Ohlédnutí za velkokapacitními seníky se solárním dosoušením

Datum: 3.10.2011  |  Autor: Ing. Václav Sladký, CSc.  |  Recenzent: Ing. Vladimír Stupavský, CZ Biom

V souvislosti s nynějšími diskuzemi o využití sluneční energie je užitečné připomenout jednu významnou etapu našeho zemědělství - výrobu opravdu kvalitních objemových krmiv. Kromě vývoje metod silážování a senážování se výzkumníci před třiceti lety zabývali i dosoušením píce ve velkokapacitních senících s využitím vzdušných solárních kolektorů.


Obr. 1: Z provozu seníku ve Zduchovích byly získány zkušenosti, uplatněné při realizace dalších solárních seníků

Obr. 2: Dvoukanálový pokusný kolektor pod FM 40 na tříkolovém podvozku


V období po první ropné (energetické) krizi, tj. od poloviny sedmdesátých let do poloviny osmdesátých let minulého století, u nás vrcholila éra koncentrace zemědělských podniků, spojená i s výstavbou velkokapacitních stájí a skladů. Na rozdíl od současnosti byly tehdy stavy skotu vysoké s velkou potřebou objemových krmiv.

Snahy o intenzifikací výroby při maximálních úsporách energie se odrazily i v programech výzkumných ústavů. Jedním z nich byl VÚZT Praha-Ruzyně, kde se, kromě jiného, pracovalo na projektech využití solární energie v sušárenství. Pícniny konzervované v solárních senících se totiž kvalitou přibližovaly kvalitě pícnin z horkovzdušných sušáren, ale provozní náklady zde byly podstatně nižší.

Hlavní cíle výzkumu

První výzkum se týkal stanovení základních fyzikálních hodnot, zejména podmínek pro dosažení maximální účinnosti kolektorů (až 50 %) v závislosti na průchodu vzduchu. Později byly vyhodnocovány i faktory související s technologií konzervace pícnin sušením vzduchem ohřátým velkoplošnými solárními kolektory.

Kromě určení vhodných oblastí, výběru principů kolektorů a objektů, na kterých by se mělo zařízení uplatnit, ověřoval VÚZT výkonnost solárních systémů na funkčních modelech o ploše do 40 m2, různých velkokapacitních stavbách, zejména velkokapacitních senících s účinnou plochou až do 2400 m2.

Z výsledků je třeba jmenovat zejména podstatné urychlení procesu dosoušení, zvýšení kvality sena při současném snížení ztrát, zvýšení užitkovosti zvířat a úsporu elektrické energie na pohon ventilátorů. Dále byly zjištěny limity a možnosti využívání solární energie a rizika ztrát v solárních skladech při delším trvání nepříznivého počasí a nedostatku slunečního svitu. To vedlo k vývoji a ověřování doplňujících energetických zdrojů k příhřevu vzduchu na bázi teplovzdušných agregátů se spalováním odpadního dřeva. V rámci výzkumu byly doplňkově vyvinuty nezbytné technologické prvky pro manipulaci, dosoušecí rošty a doporučeny ventilátory s regulací provozu. Unikátní byly například roštové tenzometrické váhy o rozměru 6 x 18 m, umožňující sledovat proces vysoušení vody v píci a později i v jiných materiálech, například štěpce z energetických dřevin.

V době realizace (kolem roku 1990) vycházela stavba a využívání solárního ohřevu na velkokapacitních senících ekonomicky příznivě, s rychlou návratností investice. Ale je třeba vzít v úvahu, že použité materiály (plechové opláštění, plastové panely, drátosklo) byly dostupné v příznivějších cenových relacích, než dnes.


Graf 1: Dlouhodobé průměry efektivního slunečního záření a stupeň jeho využití v době od poloviny května do poloviny září: G - energie globálního záření připadající na ohřívač od 7 do 19 hodin (W/m2), T - průběh zisku energie z 1 m2 ohřívače s transparentním krytem (W/m2), B - průběh zisku energie z 1 m2 ohřívače bez transparentního krytu (W/m2).

Graf 2: Dlouhodobé průměry příhřevu vzduchu v průběhu dne: T - průběh změny příhřevu vzduchu v ohřívači s transparentním krytem (°C), B - průběh změny příhřevu vzduchu v ohřívači bez transparentního krytu (°C). Množství vzduchu se pohybuje od 150 do 200 m3/m2/h

Unikátní kolektor

Pro stanovení základních parametrů vzdušných slunečních kolektorů byl sestrojen unikátní dvoukanálový pokusný kolektor pod (označený jako FM 40), umístěný na tříkolovém podvozku, s možností naklápění obou částí do libovolného úhlu a otáčení "za sluncem" připojením na kolový traktor. Snímatelné a vyměnitelné kryty umožňovaly ověřit různé světlopropustné materiály (fólie, laminát, sklo), dva radiální ventilátory měly možnost změny dodávky vzduchu. Potřebnými přístroji se určovala intenzita a doba slunečního záření, množství a příhřev vzduchu za různých podmínek. Kolektor byl v druhém roce sledování vybaven ještě dvěma dosoušecími komorami o objemu 1,5 m3, ve kterých se ověřovaly podmínky sušení pícnin. Hodnoty získané měřením jsou cenné a použitelné i dnes. Tehdy byly uplatněny na experimentálním seníku Zduchovice a na senících v Hojšíně, Francově Lhotě a jinde.

