Снижение расходов на отопление и эмиссий CO₂ на откорме бройлеров

Углекислый газ (CO₂) является естественным компонентом атмосферы и основой биологической формы жизни на планете Земля. В то же время CO₂ выбрасывается в атмосферу в большом количестве в результате сгорания дерева, угля, нефтяных продуктов и газа.

Углекислый газ является продуктом как естественного процесса метаболизма животных, так и обогрева производственных корпусов. Хорошо изолированные помещения, оптимальная концепция вентиляции и современная отопительная техника позволяют сократить содержание CO₂ в воздухе помещения и его выброс в атмосферу.

Правовые рамочные условия

Постановление о защите сельскохозяйственных животных регламентирует максимально допустимое количество CO₂ в воздухе корпуса. Пограничное значение концентрации CO₂ на м₃ воздуха в помещении при этом установлено на уровне 3.000 ppm¹. При существенном превышении данного порога дыхание животных становится более глубоким и учащенным. Т.о. растет количество вдыхаемых вредных газов, пыли и потенциальных возбудителей болезней.

В этой связи повышается риск заболевания на фоне одновременного ухудшения показателей потребления корма и появления "вялости" у животных. Для достижения оптимальных производственных результатов концентрация СО₂ в воздухе помещения должна быть как можно более незначительной. 

ГОСТ DIN18910 является наиважнейшей отправной точкой при планировании размещения отопительного и вентиляционного оборудования в Германии. В нем указано количество выдыхаемого животными (птица, свиньи, КРС, лошади) СО₂ в час. Кроме того в ГОСТе учтены эмиссионные факторы в отношении таких ископаемых энергоносителей, как например, природный газ или пропан. 

Для расчета минимального уровня вентиляции в зимнее время суммируются и принимаются в расчет все источники CО₂ на основе метода "баланс углекислого газа". Это означает: чем больше выделяется CO₂ в корпусе, тем чаще необходимо его проветривать и тем выше возникающие в результате этого потери тепла, а также расходы на отопление. Еще одним важным индикатором качества воздуха является влажность воздуха, которая находится в тесной взаимосвязи с концентрацией CO2 в корпусе.

Отопительные приборы 

Отопительные приборы с открытым типом сгорания подают тепловую энергию сгораемого газа вместе с горячими отработанными газами в корпус. Для такого вида топлива, как пропан, например, данный параметр составляет 150 г/ч водяного пара и 230 г/ч CO₂ на кВТ отопительной мощности. Несмотря на то, что КПД отопительных приборов составляет 100%, в связи с выделением отработанных газов возникает необходимость более частого проветривания помещения, поскольку в противном случае происходит быстрое превышение предельного значения в 3000 ppm. 

Изображение 1: газовая пушка с открытым типом сгорания 

Для отопительных приборов с закрытым типом сгорания для отвода отработанных газов предусмотрен дымоход. Поскольку в корпус не проникают вредные газы, существенно сокращается уровень минимальной вентиляции. Переоснащение на отопительные приборы с закрытым типом сгорания экономит на практике до 20% расходов на отопление. Это же утверждение распространяется и на системы с водяным обогревом.

Изображение 2: газовый прибор отопления с закрытым типом сгорания

Система вентиляции

CO₂ тяжелее воздуха и потому скапливается в его нижних слоях. При достижении высокой концентрации СО₂ имеет свойство вытеснять кислород; поэтому так важно наличие подходящей системы вентиляции для его вывода из помещения. Боковая вентиляция является самым комфортабельным типом вентиляции в наших широтах: свежий воздух поступает одновременно по всей длине корпуса в помещение, при этом воздушные потоки должны заполнить по возможности весь корпус. Это позволяет вывести через систему вентиляции из корпуса выделяемый поголовьем водяной пар наряду с углекислым газом.

Изображение 3: боковая вентиляция посредством стенных клапанов и вытяжных каминов на крыше

Для оптимального соответствия уровня вентиляции потребностям животных сегодня применяются ультрасовременные компьютерные технологии. Они устанавливают необходимый уровень вентиляции в помещении с учетом параметров влажности и температуры воздуха, содержания CO₂ и NH₃. Для этого предлагается ряд датчиков, осуществляющих измерение и контроль параметров воздуха в корпусе: датчики являются основой компьютеризированных систем регулирования микроклимата. 

Изображение 4: датчик CO₂ должен быть установлен на участке с животными

Рост выбросов CO₂ – триггер изменения климата

Рост парникового эффекта на планете вызван выбросом в атмосферу слишком большого количества углекислого газа, в связи с чем правительством Германии в мае 2020 года было принято решение ввести CO₂-налог на ископаемые энергоносители. Данное решение вступило в силу в январе 2021 года. 

