Графические модели температурно-влажностных режимов животноводческого помещения

УДК 631.22 DOI 10.24411/2078-1318-2019-13173

Аспирант Р.М. ИЛЬИН

ГРАФИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫХ РЕЖИМОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКОГО ПОМЕЩЕНИЯ

Для всех сельскохозяйственных животных существуют свои показатели состояния микроклимата, при которых они имеют наивысшую продуктивность. Процессы изменения микроклимата внутри животноводческого помещения находятся в постоянной динамике из-за действия как внешних, так и внутренних возмущающих факторов [1].

К основным параметрам, влияющим на физиологическое состояние животных, относят температуру, влажность, газовый состав воздуха, освещенность, уровень звукового давления, скорость движения воздуха, пылевую и бактериальную загрязненность воздуха внутри помещения. Эти параметры сами зависят или являются производными от жизнедеятельности животных, работы машин, механизмов и аппаратов, обслуживающих помещение и животных. Исследованиями установлено, что при создании оптимальных зоогигиенических условий для коров, от них получают высокую молочную продуктивность [2, 3].

Параметры микроклимата по площади помещения распределены неравномерно в зависимости от внешних погодных условий, конструктивных особенностей здания, технологии содержания и уборки навоза [4, 5]. Научный коллектив Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана отмечает, что параметры микроклимата в торцах животноводческого помещения соответствовали зоогигиеническим нормам по сравнению с центральной зоной здания, что благоприятно отразилось на организме животных и их молочной продуктивности в стойловый период [6].

Цель исследования - изучить распределение температурно-влажностных характеристик воздуха внутри типового коровника привязного содержания в зависимости от внешних погодных условий.

Материалы, методы и объекты исследования. Исследования микроклимата проводились на базе хозяйства Ленинградской области в типовом коровнике привязного содержания на 200 голов с естественной системой вентиляции. Из особенностей объекта можно отметить, что к торцу коровника с северной стороны пристроена галерея, соединяющая коровники, по центру крыши вдоль оси имеется световой конек, раздача кормов проводится 3 раза в день мобильным кормораздатчиком.

В соответствии с утвержденной в Институте агроинженерных и экологических проблем программой и методикой исследований температурно-влажностных режимов и газового состава воздуха на молочной ферме КРС, были проведены исследования. На рис.1 представлена схема расположения точек замера параметров микроклимата в коровнике.

Замер температуры и влажности производился в режиме реального времени в 9 основных точках по длине и ширине коровника (рис. 1) при помощи электронных датчиков, расположенных непосредственно над стойлами животных на высоте 2,5 метра. Система для измерения параметров микроклимата имеет блочную структуру и состоит из девяти блоков датчиков, трех блоков регистрации-архивации и общего блока питания. Блок датчиков состоит из датчика температуры и влажности АМ 2320. Блок регистратора-архиватора представляет собой устройство, созданное из электронных компонентов на основе микроконтроллера Atmel 328. Устройство работает в соответствии с программой, написанной на платформе Arduino IDE. Полученные данные записываются в текстовом формате на micro SD-карту. Питание подводится кабельной линией от блока питания 12В 1А постоянного тока. Периодичность опроса датчиков - 10 минут.

1.3

2.3

3.3

Т= = 13Г6°С Ъ.= 14,5°С Т= = 14,2°С We = 71% WB = 77% WE = 77%

1.2

2.2

3.2

Т= = 14,7°С Ь=15Д°С Ъ=15,2°С WE = 73% We = 68% WE = 75%

1.1

2.1

3.1

Т= = 14,6°С Ъ.= 13,3°с Т= = 14,5°С WE = 83% WE. = 79 % WE. = 73%

ветер С-В

V„ = 1,0 м/с Tt = 5r8°C Wh = 70%

Рис. 1. Схема расположения точек замера параметров микроклимата в коровнике привязного содержания

Результаты исследования. Обработав полученные данные в среде Excel и Mathcad, были получены графические модели распределения температуры и влажности по площади животноводческого помещения [7].

На рисунках 2-5 показаны графические модели распределения температуры и влажности внутри коровника за апрель 2018 года. Сутки были разбиты на 8 трехчасовых интервалов, и данные модели построены по средним значениям температуры и влажности этих интервалов. Модель построена в привязке к площади коровника, так что точка 3.3 является северо-восточным углом здания. Внешние погодные условия были в пределах 5 С ночью и 20 С днем при восточном ветре до 3 м/с, относительная влажность воздуха колебалась от 50% в дневное время до 90% в ночное время. Примем два временных интервала: с 00:30 по 03:30 и второй интервал с 16:30 по 19:30. На моделях видно, что температура внутри коровника в первом интервале была в пределах от 13°С до 17°С (рис. 4), а во втором от 20°С до 23°С (рис. 2). На рисунке 3 и рисунке 5 показано графическое распределение влажности в исследуемом коровнике в выбранные периоды. При нормах по РД-АПК 1.10.01.02 18 [8] по температуре 10°С ± 5°С и влажнсти от 40% до 85% по площади коровника имеются некоторые незначительные превышения относительной влажности внутри коровника, связанные с повышением относительной влажности внешнего воздуха.

