CC BY
255
УДК 631.22
МИКРОКЛИМАТ КОРОВНИКА НА 200 ГОЛОВ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД
B.Ф. Вторый, доктор технических наук, главный научный сотрудник
C.В. Вторый, кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.В. Гордеев, кандидат технических наук, заведующий отделом
Е.О. Ланцова, научный сотрудник
ФГБНУ "Институт агроинженерных и экологических проблем с.-х. производства" E-mail: [email protected]
Аннотация. Современные технологии производства молока предъявляют высокие требования к условиям содержания высокопродуктивных животных. Нарушение параметров микроклимата приводит к существенному снижению продуктивности животных и работоспособности обслуживающего персонала. Исследования состояния микроклимата на молочной ферме в зимний период показали, что температура, относительная и абсолютная влажность воздуха, концентрация углекислого газа и аммиака зависят от внешних погодных условий, их значения неравномерно распределены по площади и высоте помещения. Температура воздуха в коровнике варьируется от 0,6 до 10,1°С; причем, если для стоящих животных она в основном комфортна, то для лежащих животных температура при значениях 0,6-3,8°С является предельно низкой, и дальнейшее ее понижение может даже привести к замерзанию поилок и навозоуборочных систем. Относительная влажность воздуха в помещении также имеет различные значения - от 70,6 до 89,8% при влагосодержании от 3,8 до 7,7 г/м3, что в 1,8-3,7 раза больше влагосодержания наружного воздуха и способствует организации активного воздухообмена для снижения относительной влажности внутри помещения. Не соответствует зоотехническим требованиям концентрация углекислого газа. При норме 2500 ppm концентрация СО2 достигает 3092 ppm или превышает допустимую на 23,6%. Наибольшие значения концентрации СО2 наблюдаются в 1,5 м от пола. Концентрация аммиака не превышает 7,95 мг/м3 или 40% от установленной нормы, что не представляет опасности для животных и персонала. Ключевые слова: коровник, микроклимат, температура, влажность, углекислый газ, аммиак.
Введение. Животноводство является крупным потребителем энергии, которая используется для технологических и санитарно-гигиенических целей. На обеспечение оптимальных параметров микроклимата температуры, влажности и газового состава воздуха расходуется более 60% тепловой энергии от общих ее затрат на теплообеспечение объектов. В то же время несоблюдение требуемых параметров микроклимата в помещениях приводит к снижению сохранности молодняка, продуктивности животных, перерасходу кормов и топливно-энергетических ресурсов [1, 2, 3].
Современные технологии содержания животных предъявляют высокие требования к микроклимату в животноводческих помещениях. В то же время на многих молочных фермах и комплексах параметры микроклимата не соответствуют установленным зоо-
техническим нормативам, существенно их превышают, создают условия для заболеваний обслуживающего персонала, снижения продуктивности животных [4].
Нормами параметров внутреннего воздуха в коровниках предусматривается расчетная температура воздуха +10°С, относительная влажность воздуха 40-75%. В коровниках в районах с расчетной температурой -25°С и ниже при беспривязном содержании на глубокой подстилке с кормлением в здании расчетная температура воздуха +3°С, относительная влажность воздуха 40-85%. В отдельных точках зоны размещения животных допускается снижение фактических значений температур не более чем на 2°С. В наиболее холодный период в течение 5 суток, но не более 240 ч за сезон, допускается снижение температуры внутреннего воздуха +5°С ниже расчетной при соблюдении тре-
Journal of VNIIMZH №4(28)-2017
99
бования о невыпадении конденсата на стенах и потолке (покрытии) помещения. В холодный период года количество наружного воздуха, подаваемого в помещения, следует принимать не менее 15 м3 на 1 ц массы животного [5].
Методы и методология проведения работ. Основой исследований является инструментальный экспресс-метод с использованием планирования экспериментов, компьютерной регистрацией и обработкой данных, позволяющий определить значения контролируемых параметров в заданный промежуток реального времени. Результаты измерений фиксируются электронным регистратором с интервалом времени 10 с в виде таблицы БХСБЬ с последующей обработкой в графические или другие необходимые форматы [6].
