CC BY
5
УДК 631.22
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОСУШЕНИЯ ВОЗДУХА В СВИНАРНИКЕ
С. И. Иванов1 О. А. Герасимова1, д.т.н.
1 2 С. В. Соловьев , к.т.н. В.И. Базыкин , науч. сотр.
1 Великолукская государственная сельскохозяйственная академия, Великие Луки, Россия
2 Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
В статье рассмотрена актуальность и практическая значимость разработки и использования систем осушения воздуха в животноводческих помещениях. Оптимальный микроклимат в животноводческих помещениях способствует более полной реализации генетического потенциала животных, профилактике эпизоотических заболеваний, повышению естественной резистентности животных, а также увеличению срока службы основных и вспомогательных производственных зданий, сооружений и установленного в них технологического оборудования для механизации технологических процессов. Для проектирования животноводческих предприятий необходимо учитывать научно-обоснованные значения формирующих факторов среды обитания животных, которые обобщены и приведены для каждого вида животных в соответствующей нормативной документации, что обеспечивает оптимальный микроклимат в помещении для содержания животных. На организм животных оказывает значительное влияние как влажность, так и температура воздуха. Высокая и низкая температура усиливают неблагоприятное воздействие на организм животных при повышенной влажности воздуха. В комплексе, повышенная влажность и низкая температура способствуют увеличению конверсии корма на производство единицы продукции, у животных ухудшается аппетит, снижаются привесы и продуктивность. На основании вышеизложенного была разработана автоматизированная система осушения воздуха в свинарнике, позволяющая обеспечить необходимые параметры микроклимата. Представлена принципиальная схема системы осушения воздуха и расположение ее элементов в помещении. Проведены производственные испытания разработанной установки обеспечения микроклимата и получены зависимости производительности и мощности от площади поверхности воздуховода и перепада температур между наружной и внутренней поверхностью стенки воздуховода, позволяющие сделать выводы о эффективности использования системы осушения воздуха в животноводческих помещениях.
Ключевые слова: сельское хозяйство, свиноводство, микроклимат. система осушения воздуха, относительная влажность.
Для цитирования: Иванов С И., Соловьев С В., Герасимова О.А., Базыкин В.И. Автоматизированная система осушения воздуха в свинарнике // АгроЭкоИнженерия. 2022. № 2(111). С.146-156
146
AUTOMATED AIR DRYING SYSTEM IN A PIG HOUSE
S. I. Ivanov ;
S. V. Soloviev1, Cand. Sc. (Engineering);
1
O. A. Gerasimova1, DSc. (Engineering); V.I. Bazykin2
2
1Velikiye Luki State Agricultural Academy, Velikiye Luki, Russia
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) -branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The article considers the relevance and practical significance of developing and use of air dehumidification systems in livestock houses. The optimal microclimate in these facilities contributes to fuller realization of the genetic potential of animals. It prevents the epizootic diseases and improves natural disease resistance of animals. It also provides longer service life of main and auxiliary production houses and structures and the technological equipment installed to mechanise the technological processes. The designing of livestock enterprises should take into account the science-based values of the factors that form the living environment of animals. This would ensure the optimal microclimate in the livestock houses. These values are summarized and presented in the relevant regulatory documents for each animal category. Both humidity and air temperature have a significant effect on animal organisms. The adverse effect of high and low temperatures enhances with the high humidity. In combination, high humidity and low temperature increase the feed conversion per unit produced, the animals' appetite, weight gain and productivity decrease. Based on the foregoing, we designed an automated system for dehumidifying air in a pig house provided the required microclimate parameters. The article presents a schematic diagram of the air drying system and the location of its elements in the premises. The study included the production tests of the system. The study outcomes were the dependences of between the productivity and power and the surface area of the air duct and the temperature difference between the outer and inner surface of the air duct wall. They allowed to draw the conclusion about the efficiency of installing the air dehumidification system in livestock buildings.
