agroengineeringАгроинженерияAgricultural Engineering (Moscow)2687-11492687-1130РГАУ-МСХА10.26897/2687-1149-2026-4-93-101agroengineering-1340Research ArticleЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВАPOWER SUPPLY AND AUTOMATION OF AGRICULTURAL PRODUCTIONФизическое моделирование теплового режима животноводческого помещения с комбинированной системой электротеплоаккумуляционного обогреваPhysical modeling of the thermal mode of a livestock building with a combined electric thermal storage heating systemhttps://orcid.org/0000-0002-3526-4474ТихомировД. А.TikhomirovD A.

Тихомиров Дмитрий Анатольевич, член-корр. РАН, д-р техн. наук, главный научный сотрудник

109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Dmitriy A. Tikhomirov, RAS Corresponding Member, DSc (Eng), Chief Research Engineer

109428, Moscow, 1st Institutsky Proezd Str., 5

tihda@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2612-969XХименкоА. В.KhimenkoA. V.

Хименко Алексей Викторович, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник

109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Aleksei V. Khimenko, PhD (Eng), Lead Research Engineer

109428, Moscow, 1st Institutsky Proezd Str., 5

avmkh87@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4655-6448КузьмичевА. В.KuzmichevA. V.

Кузьмичев Алексей Васильевич, научный сотрудник

109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Aleksey V. Kuzmichev, Research Engineer

109428, Moscow, 1st Institutsky Proezd Str., 5

alkumkuzm@mail.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation20262708202628493101Copyright © Тихомиров Д.А., Хименко А.В., Кузьмичев А.В., 20262026Тихомиров Д.А., Хименко А.В., Кузьмичев А.В.Tikhomirov D.A., Khimenko A.V., Kuzmichev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://agroengineering.timacad.ru/jour/article/view/1340

Параметры микроклимата на животноводческих фермах зависят от способа теплообеспечения и воздухообмена. Для повышения сохранности и продуктивности животных предложено использовать разработанный энергоэффективный электрический теплоаккумуляционный обогреватель (КЭТО), состоящий из аккумуляционного блока и блока прямого нагрева, совместно с потолочным вентилятором. Исследования проведены с целью оценки влияния работы потолочного вентилятора на параметры микроклимата в зоне расположения животных при его совместной работе с комбинированным электрическим теплоаккумуляционным обогревателем. Замеры параметров микроклимата (температуры и скорости) производили в нескольких точках по высоте помещения в двух режимах: при работающем потолочном вентиляторе и без него. В результате исследований получили интерполяционные полиномы зависимости изменения температуры воздуха с учетом расстояния от вертикальной оси потолочного вентилятора при двух режимах и зависимости распределения скорости воздуха в помещении при работающем вентиляторе. Установлено, что совместная работа КЭТО с потолочным вентилятором позволяет повысить температуру воздуха в рабочей зоне отапливаемого помещения на 2…3°C при снижении мощности системы теплообеспечения не менее чем на 15%. Энергосберегающий эффект достигается за счет использования теплоты воздуха, скапливающегося в верхней зоне помещения (под потолком), при его подаче потолочным вентилятором в рабочую зону. Результаты экспериментальных исследований применения КЭТО совместно с потолочными вентиляторами показали более равномерное распределение температуры воздуха по высоте помещения при соблюдении нормативной скорости движения воздуха в рабочей зоне (не более 0,2…0,4 м/с). Результаты исследований могут быть использованы при проектировании энергосберегающих систем электротеплоаккумуляционного обогрева животноводческих помещений ферм КРС и разработке типоразмерного ряда КЭТО.

Indoor climate parameters on livestock farms depend on the heat supply and air exchange methods. To improve the survival rate and productivity of animals, it is proposed to use a developed energy-efficient combined electric thermal storage heater (CETSH), consisting of a storage unit and a direct heating unit, in conjunction with a ceiling fan. The research aimed to assess the effect of ceiling fan operation on indoor climate parameters in the animal-occupied zone during its joint operation with a combined electric thermal storage heater. Measurements of indoor climate parameters (temperature and velocity) were taken at several points along the height of the room in two modes: with the ceiling fan in the position “ON” and “OFF”. As a result, interpolation polynomials were obtained for the dependence of air temperature change taking into account the distance from the vertical axis of the ceiling fan in two modes, and for the dependence of air velocity distribution in the room with the fan operating. It was established that the joint operation of the CETSH with a ceiling fan makes it possible to increase the air temperature in the working zone of the heated room by 2 to 3°C while reducing the power of the heat supply system by at least 15%. The energy-saving effect is achieved by utilizing the heat of air accumulating in the upper zone of the room (under the ceiling) when it is supplied by the ceiling fan to the working zone. The results of experimental studies on the use of CETSH together with ceiling fans showed a more uniform distribution of air temperature along the height of the room while maintaining the standard air velocity in the working zone (nor exceeding 0.2 to 0.4 m/s). The research results can be used in the design of energy-saving electric thermal storage heating systems for livestock buildings on cattle farms and in the development of a standard size range of CETSH.

