Параметры микроклимата животноводческих помещений и контроль за их состоянием

Введение

В нашей стане действуют  четыре типа животноводческих хозяйств:                  1) обычные фермы колхозов и совхозов – одно или несколько производственных и вспомогательных зданий и сооружений, расположенных на одном участке и связанных общим процессом производства продукции; 2) крупные специализированные и механизированные фермы колхозов и совхозов, на которых внедрены промышленные методы производства продукции; 3) животноводческие комплексы – крупные специализированные, высокомеханизированные с необходимыми зданиями и сооружениями для производства продукции определенного вида; 4) подсобные хозяйства различных предприятий.

Большая концентрация животных в хозяйствах и отдельных помещениях с применением новой технологии их содержания и кормления может иметь полный успех только при осуществлении определенных требований.

Высокий уровень производства продуктов животноводства можно  обеспечить: а) путем широкого развития комбикормовой промышленности для  обеспечения животных полноценными кормами, сбалансированными по протеину, аминокислотам, витаминам;  б) улучшая породы и широко применяя гибриды в промышленном животноводстве и птицеводстве, способные к высокой продуктивности и эффективному превращению корма в продукцию; в) путем создания необходимых условий содержания животных; г) проводя профилактические мероприятия против заболеваний животных.

Так же необходимо по-новому организовать ветеринарно-санитарные и зоотехнические мероприятия, направленные на повышение культуры ведения животноводства, увеличение продуктивности животных, получение продукции высокого биологического и санитарного качества, защиту ферм от заноса извне возбудителей инфекционных болезней и охрану животных от незаразных болезней.

Весьма существенным вопросом для промышленного животноводства является правильный выбор земельного участка под строительство животноводческого предприятия. Важно участие ветеринарных специалистов в разработке задания на проектирование, в контроле за проектированием и строительством специализированных хозяйств и комплексов, а также в контроле за реконструкцией животноводческих ферм и отдельных объектов, наконец в приемке законченных строительством ферм и комплексов.

Ошибки, допущенные при проектировании и строительстве животноводческий предприятий, бывают трудно устранимы  при их эксплуатации и могут вызвать большой ущерб за счет снижения продуктивности животных и заболевания их. Еще до строительства комплексов необходимо предусматривать меры по охране внешней среды от загрязнения( почвы, поверхностных и грунтовых вод и воздушного бассейна ) отходами животноводства.

1. Параметры микроклимата животноводческих помещений и контроль за их состоянием.

Температура воздуха влияет на теплообменные функции животного.  Низкая температура усиливает теплопродукцию за счет большого потребления корма животными, а длительное ее влияние может привести к простудным заболеваниям. При высокой температуре происходит перегревание организма, особенно при высокой влажности воздуха. Высокие температуры животные перенося значительно тяжелее низких.

Влажность воздуха. Высокая влажность вредна для животных как при низких, так и при высоких температурах. Содержание в сырых, холодных помещениях вызывает у них бронхит, воспаления легких, маститы и другие заболевания. Для обеспечения оптимальной влажности(70-75%) в помещениях    необходимо создать нормальный воздухообмен, своевременно удалять навоз и жижу, строить полы из влагопроницаемого материала, не допускать течи воды из поилок, применения только влагоемкой подстилки.

Солнечная радиация, или лучистая энергия, оказывает разнообразное влияние на животных. Ультрафиолетовые лучи обладают большой биологической активностью и бактерицидностью. В закрытых помещениях наблюдается недостаток природных ультрафиолетовых лучей, поэтому с целью профилактики необходимо применять облучение животных, при этом повышаются их сохранность, продуктивность, снижаются заболеваемость и падеж. Для ультрафиолетового облучения применяют различные лампы. Животных облучают один раз в 2-3 дня.

Газовый состав воздуха животноводческих помещений отличается от атмосферного.

Углекислый газ. Он накапливается в помещениях при дыхании животных. Повышенное содержание углекислого газа нарушает обменные и окислительные процессы в организме животных. Повышенное содержание углекислого газа нарушает обменные и окислительные процессы в организме животных. Количество углекислого газа не должно превышать 0,15-0,25%.