Key words: agriculture, pig husbandry, microclimate, air dehumidification system, relative humidity
For citation: Ivanov S.I., Soloviev S.V., Gerasimova O.A., Bazykin V.I. Automated air drying system in a pig house. AgroEkoInzheneriya. 2022. No. 2(111): 146-156 (In Russian)
Микроклимат животноводческого помещения - это совокупность параметров окружающей среды животных, в частности, температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, а также примеси загрязняющих газов [1].
Введение
Специалистами в области микроклимата установлено, что продуктивность свиней на 50...65% зависит от кормов, на 20% от содержания и на 15...30% микроклиматом помещения [2].
Микроклимат оказывает огромное влияние на организм животных, несоблюдение установленных параметров микроклимата ведет к снижению продуктивных качеств, повышению расхода корма и различным заболеваниям, а также к гибели животных [3, 4].
Вопросами микроклимата в различных животноводческих помещениях занимаются множество ученых как отечественных, так и зарубежных [5, 6, 7]. Главной задачей создания требуемого микроклимата в зоне нахождения животных заключается в нахождении недорогих и эффективных способов поддержания основных параметров микроклимата в автоматическом режиме [8]. На основании вышеизложенного была разработана автоматизированная система осушения воздуха в свинарнике, позволяющая обеспечить необходимые параметры микроклимата в свинарнике.
Материалы и методы
Для поддержания оптимальной относительной влажности в животноводческом помещении в ФГБОУ ВО Великолукской ГСХА на кафедре "Механизации животноводства и применения электрической энергии в сельском хозяйстве" разработана и сконструирована экспериментальная установка, работающая в автоматическом режиме для осушения влажного воздуха в помещении
[9].
Апробация автоматизированной системы осушения воздуха проводилась в ЛПХ Псковской области Великолукского района в свинарнике-откормочнике на 100 голов. На рис.1 представлена апробация автоматизированной системы осушения воздуха.
Рис. 1. Фиксация параметров микроклимата при испытании системы
осушения воздуха
Установка содержит вентилятор и воздуховод, смонтированные под потолком животноводческого помещения, и соединенные со смесительной камерой, при этом воздуховод имеет круглую форму сечения, поддон дугообразной формы, две жалюзийные заслонки, установленные с возможностью работы в автоматическом режиме от датчиков температуры, установленных в смесительной камере, оборудованной ТЭНом, вентилятором, при этом датчики влажности воздуха расположены в животноводческом помещении. Также в систему осушения воздуха входит заслонка системы осушения воздуха, заслонка установки и калорифер (рис.2) [10].
Рис. 2. Принципиальная схема системы осушения воздуха
1 - ТЭН; 2 -воздуха; 4 -помещении; 6 калорифер; 9 -поддон
жалюзи подачи внутреннего воздуха; 3 - датчик температуры воздуховод; 5 - датчик относительной влажности воздуха в - заслонка системы осушения воздуха; 7 - заслонка установки; 8 -вентилятор; 10 - датчик температуры воздуха в помещении; 11 -
Благодаря разности температуры смеси воздуха в воздуховоде и температуры в помещении происходит конденсация влаги на наружную поверхность воздуховода.
Алгоритм согласованного управления системой осушения воздуха в зависимости от значений температуры воздуха в воздуховоде и относительной влажности воздуха в помещении, представлен на рис. 3. Он основан на выделении диктующего параметра - относительной влажности воздуха в помещении и подчиненного параметра - температуры воздушной смеси в воздуховоде.
Задание и А (р3 Завание [ (р
Управлять жатзячи наружного и Внутреннего Воздуха от Щ Включить ТЭН
Чпрайлять халюзями наружного и Внутреннего Воздуха от ИЛ, Выключить ^ЗН
О&спечить максимальную подачу Вентилятора_
Закрыть заслонку Воздухосушителн открыть заслонку установка
Рис.3. Алгоритм согласованного управления системой осушения воздуха ^ Х Хц, - заданное, текущее и критическое значения температуры; фз, ф - заданное и текущее значения относительной влажности воздуха
Для эффективной работы системы осушения воздуха необходимо поддерживать температуру воздуха в воздуховоде в пределах 1.2 оС, критической температурой является 0оС, вследствие чего происходит обледенение наружной поверхности воздуховода. Если текущее значение температуры t меньше заданного 1;з, подается сигнал на исполнительные механизмы заслонок внутреннего и наружного воздуха, если значение температуры воздуха не приходит в норму, включается ТЭН для подогрева наружного воздуха. При текущем значении температуры t меньше критической приводится в движение заслонка подачи воздуха в воздуховод. Если заданное значение относительной влажности воздуха фз больше текущего ф, увеличивается подача вентилятора, а, следовательно, и скорость движения воздуха, что приводит к меньшему нагреву воздуха в воздуховоде с течением его по длине. При достижении требуемого значения относительной влажности воздуха в помещении фз, контролируемой датчиками влажности, система для осушения воздуха отключается.
