УДК 697.94
Ярослав В.Ю., Лабай В.Й.
Національний університет “Львівська політехніка”,
кафедра теплогазопостачання і вентиляція
ЕКСЕРГЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ ОПАЛЮВАЛЬНО-ВЕНТИЛЯЦІЙНИХ
СИСТЕМ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ БУДИНКІВ
@ Ярослав В.Ю, Лабай В.Й.
В даній статті використаний метод ексергетичного аналізу для порівняння трьох різних опалювально-вентиляційних систем птахівничих приміщень в холодний період року. Найбільшу ефективність слід очікувати для системи із застосуванням рекуператорів теплоти витяжного повітря, для якої величина ексергетичного ККД досягає 0,42.
In this article is given the exergetic analysis of three different systems of heating-ventilating systems on an example of the poultry house for the containing egg hens for the cold period of year. Most efficient has appeared for heating-ventilating system with application of recuperators of ventilation exhaust air heat, for which the coefficient of exergetic performance makes 0,42.
Дефіцит та висока вартість паливних ресурсів, висока енергоємність існуючих опалювально-вентиляційних систем сільськогосподарських будинків, зокрема і птахів-ничих, призводить до того, що в багатьох випадках установки створення штучного мікроклімату в приміщеннях працюють неефективно. Внаслідок цього в приміщеннях створюються несприятливі умови утримання тварин. За матеріалами [1] за несприятливих умов мікроклімату в птахівничих приміщеннях (зниження температури до 5?С) продуктивність курей-несучок падає на 12%, значно зростають витрати сухих кормів, зростає захворюваність тварин. Одночасно погіршуються умови праці обслуговуючого персоналу та відбувається передчасне спрацювання технологічного обладнання.
Відомі способи вдосконалення традиційних систем теплопостачання сільськогосподарських будинків (застосування теплогенераторів з підвищеним коефіцієнтом корисної дії, підвищення рівня теплозахисту зовнішніх огороджень будинків, покращення схем організації повітрообміну в приміщеннях для утримання тварин, впровадження комбінованого регулювання відпуску теплоти та режимних міроприємств, тощо), не дозволяють перейти до якісно нових енергозберігаючих систем. В цих системах є можливим скорочення до 25-40% споживання теплової енергії від зовнішніх джерел, в яких для її отримання спалюється газоподібне та інші види органічного палива.
Зменшення енергоспоживання систем опалення і вентиляції птахівничих приміщень диктує необхідність їх оптимізації. Методи енергетичного аналізу таких систем переважно базуються на описі тепловологісного режиму приміщень на підставі відповідних балансових рівнянь. Це є зовнішній опис, який не дає можливості достовірно оцінити якості системи і може привести до неправильних висновків. На думку авторів, подібну оптимізацію краще провести за допомогою ексергетичного методу термодинамічного аналізу [2].
Ексергетичний аналіз дозволяє встановити максимальні термодинамічні можливості системи, визначити втрати ексергії в ній та обгрунтувати рекомендації по вдосконаленню окремих її елементів [2, 3].
В даній роботі авторами виконаний порівняльний ексергетичний аналіз декількох можливих схем систем опалення і вентиляції птахівничих приміщень на прикладі типового одноповерхового безвіконного пташника для утримання 35 тис. курей-несучок (з традиційною прямотечійною припливно-витяжною системою вентиляції, опалювально-вентиляційної системи з застосуванням рекуператорів теплоти викидного вентиляційного повітря та системи з рециркуляцією викидного повітря (рис.1)) в холодний період року.