Аммиак в животноводческих помещениях накапливается при разложении азотсодержащих соединений. Основным источником его образования являются моча и жидкие фекалии. Больше аммиака выделяется у животных

конъюнктивиты, а также  воспаления слизистых оболочек дыхательных

путей. Предельно допустимой концентрацией аммиака для животных следует считать 5-20 мг/м³в зависимости от вида и возраста.

Сероводород в воздухе помещений появляется при гниении белковых серосодержащих веществ при длительном хранении навоза. Он вызывает воспаление слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Предельная концентрация сероводорода в помещениях должна составлять 5-10 мг/м³.

Окись углерода в помещениях для животных появляется при газовом обогреве, работе двигателей внутреннего сгорания транспорта, используемого при раздаче кормов, уборке навоза. Концентрация окиси углерода не должна превышать 5-10 мг/м³.

Пыль. По происхождению пыль в животноводческих помещениях бывает минеральная и органическая. Попадая в органы дыхания, пыль вызывает раздражение, зуд и воспаление, тем самым способствует внедрению возбудителей инфекций. Содержание пыли в воздухе помещений допускается для взрослых животных – 1,0-1,5 мг/м³.

Ионизация воздуха. Она благоприятно влияет на организм животных и улучшает микроклимат в помещениях. Аэроионизация в 2-4 раза снижает количество пыли и микроорганизмов, на 5-8% - относительную влажность воздуха, повышает обменные процессы в клетках и тканях организма.

Воздухообмен. Он является важным фактором регулирования микроклимата. Если воздух в животноводческих помещениях не обменивается с наружным, в нем накапливаются водяные пары, агрессивные газы, и пыль и микроорганизмы. Такой воздух приобретает вредные свойства. Обмен воздуха в помещениях может происходить естественным путем или при помощи искусственной вентиляции – механическим способом.

Для осуществления естественной вентиляции в животноводческих помещениях следует делать не только вытяжные шахты в потолке, но и приточные  каналы в стенах. Вытяжные трубы обязательно снабжают двойной обшивки с утеплителем. Приточные каналы следует располагать в продольных стенах в шахматном порядке и площадь их должна составлять70-80 % от площади вытяжных труб.

Наиболее эффективной  вентиляцией в животноводческих помещениях является механическая с  подогревом приточного наружного воздуха  в зимний период. К вентиляционно – отопительным системам относятся теплогенераторы, калориферы. Вентиляционно – отопительные системы должны работать во все периоды года, с той лишь разницей, что в теплые дни подогрев воздуха уменьшают или полностью прекращают.

На микроклимат в животноводческих помещениях влияют конструкция и  состояние полов. Пол должен быть водонепроницаемым и теплым, не допускается  наличие неровностей и углублений. Для утепления пола и создания гигиенических условий можно применять маты резиновые и изготовленные из безвредных синтетических смол. Можно использовать решетчатые полы, но при этом необходимо учитывать форму решеток, ширину верхней грани и щели, которые зависят от вида и возраста животных.

Животноводческие помещения  должны иметь тамбуры, которые препятствуют проникновению холодного воздуха, особенно при мобильной раздаче кормов. Микроклимат во многом зависит от того на сколько пригнаны и утеплены двери, застеклены рамы и зашпаклеваны пазы.

Контроль за состоянием микроклимата следует проводить 1-2 раза в декаду, утром, днем и вечером, а также  периодически в ночное время. Микроклимат исследуют на уровне, где лежат и стоят животные.

2. Расчетная  часть.

2.1.Курсовая работа  № 4-12.

  В 4- рядном коровнике  в Якутии содержится 200 коров.  Удой в сутки 15 кг. Живая масса  1 коровы 450 кг.

Плановые показатели- живая  масса 500 кг, удой – 20 кг.

Длинна стойлового помещения 72 м, общая 80 м, ширина 19,0 м, высота у стен 3,0 м, в центре 4,5 м.

Окна: двойные рамы, размер проема 1,2 х 1,6 м, 26 шт.

Пол в стойлах деревянный, размеры стойла 1,8 х 1,1 м, остальная площадь пола покрыта бетоном.

