7017

11

Вопросы совершенствования объемно-планировочных решений с точки зрения энергосбережения рассмотрены в последних публикациях Ю.А. Табунщикова. Для сельскохозяйственных зданий, как правило, одноэтажных, имеющих в плане квадратную или прямоугольную форму с небольшим остеклением, принципы оптимизации энергозатрат упрощаются и могут быть сведены к следующему. Относительное повышение площади наружных ограждений прямоугольных Fпр зданий по сравнению с круглыми Fкр и квадратными FКВ (рис. 7) при одинаковой высоте h соответственно равно:

Таким образом, для сохранения постоянства теплопотерь необходимо повышение сопротивления теплопередаче наружных ограждений прямоугольных в плане помещений относительно круглых или квадратных

соответственно на величины σпρ-хр и σпρ-кв, т.е. зависимости (14) и (15) характеризуют степень энергоемкости сельскохозяйственных зданий в зависимости от их объемно-планировочных решений. Для обсыпных сооружений (рис. 6) с утлом а между боковой поверхностью и основанием увеличение потерь теплоты составляет:

σоб = (1 - α/β cos α)100 % .

(16)

Учет снежного покрова, который учитывается при расчете несущих конструкций сельскохозяйственных зданий и не учитывается при теплотехнических расчетах приводит, как показано в работе, к снижению теплопотерь на 8... 10% от расчетных для покрытий и является существенным резервом повышения их теплотехнических характеристик, не учитываемых до настоящего времени.

Применение «теплых» чердаков не только снижает теплопотери через перекрытие, но и способствует регулированию теплообмена в помещениях. Применение таких конструкций уменьшает тепловой поток через покрытие до 2 раз.

Стены и покрытия сельскохозяйственных зданий с переменным сопротивлением теплопередаче являются, по нашему мнению, наиболее перспективными видами наружных ограждающих конструкций. Одним из основных направлений развития теоретических и экспериментальных исследований и практических разработок является регулируемая сушка ограждений с применением эффекта электроосмоса. На рисунке 8 показаны принципиальные схемы установки плоскостей электродов для предотвращения увлажнения надземной части стен от миграции влаги от их подземной части при пассивном и активном возбуждении и способы сушки расположенных в земле стен.

Рис. 8. Установка электродов для предотвращения увлажнения стен: а - надземных; 6 - подземных; 1 — электроды; 2 - изолированные проводники

короткого замыкания при пассивном электроосмосе; 3	источники
постоянного тока при активном возбуждении.
Задача состоит в экспериментальном выявлении	закономерностей

изменения плотности потока влаги в строительных конструкциях, зависящих от физико-механических свойств материалов, прилагаемого к электродам напряжения и его полярности, и представления полученных результатов в шкале потенциала влажности в виде:

θ э.о = kэ.о u ,

(17)

где kэ.о - коэффициент пропорциональности; u - напряжение, прикладываемое к электродам или напряжение, возникающее между электрохимически активными металлами электродов.

В постановочных экспериментах определялась скорость фильтрации влаги под действием разности потенциалов, вызванной явлением электроосмоса. Опыты проводились на установке, представленной на рисунке

9.

Постоянное напряжение на выпрямителе (1) подавалось на электроды из нержавеющей стали (2), служащими одновременно стенками сосуда. Сосуд был разделен пластиной (3) из обыкновенного глиняного кирпича размером 60x30 мм и толщиной 13 мм на две плоскости (4) и (5), заполненные дистиллированной водой. Дно и крышка сосуда выполнены из диэлектрика. В зависимости от полярности электродов вода могла фильтроваться в ту или иную полость. Объем воды, поступающей или удаляемой из закрытой полости (5), контролировался по уровню воды в капиллярной трубке (6). В случае подачи на электрод (2) отрицательного потенциала отмечалось повышение уровня воды в капилляре, при положительном потенциале - понижение уровня. При количественных измерениях весьма существенно отсутствие воздуха в полости (5) и в порах кирпича, для чего, открыв кран бюретки (7), давали возможность воде в течение суток просачиваться через кирпич в полость (4),

13

сообщающуюся с атмосферой. Из закрытой полости (5) воздух удалялся через бюретку. Для этого в ней при открытом кране создавалось разрежение, в результате которого вода из полости (4) через кирпичную пластину переходила в полость (5). Оставляя кран открытым, давали возможность воде вновь заполнить полость (4), после чего кран закрывали. При первоначальной подаче напряжения на поверхностях кирпича появлялись пузырьки воздуха. После удаления их при отключенном напряжении установка была готова к работе.

