Микроклимат, его влияние на продуктивность и здоровье животного. Роль воздухообмена и теплового баланса в создании микроклимата

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Уральская государственная академия ветеринарной медицины»

Кафедра кормления и гигиены животных

Курсовой проект

РАЗРАБОТКА ЗООГИГИЕНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СОЗДАНИЮ ОПТИМАЛЬНОГО МИКРОКЛИМАТА

В КОРОВНИКЕ НА 100 ГОЛОВ

Выполнила: студентка III курса 33«А» группы факультета ветеринарной медицины МатюшкинаТ.С Руководитель: Позина А.П

Троицк -  2012 г.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1.      Микроклимат, его влияние на продуктивность и здоровье животного.

Роль воздухообмена и теплового баланса в создании микроклимата….4

2.      Расчетная часть

2.1.Задание………………………………………………………………….7

2.2.Расчет вентиляции…………………………………………………….8

2.3.Расчет теплового баланса…………………………………………….11

2.4.Анализ расчетных материалов……………………………………….15

2.5 Заключение по расчетной части……………………………………..17

3.      Разработка и обоснование путей оптимизации микроклимата

3.1.Оптимизация теплового баланса…………………………………….18

3.2.Оптимизация воздухообмена………………………………………...20

3.3.Размещение и режим работы тепловентиляционного оборудования……………………………………………………………...22

3.4.Заключение по разработке путей оптимизации микроклимата……24

          Список  литературы……………………………………………………….25                                                                                             

ВВЕДЕНИЕ

     Современная зоогигиена особенно подчеркивает роль защиты животных от вредного воздействия факторов внешней среды, так как при неблагоприятных условиях содержания животных их организм нередко функционирует на пределе своих физиологических возможностей, что связано с опасностью возникновения различных заболеваний.

Поэтому усилия зооветеринарных специалистов должны быть направлены, с одной стороны, на нивелировку неблагоприятных воздействий факторов среды, а с другой стороны, на повышение резистентности сельскохозяйственных животных. Значение этой защиты возрастает по мере укрупнения хозяйств, увеличения сообществ животных и повышения их продуктивности.

Все факторы среды, влияющие на организм животных, следует рассматривать как стрессоры, которые по силе воздействия могут быть чрезвычайными (экстремальными, сильными), средними (умеренными) и слабыми.

Следует помнить, что любой стресс-фактор вызывает снижение не только естественной резистентности, но и специфической иммунобиологической реактивности организма. Отсюда возникновение инфекций на привитом поголовье, а также возможность снижения видовой невосприимчивости к возбудителям инфекционных заболеваний. Поэтому строгое соблюдение зоогигиенических требований – важный фактор профилактики не только незаразных, но и инфекционных заболеваний. В связи с этим зоогигиену часто называют профилактической ветеринарией.

Гигиену животных рассматривают также как практическую физиологию (физиологию животных в конкретных условиях содержания).

На основе этой науки осуществляется познание взаимосвязи организма и среды его обитания, т.е. она имеет самое непосредственное отношение к практической работе зооинженера, технолога по производству животноводческой продукции и ветеринарного врача.

Таким образом, зоогигиена – одна из наиболее многогранных и сложных отраслей сельскохозяйственной науки, которой в совершенстве должен овладеть будущий ветеринарный врач.

1.       Микроклимат, его влияние на продуктивность и здоровье животного. Роль воздухообмена и теплового баланса в создании микроклимата.