Экспериментальная база, ход исследований. Исследования проводились на ферме 200 коров с привязным содержанием, входящей в состав молочного комплекса на 400 коров, в январе-феврале 2017 г. Коровник длиной 72 м и шириной 21 м соединен галереей с другими зданиями комплекса. Вентиляция естественная с притоком воздуха через боковые окна и ворота в торце здания и вытяжкой через вентилируемый конек в кровли. Уборка навоза производится скребковыми транспортерами типа ТСН. Доение коров трехразовое в стойлах на доильной установке типа «молокопровод». Измерения параметров микроклимата проводились в двух уровнях: 0,15-0,22 м и 1,5 м от уровня пола в рабочей зоне навозоуборочных транспортеров в дневное время. Температура, влаж-
ность, газовый состав наружного воздуха измерялись непосредственно на территории комплекса, направление ветра фиксировалось по данным метеостанции, находящейся на расстоянии 26 км от фермы. Схема замера параметров микроклимата в девяти точках коровника позволяет определить динамику изменения параметров по длине и ширине здания. Измерения на двух уровнях по высоте позволяют определить значения параметров при различных положениях животного (стоит, лежит), а также в рабочей зоне обслуживающего персонала. Для измерения и архивации параметров микроклимата использовано специально разработанное в институте электронное устройство [7, 8, 9].
Результаты исследований. За период наблюдений температура наружного воздуха находилась в пределах от -3 до -5°С, самая низкая температура была зафиксирована в один из дней: -11°С. Необходимо отметить, что это необычно высокие температуры для региона в этот период года.
В таблице 1 приведены данные измерений параметров микроклимата на ферме по состоянию на 8 февраля 2017 года. Уличный фон во время измерений в районе фермы: температура наружного воздуха -4...-5°С; относительная влажность наружного воздуха - 57-60%; концентрация СО2 - 450-460 ррт; концентрация КН3 - 0,62 мг/м , ветер неустойчивый переменных направлений от северо-восточного до северо-западного - 1-2 м/с.
Анализ полученных экспериментальных данных показал, что температурно-влажно-стные режимы в различных точках коровника имеют существенные различия.
Таблица 1. Значения параметров микроклимата в коровнике
Параметр № точки замера параметров
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Температура воздуха, °С 5,9 61 0,6 4,5 78 6,8 9,0 94 3,8 8,5 99 7,3 10,1 7,6
Относительная влажность воздуха, % 87,8 88,7 78,4 88,3 89,8 85,6 86,6 84,9 70,6 88,4 83,9 77,3 77,4 75,6
Концентрация СО2, ррт 2621 2331 978 2055 2320 1997 2787 3086 1506 3092 2692 2302 2665 1924
Концентрация КН3, мг/м3 6,19 5,61 2,45 5,56 7,03 7,27 6,61 6,37 3,29 6,92 7,45 5,74 5.94 7.95
В числителе - значения параметров на уровне 1,5 м от пола. В знаменателе - значения параметров на уровне 0,15-0,22 м от пола.
На графике (рис. 1) представлены значения температуры воздуха, ее значения по площади и высоте над полом коровника варьируются от +0,6 до +10,1°С. Если в зоне 1,5 м от уровня пола температура воздуха находится практически в комфортной зоне, то в лежачем положении, особенно при активном движении воздуха в коровнике, животные могут значительно переохладиться и заболеть. Кроме того, даже при незначительном понижении температуры существует вероятность замерзания систем поения водой и уборки навоза. Относительная влажность воздуха имеет более комфортные, нормативные значения (70,6 -85,6%) на нижнем уровне (рис. 2). На уровне 1,5 м от пола коровника относительная влажность воздуха составила 77,4-89,8%, что превышает нормативные значения на 5% и более, отрицательно сказывается на продуктивности животных.
На рис. 3 представлены значения абсолютной влажности воздуха в коровнике, которые колеблются от 3,8 до 7,7 г/м3 при уличном показателе 2,1 г/м3. При организации соответствующего воздухообмена между коровником и внешней средой имеется возможность значительного снижения относительной влажности в помещении за счет удаления излишней влаги. Произведена оценка взаимовлияния температуры и влажности воздуха в коровнике на физиологическое состояние животных с использованием индекса температуры и влажности THI [10].
На рис. 4 представлены экспериментальные данные по индексу THI, значения которого более 75 свидетельствуют о наступлении стрессовой ситуации для животного. В нашем случае индекс ТО! = 39,2-53,7, что ниже критических значений. При этом температура и влажность в отдельности превышают нормативы. Вероятно, что использование этого индекса для комплексной оценки взаимного влияния температуры и влажности на животное возможно только в летнее время для оценки стрессовой ситуации при высоких температурах воздуха. Для графиков (рис. 1-6): ряд 1 - значения параметров на уровне 1,5 м от пола; ряд 2 - значения параметров на уровне 0,15-0,22 м от пола.
