CC BY
10в
естник АПК
Ставрополья
№ 4(20), 2015
Агроинженерия
51
УДК 628.8/9:631.2
Э. С. Мамедов E. S. MAMMADOV
ОСОБЕННОСТИ ВОЗДУХООБМЕНА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ И ПТИЦЕВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
FEATURES OF VENTILATION IN LIVESTOCK AND POULTRY INDOORS
Теплота, выделяемая животными или птицами, теплопо-тери сквозь ограждения помещения, теплота, расходуемая на испарение влаги со смоченных поверхностей и теплота от приборов отопления, рассматриваются как основные составляющие энергетического баланса производственного помещения. Оценивается влияние объема биомассы на единицу площади помещения. Указывается, что животные воздействуя на окружающую среду изменяют ее параметры в благоприятную для себя сторону. При этом основным параметром регулирования температуры у поверхности тела животных является скорость перемещения по нему воздуха. Отмечается жесткая функциональная зависимость между температурой помещения и температурой внешней среды. С учетом этой зависимости указывается на минимальные затраты для обеспечения параметров микроклимата в помещении. Приводится анализ параметров микроклимата в животноводческом помещении, таких как теплота выделяемая животными, идущая на подогрев приточного воздуха; теплопотери из ограждений помещения, теплота, расходуемая на испарение влаги и теплота отопителей. Рассматривается влияние теплоты выделяемой животными на энергетические режимы в помещении.
Ключевые слова: животноводческие помещения, микроклимат, влажность воздуха, температура воздуха, биомасса, расход теплоты, приточный воздух.
Heat generated by animals or birds, the heat loss through the fence room, the heat consumed by evaporation of moisture from the wetted surface and the heat from the heating elements, are considered as the basic components of the energy balance of the production facilities. The influence of biomass per unit of floor space. It is pointed out that the animals affecting the environment change its settings in the favorable for themselves side. At the same time the main parameter controlling the temperature at the surface of the body of animals is the velocity of the air through it. There tough functional relationship between room temperature and ambient temperature. In view of this dependence is the minimum cost for the parameters of the microclimate in the premises. The analysis of the parameters of the microclimate in livestock premises, such as the heat released by the beasts of the heated fresh air; heat loss from the premises of fences, heat spent on evaporation of moisture and heat, heaters. The influence of the heat released by the animals on the energy conditions in the room.
Key words: livestock premises, microclimate, air humidity, air temperature, biomass, heat flow, supply air.
Э. С. Мамедов -
доктор философии по технике, доцент
Азербайджанский государственный
аграрный университет
Азербайджан
Тел.: +994519466748
Е-mail: el_mammadov@mail.ru
E. S. Mammedov -
PhD in Engineering,
Associate Professor
Azerbaijan State Agrarian University
Azerbaijan
Tel.: +994519466748 E-mail: el_mammadov@mail.ru
При организации производства животноводческой или птицеводческой продукции немыслимо строительство помещений безвентиляционно-отопительных установок, обеспечивающих в них общий микроклимат: допустимые концентрации углекислоты, аммиака, сероводорода и влаги в воздухе и заданный температурный режим. По мнению ученых, специалистов животноводов и технологов, продуктивностьживотныхна 50...60% определяется кормами, на 15.20 % - уходом и на 10.30 % - микроклиматом в животноводческом помещении. Отклонение параметров микроклимата от установленных пределовприводитк сокращениюудоев молока на 10.20 %, прироста живой массы -на 20.33 %, увеличению отхода молодняка - до 5.40 %, уменьшению яйценоскости кур - на 30...35 %, перерасходу кормов, сокращению срока службы оборудования,
машин, самих зданий, снижению устойчивости животных к заболеваниям, негативно влияет на обслуживающий персонал [1, 2]. Однако существующие технологии и технические средства для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях все еще сопровождаются большими энергозатратами [3]. Анализ структуры затрат электрической энергии на производство молока показал, что наибольший удельный вес в общих затратах занимает энергия, потребляемая на создание и поддержание оптимального микроклимата животноводческих помещений. Ее доля, в зависимости от технологии содержания животных, находится в пределах 34,5.36,0 %, что сопоставимо лишь с затратами энергии на приготовление кормосмесей [4]. Поэтому разработка и внедрение энергосберегающего оборудования для создания и поддержания нормативного микроклимата в
52
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Ставрополья
научно-практическии журнал
помещениях для содержания скота является одним из основных направлений сокращения общих затрат энергии на производство животноводческой продукции, а следовательно, и ее себестоимости.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для выявления резервов эффективности использования техники для обеспечения микроклимата в помещениях (вентилятор, калорифер, инфракрасный облучатель и др.) необходимо исходить из мощности отдельных единиц общей системы.