Под микроклиматом в животноводческом помещении понимают совокупность физических, химических и биологических факторов оказывающих определенное влияние на развитие и функционирование организма животного, и ее физиологическое состояние. К основным критериям оценки окружающей среды, где обитает животное, относятся температура, влажность, скорость движения и химический состав воздуха, содержание в нем механических включений (пыли) и микроорганизмов, освещенность помещения. Температура воздуха в коровнике должна обеспечивать в организме животного равновесие между теплообразованием и теплоотдачей, то есть находиться в диапазоне, обеспечивающем обмен веществ на постоянном уровне. Хорошая система вентиляции обеспечивает подачу свежего воздуха в помещение. Хорошая система вентиляции должна быть пригодной, надежной и экономичной. Пригодность означает, что система соответствует особенностям конструкции здания, в котором установлена, а также всем требованиям, предъявляемым к системе. Надежность означает, что система способна исправно работать в течение запланированного длительного периода при условии проведения регулярного технического обслуживания.  Экономичность означает, что потери энергии в системе сведены к минимуму. Система должна обеспечивать экономию во всех отношениях. Система должна быть как можно более простой, но не проще того. Это значит, что, система, не смотря на максимальную простоту, должна отвечать определенным требованиям по качеству. Если система слишком упрощена, то вряд ли можно будет гарантировать достаточный уровень качества. Система должна сочетать в себе все три качества — пригодность, надежность и экономичность. Очень важно правильно сформулировать требования к вентиляционной установке. Не следует экономить, заказывая систему только для воздухообмена. Система должна обеспечивать очистку приточного воздуха от загрязняющих веществ. Технически грамотно спроектированная вентиляционная установка способна обеспечивать большой расход воздуха при экономичном потреблении электроэнергии. Очень важными являются такие функции, как утилизация тепла и возможность регулирования расхода воздуха. Традиционно существует три типа технических решений для вентиляционных систем. К ним относятся системы вентиляции с естественной тягой, системы с принудительной вытяжной вентиляцией и системы с приточно-вытяжной вентиляцией. «Естественная тяга» означает, что воздух самостоятельно поднимается по воздуховодам за счет естественных перепадов давления. Теплый воздух естественным путем выходит наружу по вертикальному воздуховоду. За счет этого в здании создается разряжение, заставляющее наружный воздух поступать внутрь через клапаны, форточки или другие отверстия. В течение многих лет этот тип вентиляции был наиболее распространен. Если, не смотря на это, вы хотите оборудовать новое здание вентиляцией с естественной тягой, то следует тщательно выбирать место ее установки. В системах с принудительной вытяжной вентиляцией воздух удаляется при помощи вентиляторов, устанавливаемых в комнатах. Удаляемый воздух заменяется наружным, поступающим внутрь здания через клапаны, форточки или другие отверстия (то есть так же, как в схемах с естественной тягой). Приточная вентиляция - Приточные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха взамен удаленного. Приточный воздух в необходимых случаях подвергается специальной обработке (очистке, нагреванию, увлажнению и т.д.) Вытяжная вентиляция - удаляет из помещения (цеха, корпуса) загрязненный или нагретый отработанный воздух. В общем случае в помещении предусматриваются как приточные, так и вытяжные системы вентиляции. Их производительность должна быть сбалансирована с учетом возможности поступления воздуха в смежные помещения или из смежных помещений.  Приточно-вытяжные вентиляционные системы могут быть выполнены по разным схемам. За прошедшие годы при их проектировании было допущено много просчетов, но в настоящее время исследования показывают, что именно такие системы сочетают в себе низкие затраты на монтаж и низкое энергопотребление, а также обеспечивают хороший микроклимат в помещении. Правильно выполненная приточно-вытяжная система проста, стабильна и отличается функциональной гибкостью. Термин «стабильность» означает, что различного рода воздействия не отражаются на ее работе отрицательно. Например, рабочие характеристики системы не должны измениться, если в помещении открыть окно. В более старых системах такое было невозможно. «Функциональная гибкость» означает возможность регулирования притока наружного воздуха в соответствии с потребностью в нем. Например, если количество людей в помещении увеличивается, то расход приточного воздуха автоматически возрастает. В качестве вентиляционных систем четвертого типа часто рассматривают приточно-вытяжные системы с утилизацией тепла. Эффективные и экономичные технические решения должны обеспечивать утилизацию тепла, регулирование расхода воздуха по потребности, а также фильтрацию воздуха.

2.  Расчетная часть

2.1. Задание 336

Название объекта – коровник

Количество животных – 100 голов

Технологическая группа – дойные коровы

План: средняя живая масса – 500 кг, среднесуточный удой 15 кг в сутки.

Характеристика помещения: длина помещения – 66 м, общая длина 72 м, ширина 10 м, высота стен до утепляющего слоя – 2,8 м, в центре здания (по коньку) – 5,2 м.

Стены: продольные и торцовые выполненные из глиняного кирпича – 0,51 м , оштукатурены цементно-песчаным раствором, толщина штукатурки – 0,03 м.

Окна: количество – 28 шт. размер – 0,9 х 2,0м, рамы – двойные.