□ Ряд1 - □ Ряд2
123456789 Точки замера параметров
Рис. 1. Экспериментальные данные изменения температуры в различных частях коровника
95
¡5 90 и
£ 85
I 80
Я 175
5 5 70
^ о
£ ш 65
| 60
о 55
50
□ Ряд1 - □ Ряд2
123456789 Точки замера параметров
Рис. 2. Экспериментальные данные изменения относительной влажности воздуха в различных частях коровника
§ &
Л с ГО - 5
□ Ряд1
□ Ряд2
1 23456789 Точки замера параметров
Рис. 3. Экспериментальные данные изменения абсолютной влажности воздуха в различных частях коровника
55,0 50,0 45,0 40,0 35,0
30,0
□ Ряд1
□ Ряд2
123456789 Точки замера параметров
Рис. 4. Экспериментальные данные изменения индекса ТН1 в различных частях коровника
9
8
7
6
4
3
2
Лоигпа! оГ VNIIMZH №4(28)-2017
101
На рис. 5 представлены экспериментальные данные по концентрации углекислого газа в коровнике. В процессе измерений установлено, что СО2 неравномерно распределяется как по площади помещения, так и по его высоте. Наименьшая концентрация СО2 наблюдалась на нижнем уровне и составляла от 978 до 2302 ррт, что не превышает нормативных значений. На уровне 1,5 м от пола концентрация СО2 составила 20553092 ррт, что близко по значению или превышает (в 6 точках из 9) допустимое значение (2500 ррт) и, соответственно, способствуют снижению продуктивности животных и работоспособности персонала.
Аммиак также неравномерно распределяется по животноводческому помещению (рис. 6), но его концентрация не превышает 7,95 мг/м , что составляет не более 40% от допустимого значения и не представляет опасности для животных и людей.
3500
Е 3000
о.
о.
£ 2500
0
§ 2000
(13
о.
1 1500
х
* 1000
500
123456789 Точки замера параметров
Рис. 5. Экспериментальные данные изменения концентрации СО2 в различных частях коровника
9
£ 8
« 6
х
г
к 5
5 Я
£ 4
I 3
х
о 0
ьг 2
1
□ Вяд1
□ Ряд2
1 23456789 Точки замера параметров
Рис. 6. Экспериментальные данные изменения концентрации КИ3 в различных частях коровника
Область применения результатов. Результаты исследований могут быть использованы при оценке параметров микроклимата в животноводческих помещениях на соответствие их установленным нормативам, при управлении системами обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях с учетом текущего состояния и прогноза погодных условий.
Выводы.
1. Современные технологии производства молока предъявляют высокие требования к условиям содержания высокопродуктивных животных. Нарушение параметров микроклимата приводит к существенному снижению продуктивности животных, снижению работоспособности обслуживающего персонала.
2. Исследования состояния микроклимата на молочной ферме в зимний период показали, что температура, относительная и абсолютная влажность воздуха, концентрация углекислого газа и аммиака зависят от внешних погодных условий и их значения неравномерно распределены по площади и высоте помещения.
3. Температура воздуха в коровнике варьируется от +0,6 до +10,1°С, причем если для стоящих животных она комфортна, то для лежащих животных при значениях +0,6 ...+3,8°С является предельно низкой и при дальнейшем понижении может даже привести к замерзанию поилок и навозоуборочных систем. Относительная влажность воздуха в помещении имеет значение от 70,6 до 89,8% при влагосодержании от 3,8 до 7,7 г/м3, что в 1,8-3,7 раза больше влагосодержания наружного воздуха и способствует организации активного воздухообмена для снижения относительной влажности внутри помещения.
4. Не соответствует нормам концентрация углекислого газа, при норме 2500 ррт его концентрация достигает до 3092 ррт и превышает допустимую на 23,6%. Наибольшие значения концентрации СО2 наблюдаются в 1,5 м от пола. Концентрация аммиака не превышает 7,95 мг/м3 или 40% от установленной нормы, что не представляет опасности для животных и персонала.
■I 7
Литература:
1. Иванов Ю.А., Новиков Н.Н. Повышение качества среды обитания животных на основе совершенствования управления оборудованием систем микроклимата // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №3. С. 44-51.
2. Иванов Ю.А. Направления технической модернизации при производстве продукции животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2015. №1. С. 3-8.
3. Морозов Н.М. Факторы и условия повышения эффективности производства продукции животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2017. №2(26). С. 70-79.
4. Вторый В.Ф., Вторый С.В. Система мониторинга параметров микроклимата на молочно-товарной ферме КРС // Общие проблемы и направления обеспечения экологически безопасного, энергоресурсосберегающего производства с.-х. продукции и устойчивого развития сельских территорий. СПб., 2013. С. 113.
5. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов КРС. М., 2011.
6. Вторый В.Ф., Вторый С.В., Ланцова Е.О. Графическая информационная модель состояния микроклимата в коровнике // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. №89. С. 183-189.
