XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Природный газ широко используется для отопления тепличных комбинатов и животноводческих ферм, сушки сельскохозяйственной продукции и предотвращения ее порчи при хранении.

Повышение эффективности применения природного газа в агропромышленном комплексе можно осуществлять путем комплексного ступенчатого использования газа. Теплоту продуктов сгорания от паровых котлов, газовых турбин и другого газоиспользующего оборудования можно использовать в сушильных установках, для нагрева воды в контактных экономайзерах, затем использовать углекислый газ, содержащийся в продуктах сгорания, в качестве углекислотного удобрения в теплицах.

Использование вторичных энергетических ресурсов для отопления тепличных хозяйств промышленных предприятий – одно из перспективных направлений. Необходимость изучения этого вопроса обусловлена тем, что капитальные затраты на системы отопления и вентиляции составляют – 30-50% от сметной стоимости тепличного хозяйства. Отсутствие нормативных документов, учитывающих особенности проектирования теплиц на территории промышленный предприятий, приводит к удорожанию их конструкций и увеличению эксплуатационных затрат на отопление.

Для теплиц, располагаемых на территории промышленных предприятий, могут быть использованы отходящие газы от технологического оборудования и котельных агрегатов, а также горячая вода или пар от технологического оборудования. Горячую воду используют в традиционных системах водяного отопления теплиц, низкотемпературную воду – в контактных аппаратах для нагрева и увлажнения воздуха.

Большой интерес представляет использование углекислого газа, содержащегося в продуктах сгорания, для подкормки тепличных культур. Применение технических источников углекислого газа позволило автоматизировать процесс подкормки углекислотой. Наибольшее распространение получил способ подкормки углекислым газом, получаемым при пламенном горении газообразного топлива. Наиболее действенным источником углекислого газа в теплицах при наличии газовой котельной являются продукты сгорания природного газа, содержания СО₂ в которых составляет обычно 4-8% в зависимости от режима работы котла.

Эффективность подкормки растений углекислым газом в значительной степени зависит от способов подачи его в теплицу. Обычно его подают на весь объем воздуха теплицы и вводят тремя способами: через форсунки, размещенные под крышей; по трубам, расположенным по боковым сторонам теплицы; через вентиляторы с торцевых сторон теплицы.

В теплицах плохая герметизация и воздухообмен достигается значительной величины, газ их них быстро уходит. Только 5-6% углекислоты, подаваемой в весь объем теплицы, усваивается растениями, а остальная часть теряется. Поэтому одним из условий повышения эффективности подкормки растений является герметизация теплиц. Однако даже в недостаточно герметичных теплицах можно повысить коэффициент использования СО₂, подавая его снизу, в зону основной массы листьев. В период подкормки растений все окна и двери в теплице должны быть закрыты.

Рассмотрим комплексные схемы, в которых чистые продукты сгорания, содержащие СО₂, направляются в качестве углекислотного удобрения от отопительных котлов теплиц.

Схема использования продуктов сгорания в тепличном хозяйстве, разработанная для совхоза в г. Рязань, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Комплексная схема использования продуктов сгорания в тепличном хозяйстве совхоза г. Рязань

1 – контактный экономайзер; 2 – бак-аккумулятор; 3 – теплица; 4 – дымосос; 5 – насос; 6 – расходомер; 7 – манометр; 8 – регулировочный вентиль

Продукты сгорания, отводимые от котлоагрегатов, подаются в контактный экономайзер. Охлажденные чистые продукты сгорания из экономайзера, смешанные в необходимой пропорции с атмосферным воздухом, нагнетаются дымососом в теплицу, обеспечивая углекислотную подкормку растений. Система распределения продуктов сгорания по теплице состоит из магистрального трубопровода, к которому присоединяются перфорированные рукава. Теплота, которую отдали продукты сгорания, расходуются на нагрев воды до температуры 42-55 С. Эта вода может быть использована в системе подпочвенного обогрева теплицы. Основным предназначением воды из контактного экономайзера является ее использование для полива тепличных культур.

