологического про-

ектирования), приводящего к недопустимому различию конечных результатов,

4

а на объективных показателях конкретных сооружений с учетом их объемно-

планировочных решений и технологий производства, приводящих к однознач-

ному конечному результату.

4. Необходимость учитывать индивидуальность и многообразие направ-

лений и интенсивности процессов тепломассопереноса в объеме продукции и объеме помещений. Например, требуется минимизация влагоотдачи продукции при хранении СРС и максимально допустимый по биологическим требованиям влагосъем при сушке травы.

5. Рациональные по технологическим и энергетическим требованиям объ-

емно-планировочные и конструктивные решения производственных сельскохо-

зяйственных зданий и сооружений отличаются большим многообразием:

надземные, полузаглубленные или полностью заглубленные, подземные, ча-

стично или полностью обвалованные.

6. Нормирование и теплофизический расчет теплотехнических и аэроди-

намических характеристик некоторых сельскохозяйственных сооружений,

например, круглогодичных культивационных (теплицы, оранжереи) или широ-

ко применяемых при хранении СРС и заготовке грубых кормов систем актив-

ной вентиляции вообще не вошли в нормы и отсутствуют в технической и справочной литературе.

Актуальность и новизна учебного пособия заключается в разработке научно-методических основ расчета энергоэффективных, продуктосберегаю-

щих производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений. Режимы работы их систем обеспечения допустимых параметров микроклимата с учетом биологических, технологических и технико-экономических требований должны учитывать особенности различных климатических регионов страны. Для каж-

дого из видов сельскохозяйственных зданий разработаны теоретические основы и инженерные методики расчетов систем отопления, вентиляции, кондициони-

рования воздуха и холодоснабжения. Они включают: термодинамические осно-

вы расчетов снижения потребления энергии (вплоть до нулевого) животновод-

ческими и птицеводческими зданиями, хранилищами биологически активной

5

продукции; графоаналитическое построение термодинамических процессов,

описывающих интенсивность динамики охлаждения воздуха в объеме теплиц в теплый период года за счет водоаэрозольного охлаждения; аналитически полу-

ченные и экспериментально подтвержденные закономерности динамики про-

цессов тепломассопереноса и формирования температурно-влажностных полей в слое биологически активного сырья при нестационарных внешних воздей-

ствиях как в процессах хранения, так и сушки.

Доказана возможность использования в помещениях производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений с круглогодичным циклом эксплу-

атации только естественных источников энергии за счет эффективной утилиза-

ции явной физиологической и биологической теплоты, естественной вентиля-

ции, аэрации, солнечной энергии и др. Таким образом, большинство рассматри-

ваемых сельскохозяйственных зданий могут и должны эксплуатироваться без подачи в них искусственной явной теплоты или холода или иметь минималь-

ный резерв мощности по энергоносителям.

В учебное пособие включены все основные вопросы проектирования,

конструирования, строительства и эксплуатации продукто- и энергосберегаю-

щих систем обеспечения параметров микроклимата производственных сельско-

хозяйственных зданий: выбор технологических параметров микроклимата;

нормирование и расчет теплофизических характеристик теплового контура наземных и подземных зданий и сооружений; расчет реальных тепловых, влаж-

ностных и воздушных балансов сельскохозяйственных помещений различного назначения; расчет и конструирование систем обеспечения параметров микро-

климата; расчет энергоэффективных режимов эксплуатации систем; методика расчета систем активной вентиляции при заготовке грубых кормов; способы со-

здания круглогодичных технологических параметров микроклимата в культи-

вационных сооружениях; количественная оценка эффективности управления параметрами микроклимата сельскохозяйственных помещений различного назначения.

6

1. ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

1.1.Технологии сельскохозяйственного производства

ирасчетные параметры микроклимата

Наиболее распространенными производственными сельскохозяйствен-

ными зданиями являются животноводческие, птицеводческие, хранилища соч-

ного растительного сырья (картофеля, овощей, фруктов), культивационные со-

оружения (теплицы), а также установки для сушки травы в процессе заготовки грубых кормов. Рассмотрим специфические особенности требуемых (допусти-

мых) технологических параметров микроклимата в помещениях каждого из вышеперечисленных видов зданий и сооружений.

1.1.1. Помещения животноводческих зданий

От 180 до 240 суток в году крупный рогатый скот (КРС) и многие другие виды животных, а некоторые из них круглогодично, находятся в замкнутых по-

мещениях. В течение всего этого периода в помещениях должны быть созданы такие климатические условия (температура tв, относительная влажность φв, по-

движность vв и газовый состав воздуха), при которых высокая продуктивность животных достигается при минимальных затратах кормов и средств на их вы-

ращивание. Параметры воздуха в помещениях должны обеспечивать устойчи-

вость процессов внутреннего тепловлагообмена живого организма и всего жи-

вотного с окружающей средой.

