CC BY
50
GNU SZNIIMEHSKH Rossel'hozakademii, 2008: 380.
3. Gordeeva T.I. , Khazanov E.E. , Gordeev V.V. Bil'kov V.A. Vliyanie sposobov doeniya korov na kolichestvo i sostav stochnyh vod [Relation between cow milking method and amount and composition of wastewater]. Ekologiya i sel'skohozyajstvennaya tekhnika. vol. 3. Ekologicheskie aspekty proizvodstva produkcii zhivotnovodstva i ehlektrotekhnologij: Materialy 5-j mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Proc. 5th Int. Sci. and Pract. Conf. "Ecology and Agricultural Machinery". Vol. 3. Environmental aspects of livestock production and agricultural application of electrical technologies]. Saint Petersburg: GNU SZNIIMESH Rossel'hozakademii, 2007:125-129.
4. Gordeeva T.I. Povyshenie ehffektivnosti molochnyh ferm putem sovershenstvovaniya tekhnologii podgotovki i ispol'zovaniya navozosoderzhashchih stokov: diss... kand. tekhn. Nauk [Increasing the efficiency of dairy farms by improving the technology of preparation
and use of manure-bearing wastewater Cand. Sc. (Engineering) diss.]. Saint Petersburg, 2006:145.
5. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kompleksov krupnogo rogatogo skota RD-APK 1.10.01.02-10 [Management Directive for Agro-Industrial Complex RD-APK 1.10.01.02-10. Recommended Practice for Engineering Designing of Cattle Farms and Complexes]. Moscow, Rosinformagrotekh Publ., 2011: 108.
6. The system of foot baths PediCuRx. Foot bath with manual operation: instruction manual, installation instructions, spare parts list. Westfalia Surge. 2007: 58.
7. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu sistem udaleniya i podgotovki k ispol'zovaniyu navoza i pomyota RD-APK 1.10.15.02-17 [Management Directive for Agro-Industrial Complex1.10.15.02-17. Recommended Practice for Engineering Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal and Pre-application Treatment]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2017: 173.
УДК 631.22 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10045
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ЗИМНИХ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ АММИАКА В КОРОВНИКАХ
B.Ф. Вторый, д-р техн. наук; Р.М. Ильин
C.В, Вторый, канд. техн. наук;
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
За зимний период исследований на ферме крупного рогатого скота в коровнике с поголовьем 150 дойных коров привязного содержания с естественной системой вентиляции средние значения концентрации аммиака составили 5-8 мг/м3, что не превышает ПДК 10 мг/м3; при этом естественная фоновая концентрация аммиака в районе фермы составила 0,57-0,60 мг/м3. Также в течение суток наблюдались значительные изменения концентрации аммиака в коровнике с разницей между днем и ночью до 2 раз. Исследования в коровнике с поголовьем 200 дойных коров привязного содержания показали, что внешние погодные условия влияли на перераспределение выделяющегося аммиака по
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
_растениеводства и животноводства_
объему помещения, создавая зоны повышенной и пониженной концентрации. Как правило, с наветренной стороны коровника концентрация аммиака была на 20-50% ниже, чем с подветренной; усиление ветра способствовало снижению концентрации аммиака в коровнике.
Ключевые слова: коровник; микроклимат; аммиак; погодные условия
INVESTIGATION RESULTS OF EFFECT OF WINTER WEATHER CONDITIONS ON AMMONIA CONCENTRATION IN COW BARNS
V.F. Vtoryi, D.Sc. (Engineering); R.M. Ilin
S.V. Vtoryi, Cand.Sc. (Enineering);
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSBSI FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
Over the period of winter studies on the cattle farm, the mean values of ammonia concentration were 5 to 8 mg / m3 in a cow barn for 150 milking cows with tied housing and natural ventilation system that did not exceed MPC of 10 mg / m3, while the natural background concentration of ammonia on the farm was 0.57-0.60 mg / m3. In addition, significant variation of ammonia concentration in the barn was registered for 24 hours, with the difference between the day and night values being up to 2 times. Investigations in the barn for 200 milking cows with tied housing showed that external weather conditions promoted the redistribution of released ammonia over the whole barn, creating the zones of increased and reduced concentration. As a rule, ammonia concentration was 20 to 50% lower on the windward side of the building than on the leeward side. Wind strengthening also helped to reduce the ammonia concentration in the barn.
