Рис. 4. Середнє значення кількості теплової енергії, котру закумулювала чи віддала підлога за відповідні інтервали відпочинку та періоду, коли тварина стоїть.
Рис.5. Графік зміни температури верхньої поверхні конструкції підлоги tv, нижньої tn та середньої температури конструкції підлоги ts.
Відповідно до відомчих норм технологічного проектування для свинарських підприємств ( ВНТП-СГіП-46-2.95) за контрольний проміжок часу, який дорівнює двом годинам, значення середнього потоку теплоти у підлогу від тварини повинно бути не вище: для свиней на відгодівлі – 200 Вт/м2; для інших груп – 170 Вт/м2.
Якщо проаналізувати рис.4, який побудований на основі розрахунків для підлоги із керамзитобетону товщиною 100 мм, то можна зробити висновок, що така конструкція підлоги не відповідає нормам, так як середній тепловий потік тільки закумульованої теплоти від тварини становить 240 Вт/м2. Таким чином, побудовані графіки дають можливість зробити висновки, у першому наближенні, відповідає та чи інша конструкція вимогам норм технологічного проектування по теплотехнічних якостях.
Виконані розрахунки також дали можливість зробити такі висновки: найбільший потік теплової енергії від тварини спостерігається в перші дві години контакту тварини з підлогою; найкращі теплотехнічні якості має конструкція підлоги з композиційного матеріалу AEL - 102 та сосни. Далі за теплотехнічними властивостями підлоги можна ранжирувати в такому порядку: підлоги із дуба, керамзитобетону, бетону на гравії й асфальтобетону; перевагу слід надавати конструкції підлоги з повітряним прошарком, що утворюється між нижньою поверхнею конструкції підлоги та грунтом приміщення, так як при цьому зменшуються тепловтрати в грунт за рахунок повітряного прошарку, а також стає можливим використання підпідлогового простору для вентиляції найзабрудненішої зони приміщення.
Далі у п′ятому розділі на підставі виконаних досліджень пропонується нова конструкція станкового обладнання ( свід. на промисловий зразок № 37857), котра дає змогу зменшити тепловтрати тварини за рахунок теплопровідності. Конструкція станка входить до складу системи формування локального мікроклімату ( А.с. №1750514 ) і дає можливість здійснювати відведення повітря з-під підлоги станкового обладнання - із зони найбільшої концентрації шкідливостей. У свою чергу, локалізація шкідливостей у місцях їх виділення зменшує затрати теплової та електричної енергії на вентиляцію приміщення свинарника прямо пропорційно зменшенню повітрообміну в цілому по приміщенню.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Натурні дослідження параметрів мікроклімату, що були проведені в будівлі свинарнику, та виконаний аналіз літературних джерел свідчать про те, що розподіл концентрацій шкідливих речовин по висоті приміщення залежить від періоду року. Найбільша кількість шкідливих речовин, незалежно від періоду року, спостерігається в місцях накопичення екскрементів тварин.
2. Для розрахунку параметрів мікроклімату в станку розроблена математична модель системи створення локального мікроклімату в свинарських виробничих приміщеннях з урахуванням теплового балансу тварини та нестаціонарності процесів теплообміну, зумовленою періодичністю зміни моментів, коли тварина спочиває лежачи на підлозі або стоїть. Розроблені також алгоритм і програма розрахунку системи рівнянь, що характеризують математичну модель з урахуванням циклічного характеру поведінки тварини.
3. Порівняння результатів натурного та обчислювального експериментів на підставі розробленої математичної моделі показало, що запропонована математична модель адекватно описує процеси теплообміну, які відбуваються в станку.
4. За допомогою математичної моделі виконана оцінка впливу на нестаціонарний теплообмін тварини різних матеріалів і конструкцій підлоги, а також конструктивних елементів станків, що застосовуються нині в існуючих виробничих приміщеннях для утримання свиней, яка дає підставу стверджувати, що основна частина тепловтрат тварини відбувається за рахунок теплопровідності в конструкцію підлоги в період, коли тварина спочиває.
5. Виконаний обчислювальний експеримент дозволяє зробити висновок про те, що широкому спектру вимог, що ставляться до підлог свинарників, цілком відповідають підлога на основі композиційного матеріалу AEL-102 та підлога з сосни. При цьому перевагу за експлуатаційними характеристиками слід віддавати композиційному матеріалу AEL-102.
