CC BY
47
Вторый В. Ф., Вторый с. В., Ланцова Е.
О. Результаты исследования концентра- К 6 083-004 92
ции СО2 в типовом коровнике на 200 голов УДК 636.083;004.92 Vtoriy V. F., Vtoriy S. V., Lantsova E. O. Investiga-
РезЗ^лСю^;!^ cPn(Eeсí;atедiоaES{анlИЯla концентрации
СО2 в типовом коровнике на 200 голов
Вторый Валерий Федорович доктор технических наук, старший научный сотрудник
e-mail:wtoryj@yandex.ru
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт аг-роинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства»
Вторый Сергей Валерьевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник
e-mail: 2vt_1981@list.ru
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства"
Ланцова Евгения Олеговна инженер, научный сотрудник e-mail: cow-sznii@yandex.ru
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства"
Аннотация. Исследования, проведенные в типовом коровнике на 200 голов с привязным содержанием в летний период с использованием специального электронного устройства и анализом полученных данных способом графического информационного моделирования, показали, что содержание СО2 составляет в среднем от 700 до 1200 ррт и не превышает 50% от предельно допустимых концентраций. Наименьшая концентрация СО2 наблюдалась с наветренной и подветренной стороны коровника, наибольшая, примерно в 1,4-1,9 раза, в центре коровника.
ключевые слова: информационная модель, микроклимат, углекислый газ, коровник.
Современные технологии содержания животных предъявляют высокие требования к микроклимату в животноводческих помещениях. По мнению ученых, специалистов животноводства и технологов, продуктивность животных на 50-60% определяется кормами, на 15-20% - уходом и на 10-30% - микроклиматом в животноводческом помещении. Отклонение параметров микроклимата от установленных пределов приводит: к сокращению удоев молока на 10-20%; прироста живой массы - на 20-33%; увеличению отхода молодняка до 5-40%; расходу дополнительного количества кормов; сокращению срока службы оборудования, машин и самих зданий; снижению устойчивости животных к заболеваниям [1].
Одним из важных составляющих микроклимата является углекислый газ. Он 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.
При подвижности воздуха более 0,2 м/с благодаря перемешиванию воздушной среды, концентрация всех газов по высоте помещения становится более равномерной [2].
Основным источником углекислого газа в коровнике являются животные, в меньшей степени - отходы жизнедеятельности животных и остатки корма. Высокое содержание СО2 отрицательно влияет на здоровье обслуживающего персонала, на состояние и продуктивность животных.
В животноводческих помещениях углекислый газ не скапливается в таких количествах, которые могли бы вызвать острое токсическое действие. Однако содержание его в концентрации 0,5...1% уже не безразлично для животных: наблюдается учащенное дыхание, увеличение нагрузки на сердце. Длительное вдыхание воздуха, содержащего более 1% углекислоты, может вызвать хроническое отравление [3].
Для измерения уровня СО2 используется единица измерения ppm (parts per million) или частиц СО2 на миллион частиц воздуха). 1000 ppm = 0,1% содержания СО2.
Предельно допустимое содержание углекислоты в воздухе для содержания взрослых животных - не более 0,25 % или 2500 ppm [4, 5].
Целью исследований является оценка параметров микроклимата в действующих животноводческих помещениях, соответствия установленным нормативам, использование полученных данных при разработке проектов реконструкции систем вентиляции на фермах и комплексах КРС, моделирования процессов формирования микроклимата в зависимости от природно-климатических условий и про-ектно-технологических решений.
Исследования проводились на ферме 200 коров с привязным содержанием, входящей в состав молочного комплекса ФГУП «Каложицы» Ленинградской области, в августе 2016 года. Коровник по продольной оси здания ориентирован север-юг. Измерения концентрации углекислого газа проводились на уровне 10-20 см от пола в рабочей зоне навозоуборочных транспортеров в дневное время. Температура и влажность наружного воздуха измерялись непосредственно на территории комплекса, направление и сила ветра фиксировались на высоте 10-12 м над уровнем земли метеостанцией, находящейся на расстоянии 26 км от фермы.
Принята схема замера в девяти точках коровника, она позволяет определить динамику изменения концентрации углекислого газа по длине и ширине здания (рис. 1.). Для измерения использовано электронное устройство (рис. 2.) состоя-
щее из датчика концентрации СО2 ЕЕ820, специально разработанного для жестких условий эксплуатации, в том числе и животноводческих помещений, который имеет токовый выход 4-20 тА, пределы измерения 0...10000 ррт и электрически соединен с архиватором МСД-200. Питание постоянным током напряжением 24 В. Аналоговые сигналы с датчика ЕЕ820 поступают на архиватор МСД-200, представляющий собой электронное устройство с аналоговыми входами и объемом памяти 32 Гб, что позволяет за достаточно большой промежуток времени собирать и архивировать информацию, передавать на компьютер для дальнейшей обработки и анализа [5, 6].