Схема расположения элементов разработанной системы осушения при производственной проверке в свинарнике представлена на рис. 4.
Рис. 4. Схема расположения элементов разработанной системы осушения при производственной проверке в свинарнике
1 - исполнительный механизм подачи наружного воздуха; 2 - датчик температуры; 3 - датчик влажности; 4 - заслонка системы осушения воздуха; 5 - блок управления; 6 - заслонка установки; 7 - исполнительный механизм подачи внутреннего воздуха; 8 - ТЭН; 9 - датчик температуры смеси воздуха
На рис. 5 представлен блок управления системой осушения воздуха. Данные, которые приходят с датчиков системы осушения воздуха, обрабатываются в блоке управления и далее подается сигнал исполнительным механизмам смесительной камеры, так чтобы температура воздуха в воздуховоде находилась в пределах +10С до 00С для предотвращения обледенения поверхности воздуховода.
Рис. 5. Блок управления системы осушения воздуха
В ходе производственных испытаний значения относительной влажности воздуха (рис. 6) в свинарнике - откормочнике на 100 голов находились в пределах 71,1.. .74,6%.
Рис. 6. Значения относительной влажности воздуха при производственных
испытаниях
Результаты и обсуждение
Получены зависимости производительности Ок и мощности Р от площади поверхности воздуховода Б и перепада температур между наружной и внутренней поверхностью стенки воздуховода Д^ представленные на рис. 7 и рис. 8.
Рис. 7. Зависимость производительности Ок от площади поверхности воздуховода Б и перепада температур между наружной и внутренней поверхностью стенки
воздуховода Дt
Поверхность отклика производительности Ок (рис. 4.2) имеет явный максимум, который соответствует рациональному значению площади поверхности воздуховода Б равной 13,8.14,3 м и перепада температур между наружной и внутренней поверхностью стенки воздуховода Дt 18...22°С. При разности
температур Дt от 10.18 °С и 22.30 С наблюдается снижение производительности системы в пределах 18.34 г/с, что связано с образованием ледяной корки на поверхности воздуховода и, как следствие, снижению теплообмена. Увеличение площади поверхности воздуховода свыше 13,9.14,3 м, приводит к снижению производительности, в связи с увеличением длины воздуховода и диаметра, а уменьшение площади ниже 13,9 м недостаточно для эффективного осушения свинарника на 100 голов.
Рис. 8. Зависимость мощности Р от площади поверхности воздуховода Б и перепада температур между наружной и внутренней поверхностью стенки воздуховода Дt
Поверхность отклика мощности Р (рис. 4.6) имеет минимальное значение при площади поверхности Б равной 13,4.14,2 м2. Такая площадь будет рациональной для данной конструкции установки. Так как при площади поверхности воздуховода Б меньше 13,4 м затрачиваемая мощность системы осушения воздуха увеличивается в связи с уменьшением диаметра воздуховода. Так же мощность увеличивается при площади поверхности воздуховода Б больше 14,2 м , так как с увеличением диаметра снизится скорость воздушного потока в воздуховоде, следовательно, производительность системы осушения воздуха снизится. Для рациональной скорости воздушного потока в воздуховоде потребуется увеличить частоту вращения вентилятора, т.е. его мощность.
Выводы
С увеличением разности температур Дt увеличивается энергопотребление установки. Это связано с тем, что при температурах ниже -5°С включается подогрев воздуха в камере смешивания.
