Лекция № 12

Лекция № 12
ТЕМА
МИКРОКЛИМАТ В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ
ПОМЕЩЕНИЯХ
ПЛАН:
1 Понятие о микроклимате и его значение для животноводства.
1. Технические средства для создание оптимального микроклимата.
2. Воздухо- влаго- и теплообмен животноводческого помещения.
3. Вентиляционные сети.
1. Понятие о микроклимате и его значение
для животноводства
По современным воззрениям, успех животноводства определятся на
60% кормлением, на 20 % разведением и возрастом животных и на 20 %
микроклиматом и условиями содержания (Рис.1.).
От животных при самых лучших условиях кормления невозможно
добиться
наилучшей
корма
продуктивности,
если
условия
60 %
микроклимата небезупречны в
течение всего года.
селекция
и
возраст
100
С
другой
стороны,
20 %
оптимальные
условия
микроклимата сами по себе еще не
- микроклимат и условия
20 %
могут считаться предпосылками
содержания
высокой продуктивности, если
этого не позволяет уровень
кормления и качество животных.
Рис.1. Факторы, определяющие
эффективность животноводства.
Параметры микроклимата в
сильной мере влияют на срок службы зданий и оборудования, на условия
труда обслуживающего персонала. Срок службы электродвигателей,
пускозащитной аппаратуры в животноводческих помещениях составляет
всего 1-2 года.
Под микроклиматом понимают совокупность физических свойств и
химического состава воздушной среды помещений, в особенности
температуру, влажность, содержание вредных газов, а также содержание
микроорганизмов и частиц пыли. Кроме того, сюда относят движение
воздуха (его направление и скорость), освещенность в помещении, тишину.
Факторы, влияющие на формирование микроклимат.
В процессе жизнедеятельности животных и в результате их
обслуживания в воздух помещения выделяются пары воды, газа, пыль и
микроорганизмы.
Количество поступающих в воздух указанных компонентов зависит от
вида и возраста животных, плотности их размещения, температуры воздуха,
его влажности, скорости и направления движения, а также от способов
удаление навоза, кормораздачи и типа кормления.
Микроклимат определяется физиологическими, метеорологическими,
техническими и технологическими факторами.
Физиологические факторы.
1. Требования животных к параметрам микроклимата (температуре,
влажности и скорости движения воздуха, содержания вредных газов,
освещенности, тишине).
2. Количество теплоты, влаги и газов, отдаваемые (выделяемые)
непосредственно животными.
Метеорологические факторы.
1. Условия наружного климата, влияющие на микроклимат
ограждающие конструкции и систему вентиляции:
а) интенсивность солнечной радиации;
б) количество облачных и солнечных дней в году;
в) движение воздушных масс;
г) температура летних и зимних месяцев;
д) влажность воздуха;
е) почвенные условия и др.
через
Технические факторы.
1. Конструкция здания (размеры, форма, отделка помещения,
теплоизоляция). Огромную роль играет конструкция пола (свиньи в
течении суток лежат 70 – 90 % времени, коровы – до 50 % времени).
2. Вентиляция.
3. Отопление.
4. Освещение.
Технологические факторы.
1. Способ содержания животных.
2. Технология раздачи кормов.
3. Система навозоудаления.
Способ содержания животных.
Беспривязный способ содержания крупного рогатого скота с их
свободным выходом из помещений приводит к понижению температуры (это
ведет к повышению затрат кормов). Так на производство 1 кг молока расход
кормов увеличивается на 10 – 30 % по сравнению с закрытыми
помещениями.
В США проводили исследования на откорме крупного рогатого скота в
закрытых помещениях и открытых площадках. При содержании в
помещении период откорма сокращен на 35 дней, среднесуточный прирост
массы на 100 гр выше, расход кормов на 1 ц прироста массы ниже на 110 кг.
Тип кормления.
При сухом кормлении в помещение меньше вносится влаги с кормом.
Однако животные чаще пьют воду, что приводит к повышению влажности.
Система навозоудаления.
При напольных способах удаления навоза увеличивается площадь
испарения влаги и выделения вредных газов.
При канальных способах – площадь испарения уменьшается, однако
влага и газы накапливаются в локальных участках здания.
Влияние на продуктивность животных основных физиологических
факторов.
Температура воздуха – оказывает наибольшее влияние на
продуктивность сельскохозяйственных животных и использование ими
корма. Ею определяется и влияние других факторов (скорости движения
воздуха, влажности и др.).
Под оптимальной температурой понимают температуру, при которой
животные имеют наивысшую продуктивность при наименьшем расходе
корма (Рис.2.).