Keywords: cow barn, inside climate, ammonia, weather conditions
Введение
От создания благоприятной воздушной среды в коровнике в значительной мере зависит реализация молочной
продуктивности животных. Одной из вредных газовых составляющих атмосферы животноводческого помещения является аммиак N№3, бесцветный газ с едким запахом. В атмосферном воздухе находится в небольших концентрациях. Аммиак,
растворяясь на слизистых оболочках верхних дыхательных путей, глаз, раздражает их, кроме того, он рефлекторно уменьшает глубину дыхания, следовательно, и вентиляцию легких.
В животноводческих помещениях аммиак образуется при разложении мочи, навоза, подстилки. Аммиак выделяется из поверхностных слоев навоза и с испаряющейся влагой, при увеличении
воздухообмена над поверхностью навоза количество выделяющегося аммиака возрастает. Особенно активно он накапливается в помещениях с плохой вентиляцией, с неэффективной системой уборки навоза. Предельно допустимая концентрация этого газа 20 мг/м3 [1].
Увеличение сверх принятых нормативов концентрации аммиака на 1 мг/м3 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 [2], что подтверждает необходимость постоянного контроля концентрации аммиака и своевременной, в необходимом объеме вентиляции
животноводческих помещений.
Материалы и методы
Основой исследований является
инструментальный экспресс-метод с компьютерной регистрацией и обработкой данных, позволяющий определить значения контролируемых параметров в заданный промежуток реального времени. Аналоговый сигнал с датчика концентрации аммиака фиксируется электронным регистратором с интервалом времени 5 мин на стационарной установке и 10 с на переносной.
Обработка результатов мониторинга производилась известными методами математической статистики с определением средних значений исследуемых величин за установленные временные периоды с использованием пакета Excel [3].
Исследования проводились в январе-феврале 2016-2017 г на двух коровниках разных хозяйств Ленинградской области с привязным содержанием входящих в состав молочных комплексов. В коровнике длиной 72 м и шириной 21 м с поголовьем 200 коров дойного стада, измерения концентрации аммиака проводились в девяти точках по схеме представленной на рис. 1 с использованием переносной установки на высоте 1,4 м над уровнем пола в дневное время. В другом коровнике с размерами длиной 72м и шириной 18 м с поголовьем 150 молочных коров исследования проводились стационарной установкой в одной точке в середине коровника (точка 5 рис. 1) с записью параметров микроклимата в круглосуточном режиме. Уборка навоза в обоих коровника производится 2 раза в сутки, системы навозоудаления не содержат емкостей для хранения навоза, он накапливается непосредственно в навозных лотках транспортера типа ТСН и выгружается непосредственно в
специальный тракторный прицеп. Система вентиляции естественная через шахты в коньке крыши. В дневное время если позволяют погодные условия открываются
ворота, что обеспечивает нормальные условия содержания животных.
Внешние погодные условия, такие как температура, влажность и скорость ветра, были получены с метеостанций находящихся на расстоянии 13 и 26 км от коровников. Следует отметить, что исследуемые коровники находятся в составе комплекса зданий, поэтому на формирование параметров их микроклимата оказывает взаимное расположение строений, так как между зданиями формируются свои воздушные потоки, что в каждом конкретном случае требует специальных исследований.
