CC BY
87
farm with the stress-free method of pig housing and determination of its dimensions]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo
agrarnogo universiteta. 2012. N 27. 293-300 (In Russian)
12. Plaksin I.E., Trifanov A.V. Perspektivnye napravleniya razvitiya tekhniko-tekhnologicheskikh reshenii dlya svinovodcheskikh khozyaistv vsekh kategorii [Persprective 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. № 1 (98). 168-179 (In Russian)
13. Bryukhanov A.Yu., Shalavina E.V., Uvarov R.A. Logisticheskaya model' upravleniya vtorichnymi resursami v APK (na primere Leningradskoi oblasti) [Logistics model of secondary resources management in agriculture
(on example of the Leningrad region)]. Ekonomika sel'skokhozyaistvennykh i pererabatyvayushchikh predpriyatii. 2017. N 4. 38-41 (In Russian)
14. Vasilev E.V., Shalavina E.V. Izmenenie soderzhaniya azota i fosfora v zhidkoi fraktsii svinogo navoza pri biologicheskoi ochistke [Change in nitrogen and phosphorus content during biological treatment of liquid fraction of pig manure]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014. N 85. 146-150 (In Russian)
15. Bryukhanov A., Shalavina E., Uvarov R. Aprobatsiya logisticheskoi modeli upravleniya vtorichnymi resursami s uchetom ekologo -ekonomicheskikh kriteriev [Approbation of logistic model of management of secondary resources taking into account the ecologic and environmental criteria]. APK: Ekonomika, upravlenie. 2017. N 8. 20-27 (In Russian)
УДК 631.22 DOI 10.24411/0131-5226-2020-10245
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АММИАКА В КОРОВНИКАХ С ЕСТЕСТВЕННОЙ СИСТЕМОЙ
ВЕНТИЛЯЦИИ
Р.М. Ильин; С.В. Вторый, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Основные параметры микроклимата, контролируемые в животноводческом помещении - это температура, относительная влажность и газовый состав воздуха. Особое внимание необходимо уделять концентрации углекислого газа и аммиака. Целью исследований была оценка параметров микроклимата в действующем животноводческом помещении с естественной системой вентиляции и составление зависимостей концентрации аммиака от температуры и влажности воздуха. Мониторинг параметров микроклимата проводился в двух коровниках с беспривязным содержанием на 200 голов с естественной системой вентиляции через светоаэрационный конек. Параметры воздушной среды измеряли в марте 2020 года в 3х точках по длине коровника на уровне 40 см от пола. По полученным данным были составлены уравнения регрессии концентрации аммиака в зависимости от температуры и влажности в коровнике. Критерий Стьюдента Тфакт находился в диапазоне от 0,5 до 19,73 при табличном значении Ттаб= 2,9 и уровне значимости Р=0,1. Коэффициент детерминации R2=0.930 показал значительную связь концентрации аммиака с исследуемыми параметрами. По полученным
уравнениям регрессии построили трехмерную поверхность отклика. Уравнения регрессии и поверхности отклика, определяющие зависимость концентрации аммиака от температуры и относительной влажности воздуха, будут использованы при разработке комплексной модели микроклимата коровников, необходимой при проектировании новой системы вентиляции.
Ключевые слова: животноводческое помещение, мониторинг, микроклимат, температура, влажность, аммиак.
Для цитирования: Ильин Р.М., Вторый С.В. Распределение аммиака в коровниках с естественной системой вентиляции // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2020. № 2(103). С. 91-98
AMMONIA DISTRIBUTION PATTERN IN COW BARNS WITH A NATURAL
VENTILATION SYSTEM
R.M. Ilin; S.V. Vtoryi, Cand. Sc. (Engineering)
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The main microclimate parameters under control in the livestock house are the air temperature, relative humidity, and gaseous constituents. The concentration of carbon dioxide and ammonia requires particular attention. The study aimed to assess the microclimate parameters in an operating livestock house with a natural ventilation system and to obtain the dependencies of the ammonia concentration on the air temperature and humidity. Microclimate parameters were monitored in two cow barns with the loose housing for 200 head with a natural ventilation system through a lighting and aeration roof ridge. Air environment parameters were measured in March 2020 at three points along the barn length at the height of 40 cm from the floor. Based on the data obtained, the regression equations of ammonia concentration were compiled depending on the temperature and humidity in the barn. Student's criterion Tfact was in the range from 0.5 to 19.73 with the tabular value Ttab = 2.9 and the significance level P = 0.1. The determination coefficient R2 = 0.930 showed a significant relationship between the ammonia concentration and the studied parameters. A three-dimensional response surface was constructed using the obtained regression equations. The regression and response surface equations, which determine the dependence of ammonia concentration on the air temperature and relative humidity, will be used to develop a comprehensive model of the cow barn microclimate, which is required in new ventilation system designing.