Перекрытие совмещенное: деревянный настил 0,04 м;  рубероид – 1 слой 0,0015 м;  шлак – 0,08 м, асбестоцементные листы – 0,006 м. Перекрытие сырое.

Стены продольные из железобетонных плит  толщиной 0,5 м, облицованы ½ красного кирпича, воздушная прослойка 0,05 м, внутри оштукатурены известково-песчаным раствором толщиной 0,02 м

Стены торцовые 0,4 м из красного кирпича, с двух сторон оштукатурены  (0,03м).

Ворота торцовые утепленные с тамбурами, размер ворот 2,8 х 2,8 м – 4 шт.

Вентиляция вытяжная: 3  шахты  высотой 2.5 м, сечением 0,7х0,7 м. Отсасывают воздух из верхней зоны коровника. Зимой закрыта. Имеются приточные каналы 13 шт, размером 0,3-0,3 м.

Содержатся коровы на соломенной подстилке, санитарное состояние в стойлах удовлетворительное. Зимой температура воздуха в коровнике +5º, влажность 87%, сырость.

Задача: рассчитать и проанализировать воздухообмен и тепловой баланс здания, выявить основные причины ухудшения  микроклимата. Разработать меры по созданию оптимального микроклимата. Приложить план,  разрез здания с указанием размеров, размещения устройств, подсобных помещений, обогревателей.

2.2  Расчет вентиляции

По углекислоте:

Одна лактирующая корова живой массой 500 кг и среднесуточным удоем 20 кг, в течение 1 часа выделяет: 546 ккал свободного тепла, 121 л СО₂ и 363 г водяных паров. 

L_CO2= C/(C₁-C₂), где L_CO2 – часовой объем вентиляции, С – количество углекислоты, выделяемое всеми животными, С₁ – ПДК углекислоты в помещении (2,5 л/м³), С₂ – содержание углекислоты в атмосферном воздухе (0,3 л/м³).

С= С₀ *n, где С₀- количество углекислоты выделяемое на 1 кг живой массы коров за 1 час, л/ч; n- число коров в помещении, гол.

С= 121*200= 24200 л/ч

L_CO2= 24200/(2,5  -  0,3)= 11000 м³/ч.

По водяным  парам:

L_Н2О=W/ (d_в - d_н), где L_Н2О – часовой объем вентиляции, W- общее поступление водяных паров, d_в  - нормативное влагосодержание воздуха в помещении (г/м³ ),  d_н – влагосодержание атмосферного воздуха, вводимого в помещение (г/м³).

W_общ – W_ж + W_доб

W_ж- поступление водяных паров от животных.

W_ж = W₀ * n, где W₀ – количество влаги выделяемое на 1 кг живой массы, г/ч; n- количество животных, гол.

W₀ для коровы массой 500 кг и удоем 20 л  в сутки составляет 363 г/ч.

W_ж = 363*200= 72600 г/ч.

Все животные выделяют 72600 г/ч водяных паров. Надбавка на испарение с влажных поверхностей +10 % (содержание на соломенной подстилке, условия удовлетворительные) - W_доб =72600*0,1= 7260 г/ч. Общее поступление водяных паров - W_общ = 72600+7260=79860 г/ч.

Температура внутреннего  воздуха – 10⁰С, влажность – 70%.

d_в= E*R/100, где Е- максимальная влажность, г/м³; R- относительная влажность, %. Влагосодержание – 9,21*0,7=6,4 г/м³ .

d_н(з) = 1,1г/м³; d_н(п/п) = 0,55 г/м³

L_H2O(з) =79860/5,3=15067 м³/ч. 

L_{H2O (п/п)} =79860/5,8=13651 м³/ч.

Кратность воздухообмена

К_в=L_H2O/V, где V- объем здания, м³

V=72*19*(3+4,5)/2=5130 м³

К_в.з.=15067/5130=2,9 раз/ч

К_в.п.п.=13651/5130= 2,6 раз/ч

Расчет  удельной кубатуры помещения

V_уд=V/n, где V_уд – удельный объем, т.е. количество кубических метров помещения приходящихся на одно животное, м³/гол; V – объем помещения, м³; n-количество животных, гол.