Применение разработанной автоматизированной системы осушения воздуха в зимний период позволила увеличить продуктивность свиней на 14,1% за счет обеспечения оптимальных значений относительной влажности в свинарнике при снижении затрат электроэнергии на 15%.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ходосовский Д. Н. Микроклимат в свиноводческих зданиях для ремонтных свинок и свиноматок мясного направления продуктивности // Эффективное животноводство. 2017. №8(138). С. 26-28.
2. Андреев Л. Н., Юркин В. В., Басуматорова Е. А. Эффективность применения систем частичной рециркуляции воздуха в свиноводческих помещениях // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 5 (85). С. 140144.
3. Герасимова О. А., Соловьев С. В., Иванов С. И. Автоматизированная система управления микроклиматом в животноводческих помещениях // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2019. № 3 (35). С. 163-165.
4. Герасимова О. А., Соловьев С. В., Иванов С. И. Система управления микроклиматом в автоматическом режиме в животноводческих помещениях / Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве. Сб. докладов XIV Международной научно-практической конференции (11-12 апреля 2019 г., Великие Луки). Великие Луки: Великолукская ГСХА. 2019. С. 182-186.
5. Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Энергоэффективная автоматизированная система микроклимата // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерныйуниверситет имени В. П. Горячкина". 2016. № 6 (76). С. 48-52.
6. Повод М. Г., Лозинська И. В. Сравнительная оценка эффективности авторского и базового проекта свиноводческого предприятия с законченным циклом производства свинины на 6300 ц // Зоотехническая наука Беларуси. 2017. Т. 52. № 2. С. 144-154.
7. Плаксин И. Е., Трифанов А. В. Перспективные направления развития технико-технологических решений для свиноводческих хозяйств всех категорий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. №1(98). С. 168-179.
8. Тихомиров, Д. А., Тихомиров А. В. Совершенствование и модернизация систем и средств энергообеспечения сельхозпредприятий - важнейшее направление снижения энергоемкости сельхозпроизводства // Вестник ВИЭСХ. 2018. № 1 (30). С. 3-11.
9. Иванов С. И., Герасимова О. А., Соловьев С. В. Создание оптимального микроклимата в свинарнике с использованием естественного холода // Интеллектуальный потенциал молодых ученых как драйвер развития АПК. Материалы международной научно-практической конференции молодых ученых и обучающихся (21-24 апреля 2021 г., Санкт-Петербург). СПб: СПбГАУ. 2021. С. 378382.
10. Иванов С. И. Энергосберегающая установка для создания оптимального микроклимата в свинарнике // В сб.: Молодые исследователи агропромышленного и лесного комплексов - регионам. Вологда: ВГМХА им. Н.В.Верещагина. 2021. Т. 2. С. 47-51.
REFERENCES
1. Khodosovskii D. N. Mikroklimat v svinovodcheskikh zdaniyakh dlya remontnykh svinok i svinomatok myasnogo napravleniya produktivnosti [Microclimate in pig houses for replacement gilts and meat sows]. Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2017. No. 8(138): 2628 (In Russian)
2. Andreev L. N., Yurkin V. V., Basumatorova E. A. Effektivnost' primeneniya sistem chastichnoi retsirkulyatsii vozdukha v svinovodcheskikh pomeshcheniyakh [Efficiency of using the systems of partial air recirculation in pig houses]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2020.No 5 (85): 140-144 (In Russian)
3. Gerasimova O. A., Solov'ev S. V., Ivanov S. I. Avtomatizirovannaya sistema upravleniya mikroklimatom v zhivotnovodcheskikh pomeshcheniyakh [Automated system of livestock rooms' microclimate control]. Vestnik Vserossiiskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizatsii zhivotnovodstva. 2019. No. 3 (35): 163-165 (In Russian)
4. Gerasimova O. A., Solov'ev S. V., Ivanov S. I. Sistema upravleniya mikroklimatom v avtomaticheskom rezhime v zhivotnovodcheskikh pomeshcheniyakh [Microclimate control system in automatic mode in livestock buildings]. In: Nauchno-tekhnicheskii progress v sel'skokhozyaistvennom proizvodstve [Scientific and technical progress in agricultural production]. Proc. XIV Int. Sci. Prac. Conf. (11-12 April 2019, Velikiye Luki). Velikyie Luki: Velikiye Luki State Agricultural Academy. 2019: 182-186 (In Russian)