Определяющим фактором в производстве продукции животноводства яв-

ляется кормовой (до 50...60 %). Породистость влияет на продуктивность до

20 %, а параметры микроклимата (климатические условия содержания живот-

ных и птиц) могут повысить выход продукции на 30 % [1].

Необходимость поддержания температурно-влажностных и газовых па-

раметров воздуха в помещениях диктуется не столько повышением продуктив-

7

ности каждого животного или птицы, сколько их способностью реализации возможной максимальной продуктивности данной породы.

Зоной размещения (рабочей зоной) крупного рогатого скота и свиней считается пространство в помещении высотой до 0,8 м; овец — до 0,75 м; ло-

шадей — до 1,6 м от уровня пола.

Крупный рогатый скот выращивается для племенных и товарных целей.

Преобладающей мировой тенденцией является повышение его продуктивности без существенного увеличения численности.

Для КРС применяют две системы содержания: круглогодичную стойло-

вую (беспастбищную) и стойлово-пастбищную. Новорожденных телят (до

15...20-дневного возраста) помещают в клетки профилакториев с обильной под-

стилкой. Из профилакториев телят переводят в телятники, где их выращивают до 4…6 мес.

При содержании КРС необходимо предусматривать удаление масс навоз-

ных стоков механическим или гидравлическим способами. За сутки корова вы-

деляет до 35,0 кг кала и 20,0 л мочи, теленок — до 5,0 кг и 2,5 л, соответственно.

При гидравлических способах удаления навоза предусматривается вентиляция сточных каналов.

Свиноводческие фермы по назначению подразделяются на племенные и товарные. На товарных фермах выращиваются свиньи для производства мяса.

Их размещают в станках индивидуально или группами, разделяя помещения на изолированные секции для определенных половозрастных групп. Удаление навоза на свиноводческих фермах осуществляется механическим способом. Су-

точное выделение кала и мочи от одного животного, соответственно, составля-

ет: хряк-производитель — 9,0 кг и 6,0 л; свиноматка подсосная — 12,0 кг и 10,0

л; свинья на откорме — 5,0 кг и 2,5 л.

Коневодческие предприятия по своему назначению подразделяются на племенные, товарные (производство кумыса и мяса) и рабочие (конные дворы для рабочих лошадей). Конюшенная система содержаний животных применя-

ется на племенных и рабочих предприятиях. При этой системе лошадей содер-

8

жат индивидуально или группами в конюшнях. Выход навоза и мочи у взрос-

лых лошадей достигает 20,0…30,0 кг и 10,0 л в сутки.

В овцеводстве приняты системы содержания: круглогодовая стойловая,

стойлово-пастбищная, пастбищная. При круглогодовой стойловой системе овец зимой содержат и кормят в помещениях. Стойлово-пастбищная система харак-

теризуется содержанием овец зимой в овчарнях с выгульно-кормовыми пло-

щадками, а летом — на пастбищах. При пастбищной системе преобладает круг-

логодовое содержание овец на пастбищах.

Технологии содержания кроликов и нутрий предусматривают клеточное содержание в помещениях. Основное стадо нутрий содержат в индивидуальных клетках без бассейнов или в групповых загонах с бассейнами. Основное стадо взрослых кроликов содержат в клетках по одной голове, а молодняк — в клет-

ках группами. Выход навоза одним взрослым кроликом в год составляет 73 кг,

взрослой нутрии — 420 кг.

Температурный режим животноводческих помещений можно условно разбить на следующие зоны [1]:

удовлетворительного общего теплового баланса (tв = 5…15 °С);

максимальной продуктивности животных, т. е. экономически целесооб-

разной из условий снижения расхода кормов (tв = 12…20 °С);

снижения продуктивности животных (tв = 0…12 °С), характеризующейся увеличением расхода кормов и числа случаев заболеваний;

низкой продуктивности (tв < 0 °С), в которой наблюдается большое коли-

чество заболеваний и возможен падеж скота;

пониженной продуктивности (tв = 20…30 °С), характеризующейся апати-

ей животных и нарушением их систем терморегуляции;

низкой продуктивности животных и возможного падежа из-за перегрева

(tв > 30 °С).

Допустимые пределы максимальных значений относительной влажности воздуха помещений для содержания КРС и свиней в холодный период года φв

составляют: при температуре наружного воздуха tн > –15 °С относительная

9