V_уд=5130/200=25,6м³/гол ( при норме 18-20 м³/гол )

S_уд= S/n , где _удS- удельная  площадь, количество  квадратных метров приходящихся на одно животное, м²/гол;  S- площадь помещения, м²; n- количество животных, гол.

S_уд= 72*19/200=6,8 м²/гол (при норме 6-8 м²/гол)

Расчет  суммарной  площади вытяжных шахт

S=L_H2O/(v*3600), где S суммарная площадь вытяжных шахт, м²;  L_H2O – часовой объем вентиляции для зимнего и переходного периода, м³/ч; v- скорость движения воздуха через шахту, м/с. Так как высота шахты меньше 4 м, скорость движения воздуха определяется по формуле:

v= 2.2135, где v – скорость движения воздуха в шахте, м/с;

h- фактическая высота шахты, м; t_в – температура воздуха в помещении, С⁰; t_н  - температура наружного воздуха в определенный период, С⁰.

v _(з)=2,2135  =1,68 м/с.

v _(п/п)=2,2135 = 1,32 м/с.

S_(з) = 15067/(1,68*3600) = 2,5 м².

S_(п/п) = 13651/(1,32*3600) = 2,8 м².

Находим количество вытяжных шахт:

N₁= S₁/a₁ , где a₁ – сечение вытяжных шахт;

N_(з) = 2,5/(0,7*0,7)  = 5 шт.       N_(п/п) = 2,8/(0,7*0,7) = 6 шт.

Площадь приточных каналов  в зимний период составляет 70 % от площади  шахт, и 100% в переходный период.

S_пк(з)= 70- 2,5= 1,7 м²;     S_пк(п/п)= 100-2,8 = 2,8 м².

Находим число приточных каналов сечением 0,3*0,3 м.

N_(з) = 1,7/(0,3*0,3) = 19 шт;   N_(п/п)= 2,8/(0,3*0,3)= 31 шт.

Определение фактического объема вентиляции

L= S*V*3600, где L – производительность вентилятора (шахты, канала), м³/ч; S – площадь сечения воздуховода в тоске исследования,м²; V – средняя скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с; 3600 – количество секунд в одном часе.

S= 3*0,7*0,7=1,47  м²

L_(з) 1,47*1,68*3600=8890 м³/ч;   L_(п/п)= 1,47*1,32*3600= 6985 м³/ч;

(Зима) 15067 – 100%                                    (П/П) 13651- 100%

             8890– Х%                                                       6985 – Х%

         Х = 59%                                                              Х = 51%

2.3. Расчет теплового баланса

Q_ж = Q_огр + Q_вент + Q_исп  , где Q_ж – количество тепла выделяемое всеми животными, ккал/ч; Q_огр – количество тепла, теряемое через все ограждающие конструкции, ккал/ч; Q_вент   - количество тепла, расходуемое на нагревание воздуха, ккал/ч;

Приход тепла.

1.Тепло выделяемое  животными

Q_ж = q_ж*n, где q_ж – количество свободного тепла, выделяемое одним животным, ккал/ч; n- количество животных, гол.

Q_ж = 546*200=109200 ккал/ч

Расход тепла.

На вентиляцию: Q_вент = 0,31*L*(t_в - t_н), где 0,31- объемная теплоемкость воздуха, ккал/м³ град; L- часовой объем вентиляции, рассчитан для зимнего периода , м³/ч.

Q_вент = 0,31*15067*(10-(-58)) = 317612,3 ккал/ч.

На испарение: Q_исп = 0,595*W_доб, где 0,595- коэффициент, показывающий расход тепла на испарение 1г воды, ккал/ч; W_доб – добавочное поступление влаги в воздух при испарении с мокрых поверхностей.

Q_исп = 0,595 *7260= 4319,7 ккал/ч.

Через ограждающие  конструкции: Q_огр= Q_осн + Q_доб .    Q_доб сотавляет 13% от Q_осн.