Самая высокая температура внутри коровника наблюдалась в точке 2.2, что может свидетельствовать о недостаточной вентиляции его центральной части.

В центральной части коровника наблюдалось более низкое значение относительной влажности воздуха в отличие от северного и южного торца коровника. В первом интервале относительная влажность имела значение от 78% в центральной части коровника до 88% точке 3.3. Во втором интервале влажность имела перепад от 67% в центральной части до 82% в точке 3.1.

Л1.2 2<ХЛ 2И.7 20.0 1 ] .2 21.1 21.7 22.2

Рис. 2. Графическая модель распределения температуры с 16:30 по 19:30

2 Л

М.,Г| П7 т.Ь 72 7-1 .Г, 77 71).-П. 62

Рис. 3. Графическая модель распределения влажности с 16:30 по 19:30

:<_г. 13 ¡> и.з м_,г, 1-1 .к I 1Гг.-1 1Г..7 к; к>_з

Рис. 4. Графическая модель распределения температуры с 01:30 по 04:30

М 71р ТН НИ на 84 МЛ IX» <У2

Рис. 5. Графическая модель распределения влажности с 01:30 по 04:30

В молочном скотоводстве для оценки совместного влияния температуры и влажности воздуха внутри животноводческого помещения используют температурно-влажностный индекс (ТВИ) [9,10].

ТВИ = tab + 0,36tdp + 41,2,

где tab - температура по сухому термометру, °С; tdp - точка росы, °С.

Порог стресса начинается при ТВИ > 75. При ТВИ > 84 наступают тяжелые последствия вплоть до гибели животных.

ТВИ рассчитан для всех девяти точек, его графическое распределение приведено на

рис. 6 и рис. 7.

>(i 1,г, rjfi.a Г?7.!3пгп ,г,7.й ")Н.2', ,г>8.7 . |Sj.f(

Рис. 6. Графическая модель распределения ТВИ с 00:30 по 03:30

if™ <57. й ii7.it &Н.2 Ой.,1 fjS.ii (il). I fili.-l С J. 7

Рис. 7. Графическая модель распределения ТВИ с 16:30 по 19:30

Максимальное значение индекса ТВИ достигало 70 в северном торце здания, что не несет сильных негативных последствий для здоровья животного.

Выводы. Графические модели наглядно показывают неравномерность распределения температурно-влажностных характеристик воздушной среды внутри коровника. При построении таких моделей возможно установление зон коровника с недостаточным или излишним воздухообменом.

Максимальный перепад температур внутри коровника за исследуемый период наблюдался в утреннее время от 15,9 С в точке 3.3 до 11,8 С в точке 2.1, что при внешней температуре в 11 С говорит о недостаточном воздухообмене северного торца здания. По ширине здания изменения параметров микроклимата незначительны по сравнению с длиной. Индекс ТВИ в некоторых зонах здания достигал 70, что доставляет дискомфорт, но не несет тяжкого вреда здоровью животного.

Литература

1. Вторый В.Ф., Вторый С.В., Ильин Р.М. Модель температурно-влажностного режима коровника в зависимости от параметров внешней среды // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

- 2018. - № 96. - С. 203-209.

2. Тузов И.Н., Сероус К.Г. Влияние микроклимата на молочную продуктивность: сборник научных трудов Северо-Кавказского научно-исследовательского института животноводства. - 2014. - Т. 3. - № 2. - С. 115-119

3. Ильин Р.М., Вторый С.В. Обоснование параметров системы мониторинга микроклимата в животноводческих помещениях // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - 2017. -№ 92. - С. 212-217.

4. 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.

5. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Ilin R.M. Investigation of temperature and humidity condition in barn in winter // Engineering for Rural Development 17th International Scientific Conference. - 2018.

- С. 265-269.

6. Софронов В.Г., Данилова Н.И., Шамилов Н.М., Кузнецова Е.Л. Влияние микроклимата на организм и молочную продуктивность дойных коров // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2016. - Т. 227. -№ 3. - С. 82-85.

7. Валге А.М. Использование систем Excel и Mathcad при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства: методическое пособие / Государственное научное учреждение Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук. - СПб, 2013. - С. 89-99.

8. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота. РД-АПК 1.10.01.01-18. - М., 2018. - 166 с.