6. Розроблено метод визначення величини теплового потоку за рахунок теплопровідності від тварини, що спочиває, за контрольний інтервал часу у відповідності до відомчих норм технологічного проектування для свинарських підприємств.
7. Запропонована методика оцінки впливу конструкції підлоги на теплообмін тварини дає можливість розробити обгрунтовані рекомендації щодо поліпшення теплового та повітряного режиму станкового обладнання, яке створюється або реконструюється.
8. Отримані результати дослідів дозволили запропонувати нові підходи до конструювання станкового обладнання (свід. на пром. зразок №37857) та створення системи формування локального мікроклімату в свинарських приміщеннях (А.с. №1750514).
9. Результати досліджень за темою дисертаційної роботи були використані при створенні станкового обладнання в дослідному господарстві Полтавського інституту свинарства УААН, а також при розробці проекту експериментальної свиноферми для Полтавського НДІ свинарства УААН.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Гузик Д.В. Математичне моделювання енергозберігаючого локального мікроклімату в свинарниках // Збірник наукових праць (галузеве ма- шинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка. – Полтава, 1998. – Вип.1. – С.178-183.
2. Гузик Д.В. Вплив контактного теплообміну на тепловий режим конструкцій підлог // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. научн. - тех. сб. – К .: Техніка. – Вып. 19, 1999. – С. 128-132.
3. Гузик Д.В. Вплив теплового режиму підлоги на формування локального мікроклімату свинарських приміщень. // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка. – Полтава, 1999. – Вип.4. – С. 135-141.
4. Строй А.Ф., Хрящевский В.Н., Гузик Д.В.Принципиальное конструктивное решение энергосберегающего животноводческого здания// Эффективные строительные материалы и конструкции, используемые при возведении зданий и сооружений: Сб. науч. тр. – К .:УМК ВО, 1992. – С. 24-30.
5. Гузик Д.В. Разработка и теплотехническая оценка пола станка свинарника-маточника// Пути повышения эффективности строительства: Тематический сб. науч. тр. – К .: ИСИО, 1993. – С. 117-124.
6. Свидетельство на промышленный образец № 37857. Загон для животных / А.Ф.Строй, В.Ф.Коваленко, В.М. Черненко, Д.В.Гузик, В.Н. Хрящевский, Т.С.Кугаевская. – № 11.11.90.
7. А.с. 1676543 СССР, МКИ5 А01К1/015. Станок для свиноматки с поросятами / В.Ф.Коваленко, А.Ф.Строй, О.С.Зуйков, Н.А.Ходаковский, В. Н. Хрящевский, Д. В. Гузик . – № 4720220/15; Заявл. 19.06.89 ; Опубл. 15.09.91 // Открытия. Изобрет. – 1991. – № 34.
8. А.с. 1702118 СССР, МКИ5F24F7/06. Энергоэкономическая система кондиционирования воздуха в свиноводческом помещении / А.Ф.Строй, В.Ф.Коваленко, В.Н.Хрящевский, О.С.Зуйков, Д.В.Гузик . – № 4780447/29; Заявл. 10.01.90; Опубл. 30.12.91 // Открытия. Изобрет.– 1991. – № 48.–С. 150.
9. А.с. 1722334 СССР, МКИ5 А01К29/00. Станок свинарника-маточника / А.Ф. Строй, В.Ф. Коваленко, О.С. Зуйков, В.Н.Хрящевский, Д.В.Гузик. – № 4781713/15; Заявл. 10.01.90; Опубл. 30.03.92 // Открытия. Изобрет. – 1992. – № 12.
10. А.с. 1750514 СССР, МКИ5А01К1/00. Помещение для свиноматок/ А.Ф.Строй, В.Ф.Коваленко, О.С.Зуйков, В.М.Черненко, В.Н.Хрящевский, Д.В.Гузик. – № 4802955/15; Заявл. 19.03.90; Опубл. 30.07.92 // Открытия. Изобрет. – 1992. – № 28.
11. В.Ф.Коваленко, А.Ф.Строй, Д.В.Гузик Д.В., Универсальный станок для выращивания свиней. – Х., 1993. – [4] с. – (Информ. листок / Харьк. ЦНТЭИ; № 86-93).