Q_осн= , где ∑- показатель, указывающий на то, что нужно учесть и сложить теплопотери через каждую ограждающую конструкцию; K – коэффициент теплопередачи ограждений, ккал/м² град; F – площадь каждого ограждения, м²; t_в- температура внутреннего воздуха, С⁰; t_н – температура наружного воздуха, С⁰.

Расчет коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций:         К = , где - коэффициент теплоперехода от окружающей среды к внутренней поверхности ограждений ( = 0,133); - коэффициент

теплоперехода от наружной поверхности ограждений к окружающей среде (; для чердачных перекрытий - ); - толщина каждого слоя, составляющего ограждение; - коэффициент теплопроводности материала каждого из слоев, составляющих ограждение, в условиях эксплуотации.

К _{ст.прод} == 0,3ккал/ч*м³*град.

К_ст.тор= ккал/ч*м³*град.

К_пер.= ккал/ч*м³*град.

F_окон= 1,2*1,6*26=27,9 м²;                 F_вор. = 2,8*2,8*4=31,4 м²;                                       F_ст.пр= (72*3*2)-27,9=404,1м²;  

F_ст.тор= (19,0*3,0*2-31,4=82,6 м²;

 F_пер.= а*F_стойла; а= *2 = 19,2 м²; 

 F_пер=19,2*72=1382,4 м²;       F_{пол.дер}=1,8*1,1*200=396 м²;                            F_{пол.бет}= 72*19-396=972 м²;   

= 10-(-58)=68

Расчет теплопотерь через  ограждающие конструкции

Структура теплового баланса.

Расчет  нулевого баланса.

_н.б =

t_кр = 10 – 15 =  - 5

2.4. Анализ расчетных материалов.

При расчете часового объема вентиляции было получено 3 результата: по углекислоте и по водяным парам  за зимний период и переходный период. Если за основу взять показатели по углекислоте , то мы обеспечим только концентрацию углекислоты в пределах ПДК. Влажность и температура не будут соответствовать нормам.  Если же за основу брать показатели по водяным парам в зимний и переходный периоды, это обеспечит и температуру и влажность , а так же концентрацию углекислоты в пределах ПДК.

При расчете кратности  воздухообмена было вычислено, что  он равен в зимний период – 2,9р/ч, и 2,6 р/ч в переходный период. При норме 3-5 р/ч.     Это можно связать с кубатурой помещения. При удельной кубатуре на животное 18-20 м³, в исследуемом помещении она составляет 25,6 м³/гол.

Что бы обеспечить требуемый  часовой объем вентиляции было рассчитано, что в зимний период необходимо иметь: 5вытяжных шахт и 19 приточных канала, а в переходный период: 6 вытяжных шахт и 31 приточных канала. Фактически имеем 3 вытяжные шахты, которые образуют воздухообмен зимой – 59%, а в переходный период – 51% .Имеется приточные каналы 13 шт. Это может привести к инфильтрации воздуха через щели и испаряемости в воротах, окнах. Расчет теплового баланса показал, что в помещении наблюдается дефицит тепла: 366856 и обеспеченность тепла составляет всего 23%.

Баланс тепла сохраняется  только лишь до температуры наружного  воздуха – 5⁰С. При понижении температуры ниже чем на -5⁰С наступает нехватка тепла.

Теплопотери  напрямую связаны  с ограждающими конструкциями: 33,8% и с вентиляцией: 66,2%. Расчет теплопотерь через ограждения указывает на то, что часть ограждающей конструкции имеют низкие теплозащитные качества, то есть холодные их коэффициент теплопередачи не соответствует нормативам.

Так через перекрытие теряется – 71,8% и коэффициент при этом составляет – 1,2 ккал. При норме 0,25-0,33 ккал. А теплопотери через стены не значительные.

8,8% и коэффициенты продольных – 0,3, торцовых-0,8. При норме  0,4-,05.

Снизить теплопотери на вентиляцию за счет часового объема вентиляции нельзя, так как он был рассчитан в  соответствии с физическими нормами.

Это все может привести: к ухудшению продуктивности и  здоровью животных, производительности и качеству труда обслуживающего персонала, и срокам эксплуатации здания.

