Электрообогрев пола в животноводческих помещениях (46141)

ЭЛЕКТРООБОГРЕВ ПОЛА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

НОВОСИБИРСК 1983

ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ИМЕНИ В. И. ЛЕНИНА

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ

СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

В рекомендациях обобщен опыт строительства и эксплуатации устройств электрообогреваемых полов в животноводческих помещениях зоны Сибири, представлены методы их расчета и технология строительства, показана целесообразность их использования.

Материалы подготовлены инженером отдела электрификации СибИМЭ Г.И. Шаповаловым.

Рекомендации рассмотрены на ученом совете СибИМЭ и рекомендованы к печати.

Редакционная коллегия:

доктор сельскохозяйственных наук П.Г. Кулебакин (гл. редактор), доктор технических наук В.С. Мкртумян, кандидаты технических наук Б.Д. Докин (зам. гл. редактора), В.В. Лазовский, В.М. Лившиц, Ю.А. Меновщиков, Г.Е. Чепурин, Л.П. Ковалева (отв. секретарь)

Научный редактор кандидат технических наук Ю.А. Меновщиков

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важных проблем в животноводстве являются сохранение молодняка от простудных заболеваний и повышение прироста живой массы при круглогодовом содержании их в закрытых помещениях ферм и комплексов.

Необходимо до минимума сократить падеж поросят, телят и цыплят, особенно в первые дни после рождения, когда у них недостаточно развита терморегуляция и они гибнут от переохлаждения организма. Так, в первый день после рождения гибнет 14 % поросят, во второй и третий - 3, в четвертый - 2,2. Всего падеж составляет 25 - 35 % в основном в первые дни жизни от переохлаждения организма.

Создание требуемых температурно-влажностных режимов воздушной среды за счет общей вентиляционно-отопительной системы ведет к большому расходу энергии, а подчас и невыполнимо. Часто в помещении одновременно содержатся взрослое поголовье и молодняк. Высокая температура, необходимая для нормального развития молодняка, оказывает угнетающее воздействие на взрослое поголовье.

Снизить затраты энергии на создание температурно-влажностного режима и создать оптимальные условия для молодняка можно за счет применения местного обогрева животных.

Сравнение общих технических характеристик и эксплуатационных затрат различных систем обеспечения микроклимата с учетом перспективы их совершенствования приводит к выводу об эффективности внедрения установок с электрическим обогревом полов, работающих в период спада электрической нагрузки энергосистем [1].

Предлагаемая установка имеет следующие преимущества:

- микроклимат в зоне нахождения животных существенно улучшается, повышаются температура пола, температура и подвижность воздуха, на 8 - 9 % уменьшается относительная влажность воздуха и концентрация вредных газов;

- принцип устройства позволяет получать и достаточно равномерную с точки зрения зоогигиены температуру на поверхности пола;

- отпадает необходимость в подстилочных материалах, так как поросята и свиноматки хорошо чувствуют себя на электрообогреваемых полах без деревянных настилов и подстилки;

- заметно повышается производительность труда обслуживающего персонала и культура производства;

- аккумулирующая способность пола позволяет сохранять тепло в течение 4 - 5 ч после отключения электроэнергии [2];

- установка электробезопасна, проста, изготовить ее можно в любом хозяйстве;

- на установку требуется меньше металла, чем, например, на систему подпольного водяного отопления, затраты труда на техническое обслуживание незначительны;

- температура пола регулируется автоматически, что позволяет экономить электроэнергию.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАЕМЫХ ПОЛОВ

В современных животноводческих помещениях наиболее часто применяются электрообогреваемые полы с проводами ПОСХВ и ПОСХП и нагревательными элементами из стальной неизолированной проволоки диаметром 4 - 6 мм, уложенной в асбестоцементные трубы или непосредственно в бетон, но на пониженном напряжении.

Детали устройства электрообогреваемого пола могут быть различными в зависимости от назначения и размеров помещения, климатической зоны, используемых материалов и других факторов. Приводим рекомендации и конструктивные схемы, основанные на обобщении опыта строительства электрообогреваемых полов в животноводческих помещениях Новосибирской области. В качестве нагревательных элементов используется стальная неизолированная проволока диаметром 4 - 6 мм на напряжении не более 60 В.