Вода для полива должны иметь температуру 22-25 С.

На основании агротехнических норм потребность в чистой углекислоте на 1 га теплиц составляет 100 м³/ч. Если принять среднее содержание СО₂ – 6%, то общая потребность в дымовых газах для осуществления углекислотной подкормки на площади 1 га составит 1880 м³/ч, т.е. объем продуктов сгорания от котлоагрегатов оказывается достаточным для подкормки растений.

В Нижнем Новгороде была разработана ступенчатая схема использования продуктов сгорания природного газа, отводимых от котлов, для углекислотной подкормки растений в совхозе «Цветы».

По данным исследования, от подкормки углекислотой отмечено ускорение зацветания, например, роз. Эффективной для роз является концентрация СО₂ в воздухе теплицы, равная 0,1-0,3% по объему.

Подкормку роз следует осуществлять в первую половину дня, когда интенсивность фотосинтеза у растений достигает наибольшей величины. Продолжительность подкормки 3-5 часов в день.

Комплексный подход к использованию продуктов сгорания природного газа в тепличных хозяйствах позволяет увеличить выход товарной продукции, обеспечить экономию природного газа и охрану воздушного бассейна за счет уменьшения вредных выбросов.

В настоящее время выращива­ние различных культур в тепличных хозяйствах, является энергоемким производством в сельском хозяйстве, при этом условия теплиц позволяют обеспечить более высокую урожайность на квадратный метр и качество продукции благодаря более точному контролю условий выращивания растений.

Овощная продукция, выращенная в защищенном грунте, обходится дорого из-за высокой стоимости культивационных сооружений и отопительных систем, например, на производ­ство 1 кг овощей в теплицах затрачивается 10-13 кг у.т. и удельный вес расходов на отопление составляет от 40 до 60%, оплата рабочей силы обходится от 15 до 25%, амортизационные отчисления от 10 до 15%.

Поэтому при проектировании и районировании теплично-парникового хозяйства первостепенное внимание следует уделять выбору наиболее рациональных источников технического обогрева, обосновывая его технико-экономическими расчетами. Вопросы удешевления теплофикации и уменьшения капиталовложений в строительство котельных, можно решить, комбинируя возобновляемые источники энергии (солнце, термальных вод) с промышленными тепловыми отходами. [1].

Теплица, являясь сложным энергетическим объектом, требует многостороннего подхода при разработке направлений энергосбережения. В основе должны лежать энергосберегающие технологии производства, отопления и освещения. Не затрагивая вопросы технологии производства, рассмотрим направления энергосбережения на досвечивание и отопление.

Энергосберегающие мероприятия при обогреве теплиц:

Использование материалов для ограждений и фундаментов с высокими показателями теплового сопротивления. Применение для вертикального ограждения, кровли и форточек поликарбоната сократит потери тепла до 50%, а установка двухслойного ограждения по периметру теплицы с применением пленки, стекла или макроло- на уменьшает их на 4%.

Остекление теплиц энергосберегающими стеклами с селективным энергосберегающим покрытием.

Утепление и теплоизоляция теплицы. Устранение мостиков холода современными теплоизоляционными материалами — герметиками снизит потери тепла на 7-9%.

Тепловая изоляция стен, не принимающих значительного участия в передаче света внутрь теплицы, по ее северной и западной сторонам.

Принудительная приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла.

Использование крышек и жалюзи для аккумулирования и консервации тепла.

Применение тепловых экранов, которые являются тепловыми барьерами и препятствуют охлаждению теплицы. Используются экраны в темное время суток и в пасмурную погоду, когда солнце не освещает растения. Помимо функции энергосбережения и регулировки освещенности в теплице, тепловые экраны используются также для регулирования влажности: при их раскрытии в теплице она увеличивается. Энергосберегающий эффект экранов может достигать 20% и более.

Применение многоконтурных систем отопления, что сокращает потери тепла на 20-30%.

