Obr. 1. Tepelné toky ve stáji pro dochov selat

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering

1.Tepelná bilance stáje:

Qc + Qt − Q p − Qv = 0

[W]

(1)

Qc – produkce citelného tepla zvířaty [W], Qt – výkon vytápěcího zařízení [W], Qp – tepelná ztráta prostupem tepla stavebními konstrukcemi [W], Qv – tepelná ztráta nuceným větráním [W],

Obr. 1. Tepelné toky ve stáji pro dochov selat


2. Účinnost rekuperačních výměníků: QR – tepelný výkon získaný z větracího vzduchu [W]. QR = Ve .ρ e .c pe .(te 2 − te1 )

Qi = Vi .ρi .c pi .ti1 Qe = Ve .ρ e .c pe .te1

η Rt = Obr. 2. Výpočtové schéma rekuperačního výměníku QR ηR = [-] (2) Qi − Qe a) Když xi1 = xi2 a předpokládáme ρe1 = ρe2 = ρe; cpe1 = cpe2 = cpe; ρi1 = ρi; cpi1 = cpi pak teplotní účinnost rekuperačního výměníku ηRt :

pro

te 2 − te1 Vi .ρi .c pi .ti1 − te1 Ve .ρ e.c pe Vi .ρ i .c pi

Ve .ρ e .c pe

η Rt =

te 2 - te1 ti1 − te1

[-]

(3)

[-]

(4)

=1


b) Když xi1>xi2 pak entalpická účinnost rekuperačního výměníku ηRh :

Ve .ρ e (h − h ) (1 + xe1 ) e 2 e1

[W]

(5)

Qi =

Vi .ρi h (1 + xi1 ) i1

[W]

(6)

Qe =

Ve .ρ e h (1 + xe1 ) e1

[W]

(7)

QR =

η Rh =

he 2 − he1 Vi .ρi (1 + xe1 ) h −h (1 + xi1 ) Ve .ρe i1 e1

[-]

(8)

Kde:V – objemový tok vzduchu [m3.s-1]; ρ – měrná hmotnost vzduchu [kg.m-3]; x – měrná vlhkost vzduchu [kg.kg-1s.v]; h - měrná entalpie vzduchu [J.kg-1s.v.]; c – měrná tepelná kapacita vzduchu za stálého tlaku [J.kg-1.K-1]; indexy i – odváděný stájový vzduch, e – přiváděný venkovní vzduch.


3. Rekuperační výměníky používané ve stájích

1. Teplosměnné plochy odváděného ochlazovaného vzduchu 2. Teplosměnné plochy přiváděného ohřívaného vzduchu 3. Směr vysunutí tělesa výměníku

Obr. 3. Schéma deskového rekuperačního výměníku - protiproudý, resp. křížoproudý výměník, - tvarované teplosměnné plochy, - materiál teplosměnných ploch - polystyren, hliník, pozinkovaný plech.


1. Plášt´ trubice 2. Lamely trubice 3. Páry chladiva 4. Kondenzát chladiva 5. Dělící přepážka 6. Pracovní médium 7. Kondenzační část 8. Transportní část 9. Výparná část

Obr. 4. Schéma gravitační tepelné trubice • materiál trubic – hliník; pracovní náplň čpavek, • délka trubic 1,5 – 2m; průměr trubic 20 – 40mm, •1 až 10 řad trubic; 10 trubic v řadě,


4. Vliv využití odpadního tepla větracího vzduchu na měrné spotřeby energie ve stájích pro chov prasnic se selaty Porovnávané energetické systémy: 1. Klasický energetický systém. 2. Energetický systém s deskovými rekuperačními výměníky RVD A10 (výrobce Šumstav a.s. Český Krumlov). 3. Energetický systém s výměníky z gravitačních tepelných trubic ZV 3 - 030 (výrobce ZD Hraničář Mrákov). 4. Energetický systém s tepelným čerpadlem.

A: Výpočtové hodnoty: • výpočtová venkovní teplota te = -15 °C, • výpočtová teplota stájového vzduchu ti = 18 °C, • výpočtová relativní vlhkost stájového vzduchu φi = 0,7, • průměrná hmotnost prasnic mz = 225 kg.


B: Tepelně – technické vlastnosti stavebních konstrukcí: • celodřevěný konstrukční systém BIOS – GN, rozpon 10,3 m, délkový modul 6 m, • měrná tepelná ztráta prostupem tepla stavebními konstrukcemi qp = 0,993 W.m-3.K-1, • měrná tepelná ztráta přirozeným větráním qv = 0,116 W.m-3.K-1. C: Technologie: • bezstelivové porodní kotce, plocha 3,87 m2.ks-1, • suché krmení, • rovnotlaké větrání.


q t 800

767,25

p e700

600

,

W/ks

561 92

500

471,18

400 300

255,95

200 57,80

100

12,34

16,70

12,34

qt pe

Legenda a výsledky: • snížení požadovaného topného výkonu je úměrné účinnosti ηR; • deskový rekuperační rekuperační výměník RVD A10, ηR = 0,41 – 0,49; • výměník z gravitačních tepelných trubic ZV 3 – 030, ηR = 0,60 – 0,71; • na výparníku tepelného čerpadla je vzduch ochlazován na 4 – 5 °C; • instalovaný výkon pro vytápění 255,95 W.ks-1 je výkon elektrického motoru pohánějícího kompresor

tepelného čerpadla.

