Материал: Зоогигиена. Аэродинамический расчет в коровнике

При возведении зданий для содержания сельскохозяйственных животных необходимо помнить об энергосбережении. Особенно этому следует уделять внимание при выборе систем вентиляции и контроля микроклимата и преимущественно использовать оборудование, которое обеспечивает экономию энергоресурсов, просто в управлении и в то же время имеет достаточно эффективные производственные показатели. Такие системы ориентированы на потребление самых дешевых источников энергии, а вентиляция близка к естественной. [9]

Система микроклимата в животноводческом помещении должна быть функциональной, малоэнергоемкой, надежной в эксплуатации, нематериалоемкой, простой в обслуживании и недорогой в изготовлении. Практика показала, что такая система микроклимата окупает себя за 4-6 мес. только за счет дополнительной продукции, полученной от животных. Если же учесть такие факторы, как значительное уменьшение отхода молодняка, расхода корма на единицу продукции, заболеваемости обслуживающего персонала, увеличение срока хозяйственного использования животных и т. д., то экономический эффект окажется более значительным.

При низкой температуре в животноводческих помещениях повышается расход кормов и снижается привес животных. Практика показывает, что уменьшение температуры помещения на 1 градус ниже зоны температурного комфорта увеличивает расход энергии на 5-6 процентов.

Расчеты показывают, что стоимость кормов, энергию которых животные вынуждены тратить на выработку биологического тепла и согревание окружающего воздуха, в 3-4 раза превышает стоимость топлива, требуемого для обогрева помещений до нужной температуры.

Оптимальный микроклимат в животноводческих помещениях достигается путем устройств вентиляции, канализации, применения влагопоглащающей подстилки (солома, торф, опилки). В ряде случаев необходим обогрев помещений. С этой целью применяют теплогенераторы, калориферы различных систем, работающие на горячей воде, жидком топливе и электричестве.

Создание оптимального микроклимата в значительной степени зависит от того, насколько тщательно оборудованы тамбуры, пригнаны и утеплены ворота, оконные проемы. Тамбуры зданий должны быть оборудованы двойными утепленными воротами и воздушными завесами, препятствующие проникновению холодного наружного воздуха. Ворота лучше делать раздвижными.

В решении продовольственной проблемы страны главным стратегическим направлением является интенсификация процессов сельскохозяйственного производства, сопровождающаяся неуклонным ростом эффективности животноводства. Современные животноводческие технологии предъявляют высокие требования к параметрам среды (микроклимату), в которой содержатся животные.

По мнению технологов, продуктивность животных на 50-60% определяется кормами, на 15-20% - уходом и на 10-30% - микроклиматом животноводческого помещения. Существующие системы и средства поддержания микроклимата обладают рядом недостатков и несовершенны: имеется значительный отход поголовья (до 10-15%), наблюдается снижение (на 7-10%) его продуктивности. Велики энергозатраты на отопление и вентиляцию, которые к тому же неполностью обеспечивают санитарные условия труда обслуживающего персонала.

1.5 Системы поддержания микроклимата в конюшнях

Наиболее важным фактором регулирования микроклимата является воздухообмен. Если воздух в животноводческих помещениях не обменивается с наружным, в нем накапливаются водяные пары, агрессивные газы, 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 должны иметь высоту 4-6 м, а чтобы в помещение не попадали осадки - заканчиваться дефлектором с крышкой. Площадь каждой вытяжной трубы - не менее 70х70 см, а приточных каналов - 20х20 см. Приточные каналы следует располагать в продольных стенах в шахматном порядке, площадь их должна составлять 70-80% от площади вытяжных труб.

Причинами неудовлетворительной работы естественной вентиляции могут быть строительные недоделки (щелистость, недостаточное утепление труб), плохая теплоизоляция здания, несвоевременное открывание и закрывание клапанов в вытяжных и приточных каналах. Естественную вентиляцию применяют как правило, в помещениях для содержания взрослых животных.

Наиболее эффективной вентиляцией в животноводческих помещениях является механическая с подогревом приточного наружного воздуха в зимний период. 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. Уклон пола делается в сторону канализационных лотков (навозного транспортера) - на каждый метр 1,5-2 см. при устройстве и замене деревянных полов нельзя допускать пустот между досками и поверхностью глиняного основания, иначе под полом будет скапливаться жижа, а ее гниение и разложение создадут неблагоприятные санитарно-гигиенические условия. Заслуживают внимания полы с настилом из резиновых плит, с полимерцементным настилом, пустотелые керамические и керамзито-битумные. 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 [6].