Мощности систем микроклимата определяют на стадии проектирования объектов в соответствии с принятыми методиками расчетов и нормативными данными [5]. Теплотехнические расчеты животноводческих зданий связаны со многими взаимосвязанными факторами. Энергетический баланс животноводческого помещения складывается из нескольких составляющих: теплоты выделяемой животными; идущей на подогрев приточного воздуха; теплопотери сквозь ограждения помещений; теплоты, расходуемой на испарение влаги со смоченных поверхностей и теплоты, поступающей от приборов отопления. Первые две составляющие характеризуют воздействие животных на окружающую среду, то есть их биоэнергетику.
В зависимости от массы животных и плотности их размещения в помещении, объем биомассы на единицу площади помещения колеблется в пределах 40...20 кг. Поэтому воздействие этой биомассы на окружающую среду весьма значительно. Животные выделяют теплоту в свободной форме, которая в холодный период покрывает расходы теплоты на разные цели, скрытую же (парообразную влагу) необходимо удалять, на что нужно затрачивать энергию. Иными словами, животные в зависимости от параметров наружного воздуха служат как источниками, так и потребителями теплоты [6].
Для анализа влияния теплоты выделяемой животными на энергетические режимы, целесообразно рассмотреть не в отдельности свободную и скрытую теплоту, а отношение количества свободной теплоты (Оа) к влаге (№) выделяемой одним животным. Это отношение (G/g=gh) зависит от температуры и относительной влажности воздуха в помещении. Если для удаления единицы парообразной влаги из помещения с помощью вентиляции требуется gc теплоты. Удаление всей влаги, выделяемой одним животным можно описать математической моделью, с учетом биоэнергетического составляющего общего теплого баланса помещения:
О^Ь = (g! - gh ,
где Ош - величина, характеризующая биоэнергетическую составляющую общего баланса помещения.
При - gh)<0 животные выделяют свободной теплоты больше, чем требуется для удаления парообразной влаги, то есть их можно рассматривать как источник теплоты. Если же (ё* - gh)>0, свободной теплоты не хватает для удаления парообразной влаги, следовательно, в этом случае животные являются потребителями теплоты. Величина gh зависит только от параметров воздуха помещения, а величина gs - от показателей наружного и внутреннего воздуха. В связи с этим приходится рассматривать Ош для различных вариантов: а) в зависимости от температуры внутреннего воздуха; б) в зависимости от температуры наружного воздуха. А также установить зависимости между температурой воздуха в помещении (г1() и наружной температурой (4аг), между дополнительным расходом теплоты (Ое1) и температурой воздуха внутри и вне помещения.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проводимые анализы показали, что при постоянных прочих параметрах в зимний период наименьшее значение Ош имеет при температуре, характеризующей зону термонейтрали (зону комфорта) - для крупного рогатого скота 8.12 оС. Следовательно, животные воздействуют на окружающую среду, изменяют ее параметры в благоприятную для себя сторону. Наиболее заметно это явление у поверхности тела животных. Окружающая среда, на которую распространяется указанное регулирование ее параметров, определяется несколькими факторами. Основные из них - скорость перемещения воздуха относительно тела животных, плотность их размещения и наличие ограждений. При достаточной герметичности ограждений и значительной плотности размещения животных явление регулирования распространяется на весь объем помещения, а его интенсивность возрастает настолько, что параметры воздуха в помещении определяются в основном составляющей ОкЬ.