Для измерений, использовано
электронное устройство (рис. 2) состоящее из датчика аммиака Астра-Д с пределами измерения 0 - 64 мг/м3, датчик температуры и относительной влажности воздуха ДВТ-03 с токовыми выходами 4-20 mA, архиватора МСД-200. Питание осуществляется
постоянным током напряжением 24 В. Сигналы с датчиков с заданным интервалом, поступают на архиватор МСД-200, представляющий собой электронное устройство с аналоговыми входами и картой памяти на 32 Гб, что позволяет за достаточно большой промежуток времени собирать и архивировать информацию, передавать на компьютер для дальнейшей обработки и анализа [4, 5, 6].
— - — Север
I North
t
4 5 б 7 8
Рис.1. Схема измерений концентрации аммиака в коровниках: 1-9 - точки замеров переносной установкой
I
Аммиак Ammonia
Рис. 2. Схема устройства для измерения концентрации аммиака: 1 - архиватор МСД-200;
2- датчик температуры и относительной
влажности воздуха ДВТ-03; 3 -датчик концентрации аммиака Астра-Д
Результаты и обсуждение
Микроклимат животноводческого
помещения, это сложная смесь газов с водяными парами, пылью и другими составляющими, в том числе и биологическими, находящимися в постоянном движении при меняющихся температурных режимах. Аммиак
химическое соединение, входящее в воздушный газовый состав, высокая концентрация которого отрицательно влияет на обслуживающий персонал и животных на ферме.
Проведенные исследования показали, что концентрация аммиака в коровнике величина не постоянная, как в течении суток, так и по площади помещения и зависит от технологии содержания и обслуживания животных, системы вентиляции, внешних погодных условий.
На рис. 3 представлен график изменения концентрации аммиака за 5 суток в коровнике с поголовьем 150 дойных коров привязного содержания. Отмечено, что в ночное время концентрация аммиака на 2-3 мг/м3 выше чем днем. Это связано с несколькими условиями.
1. Неэффективная работа системы естественной вентиляции. В зимний период для обеспечения температурного режима, исключающего замерзание систем поения и уборки навоза, персонал фермы перекрывает вентиляционные каналы с целью не допустить поступление холодного воздуха, что приводит к повышению концентрации вредных газов и влажности воздуха вплоть до превышения допустимых нормативов.
2. Снижению концентрации аммиака в дневное время способствует то, что в связи с выполнением ряда технологических операций происходит открывание ворот, что обеспечивает дополнительный приток наружного воздуха имеющего естественную фоновую концентрацию аммиака в районе фермы на уровне 0,57 - 0,60 мг/м3.
3. Аммиак обладает высокой растворимостью в воде, причем чем ниже температура жидкости тем выше растворимость. Так при температуре +5°С в 1 кг воды может раствориться до 800 г аммиака, при температуре +20°С только около 500 г [7]. Наличие водяных паров и поверхностей покрытых водой при снижении температуры создают условия для снижения концентрации аммиака в коровнике. В связи с этим температурно-влажностный режим коровника оказывает определенное влияние на концентрацию аммиака в помещении.
На рис. 4 представлены графики изменения температуры наружного (1) и внутреннего (2) воздуха за 5 суток, а на рис. 5 изменение относительной влажности воздуха в коровнике за тот же период. Из графиков видно, что существует сложная взаимозависимость концентрации аммиака, температуры и относительной влажности воздуха в коровнике с суточным технологическим циклом, внешними
погодными условиями.
На содержание аммиака в воздухе влияет влагосодержание воздуха его абсолютная влажность. На рис. 6
представлены минимальные и максимальные средние суточные значения абсолютной влажности наружного и внутреннего воздуха. Так по результатам исследований в 1 м3 наружного воздуха содержится от 2,8 до 5,0 г Н2О, а в воздухе коровнике 5 - 10,8 г/м3. Следовательно, с 1 м3 воздуха из помещения при температуре 5 ^ 15°С может быть удалено через вентиляцию в виде водного раствора до 8 г аммиака. Этим процессом можно управлять путем изменения влажности и температуры воздуха коровника.