Ворота: количество – 2 шт. размер – 2,9 х 3,2 м, не утепленные, с тамбурами.

Перекрытие чердачное (совмещенное): слои, их толщина: железобетонные плиты – 0,03 м, рубероид – 0,0015 м, минеральная вата – 0,15 м, кровля – асбестоцементные волнистые листы – 0,006 м.

Пол: в стойлах – деревянный; в проходах – бетонный. Размеры стоил – 1,1 х 1,8 м.

Перекрытие чердачное: доски деревянные – 0,05 м; пароизоляция глинопесчаная смазка – 0,03м; утеплитель шлак топливный – 0,3 м, кровня асбестоцементный волнистые листы 0,006 м.

Количество вытяжных шахт (вентиляторов) – 3 шт., их сечение – 0,6 х 0,6 м, высота шахт до дефлектора – 4,0 м. Приточной вентиляции и технического тепла нет.

Содержаться коровы на дополнительной подстилке из расчета 4 кг на голову. Навозоудаление механическими транспортерами – 2 раза в сутки. Поение из индивидуальных автоматических поилок. Доение в переносные доильные ведра.

Здание расположено в Троицком районе Челябинской области.

2.2. Расчет вентиляции

Расчет часового объема вентиляции

Часовой объем вентиляции – количество свежего воздуха (м3), которое необходимо подать в помещение и удалить из него в течение часа.

Расчет объема вентиляции проводится на зимний, переходный и летний периоды.

1.      Расчет объема вентиляции по углекислоте

С=С0*n, где С0 -  количество углекислоты, выделяемое одним животным;

                     n – количество животных.

С=100коров*116=11600 л/ч – количество углекислоты, выделяемое всеми животными за 1 час.

LСО2= С/С1-С2, где С1 – допустимая концентрация углекислоты в воздухе помещения (от 2,0 до 2,5 л/м3);

                               С2 – содержание углекислоты в атмосферном воздухе (величина постоянная и равна 0,3 л/м3)

LСО2=11600/2,5-0,3=5272 м3/ч – часовой объем вентиляции.

2.      Расчет объема вентиляции по водным парам

Wж= Wо*n, где Wо – количество водяных паров, выделяемое одним животным.

Wж=336*100=33600 г/ч – поступление в воздух паров от животных, при испарении с мокрых поверхностей, ограждающих конструкций, поилок и т.д.

Wдоб поступления водяных паров с мокрой поверхности определяется в виде % добавки к Wж по таблице 8.

По условии задачи W=10%(берем 10%  из справочных материалов, т.к. в кровнике удовлетворительный санитарный режим, уборка навоза 2 раза в сутки, есть подстилка)

Wдоб= 33600+3360=36960

dвнутр=Е*R/100, где Е – максимальная влажность, г/м3;

                                R – относительная влажность, %.

Будем находить по нормативным показателям.

Т=+100С       Е=70% (нормативные показатели в коровнике)

dвнутр=9.21*70/100=6,4 г/м3 – оптимальное влагосодержание воздуха в помещении

dнаружн.зима=1,7 г/м3 - оптимальное влагосодержание воздуха снаружи помещения в зимний период. Его находят по табдице.

dнаружн.п/п=2,2+2,4/2=2,3 г/м3  - оптимальное влагосодержание воздуха снаружи помещения в переходный период.

L= Wобщ/ dвнутр - dнаружн

Lзима=36960/6,4-1,1=6973м3/ч – часовой объем вентиляции для зимнего периода.

Lп/п=36960/6,4-2,3=9014 м3/ч – часовой объем вентиляции для переходного периода.

Таким образом для того чтобы поддерживать в помещение влажность воздуха в размере 70% при to+10oC необходимо подавать и удалять воздуха в размере 70% при to+10oC необходимо подавать и удалять в течение часа 6973 м3/ч зимой и 9014 м3/ч в переходный период.

3.     Расчет объема вентиляции по нормам воздухообмена.

Для того, чтобы определить этот показатель по таблице 11 определяют количество м3 на одно животное или 1 ц живой массы, для различных периодов года.

В коровнике норма воздухообмена зимой составляет 90 м3/ч на голову в переходный период 200 м3/ч, в летний 350 м3/ч.