Seník ve Zduchovicích

Státní statek Kamýk nad Vltavou v okrese Příbram poskytl VÚZT Praha- Ruzyně (zásluhou mechanizátora Neužila a vedoucího farmy Kohouta) standardní halový seník na své farmě Zduchovice k praktickým experimentům dosoušení zavadlého sena na roštech s využitím solární energie. K tomu účelu sloužily dva na sobě nezávislé dvoukanálové solární ohřívače vzduchu, každý o ploše 200 m2, využívající střešní plášť jako základ kolektoru. Jedno provedení využívalo plechovou, černě nastřenou střechu jako absorbér sluneční energie, nad kterým byl umístěn na stojánkách světlopropustný sklolaminátový kryt a pod kterým byl spodní vzduchový kanál uzavřen sololitem.

Na druhé části byla na střechu namontována přídavná plechová ohřívací plocha a nad ní světlopropustný foliový kryt. Střešní ohřívače byly propojeny s dosoušecími ventilátory sběrným horizontálním a svodným potrubím. Na zhruba 108 m2 roštové dosoušecí plochy připadalo asi 120 m2 solárního ohřívače vzduchu.

Z několikaletého provozu seníku Zduchovice byly získány důležité zkušenosti, uplatněné později při realizace dalších solárních seníků:

  1. Původní ventilátory LAN 900/3 kW, zabudované podle původního projektu pro dosušování velmi zavadlého sena, bylo nutno vyměnit za výkonnější APR 1000/7,5 kW, neboť již od začátku provozu výkonem nestačily provzdušnit vrstvu sena vyšší než 3 - 4 m. Projektovaná výkonnost 20 000 - 25 000 m3 vzduchu za hodinu klesla na 10 000 m3/h a už při výšce sena 3 - 4 m se dostávaly do oblasti "pumpování". Příhřev vzduchu o 10 °C nebyl proto využitelný. S výkonnějšími ventilátory klesl sice příhřev v průměru na 3 až 7 °C, potřebné množství ohřátého vzduchu se zvýšenou vodní jímavostí procházelo celým kolektorem (tlaková ztráta je 50 Pa), vzduchovody i dosoušeným senem až do výšky 6,5 m.
  2. Tepelná výkonnost kolektorů s plastovým i sklolaminátovým krytem se pohybovala kolem 200 W/m2 s příhřevem vzduchu o 3 až 7 °C a se snížením relativní jeho vlhkosti, jako rozhodujícího činitele pro dosoušení sena o 15 až 35 %.
  3. Ukázalo se, že neúčinnější je příhřev vzduchu k dosoušení v ranních a dopoledních hodinách, kdy relativní vlhkost venkovního vzduchu překračuje hranici 65 %. Proto není nutno vždy trvat na jižní, ale spíš na jihovýchodní orientaci boční stěny seníku s ventilátory. K tomu účelu se může ke svodu vzduchu ze střešního kolektoru použít dvojitá boční stěna zároveň i jako ohřívač.
  4. Foliový světlopropustný kryt měl sice stejný skleníkový efekt jako sklolaminátový, ale nebyl do budoucna doporučen pro nebezpečí poškození větrem, deštěm a sněhem.
  5. Měrná výkonnost byla stanovena takto: V průměru na odsušení asi 0,4 kg vody z 1 kg píce s obsahem asi 40 % vody na 1 m2 kolektoru na seno s asi 15 % vody, jak vyžadují zásady výroby a skladování sena. Proti tradičnímu sušení studeným vzduchem s vodní jímavostí kolem 1 g vody na 1 m3 vzduchu se jedná skoro o trojnásobnou intenzitu sušení s vodní jímavostí 3,3 až 3,5 g vody na 1 m3 vháněného vzduchu.
  6. Na dosušení zavadlé píce a "výrobu" 1 tuny suchého se spotřebovalo kolem 30 kWh elektrické energie (norma pro sušení studeným vzduchem byla až 80 kWh/t).