2.5. Заключение  по расчетной части.

1) заниженный воздухообмен.

2) имеющаяся вентиляция  не обеспечивает требуемый воздухообмен.

3) Ограждающие конструкции  имеют высокий коэффициент теплопередачи-  холодные, и требуют утепления.

4) В помещении наблюдается  дефицит тепла, который необходимо  устранить.

3. Разработка и  обоснование путей оптимизации  микроклимата.

1) Утепление ограждающих  конструкций. 2) Снизить теплопотери  на вентиляцию. 3)  Устранить дефицит  тепла. 4) Устранить эффективность  вентиляции.

3.1. Оптимизация теплового баланса.

Для зоны Якутии требуется тройное остекление окон ( дополнительное стекло, полиэтилен) 2,3 →1,66 ккал/ч, чем коэффициент меньше, тем ограждающие конструкции теплее.

Так как ворота утеплены и имеют тамбуры коэффициент теплопередачи остается тот же – 2,0 ккал/ч. Деревянный настил.

Из совмещенного перекрытия делаем чердачное, за счет подвесного потолка из пенопласта.

К_пер.= ккал/ч.

F_пер.= 72*19=1368 м².    F_ст.тор.= 19*3,0*2-31,4=82,6 м².

Расчет теплопотерь через  ограждающие конструкции после  утепления.

3.2. Оптимизация  воздухообмена.

 Снизить расход  на вентиляцию можно несколькими  способами:

Организовать  приток воздуха  с чердачного пространства , в виду того что температура на чердаке  на 5⁰С выше, чем в окружающем пространстве.

Q_вент = 0,31*15067*(63) = 294258 ккал/ч.

  Опустить вытяжные шахты на высоту 0,5 м от пола, расположить их над навозными каналами, так как теплый воздух поднимается вверх, то при верхнем расположении вытяжных шахт удаляется именно теплый нагретый животными воздух. При опускании шахт теплый воздух остается в помещении, а из нижней зоны удаляется воздух загрязненный  вредными и ядовитыми газами. При этом экономия тепла составляет 5% от общих расходов на вентиляцию.

Q_вент.= 0,31*15067*68-5%=317612-5%=301731 ккал/ч.

  Установить в приточном канале под тепловентиляционным оборудованием ветрозащитную шторку, состоящую из деревянной рамы, на котрую натягивают полиэтиленовую пленку. Входящий из окружающего пространства холодный приточный воздух ударяется о ветрозащитную шторку и пока доходит до вентилятора согревается на 8⁰С.

Q_вент.=0,31*15067*(68-8)=280246 ккал/ч.

   Комбинировать два энергосберегающих элемента опустить вытяжные шахты и установить ветрозащитную шторку.

Q_вент.= 0,31*15067*(68-8)-5%=280246-5%=266233 ккал/ч.

Так как снизился расход тепла через ограждающие конструкции  и на вентиляцию необходимо по новым  данным рассчитать структуру теплового  баланса.

Структура теплового баланса.

 ∆t_н.б=

t_кр.= 10-19= - 9.

3.3. Размещение  и режим работы тепловентиляционного  оборудования.

 Устранение дефицита тепла.

Дефицит тепла необходимо из ккал перевести в кВт (1 кВт = 864 ккал).

  кВт.

Исходя из рассчитанного  дефицита выбираем подходящие по производительности калорифер СФОЦ 60/0,5- И1 с мощностью 69,7 кВт и 2 калорифера СФОЦ 100/0,5 – И1 с мощностью 97,5 кВТ.

1. Время работы:

264,7 – 60 мин                                                                  

             255 – Х мин  

                   Х = 58, то есть 58 мин. работает  и 2 мин. отдыхает.      

2. Установить  термореле на + 10℃ ( норма в коровнике), но надо учитывать, что кроме тепла эти установки дают чистый воздух (воздухопроизводительность 14000 м³/).
3. Установить эффективную вентиляцию. При установлении эффективной вентиляции для эксплуатации 5% тепла опускаем вытяжные шахты до 50 см над уровнем пола. Таким образом увеличивается общая высота шахты до 4 метров.