Измерения проводились как при фильтрации жидкости из полости (4) в полость (5), так и наоборот. На капиллярной трубке имелись три метки, показывающие уровень воды без напряжения на электродах, и выбранные нами фиксированные точки (уровни). Одновременно с подачей напряжения измерялось время τ, сек., достижения водой одной из меток. По расстоянию между метками и диаметру капилляра (d=l,3 мм) вычислялся объем жидкости, ν, м3, протекающей через образец, и объемная скорость электроосмоса νэ = ν / τэ , м3/с. Замеры повторялись после возвращения жидкости в капилляре к

исходному положению.

В таблице 1 приведены результаты одной из серий экспериментов по определению объемной скорости электроосмоса, а на рисунке 10 те же результаты изображены графически. Полученные в результате постановочных экспериментов результаты показывают прямую пропорциональность скорости фильтрации от напряжения, что позволяет переводить результаты из шкалы разности потенциалов напряжений в любую другую шкалу разности потенциалов переноса влаги, например, шкалу разности потенциалов влажности.

Таблица 1

Объемная скорость электроосмоса

Фильтрация из полости (4) в полость (5)

22	4,6	10	6,6	0,32
30	5,6	8,6	7,7	1,54
40	6,4	6,9	9,6	1,92
46	7,4	5,6	11,8	2,36
54	8,4	4,8	14,0	2,80
	Фильтрация из полости (5) в полость (4)
24	4,8	13,6	2,4	0,48
30	5,4	9,8	3,3	0,66
34	6,2	9,1	3,5	0,70
40	7,2	7,2	4,5	0,90
60	8,4	5,7	5,7	1,14

Степень совершенства систем кондиционирования микроклимата позволяет оценивать и прогнозировать продуктивность животных и сохранность картофеля и овощей. Процессы снижения продуктивности и ухудшения качества хранимой продукции являются аддитивными и кумулятивными. Наиболее полно они оцениваются обобщенными показателями, комплексно учитывающими основные факторы продуктивности животных и сохранности питательных свойств сельскохозяйственного сырья: коэффициентом продуктивности животных koбж и коэффициентом сохранности СРС в период хранения koбхр .

В строительной теплофизике [4] коэффициент обеспеченности микроклиматических условий koб показывает долю допустимых вероятностных отклонений тепловлажностного режима от расчетного и характеризует выдерживание во времени допустимых параметров воздуха в помещении.

При хранении сельскохозяйственной продукции коэффициент сохранности СРС koбхр помимо коэффициента обеспеченности микроклиматических параметров по периодам хранения ( koбм) включает в себя коэффициент обеспеченности качества закладываемой на хранение продукции (koбк ) и коэффициент обеспеченности расчетных условий эксплуатации сооружений (koбэ).Максимально возможный выход полноценной продукции в конце периода хранения из-за естественной убыли от дыхания составляет *

0,95 от заложенной массы СРС. Факторы, влияющие на значения koбм, koбк, koбэ, не зависят друг от друга. Поэтому коэффициент обеспеченности появления этих трех процессов равен их произведению:

Возможные пути альтернативного выбора управлением сохранности СРС должны учитывать как биологические, так и теплофизические процессы, обеспечивающие качество конечного продукта. В стоимостном выражении изменение значений kобхр с учетом осредненных закупочных цен в каждом регионе страны Сэ эквивалентно величине:

Эхр=СэGΔkобхр	(19)
Факторы,	влияющие на продуктивность животных, не могут быть

подвергнуты такой же четкой фиксации, как при хранении картофеля и овощей. По меткому определению профессора В.М. Валова, «Беда крупного рогатого скота в том, что он выдерживает широкий диапазон отрицательных воздействий и выживает в этих условиях, но не дает продукции». Поэтому коэффициенты обеспеченности микроклимата животноводческих зданий kобм, качества продукции (порода животных, их племенные показатели, возраст и т.д.) kобк, расчетных условий эксплуатации СКМ сооружений kобэ взаимосвязаны между собой и, согласно теории вероятности, не могут быть выражены соотношением, аналогичным (18). В специальной и технической литературе имеются лишь разрозненные, необобщенные данные по влиянию микроклимата, породистости, питания, технического и технологического оборудования и условий его эксплуатации на продуктивность КРС.

Несмотря на то, что при производстве продукции животноводства намного труднее определить причины и виновников брака, чем, например, при хранении картофеля и овощей, необходимо поддерживать уровень стабильности нормированного микроклимата с учетом экономической эффективности его поддержания для различных пород животных. Еще раз укажем, что микроклимат помещений не столько повышает продуктивность скота, сколько способствует реализации возможной продуктивности животных в зависимости от породы и генетической предрасположенности.