12. Гузик Д.В., Бондарь В.Г., Ищенко С.А. Натурные исследования микроклимата основных помещений свиноводческих зданий // Тез. докл. 43 науч. конф., преп., науч. работников, асп. и студ. ин-та / Полт. инж. - строит. ин-т. – Полтава, 1991. – С. 169.
13. Гузик Д.В. Расчет трехмерного нестационарного температурного поля методом тепловых балансов при граничных условиях разного рода // Тез. докл. 45 науч. конф. проф., преп., науч. работников, асп. и студ. ин-та / Полт. инж.- строит. ин-т. – Полтава, 1993. – Ч.2. – С. 31.
14. Гузик Д.В. Математична модель теплового та повітряного режиму в місцях перебування тварин в тваринницьких приміщеннях / Тези доп. 46 наук. конф., викл., наук. працівників, асп. та студ. ін-ту/ Полт. інж.- буд. ін-т. – Полтава, 1994. – Ч.3. – С. 104.
15. Гузик Д.В. Співвідношення теплових потоків і механізм терморегуляції тварин при створенні мікроклімату в приміщеннях для утримання свиней // Тези доп. 47 наук. конф. проф., викл., наук. працівників, асп. та студ. ун-ту / Полт. техн. ун-т. – Полтава, 1995. –Ч.3. – С. 69.
16. Строй А.Ф., Гузик Д.В. Алгоритм розрахунку теплового та повітряного режиму при розробці системи локального мікроклімату // Тези доп. 48 наук. конф. проф., викл., наук. працівників, асп. та студ. ун-ту/ Полт. техн. ун-т. – Полтава, 1996. – Ч.3. – С. 121.
17. Гузик Д.В. Розрахунок температурних полів конструкцій підлоги в тваринницьких приміщеннях // Тези доп. 50 наук.конф. проф., викл., наук. працівників, асп. та студ. ун-ту / Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. – Полтава, 1998. – С. 223.
АНОТАЦІЯ
Гузик Д.В. Формування локального мікроклімату в свинарських приміщеннях. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.03 - вентиляція, освітлення та теплогазопостачання.– Харьківський державний університет будівництва та архітектури, Харків, 2000.
Дисертація присвячена питанням формування локального мікроклімату в свинарських приміщеннях. Найбільш перспективним шляхом економії теплової енергії є створення систем забезпечення мікроклімату в місцях перебування тварин. У дисертації розроблена математична модель, яка дає можливість розраховувати складові частини теплообміну між твариною та навколишнім середовищем з урахуванням нестаціонарних процесів, які зумовлені циклічним характером поведінки тварини. Дана оцінка впливу на комфортний стан тварини такої складової теплообміну, як теплопровідність у конструкцію підлоги під час відпочинку. Розроблена методика розрахунку математичної моделі, що включає систему рівнянь, що описують формування локального мікроклімату в місцях перебування тварин. Запропонована конструкція станкового обладнання, що дає змогу значно поліпшити умови утримання тварин за рахунок покращання повітряного режиму в місцях перебування тварин, зменшення тепловтрат шляхом теплопровідності в конструкцію підлоги в період відпочинку тварини, а також зниження витрат енергії на організацію повітрообміну в приміщенні шляхом відведення забрудненого повітря із місць його найбільшої концентрації. Основні результати праці знайшли практичне застосування при проектуванні та впровадженні нових конструкцій станкового обладнання, що має підлогу з поліпшеними теплотехнічними характеристиками.
Ключові слова: локальний мікроклімат, система формування, математична модель, нестаціонарна теплопровідність.
АННОТАЦИЯ
Гузик Д.В. Формирование локального микроклимата в свиноводческих помещениях. – Рукопись.
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 – вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. – Харьковский государственный университет строительства и архитектуры, Харьков, 2000.