0

I

2

3

4

Obr. 5. Měrné instalované výkony v energetických systémech vytápění qt a větrání pe ve stáji pro chov prasnic se selaty

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering wt we

500

468,21

483,08

450

(MJ/ks)

400 350 300

259,53

271,5

286,28

250 200

178,9

170,4

170,4

wt we celkem

150 92,6

100 50

14,37

26,75 0

0

1 2 3 4 Obr. 6. Střední měsíční spotřeby paliv wt a elektrické energie we v energetických systémech vytápění a větrání stáje pro chov prasnic se selaty


Legenda a výsledky: • snížení spotřeby paliv pro vytápění: RVD A10 o 44,6 %, ZV 3 – 030 o 61,8 %, Tepelné čerpadlo o 100 %. • nárůst spotřeby elektrické energie: RVD A10 o 79,9 %, ZV 3 – 030 o 388,2 %, Tepelné čerpadlo o 1049,6 %. • ekonomická efektivnost energetických systémů je velmi ovlivněna druhem paliva.

Verifikace výsledků provozním ověřováním klasického energetického systému: • spotřeba elektrické energie ± 2,5 %, • spotřeba paliv pro vytápění: - ve stáji s 25 porodními kotci je spotřeba vyšší o 5,3 %, - ve stáji s 198 porodními kotci je spotřeba nižší o 8,18 %.


5. Využití odpadního tepla větracího vzduchu v nevytápěných stájích Účel: • zlepšení kvality prostředí ve stáji (ti, φi), • ochrana obvodových stavebních konstrukcí. Návrh:

V rovnici Qc + Qt − Q p − Qv = 0 postavíme Qt = QR M i .c pi Pak ηRt pro zajištění požadovaných Předpoklad: xi1 = xi 2; =1 M e .c pe hodnot ti, φi : Platí: QR = M i .c pi .η Rt .∆tie

[W]

(9)

Q p = q pz .Z .∆tie

[W]

(10)

Qv = M i .c pi .∆tie

[W]

(11)

∆tie = ti1 − te1

[K]

(12)

[kg.s-1]

(13)

M = V .ρ

η Rt

( M i .c pi + Z .q pz ).∆tie − Qc = M i .c pi .∆tie

[-]

(14)

Kde: Z – počet zvířat [ks]; qpz – měrná tepelná ztráta prostupem stavebními konstrukcemi [W.K-1.ks-1]; M – hmotnostní tok vzduchu [kg.s-1].


Legenda: • výměník ZV 3 – 030 z gravitačních tepelných trubic, 5 řad trubic, 10 trubic v řadě, L = 1,86m, čpavek, • 260 ks selat, • hmotnost selat 20 kg.ks-1. Machine Strojovna room Axiální ventilátory Axial fan APV APV 500 500

Rozvod vzduchu, Main air, perforated PE rukávec, 500mm

φ500 mm

PE sleeve

Rekuperační výměník ZV 3-032

Recuperation exchanger ZV3-030

Obr. 7. Schéma zapojení rekuperačního výměníku a vzduchotechnických rozvodů v nevytápěné stáji pro dochov selat

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering Legenda: • ti = 18 °C; φi = 0,8, • ti,min = 15 °C; φi,max = 0,85, • ηRt – účinnost rekuperačního výměníku [-], • mv – hmotnostní tok vzduchu [kg.s-1.ks-1], • qpz = 1,2 W.K-1.ks-1,

ηt=0,70

15

13 ti [°C] 11

1,3·10-3 1,5·10-3

φi,p=0,75

1,7·10-3 ηt=0,35

9

1,9·10-3

mv [kg·s-1·ks-1]

2,1·10-3 2,3·10-3 2,5·10-3

7 φi,max= 0,85

Výsledky • při reálných hodnotách hmotnostních toků větracího vzduchu mv = 1,3. 10-3 – 1,5. 10-3 kg.s-1.ks-1 a

5 φi=1 ηt=0

ηR = 0,7 dosáhneme ti = 14,8 – 15,1 °C a φi = 0,74 – 0,75.

A: te = -15 °C

3 3

4

5

6 7 -1 xi [g·kg s.v.]

8

9

Obr. 8. Parametry prostředí ve stáji pro dochov selat v závislosti na hmotnostním toku větracího vzduchu a účinnosti rekuperačního výměníku.


6. Využití odpadního tepla větracího vzduchu ve stájích pro výkrm brojlerových kuřat Legenda: • výměník ZV 3 – 034 z gravitačních tepelných trubic, 10 řad trubic, 10 trubic v řadě, L = 1,96 m, čpavek, • 13 000 ks brojlerových kuřat, • te = -12 °C, • rozměry stáje: délka 58 m, šířka 10,8 m, výška ve štítu 3,2 m, • elektrické infrazářiče 15 x 600 W, teplovzdušný agregát 20 kW.