Электрообогреваемые полы с такими нагревательными элементами проще в изготовлении и значительно надежнее в эксплуатации. Недостатком данного способа электрообогрева полов является необходимость использования понижающих трансформаторов.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭЛЕКТРООБОГРЕВАЕМОГО ПОЛА

Расчет нагревательного устройства ведется по удельной поверхностной мощности Pо на площади клеток для животных, при этом температурный режим поверхности пола должен отвечать зоогигиеническим требованиям. В табл. 1 приведена рекомендуемые параметры обогреваемого пола [3, 4].

Таблица 1

Расчетные удельные показатели для обогрева животных

Соединение нагревателей производится по схеме «звезда» (рис. 1).

Рис. 1. Схема установки электрообогреваемого пола с нагревателями из стальной неизолированной проволоки на пониженном напряжении

Расчет нагревательных элементов производится по показанному на рис. 2 графику [4, 5]

ΔU = f(Jпр),

где ΔU - погонное падение напряжения на 1 м проволоки, В/м;

Jпр - ток, проходящий через одну проволоку, А.

Заштрихованная часть соответствует оптимальному режиму нагрева проволоки диаметром 6 мм (см. рис. 2).

Рис. 2. Зависимость тока от погонного падения напряжения на 1 м проволоки

Длина нагревательной проволоки зависит от размеров помещения и схемы укладки проволоки на обогреваемой площади, а схема ее укладки - от необходимости обеспечения заданной удельной поверхностной мощности в клетках.

Для расчета нагревательных элементов электрообогреваемого пола необходимы план размещения и размеры клеток с привязкой к установленному технологическому оборудованию и размерам помещения. В качестве примера приведен план свинарника-маточника (рис. 3). Клетки могут иметь различную форму. Ширина обогреваемой площади B принимается в зависимости от размеров клетки и вида животных. В процессе расчета величину B уточняют, округляя до целого рассчитанное количество параллельных проволок на ширине обогреваемой полосы.

Рис. 3. План свинарника-маточника:

1 - клетки для свиноматок; 2 - клетки для поросят; М - ширина клетки; Г - ширина необогреваемой (дефекационной) полосы; В - ширина обогреваемой полосы; А - длина клетки свиноматки; А - длина клетки поросят; Б - длина помещения; Ж1 и Ж2 - длина рядов клеток; Д - ширина поперечного прохода между клетками

На рис. 4 и 5 показаны возможные расположения фазных и нулевых шинных каналов в помещении с электрообогревом полов и схемы соединения экранных сеток.

Рис. 4. Схема соединения экранных сеток с контуром заземления и расположение шинных каналов:

1 - шинные каналы; 2 - экранный сетки; 3 - электроды-заземлители; 4 - контур здания; а - расстояние между электродами; h - расстояние между контуром заземления и стеной помещения, h ≥ 1 м

Рис. 5. Схема соединения экранных сеток с контуром заземления:

1 - фазные шинные каналы; 2 - нулевые шинные каналы; 3 - экранные сетки; 4 - контур здания; 5 - контур заземления

В свинарниках-маточниках проволока укладывается по схеме, показанной на рис. 6.

Рис. 6. Схема укладки нагревательной проволоки в клетках для свиноматки и поросят:

1 - нагревательная проволока; 2 - клетки для поросят; 3 - клетки для свиноматок; у - шаг укладки проволоки в клетках для поросят; и - шаг укладки проволоки в клетках для свиноматок; В - ширина обогреваемой полосы; Г - ширина полосы дефекации

После определения длины проволоки L определяется падение напряжения на 1 м проволоки по формуле

где U - линейное напряжение источника, В;

Uф - фазное напряжение на нагревательном элементе, В.

По графику ΔU = f(Jпр) (см. рис. 2) определяем значение тока проводника нагревательного элемента Jпр.

По зоотехнически требуемой удельной поверхностной мощности Pо и площади обогреваемого участка Fi определяется мощность нагревателя на этом участке Pi по формуле

Pi = Po · Fi,

а фазный ток нагревателей

где cos φ = 0,8 - 0,9 - коэффициент мощности, высшее значение принимается при выполнении шин из алюминия или меди, а низшее - из стали.