В настоящее время считают, что для условий Западной Европы с умеренным и прохладным климатом наиболее приемлемы, являются закрытые хорошо вентилируемые конюшни. Лошади хорошо переносят низкую температуру, если их содержать в сухом стойле и не допускать сквозняков.

Рис. 1.1 Схема приточного канала

Основными составляющими технологии содержания лошадей при разработке проектов таких зданий условно считается: воздух, кормление и комфортные условия для животных. Как правило, стены выполнены из легких конструкций. Приток воздуха регулируется подъемом шторки из сетчатого или сплошного легкого полимерного материала установленной на оконных проемах.

Рис. 1.2 Схема воздуховода

На таких фермах достаточно широко распространен вариант организации притока воздуха через узкий канал устроенный в месте примыкания кровли к стенам.

От прямого воздействия потока холодного наружного воздуха, места отдыха коров продольных стен защищены утепленной панелью воздуховода. Интенсивность воздухообмена регулируется клапаном. Система допускает применение автоматизированного управления интенсивностью воздухообмена в зависимости от температуры в зоне размещения коров.

Вытяжка воздуха осуществляется через аэрабор в коньке крыши полностью или частично открытого типа.

Рис 1.3 Схема аэрофора

Рис 1.4 Схема работы аэробора

Большие возможности для оптимизации микроклимата помещений представляют аэраборы с изменяющимся сечением вытяжного канала. Величина потока загрязненного воздуха регулируется подъемом V-образной деки специальной штангой или изменением положения клапана (рис. 1.5).

Рис 1.5 Принцип регулирования воздухообмена

Специалисты голландского учебного центра «Ай-Пи-Си Лайвасток» отмечают, что для поддержания требуемого микроклимата в помещениях с собственной вентиляцией следует учитывать основные направления ветра и соотносить их с расположением дверных проемов. Рассматривая проблему модернизации комплексов по производству молока Т. Танненберг (2001) также обращает внимание на то, что концепции свободной вентиляции с открытым коньком, обычные для Западной Европы, должны быть апробированы в условиях низких температур и в зависимости от положения зданий по отношению к ветру.

2. Расчет расхода вентиляционного воздуха

2.1 Выбор расчетных параметров

Принимаем расчетные параметры наружного воздуха в соответствии с СНиП 23-01-99 для г. Краснодара для холодного периода:

- средняя относительная влажность в 13 часов самых холодных суток;

- средняя температура самых холодных суток;

- средняя температура наиболее холодной пятидневки - для проектирования отопления;

- средняя температура за отопительный период;

 суток - продолжительность отопительного периода.[1]

Нормы параметров внутреннего воздуха приняты по [5]

.2 Расчет и выбор системы вентиляции

При правильном содержании животных и оптимальной температуре воздуха концентрация клоачных газов и количество влаги не превышают допустимых значений. Концентрация паров от выделений животных в воздухе помещения сверх допустимой отрицательно сказывается на состоянии здоровья животных и их продуктивности. Кроме влаги и газов, в воздухе животноводческих помещений находятся частицы пыли и микроорганизмы. Загрязненный микроорганизмами воздух может стать источником заражения всего стада. Поэтому на фермах оборудуют приточную и вытяжную вентиляцию.

Максимальное количество воздуха, необходимое для вентиляции помещения в зимний период, определяется по влажности и газосодержанию. Потребный часовой расход воздуха ,необходимый для растворения водяных паров [3]

вл=;                                                                                 (2.1)

где W- количество влаги внутри помещения, г/ч;- влагосодержание вне помещений, г/кг;- влагосодержание внутри помещений, г/кг.

=W1 +W2                                                                             (2.2)

где W1 - количество влаги, выделяемой при дыхании животным, г/ч;- количество влаги, выделяемой кормом, подстилкой.