7. Effect of weather conditions on content of carbon dioxide in barns / V. Vtoryi I dr. // 15th International Scientific Coference. 2016. Vol. 15. S. 437-441.
8. Влияние погодных условий на формирование тем-пературно-влажностного режима в коровнике / Вторый В.Ф. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2016. №3. С. 68.
9. Пат. 139847 РФ. Устройство для контроля параметров и режимов работы машин и оборудования ферм по производству молока / Вторый В. и др.
10. Оценка состояния температурно-влажностного режима в коровнике с использованием графического информационного моделирования / Вторый В.Ф. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2016. №4(24). С. 67-73.
Literatura:
1. Ivanov YU.A., Novikov N.N. Povyshenie kachestva sre-dy obitaniya zhivotnyh na osnove sovershenstvovaniya upravleniya oborudovaniem sistem mikroklimata // Vestnik VNIIMZH. 2013. №3. S. 44-51.
2. Ivanov YU.A. Napravleniya tekhnicheskoj moderniza-cii pri proizvodstve produkcii zhivotnovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2015. №1. S. 3-8.
3. Morozov N.M. Faktory i usloviya povysheniya ehffek-tivnosti proizvodstva produkcii zhivotnovod-stva // Vest-nik VNIIMZH. 2017. №2(26). S. 70-79.
4. Vtoryj V.F., Vtoryj S.V. Sistema monitoringa paramet-rov mikroklimata na molochnotovarnoj ferme KRS // Ob-shchie problemy i napravleniya obespecheniya ehkologi-cheski bezopasnogo, ehnergoresursosbere-gayushchego proizvodstva s.-h. produkcii i ustojchivogo razvitiya sel'skih territory. SPb., 2013. S. 113.
5. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kompleksov KRS. M., 2011.
6. Vtoryj V.F., Vtoryj S.V., Lancova E.O. Graficheskaya informacionnaya model' sostoyaniya mikroklimata v ko-rovnike // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhan-izirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016. №89. S. 183-189.
7. Effect of weather conditions on content of carbon dioxide in barns / V. Vtoryi I dr. // 15 th International Scientific Coference. 2016. Vol. 15. S. 437-441.
8. Vliyanie pogodnyh uslovij na formirovanie tempera-turno-vlazhnostnogo rezhima v korovnike / Vtoryj V.F. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2016. №3. S. 68.
9. Pat. 139847 RF. Ustrojstvo dlya kontrolya parametrov i rezhimov raboty mashin i oborudovaniya ferm po proiz-vodstvu moloka / Vtoryj V. I dr.
10. Ocenka sostoyaniya temperaturno-vlazhnostnogo re-zhima v korovnike s ispol'zovaniem graficheskogo infor-macionnogo modelirovaniya / Vtoryj V.F. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2016. №4(24). S. 67-73.
THE MICROCLIMATE OF 200 HEADS' COWSHED IN WINTER PERIOD
V.F. Wtory, doctor of technical sciences, main research worker S.V. Wtory, candidate of technical sciences, senior research worker V.V. Gordeev, candidate of technical sciences, department head E.O. Lantsova, research worker
FGBNY "Institute of Agroengineering and ecological problems of agriculture"
Abstract. Modern technology of milk production have high requirements for the high productive animals maintenance. The microclimate parameters violation leads to an animal production significant decrease and staff efficiency. The studying of microclimate's influence on a dairy farm in winter period showed that temperature, relative and absolute humidity, carbon dioxide and ammonia concentration depend on outside weather conditions, their values are unevenly distributed on the area and height of the premise. The cowbarn's air temperature varies from 0,6 till 10,1 °C; moreover, if for standing animals it is mainly comfortable, for lying animals the temperature at 0,6 till 3,8 °C values is extremely low and its further decrease can even leads to drinking bowls and manure cleaning systems' freezing. The air relative humidity also has different meanings - from 70,6 till 89,8% at moisture content from 3,8 to 7,7g/m3, that is in 1,8-3,7 times more than the outside air moisture content and contributes to the active ventilation organization to reduce relative humidity indoors. Don't meet the zootechnical requirements the carbon dioxide concentration. At the normal rate of2500 ppm of CO2 its concentration reaches ppm 3092 or exceeds the allowable in 23, 6%. The CO2 concentration highest value are observed at 1,5 m from the floor. The ammonia concentration does not exceed 7,95 mg/m3 or 40% of the established norm, that is not dangerous for animals and personnel. Keywords: cowbarn, microclimate, temperature, humidity, carbon dioxide, ammonia.
Journal of VNIIMZH №4(28)-2017
103
