Strefa Trzoda

Ogrzewanie domu z budynku inwentarskiego

 

Robert Szulc

Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Oddział w Poznaniu

Artur Panas

Grasant

 

Wzrastające ceny energii i nagłe przerwy w dostarczaniu prądu zmuszają do poszukiwania alternatywnych rozwiązań pozyskiwania energii w domu i na fermie. Producenci rolni mają ogromną przewagę nad „cywilnymi” mieszkańcami miast, gdyż w odróżnieniu od nich, rolnicy posiadają zazwyczaj duży obszar przy domu i budynkach inwentarskich do zagospodarowania oraz dysponują znacznym potencjałem energetycznym w obrębie swego gospodarstwa.

Wielu z rolników nie jest jeszcze dziś świadomych, iż prowadząc produkcję zwierzęcą – szczególnie w systemie na głębokiej ściółce – posiada we własnym gospodarstwie bardzo potężną i mogącą sprawnie działać ciepłownię. Naturalna tendencja do zagrzewania się obornika generowanego podczas chowu zwierząt takich jak trzoda chlewna, bydło dotychczas nie była w ogóle brana pod uwagę i uwzględniania w kwestii wykorzystania tego ciepła do celów praktycznych. Czasy się zmieniły. Rozwój nowych technologii i przede wszystkim coraz tańsze systemy elektroniczne i dostępniejsza wysoko zaawanasowana technika umożliwia pozyskiwanie traconego dotychczas ciepła z wielu źródeł w budynku inwentarskim. Do takich źródeł ciepła, nazywanych fachowo dolnym źródłem ciepła, zalicza się przede wszystkim: udojone mleko, wodę myjącą urządzenia udojowe, powietrze wentylacyjne, obornik, gnojowicę, ściółkę. Są to źródła ciepła typowo „rolnicze”, ale oprócz nich bardzo dobrze funkcjonują instalacje pobierające ciepło z cieczowych kolektorów słonecznych, z pionowych lub poziomych wymienników gruntowych, studni a nawet przydomowych stawów. Tego typu instalacje zaprojektowane są, wykonane i badane na bieżąco przez konsorcjum naukowo-techniczne Instytutu Technologiczno-Przyrodniczego (Oddział w Poznaniu) i firmę Grasant, a ciepło generowane przez wspomniane instalacje zasila sieć centralnego ogrzewania domu mieszkalnego w gospodarstwie oraz zasilać może także same budynki inwentarskie w podgrzaną wodę technologiczną oraz do pojenia zwierząt. Większość tych systemów działa sprawie już kilka lat.

 

Źródła energii cieplnej z produkcji zwierzęcej

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pozyskiwanie energii cieplnej z głębokiej ściółki odbywa się z podłoża w kojcach dla zwierząt. Bydło, trzoda chlewna utrzymywane na ściółce (szczególnie na głębokiej ściółce), generują bardzo duże ilości energii cieplnej. Ściółka, ale także znajdująca się pod nią posadzka także ulega nagrzaniu do pewnej temperatury. Zatem podstawowym zadaniem jest zaprojektowanie i wykonanie takiej instalacji, która pozwoliłaby na odebranie tego ciepła i wykorzystanie go ponowne po konwersji do wyższej temperatury. Cała instalacja – jak pokazano na rysunku 1 składa się z następujących podzespołów: dolne źródło ciepła – który stanowi wężownica (wymiennik ciepła (1)), podłączona do pompy ciepła (2), zbiornik buforowy na ciepłą wodę (3) oraz kilka innych dodatkowych urządzeń wspomagających pracę całej instalacji takich jak zbiornik wyrównawczy, pompa obiegowa (4), sterownik, ciepłomierz (5), zawór bezpieczeństwa.

         

Tego typu instalacje można wykonać praktycznie w każdym budynku inwentarskim. Jednak w pierwszej kolejności trzeba zacząć od obliczenia zapotrzebowania na ciepło – ile ciepła potrzebujemy i co chcemy nim ogrzewać. Jeśli jest to dom jednorodzinny należy w pierwszej kolejności uwzględnić jego powierzchnię, kubaturę, sposób i jakość ocieplenia budynku. Wiedząc już ile musimy wygenerować ciepła w następnej kolejności należy odpowiednio dopasować pompę ciepła – o odpowiednich do danego obiektu parametrach technicznych.