ферма КРСмикроклиматвентиляторпотолочный вентиляторэлектрический теплоаккумуляционный обогревательвоздухообменобогревcattle farmindoor climatefanceiling fanelectric thermal storage heaterair exchangeair heatingРабота выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России для ФГБНУ ФНАЦ ВИМ FGUN-2025-0004.The work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the framework of the State Assignment of the Federal Scientific Agroengineering Center VIM (No. FGUN2025-0004).References. Игнаткин И.Ю., Ерохин М.Н., Кирсанов В.В. Определение дальности распространения воздушной струи в струйной системе вентиляции животноводческих объектов // Агроинженерия. 2025. Т. 27, № 3. С. 23-32. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2025-3-23-32Ignatkin I.Yu., Erokhin M.N., Kirsanov V.V. Determination of an air jet propagation range in the jet ventilation system of livestock facilities. Agricultural Engineering (Moscow). 2025;27(3):23-32 (In Russ.) https://doi.org/10.26897/2687-1149-2025-3-23-32Новиков Н.Н. Энергоэффективные системы микроклимата в помещениях для содержания животных // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2018. № 4. С. 159-167. EDN: YNVDZBNovikov N.N. Energy-efficient indoor climate systems in animal keeping premises. Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatelskogo instituta mekhanizatsii zhivotnovodstva. 2018;4:159-167. (In Russ.)Новиков Н.Н., Кольчик И.Е. Кондиционирование воздуха в животноводческих помещениях при нестационарной вентиляции // Техника и технологии в животноводстве. 2021. № 1. С. 52-58. EDN: RQXZTKNovikov N.N., Kolchik I.E. Air conditioning in livestock buildings with temporary ventilation. Machinery and Technologies in Livestock. 2021;1:52-58 (In Russ.). https://doi.org/10.51794/27132064-2021-1-52Flood Jr C.A., Koon J.L., Trumbull R.D. et al. Energy savings with ceiling fans in broiler houses. Applied Engineering in Agriculture. 1998;14(3):305-309Flood Jr, C. A., Koon J.L., Trumbull R.D. et al. Energy savings with ceiling fans in broiler houses. Applied Engineering in Agriculture. 1998;14(3):305-309.Liu Sh., Lipczynska A., Schiavon S. et al. Detailed experimental investigation of air speed field induced by ceiling fans. Building and Environment. 2018;142:342-360. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2018.06.037Liu Sh., Lipczynska A., Schiavon S. et al. Detailed experimental investigation of air speed field induced by ceiling fans. Building and Environment. 2018;142:342-360. https://doi.org/ 10.1016/J.BUILDENV.2018.06.037Raftery P., Fizer J., Chen W. et al. Ceiling fans: Predicting indoor air speeds based on full scale laboratory measurements. Building and Environment. 2019;155:210-223. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2019.03.040Raftery P., Fizer J., Chen W. et al. Ceiling fans: Predicting indoor air speeds based on full scale laboratory measurements. Building and Environment. 2019;155:210-223. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2019.03.040Omrani S., Matour S., Bamdad K. et al. Ceiling fans as ventilation assisting devices in buildings: A critical review. Building and Environment. 2021;201:108010. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2021.108010Omrani S., Matour S., Bamdad K. et al.: Ceiling fans as ventilation assisting devices in buildings: A critical review. Building and Environment. 2021;201:108010. https://doi.org/ 10.1016/J.BUILDENV.2021.108010Li W., Chong A., Hasama T. et al. Effects of ceiling fans on airborne transmission in an air-conditioned space. Building and Environment. 2021;198:107887. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2021.107887Li W., Chong A., Hasama T. et al. Effects of ceiling fans on airborne transmission in an air-conditioned space. Building and Environment. 2021;198:107887. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2021.107887Khimenko A., Tikhomirov D., Trunov S. et al. Electric heating system with thermal storage units and ceiling fans for cattle-breeding farms. Agriculture. 