Key words: livestock house, monitoring, microclimate, temperature humidity, ammonia
For citation: Ilin R.M., Vtoryi S.V. Ammonia distribution pattern in cow barns with a natural ventilation system. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2020. 2(103): 91-98 (In Russian)
Введение
Современные технологии в
животноводстве предъявляют высокие требования к микроклимату помещений для содержания животных. Ряд исследований подтверждает что, продуктивность животных на 50-60% определяется кормами,
на 15-20% - уходом и на 10-30% -микроклиматом в помещении.
Несоблюдение параметров микроклимата приводит: к сокращению удоев молока на 10-20%, снижению прироста живой массы -на 20-33%, значительному перерасходу кормов, а так же сокращению срока
эксплуатации оборудования и
животноводческих помещений. [1]. Кроме того, нарушение зоогигиенических требований содержания скота приводит к снижению иммунитета, повышению заболеваемости и даже гибели животных [2].
Основные параметры микроклимата, контролируемые в животноводческом помещении: температура, относительная влажность и газовый состав воздуха. Особое внимание необходимо уделять концентрации углекислого газа и аммиака.
Углекислый газ не имеет цвета, не горит, тяжелее воздуха, поэтому при слабом движении воздуха в помещении имеет наибольшую концентрацию на уровне пола и поднимается вверх с водяными парами. Предельно допустимое содержание углекислоты в воздухе для содержания взрослых животных - не более 0,25 % или 2500 ppm [3, 4].
Аммиак - газ с резким запахом, легче воздуха, имеет свойство растворяться в воде в большом количестве. При 20 градусах один объем воды поглощает до 700 объемов аммиака. Увеличение концентрации аммиака на 1 мг/м и на 2% влаги в воздухе коровников, сопровождается снижением на 1,7% молочной продуктивности коров при повышении на 3,7% затрат кормов на каждую единицу продукции [5].
Так же стоит отметить что, направление и сила ветра, обдувающего коровник, а также температура наружного воздуха способствуют перераспределению
выделяющегося аммиака по объему помещения, создавая зоны повышенной и пониженной концентрации [6].
Распространенным решением при проектировании и реконструкции ферм является использование естественной системы вентиляции с применением светоаэрационного конька и вытяжных шахт [7]. Этого не достаточно, так как при больших объемах и особенностях объемно-
планировочных и технологических решений в коровниках создаются условия для неравномерного распределения
концентрации аммиака и углекислого газа
[8]. Поэтому важный этап в создании оптимального микроклимата в коровнике, будет заключаться в - проектировании и внедрении в практику комбинированных систем вентиляции и кондиционирования
[9].
Все выше сказанное подтверждает необходимость постоянного контроля газового состава воздуха в помещении. Целью исследований является оценка параметров микроклимата в действующем животноводческом помещении с
естественной системой вентиляции, моделирование зависимостей концентрации аммиака в зависимости от температуры и влажности воздуха. Материалы и методы
Мониторинг параметров микроклимата проводился в молочном хозяйств Тверской области в двух коровниках беспривязного содержания на 200 голов с естественной системой вентиляции через
светоаэрационный конек. Коровники соединены галереей, и в каждом содержится по 4 технологические группы, 3 из которых дойные коровы разного периода лактации и одна группа нетелей. Поение осуществлялось групповыми поилками по 2 штуки на группу. Рационы дойных коров были одинаковы. Измерения проводились в весенний период с переходом температур от отрицательных значений к положительным.