Co to jest pompa ciepła i na jakiej zasadzie działa?

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pompa ciepła (rys. 2) jest to maszyna cieplna, w której zachodzi proces podnoszenia potencjału cieplnego, tj. proces pobierania ciepła ze źródła o temperaturze niższej T₀ i przekazywania go do źródła o temperaturze wyższej Tg. Pompa ciepła przekształca wykonaną na jej korzyść pracę w ciepło, przy czym stosunek skutku działania urządzenia do nakładu, który trzeba ponieść podprowadzając energię napędową jest zgodne z prawem zachowania energii, zawsze większy lub równy jedności. Budowa pompy ciepła obejmuje sprężarkę, zawór rozprężny, skraplacz, parownik. Sprężarka – jest to urządzenie mające duży wpływ na pracę urządzenia. Jej jakość wpływa na bezawaryjną, długą oraz ekonomiczną pracę pompy ciepła. Sprężarka jest nazywana sercem pompy ciepła,co oznacza, że jest głównym i najważniejszym komponentem pompy ciepła. Zawór dławiący – jest urządzeniem utrzymującym odpowiednią różnicę ciśnień podczas pracy sprężarki. Zadaniem filtra odwadniacza jest filtrowanie czynnika roboczego z resztek wilgoci. Kolejny podzespół pompy ciepła – skraplacz – jest to wymiennik ciepła, w którym czynnik chłodniczy podlega skropleniu dokonując przekazania energii cieplnej do źródła górnego, natomiast w parowniku – wymienniku ciepła, czynnik roboczy podlega odparowaniu, odbierając tym samym energię cieplną ze źródła dolnego.

        

Zasada działania pomp ciepła (rys. 3) znana jest od ponad wieku. Lodówki działają na podobnej zasadzie, co pompy ciepła – pompują ciepło z komory chłodniczej do pomieszczenia. W przypadku pompy ciepła sytuacja jest taka sama z tą różnicą, że pompa ciepła wyposażona jest w większa sprężarkę i tłoczy ciepło z otoczenia do budynku. Można sobie zatem wyobrazić, że pompa ciepła spręża energię zgromadzoną w jednym miejscu np. w gruncie i pompuje ją w drugie miejsce. W ten sposób ogrzewa się dowolny budynek wykorzystując ciepło, nawet rzędu tylko kilku stopni Celsjusza i spręża je do temperatury potrzebnej w systemie centralnego ogrzewania. Obrazowo przedstawić to zjawisko można na następującym przykładzie: podczas pompowania piłki do koszykówki, pompka rozgrzewa nam się w dłoniach. Potrafi być gorąca. Dzieje się tak, gdyż sprężanie powietrza powoduje wzrost jego temperatury.

Przykład zastosowania pompy ciepła do ogrzania domu

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Na jednej z ferm trzody chlewnej zaprojektowano i wdrożono do praktyki systemem odzysku ciepła z głębokiej ściółki do ogrzewania domu jednorodzinnego w okresie zimy oraz podgrzewania wody na cele gospodarcze.

               

System ten został wyposażony w pompę ciepła o mocy ok. 18kW, zbiornik buforowy o pojemności 300 dm³ oraz zbiornik wewnętrzny na wodę użytkową o pojemności 200 dm³. W omawianym gospodarstwie posiadającym chlewnie, osiem boksów liczących po ok. 60-70 tuczników każdy zaopatrzono w specjalne wężownice znajdujące się w posadzce. Tak odzyskane ciepło zostało skierowane do zbiorników. Dodatkowo w okresie letnim, kiedy istnieje ryzyko wystąpienia stresu cieplnego u świń, wykorzystanie pomp ciepła i odzysk ciepła ze ściółki daje dodatkową możliwość schładzania budynku inwentarskiego i poprawy warunków środowiskowych. Obniżona temperatura ściółki korzystnie wpływa też na redukcję emisji gazów – takich jak m.in. metan, amoniak, dwutlenek węgla czy podtlenek azotu. ■

© 2020 Pro Agricola dom wydawniczy

Wykryto AdBlocka

 

Utrzymanie tej strony jest możliwe dzięki przychodom z reklam.
Aby móc dalej przeglądać tę stronę, prosimy o wyłączenie AdBlocka.