а) б) в)
Рис.1. Схеми систем опалення і вентиляції птахівничих приміщень:
а) традиційна прямотечійна припливно-витяжна система; б) система з застосуванням рекуператорів теплоти викидного вентиляційного повітря; в) система з рециркуляцією викидного повітря.
В розрахунках прийняті параметри зовнішнього повітря: температура tз = (20 0С, вологовміст повітря dз = 0,6 г/кг. Температура внутрішнього повітря в залі пташника tв = 180С. Параметри припливного повітря визначалися розрахунком, виходячи з рівнянь теплових та повітряних балансів в пташнику. В розрахунках маса однієї птиці прийнята 1,7 кг, величина питомого повітрообміну на 1 кг живої ваги птиці l = 0,71 м3/(кг(год), теплонадходження на 1 кг живої ваги птиці 24,6 кДж/кг. Величина тепловтрат через будівельні захищення в розрахунках Qтп= 134,73 кВт, втрати явної теплоти на випаровування вологи з поверхонь та з пташиного посліду оцінювалися величиною Qв = 110,05 кВт.
Розрахунками визначена температура припливного повітря tпр = 6.3 0С, масова витрата припливного повітря відповідно складає Gп = 53594 кг/год. Подачу припливного повітря в пташник забезпечують 4 відцентрових вентилятори з загальним споживанням електроенергії Nv = 5,22 кВт. Витяжку по першому варіанту виконують 26 вісьових вентиляторів з загальним споживанням 0,85 кВт, по варіантам з рекуперацією теплоти викидного повітря та з рециркуляцією витяжку забезпечують 4 відцентрові вентилятори з загальним споживанням Nv = 5,22 кВт. В розрахунках коефіцієнт ефективності рекуператора (t = 0,5, кількість рециркуляційного повітря Gр = 0,5Gп = 26797 кг/год. Початкова і кінцева температури теплоносія (гарячої води) в калорифері припливної установки t1 = 150 0С, t2 = 70 0 С.
Питома ексергія повітря і води у необхідних точках процесів визначалася за методикою, яка приведена в роботах [2,3,4].
Ексергетичний ККД, який характеризує ефективність роботи системи з точки зору термодинамічної досконалості, визначали за формулою [2,5]:
, (1)
де (E – відведена від системи ексергія, кВт, фактично це є різниця ексергій внутрішнього і припливного повітря пташника, кВт; E1 і E2 – відповідно ексергія теплоносія на вході та виході в калорифері припливної установки, кВт; Nv – підведена електроенергія в припливних та витяжних вентиляторах, кВт; (-(Er) – зменшення величини підведеної ексергії в рекуператорі (по другому варіанту), або в блоці змішування при рециркуляції, кВт.
Значення величин ексергії, які входять у формулу (1) розраховували таким чином:
, (2)
де G – кількість повітря або теплоносія, кг/год; e – значення питомої ексергії повітря або теплоносія в необхідних точках процесів, кДж/кг.
Розрахунки за формулою (1) дали значення ексергетичного ККД в холодний період року для традиційної опалювально-вентиляційної системи ( = 0,356, для системи з застосуванням рекуператорів теплоти витяжного повітря ( = 0,42, для системи з рециркуляцією викидного повітря ( = 0,378. Найбільші втрати ексергії відбувалися в калорифері припливної установки – до 80( величини підведеної ексергії в системі.
Література
1. Левченко А.Г. Организация и пути интенсификации производства яиц и мяса кур. – К.: Издательство Украинской сельскохозяйственной академии, 1991. 2. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. Пер. с польского под ред. В.М.Бродянского. – М.: Энергия, 1968. 3. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. – М.: Энергия 1973. 4. Прохоров В.И., Шилклопер С.М. Метод вычисления эксергии потока влажного воздуха // Холодильная техника. – 1981. – № 9. С.37–41. 5. Карпис Е.Е. Энергозбережение в системах кондиционирования воздуха. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1986.

.
ЗАТВЕРДЖУЮ
Проректор
Ю.Я. Бобало
"___" _____________ 2006 р.
ЕКСПЕРТНИЙ ВИСНОВОК
про можливість опублікування матеріалів у пресі
та інших засобах масової інформації
Експертна комісія (експерт) Інституту будівництва та інженерії довкілля Національного університету "Львівська політехніка", розглянувши рукопис статті “Ексергетичний аналіз опалювально-вентиляційних систем сільськогосподарських будинків” обсягом 3 стор., 1 рис.
автори Ярослав В.Ю., Лабай В.Й.
підтверджує, що в матеріалах заявки не містяться відомості, заборонені до публікації, передбачені п. 2.5. "Положення про порядок підготовки матеріалів, призначених для відкритого публікування", Київ, 1992 р.
ВИСНОВОК: Даний матеріал не має відомостей, заборонених для відкритого публікування, передбачених у “Зводі відомостей, що становлять державну таємницю України” (ЗВДТ, 2005 р.) і не містить відомостей про об’єкти, на які можуть бути оформлені охоронні документи. Матеріали заявки можуть бути опубліковані у відкритому друці.

Голова комісії (експерт) Директор ІБІД Саницький М.А.
Секретар комісії Марко О.Б.
Патентно-ліцензійний відділ Івановська Л.І.
Ст. інспектор РТО Хрістіанов Є.В.