Obr. 9. Schéma energetického systému s rekuperačními výměníky z gravitačních tepelných trubic ve stáji pro výkrm brojlerových kuřat 1. Rekuperační výměníky; 2. Perforovaný foliový rukávec D = 800 mm; 3. Axiální ventilátor; 4. Uzavíratelné otvory pro přívod venkovního vzduchu; 5. Odvod stájového vzduchu.


Tepelná bilance stáje: • 1 denní kuřata, ti = 26 °C, te = -12 °C, 45 % plochy stáje: Qp = 17 715 W, Qc = 12 901 W, Qv = 12 101 W, Qt = 16 915 W. • 20 denní kuřata, ti = 23 °C, te = -12 °C: Qp = 34 085 W, Qc = 89 708 W, Qv = 74 195 W, Qt = 22 259 W.

Obr. 10. Schéma instalace rekuperačního výměníku a měření ve stáji pro výkrm brojlerových kuřat 1. Perforovaný foliový rukávec; 2. Rekuperační výměník z gravitačních tepelných trubic; 3. Axiální ventilátor; 4. Přístavek pro rekuperační výměník; 5. Filtr.


Výsledky ověřování energetického systému s rekuperačními výměníky ve stáji pro chov brojlerových kuřat: Tab. I. Měrné spotřeby energie při vytápění stájí pro chov brojlerových kuřat I. turnus

II. turnus

A

B

A

B

42

42

46

46

Průměrná hmotnost naskladnění/vyskladnění [g]

35 1600

35 1320

42 1770

42 1770

Průměrná venkovní teplota v turnusu [°C]

4,3

4,3

12,8

12,8

Stáří kuřat [den]

Poznámky: • I. turnus 27.2 – 9.4 (42 dní), • II. turnus 28.4 – 12.6 (46 dní), • stáj A s rekuperačními výměníky, • stáj B bez rekuperačních výměníků,

Q p , B ≅ 0,5Q p , A • při průměrné venkovní teplotě v

• platí

Průměrná spotřeba elektrické energie na 1 kg živé váhy kuřete [Wh]

236,1

372,2

230,5

297,2

Průměrná spotřeba plynu na 1 kg živé váhy kuřete [Wh]

39,7

48,3

35,8

0

Průměrná spotřeba energie celkem na 1 kg živé váhy kuřete [Wh]

275,8

420,5

266,3

297,2

období chovu te = 4,3 °C je m ěrná spotřeba energie pro vytápění stáje A nižší o 34,33 % oproti stáji B, • při průměrné venkovní teplotě v období chovu te = 12,8 °C je m ěrná spotřeba energie pro vytápění stáje A nižší o 10,40 % oproti stáji B.


7. Problémy zněčištění teplosměnných ploch rekuperačních výměníků ve stájích

Specifikace problémů: • snížení součinitele prostupu tepla U teplosměnnou plochou způsobuje snížení účinnosti ηR, • snížení objemových toků vzduchu Vi a Ve způsobuje snížení účinnosti větrání a snížení účinnosti ηR.

Podmínky ověřování: • stáj pro 615 – 620 telat v mléčné výživě, • stáj pro 640 – 700 telat v rostlinné výživě, • deskové rekuperační výměníky ZV 3 – 022, rozměry: délka 980 mm, šířka 570 mm, výška 630 mm, ploché desky, pozinkovaný plech.


Legenda a výsledky: • Vi,A, Ve,A – měření po instalaci výměníků, • Vi,B, Ve,B – měření po 11 měsících provozu výměníků ve stáji pro telata v mléčné výživě, • Vi,C, Ve,C - měření po 9 měsících provozu výměníků ve stáji pro telata v rostlinné výživě, • snížení objemových toků vzduchu při regulačním napětí U = 215 V: Vi,A = 0,80 m3.s-1; Vi,B = 0,54 m3.s-1; ∆Vi = 0,26 m3.s-1. Ve,A = 0,60 m3.s-1; Ve,B = 0,28 m3.s-1; ∆Ve = 0,32 m3.s-1.

Obr. 11. Vliv znečištění teplosměnných ploch na změny objemových toků přiváděného venkovního vzduchu Ve a odváděného stájového vzduchu Vi.


Legenda a výsledky: • body A,B,C odpovídají Ve,A, Ve,B, Ve,C při regulačním napětí U = 215 V, • snížení ηR při stejném Ve o téměř 20 %, • snížení součinitele prostupu tepla teplosměnnou plochou výměníku po 11 měsících provozu ve stáji pro telata v mléčné výživě z U = 9,29 W.m-2.K-1 na 4,97 W.m-2.K-1, tj. o 46,5 %.

Obr. 12. Změny provozních účinností deskového rekuperačního výměníku ve stájích pro chov telat


… Děkujeme za pozornost

Radomír Adamovský e-mail: [email protected] Pavel Neuberger e-mail: [email protected]

Obr. 1. Tepelné toky ve stáji pro dochov selat

Recommend Documents