Коэффициент обеспеченности качества закладываемой на хранение продукции kобк (см. формулу 18) при отсутствии заболеваний у вызревшего СРС является постоянной величиной, зависящей от существующих механизированных технологий уборки. Анализ литературных данных и наши натурные наблюдения позволили рекомендовать при практических расчетах следующие значения коэффициентов: для картофеля kобк = 0,92; для свеклы столовой kобк= 0,95; для моркови kобк = 0,88...0,90; для капусты kобк = 0,97.

Характеризующий выдерживание во времени оптимальных параметров среды коэффициент kобм в современных стационарных хранилищах, оборудованных системами активной вентиляции, зависит от следующих независимых друг от друга коэффициентов обеспеченности:

Кобм= kоб0 . kобв . kобф . kобL· . kобр .			(20)
В (20) входит коэффициент обеспеченности сохранности СРС от
применения систем воздушного отопления мощностью N, кВт, (при наличии
иных теплопритоков к поступающему в насыпь воздуху применяется
коэффициент4,1вместо2,05):	kобо=1-2,05Ν	/G	(21)

16

На рисунке 11 приведены зависимости дополнительных потерь картофеля, свеклы, моркови, капусты по количеству и стоимости от применения систем воздушного отопления в период температур tн < tну для климатической зоны с tн = -30 °С при закупочной цене картофеля Сз = 3000 руб/т, свеклы и моркови Сз = 4800 руб/т, капусты С3 = 4170 руб/т.

Дополнительная сушка продукции от нагрева воздуха в вентиляторах соответствует коэффициентам обеспеченности для радиальных (центробежных) вентиляторов kобв = - 0,999, для осевых вентиляторов kобв = 0.9995. Графически данная закономерность показана на рисунке 12. Равномерная реализация в течение сезона хранения продукции сопровождается уменьшением массы СРС и соответственным снижением биологических тепловыделений. Компенсация недостатков теплоты осуществляется системами отопления, что, как показано выше, влечет за собой увеличение убыли продукции. Уменьшение степени загрузки хранилища а = Gд / GP повышает условную температуру наружного воздуха tну, начиная с которой требуется включение систем отопления. Имеем следующие значения коэффициентов обеспеченности микроклимата при равномерной реализации продукции:

- картофель	kобр	= 1 - 2,05 N/aGp;		(22)
-капуста	kобр	= I - 1,3N /aGp;		(23)
- столовая свекла kобр		= I - 1,07 N /aGp;		(24)
- морковь	kобр	= 1 -1,24 N	/aGр ;	(25)

где N - мощность систем воздушного отопления, кВт.

Рис.	11. Зависимость	дополнительных	годовых	потерь	СРС	от
применения	систем отопления:	I- картофель;	П- свекла,	морковь;	Ш	-
капуста.

Рис. 12. Увеличение потерь СРС при нагреве воздуха на Δtв, 0С, в вентиляторе и воздуховоде: I - картофель; II - морковь, свекла столовая; Ш - капуста; а -- область осевых вентиляторов; б - область радиальных вентиляторов.

Нарастание дополнительных потерь СРС при равномерной реализации продукции с учетом различной начальной степени загрузки емкости а - 1,0; а = 0,75; а = 0,50; а = 0,25 графически показано на рисунке 13. Дополнительные потери возрастают с уменьшением начальной степени загрузки. По зависимости (22...25) определяются также коэффициенты обеспеченности микроклимата при неполной первоначальной загрузке хранилищ kобз (Gd = aG). На рисунке 14 дана графическая зависимость годовых дополнительных потерь СРС (по массе и в стоимостном выражении от величины kобз ).

Коэффициент обеспеченности сохранности при отклонении относительной влажности поступающего в насыпь воздуха φво от

равновестных значений φр определяется по выражению:

kобφ = 1-103(φр -φво )/6

(26)

По данным Гипрониисельпрома [109] в картофелехранилищах емкостью G = 500 т удельный годовой экономический эффект от применения систем предварительного увлажнения воздуха может достигать 1,32 руб/(т . год) в ценах 1982 г. или около 25 руб/(т . год) в ценах 2000 г. По нашему мнению, ущерб от повышения убыли за счет снижения значения , в практике

хранения не превышает потерь от возможного массового неконтролируемого гниения и микробиологической порчи СРС, вызванного наличием капельной

влаги на поверхности продукции.
Коэффициент	обеспеченности	сохранности	при	отклонении
действительных расходов воздуха Lν от оптимальных Lν			опт (п =	Lν /Lν опт )
равен:
kLоб = 1-0,74 . 10-2 n				(27)

Коэффициент обеспеченности параметров микроклимата при нерасчетной загрузке емкостей относительно расчетной (G3=aG) находится из выражения:

kзоб =1-2,05/a G

(30)

При равномерной реализации сырья из емкости в течение года коэффициент обеспеченности параметров микроклимата в случае равномерной реализации продукции определяется по той же методике, что и kзоб , по формуле

(30).