Рисунок 1. Схема замера концентрации СО2 в коровнике на 200 голов
Рисунок 2. Схема устройства для измерения концентрации СО2: 1 - датчик концентрации СО2 ЕЕ820; 2- архиватор МСД-200
Метеоусловия в районе коровника в период исследований представлены в таблице 1. Температура воздуха находилась в пределах 14-19 °С, ветер различных направлений, умеренный 2-3 м/с, относительная влажность воздуха 76-87%, концентрация углекислого газа в окружающем ферму воздухе 500-560 ррт, что близко к природным фоновым значениям.
Таблица 1. Метеоусловия в районе коровника в период исследований
Метеопараметр 1-й день 2-й день 3-й день
Температура, °С 14,1 17,1 19,0
Сила ветра, м/с 2,0 2,0 3,0
Направление ветра юго-запад восток северо-
Относительная влажность запад
воздуха, % 85-87 78-83 76-79
Концентрация СО2, ррт 490-509 542-557 501-526
На рис. 3, 4, 5 представлены графические информационные модели распределения концентрации СО2 в коровнике для различных погодных условий в виде лепестковых диаграмм.
Диаграммы имеют оси, номера которых соответствуют точкам схемы рис. 1, а цифрами выделенными жирным шрифтом в темной области диаграммы обозначены значения концентрации СО2 в точках 1-8. В светлой области диаграммы обозначены значения концентрации СО2 в центральной части коровника, что соответствует точке 9 схемы рис. 1.
Необходимо отметить, что за период исследований концентрация СО2 в коровнике не превышала 50% от предельно допустимой нормы равной 2500 ррт. Это в первую очередь объясняется тем, что в летний период вентиляция помещений максимальна за счет открытых окон и ворот.
На рис. 3 представлена графическая информационная модель распределения СО2 при юго-западном ветре ось 6-2 диаграммы. В этом случае по направлению ветра концентрация СО2 наименьшая по сравнению с другими частями коровника, причем концентрация углекислого газа с наветренной стороны ниже на 147 ррт, чем с подветренной.
1
8 856 906
1054 906
7
3
5
Рисунок 3. Графическая информационная модель распределения СО2 (ррт)
в коровнике при юго-западном ветре
Наибольшая концентрация СО2 наблюдается в центре коровника - 906 ррт, за исключением точки 1, где концентрация наивысшая и составляет 1054 ррт.
Рисунок 4. Графическая информационная модель распределения СО2 (ррт)
в коровнике при восточном ветре
На рис. 4 при восточном направлении ветра диаграмма распределения СО2 в коровнике также указывает на то, что с наветренной и подветренной стороны концентрация углекислого газа 978 и 905 ррт (точки 3,7) - несколько ниже, чем в центре коровника - 1034 ррт. Однако наименьшие концентрации наблюдаются в точке 2 (северо-восточное направление) - 664 ррт. Очевидно здесь оказывает влияние на формирование местных внешних воздушных потоков взаимное расположение соседних животноводческих построек так как ферма находится в составе животноводческого комплекса.
1200
853
7
1044
962
6
1044
1050 1054
2
1044
1178 3
1044
861
4
1044 1029 5
Рисунок 5. Графическая информационная модель распределения СО2 (ррт)
в коровнике при северо-западном ветре
На рис. 5 представлена графическая информационная модель распределения
СО2 при северо-западном ветре (ось 8-4 диаграммы). Здесь так же наблюдается закономерность распределения концентрации СО2 в зависимости от направления господствующего ветра на данный промежуток времени. Так с наветренной стороны концентрация составляет 818 ррт, с подветренной стороны - 861 ррт, что на 183-226 ррт меньше, чем в центре коровника. Наивысшая концентрация СО2 наблюдается в точке 3 и составляет 1178 ррт.
Таким образом, исследования показали, что в летний период при организации эффективной естественной вентиляции коровника концентрация углекислого газа составляет не более 50% от предельно допустимого значения 2500 ррт. Это обеспечивает благоприятные условия для обслуживающего персонала и содержания животных.
Распределение СО2 внутри коровника неравномерное, зависит от направления ветра, объемно-планировочных решений фермы, плотности и плана застройки животноводческого комплекса. Расположение производственных зданий создает местные воздушные потоки, которые оказывают непосредственное влияние на формирование микроклимата в коровниках и других помещениях.
Анализ графических информационных моделей распределения углекислого газа в коровнике показал, что наименьшие концентрации СО2 наблюдаются с наветренной стороны за счет дополнительного ветрового напора и подветренной стороны здания за счет создаваемого разряжения воздуха. Наиболее высокие концентрации СО2 образуются в центральной части здания, где уровень может быть в 1,4-1,9 раза выше, чем в других частях коровника.