Lнорматив в з.п=90*100=9000 м3/ч

Lнорматив в п.п=200*100=20000 м3/ч

Lнорматив в л.п=350*100=35000 м3/ч

В связи с тем, что расчет LCO2 ниже LH2O, а расчет по нормативам не учитывает продуктивность животных для дальнейшего расчета берем LH2O.

4.     Расчет числа приточных и вытяжных каналов.

S=L/V*3600, где L - часовой объем вентиляции

                            V – скорость движения воздуха через шахту, м/с.

Sз.п=6973/1,4*3600=1,3 м2 - суммарная площадь вытяжных шахт

Sп.п=9014/1,16*3600=2,15 м2  - суммарная площадь вытяжных шахт

Высота шахты 4м., то объем находится по таблице:

t0С =10-(-17,2)=27,2

V=1,44 м/с – скорость движения воздуха в вытяжных шахтах в зимний период.

t 0С= 10 – (-7,85)= 18

V=1,16 м/с - скорость движения воздуха в вытяжных шахтах в переходный период.

Nз.п=1,3/1*1=1 шахта

Nп.п =2,15*1*1=2 шахты

5.     Расчет числа приточных каналов.

N=S/a1, где  S – суммарная площадь вытяжных шахт

                                a1 – площадь сечения приточного канала, применяемая в типовых проектах, м2

Nз.п=0,7/0,3*0,3=8 шт. - количество вытяжных шахт в зимний период.

Nп.п=2,0/0,3*0,3=22 шт. - количество вытяжных шахт в переходный период.

6.      Определение фактического объема вентиляции

S=3*0,3*0,3=1,08м2 –суммарная  площадь сечения  вытяжных шахт

L=S*v*3600, где S - суммарная  площадь сечения  вытяжных шахт, м2

                            v – средняя скорость движения воздуха в шахте, м/с

                            3600 – количество секунд в 1часе.

Lз.п=1,08*1,44*3600= 5598 м3/ч – производительность шахты в зимний период.

Lп.п=1,08*1,16*3600=4510 м3/ч - производительность шахты в переходный период.

Зима                                                                               Лето

6973– 100%                                                                9014 – 100%

5598 – х%                                                                   4510 – х%

х=80,0%  - фактический объем вентиляции в        х=50,0% - фактический объем зимний период.                                              вентиляции в переходный период

2.3.Расчет теплового баланса

Qж=gж*n*r, где gж- количество свободного тепла, выделяемое одним животным (берется из таблиц тепло-, газо- и влаговыделений), ккал/час

                       n – количество животных, гол.

Qж=505*100=50500 ккал/час – количество тепла, выделяемое всеми животными.

Qвент=0,31*L(tв -tн), где 0,31 – объемная теплоемкость воздуха, т.е. количество тепла, которое необходимо для нагревания 1м3 воздуха на 10С, ккал/час град

                                     L – часовой объем вентиляции, рассчитанный для зимнего периода по водяным парам, м3/ч

Qвент=0,31*6973(10-(-17,2))=58796 ккал/час – количество тепла, расходуемое на нагревание вентиляционного воздуха.

Qисп=0,595*Wдоб, где 0,595 – коэффициент, показывающий расход тепла на испарение 1г воды, ккал/г

                     Wдоб – добавочное поступление влаги в воздух при испарении с мокрых поверхностей.           

Qисп=0,595*3360=1999ккал/час – количество тепла, используемое на испарение влаги с мокрых поверхностей.

2.3.1 Расчет теплопотерь через ограждение

      К=           1/αвн+1/αн+∑ δ/ λ               , где αвн – коэффициент теплоперехода от окружающей среды к внутренней поверхности ограждений. Для внутренней поверхности наружных стен и потолков он равен 7,5 ккал/ч м2 град(1/αвн=0,133);

                                                                           αн – коэффициент теплоперехода от наружной поверхности ограждений к окружающей среде. Для поверхности наружных стен и совмещенных перекрытий он равен 20 ккал/ч м2град (1/αн=0,05);

                                                                           δ – толщина каждого слоя, составляющего ограждение, м;

                                                                           λ – коэффициент теплопроводности материала каждого из слоев, составляющих ограждение (определяется по справочным таблицам).