Анализ вышеуказанных зависимостей показал, что при изменении наружной температуры в широких пределах внутренняя температура воздуха в животноводческих помещениях изменяется значительно меньше. Опыты показали, что в коровнике с естественной системой вентиляции без дополнительных источников теплоты при изменении наружной температуры в пределах +35.-8 оС внутренняя температура изменяется лишь в пределах 10.16 оС.
С повышением наружной температуры внутренняя температура также повышается, но менее интенсивно, а в жаркий летний период разность между ними составляет всего несколько градусов. Когда наружная температура равняется температуре тела животных или же оказывается выше, то температура воздуха в помещении бывает ниже наружной. При этом
в
естник АПК
Ставрополья
№ 4(20), 2015
Агроинженерия
53
животные охлаждают окружающее пространство путем испарения влаги, то есть они превращают в скрытую форму не только теплоту, вырабатываемую их телом, но и поступающую извне [7, 8]. На основе проведенного анализа можно заметить, что температура воздуха в животноводческих помещениях связана с внешней температурой жесткой функциональной зависимостью. Изменять эту зависимость путем вентиляции и установки дополнительных источников теплоты можно в небольших пределах, но для этого необходимы значительные объемы вентиляции и затраты теплоты. Если же соблюдать эту зависимость, то затраты на обеспечение оптимальных параметров микроклимата будут минимальными.
Второй по важности показатель микроклимата - влажность также регулируется животными, но в интервале температур, расположенных ниже зоны комфорта, то есть в холодных экстремальных условиях, когда увлажнение неблагоприятно воздействует на организм. В условиях температур, лежащих выше зоны комфорта, выделение и испарение влаги является основным способом терморегулирования. Поэтому интенсивность этих процессов не может снижаться. Но в этом интервале увлажнение тела не оказывает отрицательного влияния.
Из анализа зависимостей между дополнительным расходом теплоты (Ое1) и температурой внутреннего и наружного воздуха стало ясно, что параметры внутренней и внешней среды, при которых животные из источников теплоты превращаются в потребителей, и наоборот, одинаковы для всех возрастных групп, но интенсивность изменения ОкЬ выше у животных с большей массой. Это проявляет себя на температуре переходного периода (наружной температуре, при которой появляется необходимость в дополнительном источнике теплоты) и на максимальных расходах дополнительной теплоты в наиболее холодный период (пиковые расходы) при прочих равных условиях. Из-за более интенсивного изменения дополнительной теплоты у более крупных животных пиковые расходы могут быть больше, чем у животных с меньшей массой. Но благодаря сокращению отопительного периода годовые расходы теплоты в помещениях с более мелкими животными (при равной плотности размещения и одинаковых теплотехнических качествах ограждений).
Проводимый анализ взаимозависимости параметров микроклимата в животноводческих помещениях показал, что лимитирующим показателем является относительная влажность. Это подтверждается опытом эксплуатации помещений с естественными системами вентиляции без дополнительных источников теплоты. В зимний период в таких помещениях поддерживается положительная температура, но относительная влажность достигает насыщения.
Для подачи приточного воздуха в помещение имеются несколько способов. Хорошо зарекомендовало себя распределение его в зону нахождения животных по каналам ближе к полу. При этом увеличивается коэффициент полезного действия вентиляции и исключается образование тумана, так как воздух подается снизу вверх и по пути постоянно подогревается, а его относительная влажность снижается. Значительную экономию энергии дает эффект инфильтрации воздуха через вытяжные каналы, протянутые к зоне дыхания животных. В большинстве животноводческих помещениях оптимальный микроклимат можно обеспечить также путем утилизации низкопотенциальной теплоты из удаляемого воздуха с помощью рекуператоров тепла без дополнительных источников энергии.