Концентрация аммиака, мг/м.куб.
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 Период наблюдений, ч
Рис. 3. Изменение концентрации аммиака в коровнике за сутки
Период наблюдений, ч
Рис. 4. Изменение температуры воздуха снаружи 1, внутри 2 коровника за сутки
Относительная влажность воздуха в коровнике, %
Период наблюдений, ч
Рис. 5. Изменение относительной влажности воздуха в коровнике за сутки
Аэсолютная влажность воздуха, г/м.куб.
4
4 4 4
3 4
1 2 2 3 2 з 3 2 3
Г 1 Н3 1
1 2 3 4 5
Период наблюдений, сутки
Рис. 6. Минимальные и максимальные значения абсолютной влажности воздуха внутри и снаружи коровника за сутки, где столбец 1, 2-снаружи коровника; столбец 3,4 - внутри коровника
Внешние погодные условия оказывают влияние и на распределение аммиака по коровнику. Ввиду того, что
животноводческие помещения имеют весьма большие размеры десятки метров в длину и ширину, более 4 метров в высоту, то концентрация вредных веществ, в том числе аммиака имеет неравномерное
распределение. Как показывают
исследования, разница между отдельными зонами коровника по аммиаку может составлять до 2 раз.
Факторами, влияющими на
распределение аммиака по помещению, являются объемно-планировочные решения, технология содержания и обслуживания животных, кормления, климатические условия.
Животноводческие постройки обладают значительной инфильтрующей
способностью, создавая дополнительный к вентиляционным системам, значительный воздухообмен через не плотности конструктивных элементов зданий. Поэтому направление и сила ветра обдувающего коровник, способствуют перераспределению аммиака по объему помещения, создавая зоны повышенной и пониженной концентрации.
На рис.7, 8, 9, 10 представлено распределение концентрации аммиака (в соответствии со схемой рис.1), в коровнике 177
с поголовьем 200 дойных коров привязного содержания, при различных направлениях ветра. На рис. 7 направление ветра юго-восточное, скорость 5 м/с, среднее значение (по трем точкам) концентрации аммиака в коровнике с наветренной стороны составляет 2,4 мг/м3, а с подветренной стороны 3,8 мг/м3. Температура наружного воздуха около -3,0°С, средняя температура воздуха в коровнике +3,5°С.
На рис. 8 представлено распределение аммиака при юго-западном ветре со скоростью 2 м/с. Здесь видно, что концентрация аммиака в среднем выше, чем на рис.7, так как скорость ветра в 2,5 меньше и инфильтрация помещения и эффективность работы системы
естественной вентиляции ниже. В то же время тенденция более низкой концентрации аммиака с наветренной стороны сохраняется. Наветренная сторона коровника средняя
Концентрация аммиака, мг/м. куб.
4,6
мг/м3
концентрация аммиака подветренная сторона 5,9 мг/м3.
Наибольшая концентрация аммиака 8,46 мг/м3 наблюдается в центральной части коровника. Температура наружного воздуха около -5°С, средняя температура воздуха в коровнике +11,5°С.
Концентрация аммиака, мг/м.куб
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
Рис. 7. Концентрация аммиака в коровнике при Ю-В ветре 5 м/с
Рис. 8. Концентрация аммиака в коровнике при Ю-З ветре 2 м/с
На рис. 9 показана концентрация аммиака при северо-восточном ветре со скоростью около 2 м/с. Из графика видно, что с наветренной стороны средняя концентрация аммиака ниже на 1,4 мг/м3 чем с подветренной при 9,92 мг/м3 в средней точке. Температура наружного воздуха около -10,0°С, средняя температура воздуха в коровнике +7,8°С.
