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).