Применение тепловых насосов, использующих низкопотенциальное тепло окружающей среды (воды, воздуха, земли, солнца), а также аккумуляторов солнечной теплоты.

Применение централизованных котельных на тепличных комбинатах с целью обеспечения оптимального режима теплоснабжения. Отказ от отдельных нагревателей для поливочной воды (снижение удельного расхода энергоресурсов до 25%).

Повышение ответственности теплоцентралей за выдерживание проектных параметров теплоносителя, так как при нарушении температурного графика удельная норма теплопотребления увеличивается до 20-25%;

Автоматизация процессов освещения, поддержания температуры, полива растений и внесения удобрений.

Обязательное применение приборов коммерческого учета по тепловой и электрической энергии, газу и воде.

Сельское хозяйство, для повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции, неизбежно сталкивается с необходимостью модернизации. Ключевой целью, которой, является повышение производительности и снижение энергоёмкости. Основное направление сбережения электроэнергии - это ее высокопродуктивное расходование путем согласования мощности электрооборудования с конкретными потребностями; соблюдение графика работы электрооборудования, который делает невозможной холостую работу и неполную загрузку; поддержание электрооборудования в технически исправном состоянии, при котором устраняется отклонение от нормативного состояния. Резервы уменьшения расходов электроэнергии на освещение дает замена ламп накаливания, которые превращают в свет лишь 5 - 8 % употребленной энергии, люминесцентными лампами, полезная отдача которых 20 - 30 %. По оценкам специалистов, около половины экономии энергии можно обеспечить в результате внедрения энергосберегающих машин, технологических процессов и оборудования, в том числе промышленноосвоенных и новых, подлежащих освоению, и около десятой части - за счет повышения уровня использования вторичных энергетических ресурсов.

Важными направлениями для сельского хозяйства является замещение импортируемых местными видами топлива, внедрение установок утилизации тепла, оптимизации схем теплоснабжения, применение энергоэффективных технологий на овощных и тепличных комбинатах. Резерв снижения потребления ТЭР оценивается на уровне 30%. Общей проблемой развития сельского хозяйства в государствах СНГ является низкая добавленная стоимость.

Реализация потенциала энергосбережения и повышение уровня энергоэффективности в сельском хозяйстве могут быть достигнуты за счет:

• внедрения контурно-мелиоративной системы земледелия (вывода из эксплуатации малопродуктивных эродированных угодий, силовых земель и создание на них пастбищ, сенокосов и т.п.);

• замены весенней пахоты поверхностной обработкой почвы;

• внедрения энергосберегающих технологий выращивания сельскохозяйственных культур;

• оптимизации режимов сушки зерна;

• внедрения современных менее энергоемких технологий приготовления комбикормов;

• использования современной энергоэффективной сельскохозяйственной техники;

• использования сельскохозяйственными предприятиями современного оборудования в системе электроснабжения для уменьшения энергозатрат и автоматизированного контроля производственных процессов;

• увеличения объемов выращиваемых сельскохозяйственных культур, которые могут быть использованы для производства биологического дизельного топлива и биогаза;

• совершенствования системы сбора отходов с целью их использования для производства биогаза;

• производства и расширения использования топлива из биологического сырья [2].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шанин Б.В., Новгородский Е.Е., Широков В.А., Пужайло А.Ф. Энергосбережение и охрана воздушного бассейна при использовании природного газа: Учебное пособие, Н. Новгород: Нижегородский гос. архит.-строит. ун-т, 1998. – 384 с.

2.Интернет-ресурс: https://ozlib.com/865974/tehnika/napravleniya_energosberezheniya_teplitse; дата обращения 03.12.2021г.

3. Брюханов О.Н., Пацков Е.А., Плужников А.И. Рациональное использование газа в сельском хозяйстве и коммунально-бытовой секторе: Справочное пособие – СПб.: ОАО «Издаельство «Недра», 1997. - 576 с.

Код для цитирования: Скопировать