Мониторинг проводился переносной системой показанной на рис 1, которая представляет собой блок, в котором конструктивно объединены аналоговые датчики температуры, влажности,
концентрации СО2 и КН3 с регистратором МСД 200, и питанием от аккумуляторной батареи 24В.
Рис. 1. Общий вид переносной системы для определения параметров микроклимата и её
принципиальная блок-схема
Концентрация аммиака измеряется датчиком Астра-Д с цифровой обработкой измеренных значений и пределами измерений 0-60мг/м . Он предназначен для контроля концентрации аммиака в окружающем воздухе, с учетом температурной компенсации.
Концентрация углекислого газа измеряется датчиком ЕЕ85 с пределами измерений 0...5000 ppm и относительной погрешностью ± (50 ррт + 3 % от измер. знач.).
Температура и влажность измеряется датчиком ДВТ-02 с пределами измерений -40...50 °С и 0...100%, и относительными погрешностями ± 1,0 °С и ± 3 %.
С датчиков аналоговый сигнал 4-20 мА поступает на регистратор с интервалом 10 секунд.
Результаты и обсуждение
Проведенные ранее исследования показали, что концентрация аммиака в коровнике величина не постоянная, как в течение суток, так и по площади помещения. Она зависит от таких факторов как, технология содержания и обслуживания животных, система вентиляции, погодные условия.
Измерения параметров воздушной среды (температуры, влажности воздуха, концентрации углекислого газа и аммиака) проведены в 3х точках по длине коровника на уровне 40 см от пола с 10:00 до 13:00 в марте 2020 года, результаты показаны на рис. 2 и 3. Высота установки датчиков выбрана на уровне головы коровы, когда она находиться на лежаке и у кормового стола. Мониторинг проводился в утреннее время после дойки и раздачи кормов, когда животные наиболее активны.
Рис. 2. График распределения параметров воздушной среды по длине коровника № 1
HR - относительная влажность, %; Т - температура, °С; CO2 - концентрация углекислого газа, ppm; NH3 - концентрация аммиака, мг/м3
Рис. 3. График распределения параметров воздушной среды по длине коровника №2
HR - относительная влажность, %; Т - температура, °С; CO2 - концентрация углекислого газа, ppm; NHз - концентрация аммиака, мг/м3
Как видно из представленных гистограмм наибольшие значения исследуемых параметров наблюдались в центральной точке обоих коровников. Это может свидетельствовать о недостаточной работе естественной вентиляции в центральной части коровника.
Внешние погодные условия в момент проведения исследований были в пределах: температура от -3°С до 2,5°С, влажность от 75% до 95 %, ветер с юго-запада 1-2 м/с.
По результатам обработки [10] данных были получены уравнения регрессии концентрации аммиака в зависимости от температуры и влажности в коровнике в весенний период:
Для коровника № 1: N¿3 = 93.19 - 2.89W + 3.05T + 0.02W2 - 0.23Т2, Я2= 0,947
Для коровника №2:
= 158.65 - 4.23W + 0.271 + 0.028W2 - 0.0015Т2 , Я2 = 0,930
где Nnh3-концентрация аммиака, мг/м ; Т-температура воздуха внутри коровника, °С; W-относительная влажность внутри коровника, %; Я - коэффициент детерминации.
Для модели коровника №1 Критерий Стьюдента Тфакт находиться в диапазоне от 4,05 до 19,73 при табличном значении Ттаб=
2,9 и уровне значимости Р=0,1. Коэффициент детерминации Я =0.947 показывает значительную связь концентрации аммиака от температуры и относительной влажности воздуха.
Для модели коровника №2 Критерий Стьюдента Тфакт находиться в диапазоне от 0,5 до 10,1 при табличном значении
Ттаб= 2,9
и уровне значимости Р=0,1. Коэффициент детерминации Я =0.930 показывает значительную связь концентрации аммиака, температуры и относительной влажности воздуха. Исключение фактора с низким критерием Стьюдента в данном случае не целесообразно в виду снижения функциональной зависимости других переменных.
Данные модели справедливы только для диапазонов температуры от 7 °С до 10 °С и относительной влажности от 70 % до 90 %.
