В сельском хозяйстве, где поддержание оптимальной температуры играет важную роль для роста животных, грамотная система обогрева является пожалуй одним из самых важных элементов. И технология ПЛЭН стала просто незаменима для данной сферы.
Начало исследований
Мы часто говорим о том что перед созданием энергоэффективной системы обогрева были произведены испытания по применению наших нагревателей в сельском хозяйстве, так начиная с 2001 года началась работа по разработке принципиального нового пленочного электронагревателя.
Экономическое положение сельхоз товаропроизводителей в современных условиях характеризуется прежде всего тяжелым финансовым состоянием. Это определяет ограничения в возможностях приобретения необходимого количества топливно-энергетических ресурсов, приведения зданий и сооружений в состояние, соответствующее сан. гигиеническим требованиям.
Поэтому свинарники-маточники в зимних условиях оказываются недостаточно утепленными. Общие системы обогрева в большинстве случаев не работают. Внешние ограждения (стены, окна, двери, потолки, полы) находятся в ветхом состоянии.
В зимний период 2001-2002 г. нами приведены обследования 10 свинарников-маточников в сельхозпредприятиях Свердловской и Челябинской областей. Все они имеют практически одинаковые недостатки. Ветхость помещений, неравномерная и пониженная температура воздуха. Системы локального отопления либо отсутствуют, либо подвешены ИК-лампы и лампы накаливания без облучателей. Причем эти примитивные приспособления локального обогрева применяются в станках, где находятся поросята до 10-дневного возраста. На остальных поросят нагревательных приспособлений не хватает. Общим недостатком во всех свинарниках является повышенная влажность.
Результаты содержания поросят в таких условиях также практически одинаковы: падеж поросят составляет более 30%. Наибольшая часть погибших поросят в первые 15 – 20 дней после рождения. Простудные заболевания распространены повсеместно.
Животные сами являются источниками теплоты. Количество теплоты определяет их массу. Так, хряки производители массой 100 кг выделяют поток свободной теплоты до 250 Вт, а при массе 300 кг – до 450 Вт, а отъемыши до 20 кг выделяют 100 Вт.
Это обстоятельство навело на мысль создать теплоизолированное логово.
Логово представляет собой ящик, выполненный из полых пластмассовых панелей. Его размеры 1,5*,75*0,75 м. Внутри логова смонтирован деревянный пол на брусочках. Это дополнительно обеспечивает теплоизоляцию от бетонного пола. В крышку вмонтирован теплогенератор с низко температурным пленочным нагревателем.
Исследования показывают, что даже в отапливаемом свинарнике полезно используется лишь около 1/3 части потребляемой энергии. Остальная часть энергии идет на нагрев пространства, где поросята никогда не находятся. В связи с тем, что в мало отапливаемом свинарнике площадь зоны относительного комфорта под лампой уменьшается в сравнении с аналогичной зоной в отапливаемом свинарнике эффективность использования потребляемой энергии снижается, а необходимый технологический эффект не достигается.
Неравномерность теплового потока от лампы является главным препятствием их применения в качестве источника теплоты при создании логова. Только источник облученности с равномерным распределением потока позволяет эффективно использовать площадь логова с ее предельно ограниченными размерами. Ограниченность размеров площади пола логова и необходимость относительно свободного размещения поросят на обогреваемой площади требуют источника теплоты с равномерным распределением.
Разработка пленочного нагревателя
Анализ многочисленных литературных источников показал, что наиболее приемлемым для нашего случая был бы пленочный электронагреватель, который полностью соответствует требованиям равномерности излучаемого потока. Однако его конструкция позволяет выполнить его длиной в 3 и более метра, что не соответствует размерам логова. Еще одним существенным недостатком данного электронагревателя является применение в его конструкции слишком дорогих материалов. Так, в пленочном электронагревателе ФРГ в качестве резистивного материала применено олово (по массе до 65%) и свинца. В отечественном пленочном электронагревателе, токопроводящая фольга изготавливается из аморфного сплава металлов или переходных металлов с металлоидами.
При этом резистивный элемент нагревателя формируется путем выреза части металла полосок из фольги так, что они образуют меандровую форму цепи. При этом расстояние между соседними параллельными полосами составляет 1,5 – 2 см.
В предложенном нами пленочном электронагревателе (Патент на полезную модель № 57070), применяются менее дорогие прецизионные токопроводящие материалы в виде ленточки. Резистивный элемент здесь наматывается непрерывно без применения перемычек.
Однако применяемые прецизионные материалы в себестоимости производства электронагревателей составляют около 50%. Поэтому был продолжен поиск путей снижения расхода прецизионных материалов на их изготовление.
Анализ конструкций рассмотренных нагревателей показывает, что в них роль основного излучающего элемента является сам резистивный элемент.
Роль основного излучателя требует, чтобы резистивный элемент заполнил практически всю площадь электронагревателя. Это ведет к высокому расходу резистивного материала. Поэтому был продолжен поиск технических решений, сокращающих применение достаточно дорогого прецизионного материала. Основная идея при этом состояла в использовании в качестве основного излучателя фольги из распространенных относительно дешевых металлов. В качестве такого металла была выбрана алюминиевая фольга. В результате в 2004 году был разработан принципиально новый электронагреватель.
Результаты инновационного проекта и их использование
В соответствии с календарным планом выполнена следующая работа:
- разработана и согласована с Минсельхозом Челябинской области и Уральской государственной академией ветеринарной медицины технология выращивания поросят массой до 50-55 кг.
- для условий энергоэффективного свинарника разработана и создана система теплового комфорта для поросят-сосунов (возраст 60 дней).
- разработан опытный модульный образец теплового комфорта для поросят, находящихся на доращивании, т.е. поросят-отъемышей (возраст более 60 дней).
- разработана резервная система регулирования для создания требуемого теплового режима в общем помещении свинарника с пониженной температурой.
- создана демонстративная площадка как натурная модель энергоэффективного свинарника-маточника.
Итог работы
Использование пленочного лучистого обогревателя (ПЛЭН) в сфере сельского хозяйства, показало его неоспоримую эффективность ввиду его технических особенностей.
ПЛЭН позволяет разрабатывать на его основе уникальные конструкции, необходимые для определенных этапов выращивания ,что помогает создать комфортные условия для животных, особенно в холодные периоды.
ПЛЭН работает эффективно и позволяет снизить расходы на отопление, что особенно важно в условиях повышенных затрат на энергию.
Эти преимущества делают использование пленочного лучистого обогревателя привлекательным вариантом для обеспечения оптимальных условий в сфере сельского хозяйства, способствуя здоровью и комфорту животных, а также повышая эффективность производства.
