Введение к работе
-
Актуальность темы. Опыт технически развитых стран показывает, что увеличение производства сельскохозяйственной продукции на 1 % вызывает рост энергозатрат на 2...3 %. Поэтому актуальна задача разработки и широкого внедрения в сельскохозяйственное производство инженерного оборудования, позволяющего без повышения энергозатрат увеличить выпуск этой- продукции, снизив тем самым ее удельную энергоемкость.
Одним из способов увеличения производства животноводческой продукции, обеспечивающим одновременно и значительную экономию энергии, является в общем случае введение в энергетическую систему животноводческих (свиноводческих, овцеводческих, скотоводческих, птицеводческих, кролиководческих) помещений с молодняком средств локального (местного) электрообогрева. Значение этого трудно переоценить. Это связано в первую очередь с тем, что существуют еще многочисленные хозяйства, где, даже несмотря на полноценное кормление, высокие породные и племенные качества животных и птицы, от неудовлетворительного состояния микроклимата (и в первую очередь температуры среды помещений) погибает значительное количество молодняка. В результате падежа, выбраковки и неполного использования генетического потенциала молодняка потенциальная продуктивность животных недоиспользуется.
К настоящему времени в нашей стране и за рубежом защищено более 30 диссертаций, проведено значительное число других исследований, связанных с разработкой, сравнительной оценкой эффективности и внедрением различных средств локального обогрева. В результате предложено значительное число разнообразных методик расчета, разработано и частично выпускается в разных объемах различное оборудование для локального обогрева молодняка. К нему относятся инфракрасные электрические и газовые излучатели и облучатели (облучательные установки), обогреваемые полы, панели, плиты, ковры (коврики), маты, а также установки и устройства комбинированного обогрева.
Однако, данные разработки далеко не полностью охватывают спектр потребности животноводства. Известные методики расчета и выбора энергетических и конструктивных параметров, а также обоснования режимов работы средств локального обогрева основываются на различных научных положениях, обладают неодинаковой достоверностью и точностью. В результате созданные на их основе и внедренные в сельскохозяйственное производство локальные обогреватели и средства их автоматизации далеко не всегда обладают достаточной эффективностью (при этом неодинаковой в различных областях животноводства) и з большинстве своем нуждаются в совершенствовании, а в значительном числе случаев - и в замене новыми разработками.
Особенно обострился этот вопрос после распада бывшего СССР, так как значительная часть разработанного ранее оборудования выпускается предприятиями, оказавшимися на территории стран ближнего зарубежья. В связи с этим необходимо его производство на заводах России в модернизированном виде, на современной элементной базе, с учетом современных требований сельскохозяйственного производства в условиях рыночной экономики.
В предлагаемой работе проведено научное обобщение накопленного в нашей стране и за рубежом большого материала по результатам теоре-
тических и экспериментальных исследований, а также опыта применения локальных обогревателей. На основе этого определены области рационального использования способа локального обогрева. Разработана единая обобщенная методика расчета локальных обогревателей для животноводства, обоснованы рациональные параметры и режимы работы этого оборудования в энергетической системе животноводческого помещения. Разработки ориентированы на применение современных материалов и перспективных автоматизированных технических средств.
Связь выполненных исследований с государственными программами. Исследования выполнены в соответствии с координационным планом НИР МСХ СССР и ВАСХНИЛ по решению научно-технической проблемы 16.10 на 1976...1980 гг. "Разработать методы и технические средства электрификации тепловых процессов и микроклимата в сельскохозяйственном производстве"; Государственной программой ГКНТ на 1981...1985 гг. и 1986...1990 гг. по решению научно-технической проблемы 0.51.21 "Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства"; отраслевой научно-технической программой 0.СХ.71 на 1986...1990 гг. "Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов и средств рационального использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения"; планами НИР ВИЭСХа на 1977...1994 гг., выполняемых по государственному'заказу в виде договоров с Россельхозакадемией (ВАСХНИЛ) и Минсельхозпродом России (МСХ СССР). Завершение дальнейших промышленных разработок, планирующихся на основании результатов представленных исследований, выполняется в рамках "Федеральной программы машиностроения для АПК России" (в том числе программы "Фермер").'На это получены рекомендации Межведомственного экспертного совета при Минсельхозпроде России на заключение государственных контрактов на 1995...1997 гг., предусматривающих финансирование разработок за счет средств государственной поддержки; заключен государственный контракт № 41 /95 с Минсельхозпродом России.
Результаты работы (в основном в виде исходных требований и технических заданий) приняты к разработке серийных образцов и в большинстве случаев уже разработаны при участии автора головными организациями промышленности. Многие установки и устройства поставлены на серийное производство, внедрены и внедряются в сельское хозяйство (см. главу 6).