Graf 3: Průběhy změn sytostních doplňků přihřívaného vzduchu během dne: T - Teoretické sytostní doplňky sušícího vzduchu z ohřívače se světlopropustným krytem, vystupující vlhkost vzduchu je 100 % (ve skutečnosti jsou nižší v závislosti na stupni dosušení píce), B - teoretické sytostní doplňky sušícího vzduchu z ohřívače bez světlopropustného krytu, vystupující vlhkost vzduchu je 100 %, V - sytostní doplňky venkovního neupraveného vzduchu během dne (g H20/m3)

Graf 4: Nomogram závislostí množství a teploty ohřátého vzduchu, potřebného výkonu v teple a plochy ohřívače pro dosoušecí rošt o rozloze 100 m2

Seník v Hojšíně

Na základě zkušeností získaných při sušení zavadlého sena na experimentálním seníku Zduchovice byly stanoveny technické podmínky pro adaptaci zejména pro tuto věc nejvhodnějších velkokapacitních seníků a to typy HP 18 J, výrobce NHKG Hustopeče. Představitelem řady úspěšných realizací je seník v Hojšíně u Kamýka nad Vltavou. Hlavní charakteristiky této realizace byly:

  1. Základní ohřívací plochu tvoří původní černě natřené plechové opláštění střechy a jižní stěny nad ventilátory o účinné ploše 1800 m2 . Nad ní jsou na stojánkách uchycených k upevňovacím háčkům latě nesoucí světlopropustné sklolaminátové vlnovky VERTEX SP. Spodní vzduchový kanál ohřívače uzavírají sololitové panely.
  2. Podlaha seníku je vodotěsná a nad ní jsou na celé ploše vybudovány přejezdné dosoušecí rošty. Ventilátory jsou umístěny za dvířky za svislou stěnou seníku. To umožňuje vhánět do sušené píce jen ohřátý vzduch na rošty v zóně "intenzivního" sušení, přisávání nebo výhradní používání venkovního (chladícího) vzduchu.
  3. Odvětrání seníku zajišťují dvoje vrata a "výdechy" na severní stěně opatřené regulačními klapkami, aby nedocházelo ke zpětnému nasávání vlhkého vzduchu do kolektoru
  4. Střešní kolektor tvoří jednu ohřívací komoru, stěnová část je rozdělena podle deseti ventilátorů APR 1000 na deset komor.
  5. Montáž spodního podhledu se prováděla z pomocného lešení, upevněného na tělese mostového jeřábu pro manipulaci se senem.

Výsledky při dosoušení zavadlé píce, zejména travin, se shodovaly s měřeními na seníku Zduchovice i jinde, ale navíc byla zjištěna skutečnost, ke které sice dochází u standardních seníků, ale se kterou se u solárního seníku nepočítalo.

Během celkem uspokojivém průběhu senoseče, sklizně a dosoušení zavadlých travin, došlo při naskladnění zavadlé píce do výše asi 4 m na stanovené zóně intenzivního dosoušení ke změně počasí. Na několik dní (tzv. Medard) se ochladilo a občas pršelo. Nedosušená píce, zahřátá na relativně vysokou teplotu teplým vzduchem z kolektoru, nebyla opomenutím obsluhy před vypnutím ventilátorů vychlazena. V místě kondenzace ve výši asi 3 m se vytvořila vrstva sena napadeného bílou plísní, která sice podle rozboru v odborné laboratoři nebyla pro skot nebezpečná, ale bylo to považováno za závadu.

Na podkladě toho bylo v prvé řadě doporučeno soustavně kontrolovat průběh dosoušení a stav dosoušené píce i po dobu déle špatného počasí (nižší teplota, vyšší vlhkost vzduchu). Dalším důležitým doporučením bylo zajistit náhradní zdroj pro ohřev vzduchu. V následujících létech proto byly vyvinuty a ověřeny různé ohřívače sušícího vzduchu na bázi spalování dřevního odpadu, a to buď jako samostatné u seníků nebo s využitím blízkých kotelen. Dnes k tomu může být využito i teplo z kogeneračních jednotek bioplynových stanic.


Graf 5: Nomogram závislosti (40 %), vlhkosti dosoušené píce, odsušku vody (kg/h), na 100 m2 roštu ohřátým vzduchem ohřívačem s tepelným výkonem 200 W/m2

Seník Francova Lhota

Zdejší solární podhorský seník se skleněným krytem byl sestaven ze dvou halových konstrukcí typu HP l5, mezi kterými byl zastřešený prostor. Nízkou zástavbou (8,6 m) nepůsobil v podhorském regionu východní Moravy rušivě, přitom i menší skladovací prostor byl dokonale využit, protože manipulační zařízení, drapákový jeřábek, pojížděl po dráze zcela ve vrcholu krovu.

Drátosklo pro světlopropustný kryt, které bylo použito z ohledem na vyšší zatížení sněhem, zajistilo i o něco větší účinnost než sklolamináty a bylo i levnější. Spodní podhled, uzavírající spodní vzduchovod, byl zhotoven z desek Dupronit. Svod ohřátého vzduchu dvojitou plechovou boční stěnou opatřenou také skleněným krytem.