Зная значение тока одного проводника, определяем количество нагревательных проводов одной фазы обогреваемого участка по формуле

Если планируется обогревать все рассчитанные участки пола от одного трансформатора, то необходимо определить суммарные ток и мощность нагревателей

ΣJ = J1 + J2 + J3 + ... + Ji;

при этом необходимо учитывать, что

ΣJ ≤ Jн; ΣP ≤ Pн,

где Jн - номинальный вторичный ток трансформатора обогрева, А;

Pн - номинальная мощность трансформатора обогрева, кВт.

Иногда мощность может получиться ΣP ≤ Pн, а ΣJ > Jн. В этом случае расчет необходимо повторить при более высоком напряжении источника или при меньшем сечении нагревательной проволоки, или при том и другом.

Шаг укладки проволоки на обогреваемом участке определяется по формуле

При возникновении трудности размещения проволоки (у ≤ 50 мм) следует изменить схему укладки с целью уменьшения ее длины между шинами источника или обогреваемую площадь разделить на две части (не обязательно равные), но для каждого участка провести отдельный расчет по схеме соединения нейтралей (рис. 7).

Рис. 7. Схема электрообогрева двух участков пола от одного трансформатора

По данной методике построены номограммы (рис. 8 - 10), позволяющие определить в зависимости от длины нагревательного провода и зоотехнически обоснованной поверхностной мощности напряжение питания, ток проволочного нагревателя и необходимое количество этих нагревателей.

Рис. 8. Номограмма зависимости напряжения и тока от длины нагревательного провода Ø 6 мм, а также количества проводов для обеспечения требуемой удельной поверхностной мощности

Рис. 9. Номограмма зависимости напряжения и тока от длины нагревательного провода Ø 5 мм, а также количество проводов для обеспечения требуемой удельной поверхностной мощности

Рис. 10. Номограмма зависимости напряжения и тока от длины нагревательного провода Ø 4 мм, а также количества проводов для обеспечения требуемой удельной поверхностной мощности

Пример расчета нагревателей для обогрева пола в свинарнике-маточнике.

Помещение поперечным проходом разделено на две части (см. рис. 3). В одной из них в каждом ряду расположены N1 = 14 клеток для свиноматок и N1 = 14 клеток для поросят. Во второй части - N2 = 15 клеток для свиноматок и N2 = 15 клеток для поросят. Размеры клеток: a = 1 м, А = 2 м, B = 1,2 м. Обогреваемая площадь в клетке для поросят Fоп = 1,2 м2, для свиноматки Fос = 2,4 м2.

Удельная поверхностная мощность в клетке для поросят задается в пределах Pоп = 160 - 450 Вт/м2, а для свиноматки Pос = 80 - 150 Вт/м2 (см. табл. 1).

Нагревательные элементы из стальной неизолированной проволоки диаметром 6 мм подключаются по схеме «звезда» к трансформатору с напряжением на низкой стороне до 60 В.

Схема укладки проволоки (см. рис. 10) гарантирует, что если при расчете числовое значение Pоп будет в интервале 160 - 450 Вт/м2, то значение Pос будет находиться в пределах 80 - 150 Вт/м2.

Предполагая расположение фазных и нулевых шин в одном канале по схеме рис. 4, длина проволоки, проходящей через один ряд клеток от фазной до нулевой шин, определится по формуле

L1 = 2N1 (A + 3a) + 2 = 2 · 14 (2 + 3 + 1) + 2 = 142 м.

По номограмме на рис. 8 определяем, что при такой длине нагревательного элемента и напряжении питания до 60 В режим его работы не оптимальный. Поэтому изменим конструкцию, для чего нулевую шину расположим в отдельном канале, как показано на рис. 5. Схема укладки проволоки остается такой же, как показано на рис. 8. Длину проволоки рассчитаем по формуле

L1 = N1 (A + 3a) + 1,5 = 71,5 м.

Тогда по номограмме на рис. 8 получаем, что напряжение на низкой стороне трансформатора U2min = 42 В, U2max = 60 В.

Ток одиночного нагревателя J2min при U2min равен 36 А, а J2max при U2max равен 57 А. Для того, чтобы обеспечить в клетках у поросят-сосунов P 160 - 450 Вм/м2, необходимо заложить в массив пола при данной схеме укладки провода при nmax и U2min от 5 до 11 проводников, а при nmin и U2max от 2 до 8 проводников.