В статье представлено обоснование необходимости применения нового системного подхода к созданию энергоэффективных сельскохозяйственных зданий, с формированием в них параметров микроклимата за счет пассивных и активных систем обеспечения микроклимата. В этом подходе принимается во внимание то, что по условиям формирования и технологическим требованиям к параметрам микроклимата в помещениях (температура, относительная влажность, подвижность, газовый состав воздуха, температуры на внутренних поверхностях наружных ограждений) производственные сельскохозяйственные здания и сооружения относятся к особому классу. Поэтому вопросы рационального использования в них тепловой энергии должны решаться с учетом специфических требований к технологическим процессам, динамическим процессам жизнедеятельности находящихся в помещении животных, птицы и хранящейся биологически активной продукции.
Существующий в настоящее время общий методологический подход к нормированию и расчету параметров внутренней среды производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений (ПСЗ) не в полной мере учитывает биологические, ветеринарные, объемно-планировочные, теплофизические и энергетические требования, предъявляемые к системам обеспечения параметров микроклимата. На это обстоятельство указывают многие исследователи [1, 2, 3, 4 и др.]. Результатом являются непредсказуемые отклонения реальных параметров воздуха от расчетных, необоснованное завышение установочных мощностей систем, снижение показателей сельскохозяйственного производства. Понесенные затраты на создание и эксплуатацию систем обеспечения микроклимата (СОМ) не окупаются приростом продукции от повышения комфортности параметров внутреннего воздуха. Запроектированные СОМ функционируют только в начальный период, а после выхода из строя, как правило, не восстанавливаются.
В мировой и отечественной практике для гражданских и промышленных зданий разработаны и реализуются на практике теплофизические модели с соответствующим программным обеспечением, оптимизирующие энергетические и аэродинамические параметры систем. Однако заложенные в эти модели принципы выбора исходных расчетных параметров и обоснование физических процессов тепломассопереноса в ограждающих конструкциях и в помещениях не могут быть полностью перенесены на животноводческие и птицеводческие здания, на хранилища картофеля и овощей, на культивационные сооружения, на установки для сушки травы и другие сельскохозяйственные сооружения.
Предлагается новый подход к созданию высокопродуктивных, энергоэффективных сельскохозяйственных зданий, основанный на объединении их в единый биоэнергетический и архитектурно-строительный комплекс, в котором параметры микроклимата формируются за счет пассивных (тепловой контур здания) и активных (отопление, вентиляция, кондиционирование) систем обеспечения микроклимата. Такой системный подход включает рассмотрение взаимосвязанных объемно-планировочной и инженерно-технологической моделей. Первая модель основана на принципе компактности и формирования буферных зон, что позволяет определять рациональные композиционные и пространственные параметры. Вторая модель, неразрывно связанная с первой, включает системы жизнеобеспечения, оценивает параметры комфортности помещений при наличии различного инженерного оборудования. Единый комплексный подход к закономерностям формирования параметров микроклимата приводит к выводу о необходимости выделения ПСЗ в самостоятельный класс по нормированию и расчету энергоэффективных систем обеспечения допустимых параметров внутреннего воздуха для животных, птиц и хранящейся сельскохозяйственной продукции.
Данный методологический подход обосновывается следующими особенностями формирования среды в рассматриваемых помещениях. Во-первых, сезонность эксплуатации стационарных и временных ПСЗ, большой допустимый диапазон изменений расчетных параметров внутреннего воздуха. Во-вторых, наличие в холодный период года постоянно действующих биологических тепловыделений делает основной функцией теплового контура неотапливаемых сельскохозяйственных зданий рассеивание явных тепловыделений с обеспечением удельного теплового потока через него для предупреждения переохлаждение животных, птиц, продукции. В-третьих, нормирование теплозащитных характеристик наружных ограждений с учетом утилизации биологической теплоты должно основываться не на субъективном выборе исходных данных (в пределах норм технологического проектирования), приводящего к недопустимому различию конечных результатов, а на объективных показателях конкретных сооружений с учетом их объемно-планировочных решений и технологий производства, приводящих к однозначному конечному результату. В-четвертых, индивидуальность и многообразие направлений и интенсивности процессов тепломассопереноса, например, минимизация влагоотдачи при хранении сочного растительного сырья и максимальный влагосъем при сушке травы. В-пятых, рациональные объемно-планировочные решения отличаются большим многообразием: надземные, полузаглубленные, полностью заглубленные, подземные, частично или полностью обвалованные. В-шестых, некоторые сельскохозяйственные сооружения, например, круглогодичные культивационные, или широко применяемые при хранении сочного растительного сырья и заготовке грубых кормов системы активной вентиляции вообще не вошли в строительные нормы и правила.
Таким образом, объектом моих исследований являются производственные сельскохозяйственные здания и сооружения как самостоятельный класс по нормированию, расчету, созданию и поддержанию круглогодичных расчетных параметров микроклимата. Предметом исследований являются: системы обеспечения микроклимата производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений (животноводческих, птицеводческих, хранилищ сочного растительного сырья, культивационных сооружений круглогодичной эксплуатации, установок для сушки травы при заготовке грубых кормов); взаимосвязь и влияние объемно-планировочных и инженерных решений на технико-экономическую эффективность конечных результатов сельскохозяйственного производства.
Актуальность исследований заключается в разработке научно-методологических основ расчета энергоэффективных производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений, режимов работы их систем обеспечения микроклимата с учетом биологических, технологических и технико-экономических требований для различных климатических регионов страны.