Zdvojené seníky s manipulačním prostorem mezi nimi poskytly pro solární kolektor 2400 m2, což představovalo ve své době vůbec největší solární zařízení v celé republice. Na 1 m2 roštové dosoušecí plochy tak připadalo 2 m2 solárního ohřívače, který byl zhotoven jako dvoukanálový.


Schéma 1: Sluneční ohřívač vzduchu s kašírovanou plachtovinou: 1 lišta, 2 - kašírovaná plachtovina, 3 - nosná lať, 4 - stojánka nosné lat, 5 - absorbér (černě natřený plech), 7 - nosník (pozinkovaný plech), 8 - tepelná izolace, 9 - původní střecha, 10 - krokev

Schéma 2: Sluneční ohřívač vzduchu se světlopropustnou sklolaminátovou vlnovkou: 1 - sklolaminát, 2 - nosná lať, 3 - stojánka, 4 - původní opláštění (černě nazřený plech). 5 - krokev, 6 - nosník (pozinkovaný plech), 7 - rošt z latí, 8 - sololit


I při činnosti všech osmi ventilátorů APR 1000/11 kW bylo za pěkného počasí dosaháno příhřevu 5 - 6 °C po dobu 8 - 10 hodin denně. Průměrný příhřev byl stanoven na 3,5 °C při snížení relativní vlhkosti vháněného vzduchu asi o 15 až 25 %.

Celková doba sklizně luk na seno trvala 35 dní, vlhkost navážených zavadlých travin se pohybovala kolem 35 %. Plný sluneční svit trval 193 hodin, v průměru jen 5,5 h s příkonem od 150 až do 700 W/m2 denně, s tepelným výkonem ohřívače do 600 kW. Účinnost ohřívače se pohybovala kolem 50 %, stěnový ohřívač měl je jen asi čtvrtinu výkonu střešního dílu. Nutno dodat, že ve sledovaném období byly přeháňky téměř každý druhý den a průměrná denní venkovní teplota byla 14,5 °C. To byly pro sušení píce velmi nepříznivé podmínky a bez příhřevu by se pravděpodobně kvalitní seno vůbec nevyrobilo.

Závěry a doporučení

Realizací několika solárních seníků se skleněným světlopropustným krytem dvoukanálového ohřívače, využívajícího plechové opláštění, byly dokončeny několikaleté ověřovací a výzkumné práce.

V dalších letech se u nás postavilo mnoho různých typů "solárních" seníků, ale většinou s jednokanálovými ohřívači, bez světlopropustného krytu. Dnes jich pro výrobu sena slouží jen několik, což souvisí i s faktem, že intenzita a kvalita výroby pícnin u nás poklesla obecně a výrazně. Přitom by tyto investičně poměrně nenáročné solární kolektory, využívající velké plochy střech nebo jižních stěn velkokapacitních objektů, umožnily získávat po nejméně jedné třetiny roku až 200 W/m2 tepelné energie, využitelné k sušení zemědělských produktů nebo k jinému užitečnému ohřevu.

Literatura:

  • Kosař J., Dolejš J. Dosoušení sena v nepříznivých klimatických podmínkách s možností přihřívání. Metodika ÚVTIZ Praha č. 8/ 1983.
  • Mikulík J.: ČSN 46 7010 Dosoušení píce aktivním větráním. 1967.
  • Nydwgger F.: Sonnenkollektor und Kaltbelüftung - ein Vergleich. FAT-Mitteilungen 12, č. 10 1981
  • Sladký V., Bradna J.: Vývoj a realizace slunečních ohřívačů vzduchu pro halové seníky. Zpráva VÚZT Praha č. 1819/l983.
  • Sladký V.: Výroba sena v halových senících. Metodika ÚZPI Praha č., 16/1984
 
English Synopsis
History of large haylofts with solar final drying

In relation with the present discussions on the use of solar energy it is useful to mention one important stage of Czech agriculture - the production of really high-quality roughage. Besides the development of methods of silage and haylage, thirty years ago the researchers looked at final drying of forage in large-scale haylofts using air solar collectors.

 

Hodnotit:  

Datum: 3.10.2011
Autor: Ing. Václav Sladký, CSc.   všechny články autora
Recenzent: Ing. Vladimír Stupavský, CZ Biom



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


Projekty 2017

Partneři - Obnovitelná energie

logo HOTJET
logo VIESSMANN
logo NELUMBO

Spolupracujeme

logo Česká peleta

 
 

Aktuální články na ESTAV.czČeši se doma hádají kvůli pokojové teplotěJak správně zazimovat závlahový systém?For Arch 2017 v plném proudu: Zajímavosti a doprovodný program druhého dne veletrhuAkce babího léta na fasádní obklady, zahradní zdi a dlažbu