2022;12(11):1753. https://doi.org/10.3390/agriculture12111753Khimenko A., Tikhomirov D., Trunov S. et al. Electric heating system with thermal storage units and ceiling fans for cattle-breeding farms. Agriculture. 2022;12(11):1753. https://doi.org/10.3390/agriculture12111753Трунов С.С., Растимешин С.А. Экономия энергии при использовании потолочных вентиляторов в животноводческих помещениях // Вестник ВИЭСХ. 2016. № 3. С. 35-37. EDN: WWWVCZTrunov S.S., Rastimeshin S.А. Energy savings when using ceiling fans in livestock premises. Vestnik VIESKH. 2016;3:35-37. (In Russ.)Тихомиров Д.А., Трунов С.С., Дудин С.Н. Теплоаккумуляционная электроустановка для нагрева воздуха // Сельский механизатор. 2019. № 8. С. 31-33. EDN: YRDHZGTikhomirov D.A., Trunov S.S., Dudin S.N. Heat storage installation for air heating. Selskiy Mekhanizator. 2019;8:31-33. (In Russ.)Трунов С.С., Хименко А.В., Тихомиров Д.А. Электрическая теплоаккумуляционная отопительная установка для животноводческих помещений // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2024. Т. 71, № 4. С. 73-81. EDN: BDEVPDTrunov S.S., Khimenko A.V., Tikhomirov D.A. Electric heat storage heating plant for livestock premises. Electrical Engineering and Electrical Equipment in Agriculture. 2024;71(4):73-81 (In Russ.) https://doi.org/10.22314/2658-4859-2024-71-4-73-81Zhao H., Yan N., Xing Z. et al. Thermal calculation and experimental investigation of electric heating and solid thermal storage system. Energies. 2020;13(20):5241. https://doi.org/10.3390/en13205241Zhao H., Yan N., Xing Z. et al. Thermal calculation and experimental investigation of electric heating and solid thermal storage system. Energies. 2020;13(20):5241. https://doi.org/10.3390/en13205241KhimenkoA.V., Tikhomirov D.A., KuzmichevA.V. et al. Thermal characteristics and operation efficiency of solid-state electro thermal storage. Energy Reports. 2021;7(5):219-231. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.07.129KhimenkoA.V., Tikhomirov D.A., KuzmichevA.V. et al. Thermal characteristics and operation efficiency of solid-state electro thermal storage. Energy Reports, 2021;7S5:219-231. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.07.129KhimenkoA.V., Tikhomirov D.A., KuzmichevA.V. Experimental studies of the thermal characteristics of electro-thermal storage. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;839:052058. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/5/052058KhimenkoA.V., Tikhomirov D.A., KuzmichevA.V. Experimental studies of the thermal characteristics of electro-thermal storage. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021;839:052058. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/5/052058KhimenkoA., Tikhomirov D., Trunov S., KuzmichovA. Theoretical studies of the thermal state of heat storage elements of the electric thermal storage in the modes of charging and heat output. E3S Web of conferences. 2021;254:07010. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202125407010KhimenkoA., Tikhomirov D., Trunov S., KuzmichovA. Theoretical studies of the thermal state of heat storage elements of the electric thermal storage in the modes of charging and heat output. E3S Web of Conferences, 2021;254:07010. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202125407010Трунов С.С., Дудин С.Н. Определение оптимальной доли использования теплоаккумуляторов в общем энергобалансе электротепловых установок фермы // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 4. С. 13-20. EDN: VVWXRRTrunov S.S., Dudin S.N. Determining the optimal share of heat storages in the overall energy balance of farm electric thermal installations. Vestni VIESH. 2017;4:13-20 (In Russ.)Дудин С.Н., Тихомиров Д.А. Энергоэффективная аккумуляционная электроустановка для нагрева воздуха // Молодая наука аграрного Дона: традиции, опыт, инновации. 2018. № 2-2. С. 200-206. EDN: YOLRBZDudin S.N., Tikhomirov D.A. Energy-efficient storage electric installation for air heating. Molodaya nauka agrarnogo Dona: traditsii, opyt, innovatsii. 2018;2-2:200-206. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.