5. Kirsanov V. V., Ignatkin I. Yu. Energoeffektivnaya avtomatizirovannaya sistema mikroklimata [Power efficient automated microclimate system]. Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya "Moskovskii gosudarstvennyi agroinzhenernyi universitet imeni V. P. Goryachkina". 2016. No. (76): 48-52 (In Russian)
6. Povod M. G., Lozynska I. V. Sravnitel'naya otsenka effektivnosti avtorskogo i bazovogo proekta svinovodcheskogo predpriyatiya s zakonchennym tsiklom proizvodstva svininy na 6300 ts [Comparative evaluation of efficiency of the author's and basic design of a pig-breeding enterprise with the finished cycle of pork production for 6300 hundred kg]. Zootekhnicheskaya nauka Belarusi. 2017. Vol. 52. No. 2:144-154 (In Russian)
7. Plaksin I. E., Trifanov A. V. Perspektivnye napravleniya razvitiya tekhniko-tekhnologicheskikh reshenii dlya svinovodcheskikh khozyaistv vsekh kategorii [Perspective directions of development of technical and technological solutions for pig farms of all categories]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. No. 1(98): 168-179 (In Russian)
8. Tikhomirov, D. A., Tikhomirov A. V. Sovershenstvovanie i modernizatsiya sistem i sredstv energoobespecheniya sel'khozpredpriyatii - vazhneishee napravlenie snizheniya energoemkosti sel'khozproizvodstva [Improvement and modernization of systems and
means of energy supply of agricultural enterprises is a key area for reducing energy intensity of agricultural production]. Vestnik VIESH. 2018. No. 1 (30): 3-11 (In Russian)
9. Ivanov S. I., Gerasimova O. A., Solov'ev S. V. Sozdanie optimal'nogo mikroklimata v svinarnike s ispol'zovaniem estestvennogo kholoda [Creating an optimal microclimate in a pigsty using natural cold]. In: Intellektual'nyi potentsial molodykh uchenykh kak draiver razvitiya APK [Intellectual potential of young scientists as a driver for the development of the agro-industrial complex]. Proc. Int. Sci. Prac. Conf. of Young Scientisits and Students (21-24 April 2021, Saint Petersburg). Saint Petersburg: SPbSAU. 2021: 378-382 (In Russian)
10. Ivanov S. I. Energosberegayushchaya ustanovka dlya sozdaniya optimal'nogo mikroklimata v svinarnike [Energy-saving installation for creating the optimal microclimate in the pigsty]. In: Molodye issledovateli agropromyshlennogo i lesnogo kompleksov - regionam [Contribution of young researchers of the agro-industrial and forestry complexes to the regions]. Vologda: VGMKhA named after N.V.Vereshchagin. 2021. Vol. 2:47-51 (In Russian)
УДК 631.22
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАСХОДА КОРМОВ И ПРИРОСТА ЖИВОЙ МАССЫ МОЛОДНЯКА КРОЛИКОВ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ МОДУЛЕ
A.В. Трифанов, канд. техн. наук И.Е. Плаксин, канд. техн. наук
B.И. Базыкин А.М. Соколов
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
К 2020 году объём рынка мяса кролика в Российской Федерации вырос до 20 тыс. тонн. В структуре совокупного производства хозяйства населения с большой долей использования ручного труда занимают более 88%. Неудовлетворенный спрос на мясо кролика в России составляет более 300 тыс. т в год, что равноценно примерно 22,5 кг в расчете на одного жителя страны. Текущий же уровень потребления мяса кроликов составляет 0,009 кг на человека в год, тогда как в европейских странах эта цифра доходит до 2 кг на человека в год. Разработка технологических модулей для содержания и выращивания кроликов на сегодняшний день является перспективным направлением в кролиководстве ввиду недостатка технико-технологических и планировочных решений для мелкотоварного производства мяса кролика. Полученные в исследовании математические модели позволяют определить количество корма и прирост живой массы молодняка в зависимости от времени содержания кроликов в
156