9. Amamou, H. Email Author, Beckers, Y., Mahouachi, M. Thermotolerance indicators related to production and physiological responses to heat stress of holstein cows // Journal of Thermal Biology Volume 82, May 2019, Pages 90-98.

10.Вторый В.Ф., Гордеев В.В., Вторый С.В., Ланцова Е.О. Оценка состояния температурно-влажностного режима в коровнике с использованием графического информационного моделирования // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2016. - № 4 (24). - С. 67-72.

Literatura

1. Vtoryj V.F., Vtoryj S.V., Il'in R.M. Model' temperaturno-vlazhnostnogo rezhima korovnika v zavisimosti ot parametrov vneshnej sredy // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. - 2018. - № 96.

- S. 203-209.

2. Tuzov I.N., Serous K.G. Vliyanie mikroklimata na molochnuyu produktivnost': sbornik nauchnyh trudov Severo-Kavkazskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta zhivotnovodstva. -2014. - T. 3. - № 2. - S. 115-119

3. Il'in R.M., Vtoryj S.V. Obosnovanie parametrov sistemy monitoringa mikroklimata v zhivotnovodcheskih pomeshcheniyah // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. - 2017. - № 92.

- S. 212-217.

4. Vtoryj S.V., Vtoryj V.F., Il'in R.M. Rezul'taty issledovanij vliyaniya zimnih pogodnyh uslovij na koncentraciyu ammiaka v korovnikah // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. - 2018. - № 95.

- S. 173-181.

5. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Ilin R.M. Investigation of temperature and humidity condition in barn in winter // Engineering for Rural Development 17th International Scientific Conference. - 2018. - S. 265-269.

6. Sofronov V.G., Danilova N.I., SHamilov N.M., Kuznecova E.L. Vliyanie mikroklimata na organizm i molochnuyu produktivnost' dojnyh korov // Uchenye zapiski Kazanskoj gosudarstvennoj akademii veterinarnoj mediciny im. N.E. Baumana. - 2016. - T. 227. - № 3. -S. 82-85.

7. Valge A.M. Ispol'zovanie sistem Excel i Mathcad pri provedenii issledovanij po mekhanizacii sel'skohozyajstvennogo proizvodstva: metodicheskoe posobie / Gosudarstvennoe nauchnoe uchrezhdenie Severo-Zapadnyj nauchno-issledovatel'skij institut mekhanizacii i elektrifikacii sel'skogo hozyajstva Rossijskoj akademii sel'skohozyajstvennyh nauk. - SPb, 2013. - S. 89-99.

8. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kompleksov krupnogo rogatogo skota. RD-APK 1.10.01.01-18. - M., 2018. - 166 s.

9. Amamou, H. Email Author, Beckers, Y., Mahouachi, M. Thermotolerance indicators related to production and physiological responses to heat stress of holstein cows // Journal of Thermal Biology Volume 82, May 2019, Pages 90-98.

10.Vtoryj V.F., Gordeev V.V., Vtoryj S.V., Lancova E.O. Ocenka sostoyaniya temperaturno-vlazhnostnogo rezhima v korovnike s ispol'zovaniem graficheskogo informacionnogo modelirovaniya // Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizacii zhivotnovodstva. - 2016. - № 4 (24). - S. 67-72.

УДК 631 DOI 10.24411/2078-1318-2019-13178

Научн. сотрудник Т.Ю. МИРОНОВА

Доктор техн. наук А.М. ВАЛГЕ

СПОСОБ МИНИМИЗАЦИИ ВЫХОДА НАВОЗОСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ

ИЗ ДОИЛЬНОГО ЗАЛА

Процесс доения - ключевая операция на молочных фермах, которая подлежит исследованию с многих сторон. В исследованиях других авторов рассмотрены геометрические параметры доильных залов различных типов [1], проведена оценка и оптимизация доения [2] исходя из времени доения и удельных затрат. Описана модель для нахождения более экономичного решения доильного зала и оценки эффективности процесса доения для будущих ферм и улучшения существующих, при этом учтены технические параметры, показатели производительности и экономические критерии [3], проанализированы затраты на строительство доильных залов различных конструкций [4].

В современных условиях учитывать только эти показатели при проектировании доильного зала уже недостаточно. В настоящее время всё большее внимание уделяется отходам производства, и современные сельхозпредприятия должны стремиться к их уменьшению.

Основным отходом, образующимся в доильном зале, являются навозосодержащие стоки, представляющие собой смесь естественных выделений животных и технологической воды. Уменьшение выхода навозосодержащих стоков в дальнейшем повлечет за собой снижение затрат при строительстве навозохранилищ, а также расходов по их транспортировке и внесению.

Для уменьшения выхода навозосодержащих стоков из доильного зала могут быть предприняты организационные, технические и технологические способы (рис. 1.).