На основе уравнений регрессии построены трехмерные поверхности отклика, показывающие влияние температуры и относительной влажности воздуха на концентрацию аммиака. На рисунке 4 представлена поверхность отклика влияния температуры и относительной влажности воздуха на концентрацию аммиака для коровника №2, на которой видно что, при повышении относительной влажности воздуха свыше 75% и температуре от 0°С до 15°С наблюдается резкий рост
концентрации аммиака в коровнике от 1 до10 мг/м3 .
Рис. 4. Поверхность отклика влияния температуры и относительной влажности воздуха на концентрацию аммиака
Выводы
Проведены исследования параметров микроклимата, в действующих коровниках беспривязного содержания, с
использованием переносной мобильной системы мониторинга. Анализ полученных
данных по газовому составу показал, что наибольшая концентрация аммиака и углекислого газа наблюдалась в центральной части коровников, это может обуславливаться недостаточным
воздухообменом от использования естественной системы вентиляции. Применение комбинированной системы вентиляции и кондиционирования могло бы значительно улучшиться обстановку воздушной среды, что безусловно скажется на продуктивности животных.
Полученные уравнения регрессии и поверхности отклика для весеннего периода, определяющие зависимость концентрации аммиака от температуры и относительной влажности, будут использованы при разработке комплексной модели
микроклимата коровников, необходимой при проектировании новой системы вентиляции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Ilyin R.M. Ammonia concentration in cow barn under limited air exchange. Proc. 18th Int. Sc. Conf. "Engineering for Rural Development". 2019. p. 1593-1598.
2. Вторый С. В., Ланцова Е. О. Влияние температуры воздуха и влажности навоза на интенсивность эмиссии газов из навоза крупного рогатого скота. Региональная экология. 2015. №5(40). С. 43-45.
3. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота РД-АПК 1.10.01.01-18. М.: Росинформагротех. 2018. 166 с.
4. Юрков В. М. Микроклимат животноводческих ферм и комплексов. М.: Россельхозиздат, 1985. 223 с
5. Вторый В.Ф., Вторый С.В., Ланцова Е.О. Результаты исследования концентрации СО2 в типовом коровнике на 200 голов // Молочнохозяйственный вестник. 2016. № 4 (24). С. 72-79.
6. Вторый В.Ф., Вторый С.В., Ильин Р.М. Влияние зимних погодных условий на концентрацию аммиака в коровнике // Инновации в сельском хозяйстве. 2018. № 2 (27). С. 260-267.
7. Ластовская И.А. Исследование параметров микроклимата в реконструированных помещениях // Наука
вчера, сегодня, завтра. 2016. № 4 (26). С. 119125.
8. Вторый С.В., Вторый В.Ф., Ильин Р.М. Результаты исследований влияния зимних погодных условий на концентрацию аммиака в коровниках // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 95. С. 173-181.
9. Ерошенко, Г.П. Лошкарев И.Ю. Рациональные варианты теплоснабжения
животноводческих помещений // Научное обозрение, 2017, №3, С. 38-46 10. Валге А.М. Использование систем Excel и Mathcad при проведении исследований по механизации
сельскохозяйственного производства
(Методическое пособие). СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. 2013. 200 с.
REFERENCES
1. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Ilyin R.M. Ammonia concentration in cow barn under limited air exchange. Proc. 18th Int. Sc. Conf. "Engineering for Rural Development". 2019. 1593-1598 (In English)
2. Vtoryi S. V., Lantsova E. O. Vliyanie temperatury vozdukha i vlazhnosti navoza na intensivnost' emissii gazov iz navoza krupnogo rogatogo skota [The effect of air temperature and manure humidity on the intensity of gas emission from cattle manure]. Regional'naya ekologiya. 2015. N 5 (40). 43-45 (In Russian)
3. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kompleksov krupnogo rogatogo skota RD-APK 1.10.01.01-18 [Management Directive for Agro-Industrial Complex RD-APK 1.10.01.01-18. Recommended Practice for Engineering Designing of Cattle Farms and Complexes]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2018: 166.