Применение этой техники, предназначенной для создания молодняку сельскохозяйственных животных и птицы требуемых тепловых условий непосредственно в локальных зонах его размещения, позволяет существенно снизить тепловой фон в помещениях, обеспечивая тем самым значительную (в некоторых случаях до 50 %, а иногда и в несколько раз) экономию энергии, затрачиваемой на обогрев. Одновременно за счет создания требуемых тепловых условий и автоматического их поддержания обеспечивается увеличение продуктивности животных и птицы, сводится до минимума выбраковка и падеж молодняка, уменьшается удельный расход кормов, улучшается общий микроклимат помещения, создаются лучшие условия труда для обслуживающего персонала.
Целью работы является научное обобщение, исследование и получение научно обоснованных технических решений по разработке локальных электрообогревателей молодняка сельскохозяйственных животных, внедрение которых
вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области сельскохозяйственного производства.
Научную новизна и практическая ценность. В результате анализа, проведенного на основе системного подхода, рассмотрены зависимости продуктивности молодняка от температуры среды. Определены области эффективного применения локального обогрева, поставлены и решены задачи по обоснованию параметров и рациональному применению существующих локальных обогревателей, их совершенствованию и разработке новых автоматизированных технических средств, работающих в энергетических системах сельскохозяйственных помещений.
На основе обобщения результатов известных и проведения собственных исследований показаны закономерности и особенности теплообмена молодняка сельскохозяйственных животных и птицы с окружающей средой при внешнем тепловом воздействии. На основе этого предложена обобщенная биотермическая модель "расчетного животного", составлена математическая модель его теплообмена с окружающей средой. В результате реализации математической модели определены основные тепловые характеристики поросят, ягнят, телят, крольчат и цыплят как частных случаев обобщенного "расчетного животного". Аналитически обоснованные зависимости основных тепловых характеристик указанных животных (в первую очередь температуры их поверхности явного теплообмена) как функций температуры помещения подтверждены результатами экспериментальных исследований в условиях научно-исследовательских лабораторий и животноводческих хозяйств.
На основе результатов указанных исследований разработана обобщенная методика определения требуемых энергетических параметров различных средств локального электрообогрева. Расчеты, выполняемые по этой методике, сводятся для каждого вида животных к реализации одного из частных случаев разработанной математической модели теплообмена организма "расчетного животного" с окружающей средой при внешнем тепловом воздействии.
На основании математического моделирования теплообмена "расчетного животного", использующего уравнение теплового баланса гомойотермного организма, как частный случай этого метода обоснована и разработана упрощенная методика выбора энергетических параметров локальных обогревателей различных типов с использованием понятия "ощущаемой температуры". Данная методика позволяет также определить реальные тепловые условия как в обогреваемой, так и в необогреваемой зоне помещения в виде одного численного значения в градусах "ощущаемой температуры".
С учетом результатов выполненных расчетов по выбору основных энергетических параметров различных локальных обогревателей, анализа специфики поведенческих реакций молодняка при его выращивании с использованием локального обогрева, а также опыта эксплуатации технологического оборудования и обогревателей различных типов и конструкций, даны рекомендации по выбору основных конструктивных параметров различных средств локального электрообогрева для молодняка различных видов животных и птицы.
С учетом особенностей эксплуатации локальных электрообогревателей как в составе энергетической системы животноводческого помещения, так и вне ее, выявлены основные закономерности и обоснованы рекомендации по
рациональным режимам работы автоматизированных систем и средств локального электрообогрева.
Таким образом, в диссертации изложены на основании выполненных автором и при его непосредственном участии исследований и разработок научно обоснованные технические решения по разработке локальных электрообогревателей молодняка сельскохозяйственных животных, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области сельскохозяйственного производства.
Внедрение результатов исследований. В результате проведенных автором и при его непосредственном участии исследований (включающих в себя теоретическое обоснование основных параметров различного типа автоматизированных локальных электрообогревателей и режимов их работы, разработку макетных образцов, их лабораторные испытания и производственную проверку) разработаны исходные требования (технические задания) на 14 различных установок и устройств для локального электрообогрева молодняка в свиноводстве, овцеводстве, скотоводстве, кролиководстве и птицеводстве. Исходные требования (технические задания) приняты организациями промышленности для проведения ОКР и разработки серийных промышленных образцов, передачи их на государственные приемочные испытания с последующей постановкой на серийное производство и широкого внедрения в животноводческих хозяйствах страны. По большинству оборудования указанные работы к настоящему времени завершены.
Апробация результатов исследований. Выполненные по теме настоящей диссертации разработки в течение 1978...1995 гг. доложены, обсуждены и одобрены на международных, всесоюзных, всероссийских, республиканских, региональных и других совещаниях (в том числе координационных) - всего более 20 выступлений.