При северо-западном ветре со скоростью 1-2 м/с (Рис.10) средние значения, как с наветренной, так и подветренной сторон примерно равны 6,7 мг/м3 при 5,94 мг/м3 в средней части коровника, что видимо объясняется влиянием других зданий животноводческого комплекса на
формирование воздушного потока. Температура наружного воздуха около -8,0°С, средняя температура воздуха в коровнике +6,9°С.
3
Концентрация аммиака, мг/м. куб.
10. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
3
Рис. 9. Концентрация аммиака в коровнике при С-В ветре 2 м/с Концентрация аммиака, мг/м.куб.
8 7 6 5 4 3 2
Рис. 10. Концентрация аммиака в коровнике при С-З ветре 1-2 м/с
Выводы
1. За зимний период исследований на ферме крупного рогатого скота в коровнике с поголовьем 150 дойных коров привязного содержания, с естественной системой
вентиляции,
средние
значения
3
концентрации аммиака составило 5-8 мг/м , что не превышает предельно допустимой нормы около 10 мг/м3. Естественная,
фоновая концентрация аммиака в районе фермы составляет 0,57 - 0,60 мг/м3.
2. Аммиак обладает высокой растворимостью в воде в зависимости от температуры, причем, чем ниже температура жидкости, тем выше растворимость. Наличие водяных паров и конденсата при снижении температуры создают условия для снижения концентрации аммиака в коровнике. С одним метром кубическим воздуха из помещения при температуре 5 ^ 15°С может быть удалено через вентиляцию в виде водного раствора до 8 г аммиака.
3. В течение суток наблюдаются значительные изменения концентрации аммиака в коровнике. Разница в уровне концентрации между днем и ночью может достигать до 2 раз в зависимости от технологии содержания и обслуживания животных, системы вентиляции, внешних погодных условий.
4. При больших объемах и особенностях объемно-планировочных и технологических решений в коровниках создаются условия для неравномерного распределения аммиака в т.ч. за счет воздействия внешних погодных условий. Направление и сила ветра обдувающего коровник с поголовьем 200 дойных коров привязного содержания, а так же температура наружного воздуха способствуют перераспределению выделяющегося аммиака по объему помещения, создавая зоны повышенной и пониженной концентрации. Как правило, с наветренной стороны коровника концентрация аммиака на 20 - 50% ниже чем с подветренной. Усиление ветра способствует снижению концентрации аммиака в коровнике.
3
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. РД-АПК 1.10.01.02-10 Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота // М., Росинформагротех 2011. 108 с.
2. Юрков В. М. Микроклимат животноводческих ферм и комплексов // М. Россельхозиздат., 1985. 223 с.
3. Валге А.М. Использование систем Excel и Mathcad при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства (Методическое пособие) // ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. СПб., 2013. 200 с.
4. В.Ф. Вторый, СВ. Вторый, Е.О. Ланцова Устройство контроля параметров микроклимата в помещениях для содержания
сельскохозяйственных животных // Патент №161235 РФ, 10.04.2016.
5. Valerii Vtoryi, Sergei Vtoryi, Eugenia Lantsova. Research results of ammonia emission from cattle manure. Proc. Int. Sc. XXXVI CIOSTA & CIGR SECTION V Conf. "Environmentally Friendly Agriculture and Forestry for Future Generations", Saint Petersburg, 2015: 293-296.
6. Вторый В.Ф., Гордеев В.В., Вторый С.В., Ланцова Е.О. Влияние погодных условий на формирование температурно-влажностного режима в коровнике // Вестник ВНИИМЖ. 2016. №3(23). С. 68-72.
7. Физический справочник. Растворимость газов и твердых веществ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tehtab.ru/Guide/GuidePhysics/Solva bility/ (дата обращения 17.11.2017)
REFERENCES
1. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kompleksov krupnogo rogatogo skota RD-APK 1.10.01.02-10 [Management Directive for Agro-Industrial Complex RD-APK 1.10.01.02-10. Recommended Practice for Engineering Designing of Cattle Farms and Complexes]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2011: 108.