Отдельные исследователи [9,10] указывают на несоответствие нормативных объемов парообразной влаги выделяемой животными действительным и ставят вопрос о пересмотре их в сторону снижения. С учетом этого стало возможным снижение объема притока наружного воздуха на 100 кг биомассы почти в два раза (8...12 м3/ч вместо 17...20 м3/ч). На практике же относительную влажность в животноводческих помещениях можно поддерживать при еще меньших объемах притока. Это объясняется тем, что в общем воздушном балансе не учитывают объем инфильтрации воздуха сквозь ограждения помещения. Надо учесть еще тот факт, что расчетный объем приточного воздуха определяется при полной загрузке помещения животными и при наибольшей их массе и продуктивности. А на практике эти показатели часто оказываются ниже расчетного. В нормативных данных приводят количество свободной и скрытой теплоты и их отношение. Это отношение примерно постоянно для всех половозрастных групп данного вида животных, а точность его определения как относительной величины на порядок выше, чем абсолютных. При этом необходимо учесть, что снижение парообразной влаги без изменения отношения количества свободной теплоты к скрытой равносильно снижению массы или продуктивности животных. Также надо учесть, что уменьшение массы животных не снижает расход теплоты, а наоборот требует ее увеличения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом можно заключить, что для сокращения энергетических затрат путем изменения нормативных данных, касающихся объемов свободной и скрытой теплоты, необходимо увеличить долю свободной теплоты или снижать долю скрытой, то есть изменять их отношение.
54
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Литература
1. Зоогигиенические нормы для животноводческих объектов : справочник / Волков Г К. [и др.]. М. : Агропромиздат, 1986, 304 с.
2. Кириленко Н. Хороший микроклимат - высокая продуктивность // Сельский механизатор. 2004. № 5. С. 37.
3. Баротфи И., Рафаи П. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах. М. : Агропромиздат, 1988, 227 с.
4. Иванов В. А., Мамонов А. И. Способы создания оптимального микроклимата в помещениях для коров, телят и молодняка. М., 2003. 41 с.
5. Холщевников В. В. Климат местности и микроклимат помещений : учебное пособие. М. : Изд-во АСВ, 2001. 199 с.
6. Ачапкин М. М. Энергосберегающая система вентиляции для животноводческих помещений // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. № 5. С.18-19.
7. Мамедов Э. С. Анализ теплопотребления в животноводческих и птицеводческих помещениях // Международный технико-экономический журнал. 2012. № 5. С. 89-93.
8. Мамедов Э. С. Оценка теплообеспечения для содержания животных // Аграрная наука. 2014. № 4. С.30-32.
9. Тесленко И. И. Ресурсосберегающие технологии в молочном животноводстве. М. : 2002. 289 с.
10. Шведов В. В. Свежий воздух в коровнике // Достижение науки и техники АПК. 2001. № 12. С. 24-26.
References
1. Volkov G. K. and others. Zoohygienic standards for livestock facilities: Directory. M. : Agropromizdat, 1986, 304 p.
2. Kirilenko N. Good climate - high productivity // Rural mechanic. 2004, № 5. P. 37.
3. Barotfi I., Rafai P. Saving technologies and installations on livestock farms. M. : Agropromizdat, 1988, 227 p.
4. Ivanov V. A., Mamonov A. I. Ways to create an optimal indoor climate for cows, calves and young stock. M., 2003, 41 p.
5. Holschevnikov V. V. The climate of the area and indoor climate. Tutorial. M. : Publishing House of the DIA 2001, 199 p.
6. Achapkin M. M. Energy-efficient ventilation system for livestock buildings // tractors and agricultural machinery. 2003, № 5, p.18-19.
7. Mammadov E. S. Analysis of the heat in the livestock and poultry premises // International Economic Journal, 2012, № 5, p. 89-93.
8. Mammadov E. S. Evaluation of heat for the animals // Agricultural Science, 2014, № 4, p. 30-32.
9. Teslenko I. I. Resource-saving technologies in dairy cattle. M., 2002, 289p.
10. Shvedov V. V. Fresh air in the barn // science and technology agriculture. 2001, № 12, p. 24-26.