С этого момента все поставщики ископаемого топлива, предназначенного для отопления помещений, т.е. поставщики газа и электроэнергии, облагаются официальным налогом посредством системы сертификации. При этом издержки на CO₂-налог поставщики энергоносителей переадресуют частным и промышленным конечным потребителям. Это реализуется в виде ценовых надбавок на существующие тарифы на газ и электроэнергию. При этом отмечается последовательный рост стоимости выбросов CO₂ из расчета на тонну с 25 €/т до 55 €/т к 2025 году. Предполагается, что в последующие годы данный показатель налогообложения будет расти дальше.

Таблица 1: CО₂-налог на тонну эмиссий по Германии 

На примере фермера, имеющего поголовье размером 42 000 особей, применяющего системы отопления с открытым типом сгорания и придающего важное значение сухой подстилке в промозглую погоду, данный налог может иметь следующие последствия: 

Таблица 2: наценка за счет налогообложения углерода  | * предполагаемые расценки на природный газ: 4,1 цента/кВт | ** на 1 кВт природного газа приходится 0,202 кг CO₂ 

В таблице № 2 показано, что следует исходить из значительной налоговой нагрузки. 

Технологии, сокращающие выбросы СО₂, уже давно получили признание и обеспечивают свою амортизацию в течение всего лишь нескольких лет. Помимо использования тепла биогазовых установок в виде водяных отопительных систем сюда относятся прежде всего теплообменники. 

Используйте потенциал экономии

Как уже было упомянуто ранее, отопительные приборы с закрытым типом сгорания либо водяное отопление являются первым шагом на пути к сокращению расходов на отопление и выбросов CO₂. За счет более низкого уровня вентиляции – прежде всего при работе с минимальным уровнем вентиляции – экономия хозяйств по содержанию бройлерной птицы составит в итоге около 20% от суммы издержек на отопление. Чистая экономия в год составит при этом 5200 €. При этом суммарный налог на CO₂ снизится за пять лет на 6000 €.

Самый большой потенциал экономии на настоящий момент в отношении расходов на отопление кроется в теплообменниках, принцип работы которых заключается во вторичном использовании тепловой энергии, содержащейся в воздухе помещения. 

Одним из таких примеров является теплообменник Big Dutchman Earny 2, который работает на основе принципа перекрестного тока: теплый воздух корпуса и холодный свежий воздух одновременно прогоняют через элемент теплообменника – при этом они не соприкасаются друг с другом. Встроенный фильтрующий узел обеспечивает подачу в теплообменник только очищенного отработанного воздуха. 

Результат: Earny удаляет до 99 % пыли. Предварительно прогретый свежий воздух идет по кругу и распределяется с помощью нескольких циркуляционных вентиляторов по всему корпусу. 

Проведенное в 2015 году в Германии долгосрочное полевое испытание в рамках восьми откормочных туров показало по итогам экономию на уровне 44%: два корпуса для содержания бройлеров с идентичной конструкцией и отоплением закрытого типа сгорания были сопоставлены; один из них не был оснащен теплообменником, второй был оснащен прибором Earny и расходовал на 20 500 м3 меньше. Ознакомиться с отчетом по данному испытанию можно на сайте компании Big Dutchman: „9000 евро назад“ (DGS Magazin 49/2015).

Помимо улучшения микроклимата в помещении и сокращения эмиссий аммиака, неприятных запахов и частиц пыли, результатом данного подхода является – в зависимости от модели теплообменника – снижение расходов на отопление до 60%. Срок амортизации составляет около 4 лет; те, кто получает средства от Федерального министерства продовольствия и сельского хозяйства, достигнет цели экономии значительно быстрее. 

Изображение 5:  теплообменник Earny 2 с сертификатом от DLG 

Изображение 6: распределение воздуха в корпусе с теплообменником

Таблица № 3 демонстрирует серьезный потенциал: при переоснащении на системы отопления с закрытым типом сгорания и последующем монтаже теплообменника, фермеры экономят 84 500 €. К тому же они вносят существенный вклад в защиту климата в результате годового сокращения выбросов CO₂ на 70 тонн. 

Таблица 3: сопоставление затрат на отопление при работе с приборами отопления закрытого типа сгорания и теплообменником для корпуса откорма бройлеров, рассчитанного на 42 000 голов | *  предполагаемые тарифы на природный газ: 4,1 цент/кВт | ** на 1 кВт природного газа приходится 0,202 кг CO₂ | *** округлено

Выводы: 

Инвестиция в энергосберегающие технологии имеет многогранный позитивный эффект: 

• более высокий статус здоровья поголовья и более эффективный откорм за счет улучшения микроклимата,
• снижение выброса CO₂ за счет сокращения отопительной энергии,
• значительное сокращение расходов на отопление за счет модернизации систем отопления и применения теплообменника и
• вклад в защиту климата. 

Аксель Шульц и Жанетт Пешель, Big Dutchman International GmbH
Опубликовано в DGS 26/2021

1  ppm: частей на млн, 1000 ppm CO₂ соответствуют 1 объемному промилле (vol.-‰) или 0,1 объемному проценту (vol.-%) или 1,83 г CO₂ на куб. метр (при 1013 мбар и 20° C).