2. Yurkov V. M. Mikroklimat zhivotnovodcheskikh ferm i kompleksov [Inside climate of livestock farms and copmplexes]. M: Rossel'khozizdat, 1985: 223.
3. 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]. SPb.: GNU SZNIIMESKH Rossel'khozakademii, 2013: 200.
4. Vtoryj V.F., Vtoryj S.V., Lantsova E.O. Ustrojstvo kontrolya parametrov mikroklimata v pomeshcheniyakh dlya soderzhaniya sel'skokhozyaj stvennykh zhivotnykh [The device for controlling the microclimate parameters in the premises for farm animals housing]. Patent RF no. 161235, 2016.
5. Valerii Vtoryi, Sergei Vtoryi, Eugenia Lantsova. Research results of ammonia emission from cattle manure. Proc. Int. Sc. XXXVI CIOSTA & CIGR SECTION V Conf. "Environmentally Friendly Agriculture and Forestry for Future Generations", Saint Petersburg, 2015: 293-296.
6. Vtoryj V.F., Gordeev V.V., Vtoryj S.V., Lantsova E.O. Vliyanie pogodnykh uslovij na formirovanie temperaturno-vlazhnostnogo rezhima v korovnike [Weather conditions influence on formation of temperature and humidity conditions in a cowshed]. Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo
180
instituta mekhanizacii zhivotnovodstva. 2016; 3 (23): 68-72.
[Physical reference book. Solubility of gases and solids]. Available at:
http://www.tehtab.ru/Guide/GuidePhysics/Solva bility/ (accessed 17.11.2017).
7. Fizicheskij spravochnik.
Rastvorimost' gazov i tverdykh veshchestv
УДК 611.363631.277.01 637.11
DOI 10.24411/0131-5226-2018-10046
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ОТКОРМА ЦЫПЛЯТ БРОЙЛЕРОВ
И.Е. Плаксин, научный сотрудник;
А.В. Трифанов, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства-филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
Высокий потребительский спрос на мясо птицы обусловлен низкой стоимостью по сравнению с говядиной и свининой. На мясо птицы приходится более 45% общего объема производства. В 2017 году объем производства мяса птицы составил более 4900 тыс. тонн и превысил аналогичный показатель 2016 года на 7%. Более 97% от произведенного мяса птицы приходится на мясо бройлеров, 93% которого, в свою очередь, производится на крупных птицефабриках и комплексах. Доля мелкотоварных птицеводческих предприятий ежегодно снижается, и за последние 15 лет сократилась более чем в 5 раз. Данный результат наблюдается вследствие отсутствия наукоемких технологических и планировочных решений птицеводческих зданий, высоких трудозатрат и высокой стоимости готовой продукции, не позволяющей конкурировать с крупными производителями. Для решения обозначенных проблем в ИАЭП разработан проект технологического модуля для откорма цыплят бройлеров. Данное технологическое решение предусматривает содержание животных в многоярусных клеточных батареях с установкой на каждом ярусе бункерных кормушек и ниппельных поилок. Для обогрева птиц предусмотрены инфракрасные обогреватели, а для обеспечения оптимального воздухообмена - туннельная система вентиляции. Согласно нормам технологического проектирования определена конверсия корма - 1,49 килограмма; количество воды, необходимое для набора бройлером одного килограмма живой массы - 3,18 литра. Рассчитан экономический эффект для теплого и холодного периода года, составивший 53369,3 руб. и 53528,94 руб., соответственно.
Ключевые слова: сельское хозяйство; птицеводство; мелкотоварное производство; технологический модуль.
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSBSI FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
JUSTIFICATION OF TECHNICAL AND ECONOMIC PARAMETERS OF TECHNOLOGICAL MODULE FOR BROILERS
I.E. Plaksin, Researcher;
A.V. Trifanov, CandSc (Eng)