Разработанное к настоящему времени оборудование неоднократно экспонировалось на ВДНХ СССР (ВВЦ), за что автор отмечен 7 медалями ВДНХ СССР и ВВЦ.
Часть работы, касающаяся применения комбинированного обогрева при выращивании ягнят, отмечена 1-й премией Всесоюзного конкурса НИР НТО сельского хозяйства.
В составе коллектива авторов.соискателю за разработку малоэнергоемкой установки локального обогрева поросят присуждено второе призовое место в конкурсе Отделения механизации, электрификации и автоматизации Рое-сельхозакадемии на лучшую завершенную агроинженерную работу 1994 года.
Настоящие исследования как составная часть коллективной работы выдвинуты на соискание премии Правительства Российской Федерации 1996 года в области науки и техники.
Научно-методическими основами настоящего исследования явились труды ведущих ученых по фундаментальным и прикладным аспектам электрификации сельскохозяйственного производства Антонова П.П., Ануфриева Л.Н., Афанасьева Д.А., Баранова Л.А., Богословского В.Н., Богуславского Л.Д., Бородина И.Ф., Быкова М.А., Быстрицкого Д.Н., Герасимовича Л.С, Делягина В.Н., Демина А.В., Драганова Б.Х., Егиазарова А.Г., Ермаковой И.И., Ерошенко Г.П., Зайцева А.М., Канакина Н.С., Карпова В.Н., Кожевниковой Н.Ф., Кокорина О.Я., Коршунова А.П., Кострубы СИ., Кудрявцева И.Ф., Лебедева Д.П., Лебедя А.А, Лямцова А.К., Мартыненко И.И., Меновщикова Ю.А., Михайлова М.В., Морозо-
ва Н.М., Мурзина В.К., Муругова В.П., Мурусидзе Д.Н., Мусина A.M., Плященко СИ., Прищепа Л.Г., Пчелкина Ю.Н., Расстригина В.Н., Рудобашты СП., Савицкого В.Е., Славина P.M., Степановой Н.А., Стребкова Д.С, Сыроватки В И., Сырых Н.Н., Тихомирова А.В., Усаковского В.М., Цоя Ю.А., Шкеле А.Э., Шувалова A.M., Шульмана И.М., Эйдиса А.Л., Якобса А.И. и других.
Место выполнения работы. В диссертации приведены результаты ис
следований, проводившихся соискателем и при его непосредственном участии
в ВИЭСХе в лаборатории электрификации тепловых процессов и в лаборато
рии комплексной автоматизации животноводства при участии сотрудников этих
лабораторий под руководством доктора технических наук профессора
В.Н.Расстригина и доктора технических наук профессора Р.М.Славина. В про
ведении исследований и во внедрении их результатов принимали участие так
же сотрудники следующих организаций и предприятий: ВНИИЭТО (г. Москва),
НПЦ "ИНФРАТЕРМ" (г. Москва), НИИПЗК (Московская область), ВНИТИП
(Московская область), НПО ВНИИЖИВМАШ (Украина, г. Киев), ВНИИМЖ
(Московская область), ВИЖ (Московская область), ГипроНИИсельхоз (г. Моск
ва), ГипроНИИовцепром (Киргизия, г. Фрунзе), ЦИТЭП (г. Иваново), ПО
"Кинескоп" (Украина, г. Львов), Подольская МИС (Московская область), объе
динение "Калининагропромэнерго" (г. Тверь), Артикский завод вакуумных элек
тропечей (Армения, г. Артик), Федеральная производственно-научная компания
"Агропромэнерго" (г. Москва), межрегиональная корпорация
"Агроэнерготехнология" (г. Москва), Вологодское государственное отделение ВИЭСХа (г. Вологда), научно-производственное предприятие "Фотон" (г. Вологда), АО "Сасовоагропромсервис" (г. Сасово Рязанской области), государственное научно-производственное предприятие "Агроэлектротерм" (г. Москва), Шатурское РТП (Московская область), ОПХ "Тутаево" (г. Тугаев Ярославской области), Красногорская птицефабрика (Московская область), Рязанская бройлерная птицефабрика (г. Рязань), АО "ЭКИД" (г. Мытищи Московской области). НПО "Композит" (г. Калининград Московской области).1
Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации отражено в 87 печатных работах, в том числе в 1 монографии, 6 книгах и брошюрах (включая справочник, учебник и учебные пособия), 7 авторских свидетельствах на способы обогрева и устройства для их осуществления.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений.
Работа содержит 25 страниц основного текста, 44 рисунка, 25 таблиц, 631 библ. наим.