Проведенные исследования по особенностям и закономерностям формирования объемно-планировочных решений ферм для крупного рогатого скота и овощехранилищ (в том числе и индивидуальных) позволили выработать конкретные рекомендации, приведенные в диссертации, по объемнопланировочным, конструктивным и технологическим решениям сельскохозяйственных зданий, которые приняты к внедрению и реализации при проектировании, строительстве и реконструкции сельскохозяйственных зданий в ООО «Тюменьпромстройпроект». Подтвержденный в условиях массового хранения картофеля и овощей удельный экономический эффект составил до140 руб/(т год) в ценах 2000 года, затраты ручного труда снижены на10...17%.

Выводы по диссертации

1. Созданная и научно обоснованная теплофизическая и объемнопланировочная модель сельскохозяйственного здания как единого энергетического комплекса выявила необходимость отнести их к специальному классу зданий по следующим характерным специфическим признакам.

1.1. Разработанная методика нормирования расчета теплофизических характеристик наружных ограждений позволяет однозначно оптимизировать и минимизировать энергопотребление сельскохозяйственных зданий и сооружений путем учета особенностей технологических параметров микроклимата помещений, функциональной увязки индивидуальных свойств животных и продукции по способам содержания животных и хранения продукции, архитектурными, объемно-планировочными и конструктивными решениями зданий и сооружений.

1.2. Согласно модели при расчетной загрузке в сельскохозяйственные здания не следует подавать искусственно полученную теплоту, они являются неотапливаемыми. Поддержание температурно-влажностного режима в них

20

осуществляется за счет утилизации теплоты, выделяемой животными и хранящейся продукцией.

1.3.Резервные системы отопления минимальной мощности, показанной

вработе, необходимо предусматривать для условий нерасчетных режимов

эксплуатации: резерв при понижении температуры наружного воздуха ниже расчетной; для восполнения недостатков биологической теплоты при заполнении помещений ниже расчетной величины.

2.Уточненные значения текущей глубины промерзания грунта, учитывающие фазы перехода воды в грунте и начало моментов оттаивания и скорость прогрева грунта позволяют прогнозировать температурный режим подземных и обсыпных сельскохозяйственных зданий с учетом ассимиляции холода (теплоты) грунтом, наличия биологических тепловыделений и теплоемкой массы продукции.

3.Аналитическими и практическими данными качественно и количественно подтверждена возможность прогнозировать продуктивность животных и потери сочного растительного сырья в процессе хранения по

степени совершенства (коэффициенту обеспеченности) систем кондиционирования микроклимата и условиям их эксплуатации.

4. Разработанная методология выявления энергосберегающих сельскохозяйственных зданий позволила обосновать, обобщить и рекомендовать к внедрению объемно-планировочные и конструктивные решения крупных и индивидуальных (фермерских) комплексов по содержанию крупного рогатого скота и хранению сельскохозяйственной продукции. Разработаны перспективные типы овощекартофелехранилищ различной вместимости и схемы компоновки агропромышленных предприятий.

Список работ по теме диссертации

1.В.И. Бодров, Т.В. Кузьмина. Тепловой, воздушный и влажностный режимы сельскохозяйственных зданий // Вестник ВРО РААСН, выпуск 5. - Нижний Новгород, 2002. - с. 274-279.

2.Кузьмина Т.В. Проблема энергосбережения и формообразование в архитектуре / Т.В. Кузьмина; Тюмен. гос. архитектур.- строит. акад. // Научн.конф. молодых ученых, аспирантов и соискателей ТюмГАСА: Сб. материалов конф. - Тюмень, 2002.-С. 128-130.

3.Кузьмина Т.В. Вопросы энергосбережения сельскохозяйственных зданий

/Т.В. Кузьмина; Тюмен. гос. архитектур.-строит. акад. // Y1 Международн. научно-практич. конф. «Биосфера и человек: проблемы

взаимодействия»: Сб. материалов конф.-Пенза, 2002.-С.236-238.

4.Кузьмина Т.В. Использование фильтрации воздуха в стыках панелей блочно-комплектных зданий / К.В. Афонин, Л.М. Гуревич, В.В. Ильин, Т.В. Кузьмина; Тюмен. гос. архитектур.-строит. акад. // Научн. конф. молодых ученых, аспирантов и соискателей ТюмГАСА: Сб. материалов конф. - Тюмень, 2004.-С.88-89.