Коэффициенты теплопередачи стен и перекрытий уточняются с помощью специального коэффициента, величина которого зависит от особенностей расположения этих конструкций (граничат ли они непосредственно с атмосферой или с другими помещениями, в т.ч. тамбурами, венткамерами, чердачными помещениями и т.д.). Он определяется по справочной таблице.

Кст.прод=1/0,133+0,05+0,51/0,7+0,03/0,8=1,06– коэффициент теплопередачи стены продольной

Кст.торц=1/0,133+0,05+0,38/0,8+0,03/0,8*0,7=0,68- коэффициент теплопередачи стены торцовой (0,7 –поправочный коэффициент, т.к. ограждающие конструкции граничат с неотапливаемыми помещениями - тамбурами)

Кперекрытия=1/0,133+0,05+0,05/0,3+0,03/0,6+0,03/0,25+0,006/0,5=0,62 - коэффициент теплопередачи перекрытия

В соответствии с устройством ограждающих конструкций (разная величина «К») определяются площади утепленных и не утепленных полов, ворот,  окон в отдельности, стен без площади ворот и окон, рассчитывается площадь перекрытия.

Fокон=0,9*2,0*28=50,4 м2 – площадь наружной поверхности окон

Fворот=2,9*3,2*2=18,56 м2 - площадь наружной поверхности ворот

Fст.прод.=66*2,5*2-50,4 =279,6 м2 - площадь наружной поверхности стены продольной

Fст.торц.=10*2,8*2,6=72,8 +10*2,0*2,6-8,56=106,24 м2 - площадь наружной поверхности стены торцовой

Fпол дер.=1,1*1,8*100=198 м2 - площадь наружной поверхности деревянного пола

Fпол бет.=66*10-198=462 м2 - площадь наружной поверхности бетонного пола.

t=10 – (-35)=450С

Расход тепла на ограждающие конструкции

Qосн=КF*t

Qдоб=13% от Qосн

Qогр.общ= Qосн+ Qдоб

2.3.2 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

2.3.3 Структура теплового баланса

Для того, чтобы рассчитать критическую t определяют tн.б критическая температура- это температура наружного воздуха  при котором тепло повышается животными будет поддерживать нормальную t+10oС.

При дальнейшем снижение t будет наблюдаться снижение в помещение.

Tкрит=tв-tн.б расчет по формуле ;

tн.б.=        (0.31*L)+∑KF+(KFо+KFв+KFст)*0,13           , где

                                                                                   tн.б. – разница между температурой воздуха внутри помещения и наружного воздуха, воспользовавшись которой можно рассчитать самую низкую температуру наружного воздуха, при которой возможна беспрерывная вентиляция помещений без дополнительного обогрева.

tн.б.=50500-1999/(0,31*6973)+1802+(126+37,12+563,9)*0,13=11,20С

   tкритич.=10-11,2= -1,20C

2.4.Анализ теплового баланса коровника на 100 голов.

Расчет показал, что для нормализации газового состава воздуха необходимо подавать и удалять 5272 м3/ч. Для нормализации влажности воздуха 6973 и 9014 м3/ч соответственно в зимний и переходный период. Расчет объема вентиляции по нормам воздухообмена показал, что часовой объем в зимний период 9000 м3/ч, переходный период 20000 м3/ч, летний период 35000 м3/ч.

В связи с тем, что LСО2 снижается, чем LН2О, а расчет по нормам воздухообмена не учитывает климатическую принадлежность объекта и продуктивность животных для дальнейших расчетов берем LН2О.

Для того, чтобы подать и удалить выбранное количество воздуха необходима вентиляция. Ее площадь зимой равна зимой 1 м2 , в переходный 2 м2. Эта вентиляция будет осуществляться 3 вытяжными шахтами 1,0*1,0м и 22 приточными каналами сечением 0,3*0,3.

В нашу задачу входило установить причины неудовлетворительного микроклимата. Для этого мы рассчитали фактический воздухообмен. Расчет показал, что существуют системы вентиляции (1 шахта сечением 0,6*0,6м) способна удалять зимой 80 % необходимого воздухообмена (однако в этот период она бывает закрыта поэтому отмечается высокая относительная влажность воздуха 97% и наличие конденсата на ограждения). Закрытие вытяжной вентиляции связано с тем, что при отсутствии притока воздуха шахты начинают работать на приток то есть возникает «апрокидывание» воздуха.