Диссертация посвящена вопросам формирования локального микроклимата в свиноводческих помещениях. Наиболее перспективным путем экономии тепловой энергии является создание систем обеспечения микроклимата в местах нахождения животных. Натурные исследования в помещениях свинарников и сделанный анализ формирования локального микроклимата свидетельствуют о том, что пол станка как ограждающая конструкция, в контакте с которой проходит вся жизнь животного, имеет доминирующее влияние на тепловое состояние последнего. В связи с тем, что жизнь животного носит циклический характер, заключающийся в периодической смене отдыха и бодрствования, при рассмотрении теплового баланса животного необходимо учитывать возникающую вследствие этого нестационарность теплообменных процессов. Для повышения точности учета составляющих теплообмена между животным и окружающей средой в диссертации разработана математическая модель, позволяющая рассчитывать составляющие части теплообмена между животным и окружающей средой с учетом нестационарности процессов, которые обусловлены цикличным характером поведения животного. Выполненное сравнение результатов натурного и вычислительного экспериментов на основании разработанной математической модели показало, что предложенная математическая модель адекватно описывает процессы теплообмена, происходящие в станке.
Дана оценка влияния на комфортное состояние животного такой составляющей теплообмена, как теплопроводность в конструкцию пола во время отдыха. Разработана методика расчета математической модели, включающей систему уравнений, описывающих формирование локального микроклимата в местах обитания животных.
Разработанный метод расчета локального микроклимата дает возможность оценивать в соответствии с нормами технологического проектирования количество теплоты, которое теряет животное во время отдыха за счет теплопроводности. При помощи математической модели выполнена комплексная оценка влияния на теплообмен животного разных материалов и конструкций пола станков, применяемых в настоящее время в зданиях свинарников.
Выполненный вычислительный эксперимент позволяет констатировать тот факт, что широкому спектру требований, предъявляемых к полам свинарников, в полной мере отвечают полы из легких бетонов – пол на основе композиционного материала AEL – 102 и сосны. Материал AEL – 102 по своим эксплуатационным качествам является более предпочтительным.
Предложена конструкция станочного оборудования, позволяющая значительно улучшить условия содержания животных за счёт усовершенствования воздушного режима в местах нахождения животных, уменьшения теплопотерь путем теплопроводности в конструкцию пола в период отдыха животного, а также снижения затрат энергии на организацию воздухообмена в помещении в результате удаления загрязненного воздуха из мест его наибольшей концентрации. Предложена методика, позволяющая проанализировать влияние на теплообмен животного и формирование локального микроклимата процессов нестационарного теплообмена. Эта методика дает возможность разработать обоснованные рекомендации при создании нового и реконструкции существующего станочного оборудования.
Основные результаты исследований по теме диссертации использованы при создании станочного оборудования для опытного хозяйства Полтавского института свиноводства УААН, а также при разработке проекта экспериментальной свинофермы для этого института.
Ключевые слова: локальный микроклимат, система формирования, математическая модель, нестационарная теплопроводность.
SUMMARY
Gyzik D.V. Formation of the local microclimate in swine-breeding premi-ses. The manuscript.
The scientific thesis for receiving the scientific degree of a Master of Scien-ces in speciality 05.23.03 – ventilation, lightning, heat and gas supply. – The Kharkov State University of Construction and Architecture. Kharkov, 2000.
The scientific thesis is devoted to the problems of formation of the local microclimate in swine-breeding pre-mises. The most effective and promissing way of the thermal energy saving is the creation of the microclimate ensuring systems in swine-breeding premises.
In the scientific thesis the mathematical model was worked out, which ma-kes it possible to calculate the constituent parts of the heat exchange between animals and surroundings taking into account the non-stationare processes which may be conditioned by the animal behaviour function. The estimation in the influence of such a constituent part of the heat exchange as heat conductivity in the floor construction during the resting period upon the animal comfort state is given in the work.
The method of the mathematical model calculation was worked out. It includes the system of equations describing the cretion of the local microclimate in places of animal inhabitation. The worked out method of calculation of the local microclimate gives us a chance to estimate in accordance with the existing norms and regulation of the technological designing the heat quantity the animal loses during its rest due to the heat conductivity which takes place at different floor constructions.
The machine-equipment construction is proposed. It permits us to im-prove considerably the animal keeping conditions due to the improvement of the air regime in the places of animal inhabitation, reducing the heat losses by means of the heat conductivity into the floor construction during the animal resting period, as well as reducing the energy use for the organization of air interchange in the premise by means of removing the contaminated air from the places of its maximum concentration.
The basic results of the research work found their practical application while projecting and introducing new construction machine equipment which has the floor with improved thermal and technical characteristics.
Key words: local microclimate, formation systems, mathematical model, non-stationare heat conductivity.
| 