=0,14 W1                                                                              (2.3)=nWжkykt                                                                              (2.4)

где n- поголовье животных;

Wж- количество влаги, выделяемой при дыхании одним животным, г/ч;,kt - коэффициенты, учитывающие изменение влагосодержания в зависимости от температуры и влажности воздуха, ky =1,5, kt.=1,03[8]

Потребный часовой расход воздуха, необходимый для удаления углекислоты:

Lco2=;                                                                                 (2.5)

где k-выделение углекислоты одним животным, л/ч, [3];

С1 и С2- содержание углекислоты в воздухе вне и внутри помещений, л/м3. [3]

Предельно допустимое содержание углекислоты в воздухе для содержания молодняка и взрослых животных - не более 0,25%. Нормы выделения от одного животного теплоты, углекислоты и водяных паров приведены в [ 5]

Результаты расчета сводятся в таблицу 2.1

В качестве расчетного принимается минимальный воздухообмен

При невозможности обеспечения нормируемых параметров естественным путем проектируют вентиляцию с искусственным либо смешанным побуждением.

3. Расчет системы вентиляции

3.1 Выбор расчетной схемы системы вентиляции

Скорость течения воздуха на головных участках воздуховодов принимается до 10 м/с и 0,5-1 м/с на дальних концевых, при этом стремимся к снижению затрат необходимого количества энергии на перемещение и одновременно чтобы воздуховоды не были дорогими при изготовлении и громоздкими для установки в помещениях. По способу побуждения наметились основные системы механической вентиляции конюшен:

Сверху - вниз-вверх (классическая схема вентиляции);

Сверху - вверх;

Сверху - вниз;

Снизу - вверх;

Снизу - вверз-вниз;

Снизу-сверху - вверх.

Сверху -вверх и снизу - вверх - вентиляция повышенного давления - приток с механическим побуждением, вытяжка - естественная.

Сверху-вниз и сверху - вниз-вверх - система вентиляции равного давления - приток и вытяжка с механическим побуждением.

Снизу - вверх-вниз и снизу - сверху - вверх - система вентиляции, у которой приток с механическим побуждением, вытяжка механическая и естественная. Иногда встречается система вентиляции пониженного давления - вытяжка с механическим побуждением, приток - естественный.

Проведенный анализ литературы по обеспечению эффективности систем вентиляции конюшен, позволили детально рассмотреть основные требования, которые предъявляются к воздухораспределительным устройствам с учетом особенностей данного производства. Эти требования сводятся к следующим: 1 Необходимо стремиться к тому, чтобы приточный воздух не создавал в обитаемой зоне сквозняков и одновременно застойных зон, которые комплексно оценивают подвижностью воздуха, содержанием вредных газов и разностью температур приточного воздуха, обдуваемого непосредственно поверхность тела животного и воздуха в помещении.

Можно рекомендовать максимальную подвижность воздуха в зоне расположения животных при температуре окружающего воздуха 10 С равной зимой 0,5 м/с и 1,0 м/с летом с рабочей разностьютемператур 2,8С.

В Для обеспечения лучших условий теплообмена животных при высоких температурах воздуха tв25С необходимо обеспечить равномерное распределение свежего воздуха по всему объему логова с повышенными скоростями.

Желательно, чтобы конструкция воздухораспределителя допускала возможность автоматического регулирования при минимальном аэродинамическом сопротивлении

Воздухораспределитель не должен занимать полезную площадь логов и мешать обслуживающему персоналу в уходе за животными, а также исключать деформацию и загрязнение рабочих органов лошадьми. [2]

Для зимнего периода содержания животных предпочтительна система верху-вниз, позволяющая при централизованном притоке обеспечить оптимальные параметры микроклимата в рабочей зоне. Загрязненный воздух рекомендуется удальять как из верхней зоны через вытяжные шахты, так и из нижней. В результате для дальнейших расчетов нами предлагается две схемы вентиляции производственных помещений конюшни применительно к региональным климатическим условиям, условиям размещения животных и оптимальному энергопотреблению:

1. Классическая схема вентиляции конюшни (притчонная система с механическим побуждением, подача воздуха через воздуховоды, вытяжка - естественная через вениляционные шахты);

2. Смешанная схема вентиляции конюшни (притчонная система с механическим побуждением, подача воздуха осевыми вентиляторами, вытяжка - естественная через вениляционные шахты).

Расчетная схема системы вентиляции конюшни принята механическая приточно-вытяжная согласно требованиям к проектированию конюшен НТП-АПК 1.10.01.001-00 и ВНТП 645/1618-92.