список литературы:
1. Мишуров, Н. П. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях: научный аналитический обзор [Электронный ресурс] / Н. П. Мишуров, Т. Н. Кузьмина. - М. : Росинформагротех, 2004.
- http://www.norm-load.ru/SNiP/Data1/48/48339/index.htm
2. Пчелкин, Ю. Н. Устройство и оборудование для регулирования микроклимата в животноводческих помещениях / Ю. Н. Пчелкин, А. И. Сорокин. - М. : Рос-сельхозиздат, 1977. - 216 с.
3. Юрков, В. М. Микроклимат животноводческих ферм и комплексов / В. М. Юрков. - М.: Россельхозиздат, 1985. - 223 с.
4. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота: РД-АПК 1.10.01.02-10 / М.: МСХ РФ, 2011.
- 108 с.
5. Вторый, С. В. Влияние температуры воздуха и влажности навоза на интенсивность эмиссии газов из навоза крупного рогатого скота / С. В. Вторый, Е. О. Ланцова // Региональная экология. - 2015. - №5(40). - С. 43-45.
6. Вторый, В. Ф. Система технологического мониторинга производства молока на ферме КРС / В. Ф. Вторый, С. В. Вторый // Вестник ВНИИМЖ. - №2. - 2012. - С. 20-25.
7. Патент №161235 РФ. Устройство контроля параметров микроклимата в помещениях для содержания сельскохозяйственных животных / В. Ф. Вторый, С. В. Вторый, Е. О. Ланцова. - Опубл. 10.04.16.
References:
1. Mishurov N.P., Kuzmina T.N. Energy saving equipment for microclimate in the livestock buildings. Scientific analytical review, 2004. Available at: http://www. norm-load.ru/SNiP/Data1/48/48339/index.htm
2. Pchjolkin, Y.N. Ustroystvoioborudovaniedlyaregulirovaniya-mikroklimatavzhivo tnovodcheskikhpomescheniyakh [Arrengement and equipment for the climate control in the livestock buildings]. Moscow: Rosselkhozizdat Publi., 1977. 216 p.
3. Yurkov V.M. Mikroklimatzhivotnovodcheskikhfermikompleksov [Microclimate of livestock farms and complexes]. Moscow: Rosselkhozizdat Publi., 1985. 223 p.
4. Metodicheskierekomendatsiipotechnologicheskomuproektirovaniyu-fermiko mpleksovkrupnogorogatogoskota (RD-APC) 1.10.01.02-10 [Methodological recommendations on the technological design of livestock farms and cattle breeding complexes: Management Directive for Agro-Industrial Complex]. Moscow, Ministry of Agriculture of the Russian Federation, 2011. 108 p. (in Russian)
5. Vtoryy S.V. The effect of the air temperature and dropping humidity on the gases' emission rate from cattle droppings. Regional'nayaehkologiya [Regional Ecology], 2015, no. 5(40), pp. 43-45. (in Russian)
6. Vtoryy V.F. The system of milk manufacture technological monitoring on the cattle farm. Vestnik VNIIMZH [Bulletin of All-Russian Scientific Research Institute of Animal Husbandry Mechanization], 2012, no. 2, pp.20-25. (in Russian)
7. Vtoryy V.F., Vtoryy S.V., E.O.Lantsova. Ustroystvokontrolya-parametrovmikrokl imatavpomeshcheniyakhdlyasoderzhaniyasel'skokhozyaystven-nykhzhivotnykh [The device for the microclimate characteristics control in the buildings for the livestock animals]. Patent RF, no. 161235. Publ. 10.04.16.
Investigation results of CO2 concentration in a standard
barn for 200 cow heads
Vtoriy Valeriy Fedorovich, Doctor of Science (Technics), senior research officer
e-mail:vvtoryj@yandex.ru
Federal State Budgetary Research Institution the Institute of Agro-engineering and Ecological Problems of Agricultural Production
Vtoriy Sergey Valer'evich, Candidate of Science (Technics), senior research officer
e-mail: 2vt_1981@list.ru
Federal State Budgetary Research Institution the Institute of Agro-engineering and Ecological Problems of Agricultural Production
Lantsova Evgeniya Olegovna, engineer, research officer
e-mail: cow-sznii@yandex.ru
Federal State Budgetary Research Institution the Institute of Agro-engineering and Ecological Problems of Agricultural Production
Abstract. These investigations were conducted in a standard barn for 200 stanchion cows in the summer period with a special electronic device, the analysis of the obtained data was made with the use of graphical information modelling, the results demonstrated, that CO2 concentration was from 700 till 1200 ppm average and did not exceed 50% of the maximum permissible concentration. The lowest CO2 concentration was registered on the windward and leeward side of the barn; and the highest one was registered about in 1.4-1.9 times higher in the central part of the barn.
Keywords: information model, microclimate, carbon dioxide, barn.