4. Yurkov V. M. Mikroklimat zhivotnovodcheskikh ferm i kompleksov [Microclimate of livestock farms and complexes]. M.: Rossel'khozizdat, 1985. 223 (In Russian)
5. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Lantsova E.O. Rezul'taty issledovaniya kontsentratsii SO2 v tipovom korovnike na 200 golov [Investigation results of CO2 concentration in a standard barn
for 200 cow head]. Molochnokhozyaistvennyi vestnik. 2016. N 4 (24). 72-79 (In Russian)
6. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Ilyin R.M. Vliyanie zimnikh pogodnykh uslovii na kontsentratsiyu ammiaka v korovnike [Influence of winter weather conditions on ammonia concentration in a cow barn]. Innovatsii v sel'skom khozyaistve. 2018. N 2 (27). 260-267 (In Russian)
7. Lastovskaya I.A. Issledovanie parametrov mikroklimata v rekonstruirovannykh pomeshcheniyakh [The study of microclimate parameters in the reconstructed areas]. Nauka vchera, segodnya, zavtra. 2016. N 4 (26). 119125 (In Russian)
8. Vtoryi S.V., Vtoryi V.F., Il'in R.M. Rezul'taty issledovanii vliyaniya zimnikh pogodnykh uslovii na kontsentratsiyu ammiaka v korovnikakh [Investigation results of effect of winter weather conditions on ammonia concentration in cow barns]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. N 95. 173-181 (In Russian)
9. Eroshenko, G.P. Loshkarev I.Yu. Ratsional'nye varianty teplosnabzheniya zhivotnovodcheskikh pomeshchenii [Practical variants of livestock buildings heating].
Nauchnoe obozrenie. 2017. N 3. 38-46 (In Russian)
10. Valge A.M. Ispol'zovanie sistem Excel i Mathcad pri provedenii issledovanij po mekhanizatsii sel'skokhozyajstvennogo
proizvodstva (Metodicheskoe posobie)
[Application of Excel and Mathcad in research related to mechanisation of agricultural production/ Guidance manual]. Saint Petersburg: GNU SZNIIMESKH
Rossel'khozakademii, 2013. 200 (In Russian)
УДК 631.171 Б01 10.24411/0131-5226-2020-10246
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОСМЕСЕЙ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
Е.В. Авакимянц; В.В. Гордеев, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Реализация потенциала высокоудойных коров связана с разработкой и применением системы кормления, включающей детализированные нормы, которые учитывают 24 и более факторов и скорректированы с учетом фактического химического состава, питательности кормов и системы содержания. Корректировка рационов достигается путем введения необходимых элементов в виде белково-минерально-витаминных добавок (БМВД). Применен метод поисковых исследований, предусматривающий анализ существующих технологических линий приготовления полнорационных кормовых смесей для крупного рогатого скота. В ходе анализа рационов выявлено наличие компонентов, представленных в доле менее 1% от общей массы готовой смеси. При этом массовая доля этих компонентов составляет 0,01-0,3 кг/гол. В ходе анализа технологических схем приготовления кормосмесей выявлен недостаток, связанный с невозможностью обеспечения точности кормления ввиду отсутствия практической возможности распределения в кормосмеси компонентов, представленных в малых долях. Разработана технологическая схема, в рамках которой повышения эффективности приготовления кормосмеси можно добиться путем применения смесителя, предназначенного для предварительного смешивания высокоценных компонентов кормов, представленных в виде БМВД. При этом предварительная смесь будет иметь достаточно высокую степень однородности и массу более 1,5% от массы конечной кормосмеси для внесения ее в процесс основного смешивания как полноценного компонента без применения инертных наполнителей. При разработке смесителя БМВД необходимо предусмотреть встраивание смесителя в существующие технологические линии приготовления без их значительного перестроения. Конструкция должна быть разработана на основе изучения физико-механических свойств БМВД. Совершенствование технологии приготовления кормовых смесей с использованием смесителя кормовых добавок позволит снизить затраты на приобретение дорогостоящих компонентов путем исключения перерасхода и повышения точности кормления.
Ключевые слова: кормосмесь, смешивание, кормовая добавка, смеситель.