Оптимальная
%
Р, кг/кг
температура для молочных
100
1
коров
а
tопт  6...20 0С ,
1,8
90
минимально
допустимая
80
0
t min  4 С . Верхняя граница
70
1,6
оптимальной
температуры
2
0
считается +25 С.
60
На рисунках 3. и 4.
50
1,4
показано
влияние
-17,8
15,6
-6,7
4,4
26,7
37,8 С
температуры
воздуха
на
Рис. 2. Влияние температуры окружающей
изменение
массы
у
среды на удои в % к нормальной
откармливаемых свиней и на
продуктивности (1) и на расход
яйценоскость
кур.
условного корма (2).
Оптимальные
значения
температуры, влажности и содержания углекислого газа представлены в
таблице 1.
0
1,0
0,5
0
-0,5
-1,0
10
20
30
0
40 С
Продукция яиц, в % к оптимальным
1,5
Рис.3. Влияние температуры на
изменение массы у
откармливаемых свиней.
%
100
90
80
70
60
50
40
5
10
15
20
25
30
35
40
0
45 С
Рис.4. Влияние температуры воздуха на
яйценоскость кур.
Таблица 1. – Оптимальные значения температуры, влажности и содержания
углекислого газа для различных видов животных.
Вид животных
Температура, 0С
Влажность, %
СО2, г/м3
Крупный рогатый скот
6-25
70-85
2,5
Свиньи
12-16
70-75
2,5
Птицы
10-20
60-70
2,0
Овцы
8-15
80
3,0
2. Технические средства для создания оптимального
микроклимата
Все технические средства для создания оптимального микроклимата
делятся на 3 большие группы:
1. Устройства, обеспечивающие воздухообмен и освещение.
2. Устройства, обеспечивающие обработку воздуха.
3. Средства создания локального микроклимата.
3
1
2
5
5
4
Рис.5. Схема вентиляционной установки:
1-электродвигатель; 2-вентилятор; 3-заслонка; 4-воздуховод; 5-отвод.
Принципиальная схема вентиляционной установки показана на
рисунке 5.
К
устройствам,
обеспечивающим
воздухообмен,
относятся
вентиляционные установки, которые состоят из вентилятора с
электродвигателем и вентиляционной сети, состоящей из систем
воздуховодов и приспособлений для забора и выпуска воздуха и
регулирования производительности.
У систем с принудительным побудителем основным узлом является
вентилятор.
По конструкции и принципу действия вентиляторы делятся на осевые
(рабочим органом является лопасть) и центробежные (рабочим органом
является колесо) (Рис.6.).
Вентиляторы бывают низкого (до 1 кПа), среднего (до 3 кПа) и
высокого давления (> 3 кПа).
Номер
вентилятора
показывает диаметр рабочего
органа в дециметрах (№4–d =
400 мм).
Осевые
вентиляторы
обеспечивают более низкое
давление,
поэтому
их
используют при коротких
трубопроводах.
Рис.6. Схемы электровентиляторов:
а – осевой; б – центробежный.
Устройства, обеспечивающие обработку воздуха:
а) нагрев воздуха (теплогенераторы, воздушно-отопительные агрегаты на
воде и паре, калориферы);
б) охлаждение воздуха (установки для мокрого и сухого охлаждения воздуха,
вихревые трубы);
в) кондиционирование воздуха (кондиционеры);
г) очистку воздуха (воздухоочистители).
Теплогенераторы используются для воздушного отопления
животноводческих помещений. Бывают на твердом (К-11М) и жидком
топливе (ТГ–75А, ТГ–150А). Принципиальная схема теплогенератора
показана на рисунке 7.
теплый воздух
горячий
воздух
горячая вода
холодная вода
1
3
2
Рис.7. Схема теплогенератора:
1-камера сгорания; 2-электровентилятор; 3-водонагреватель.
Кроме нагрева воздуха теплогенератор обеспечивает подогрев 200 л/ч
воды на 50 0С.
Станцией управления предусмотрена высокая степень автоматизации
режимов работы теплогенератора.
1. Автоматическое включение в следующем порядке:
- продувка камеры сгорания в течение 10 – 15 с;
- подача топлива в форсунку;
- подача искры;
- включение электрического двигателя вентилятора после прогрева камеры
сгорания до температуры 35 – 40 0С.
2. Автоматическое включение и отключение на рабочем режиме в
зависимости от сигнала датчика температуры, установленного в
обогреваемом помещение. Пределы регулирования от 5 до 35 0С.
3. Автоматическое отключение в случаях перегрева, при не зажигании
факела в течение 20 – 25 секунд с момента подачи команды на включение,
при срыве факела, а также при отказе отдельных элементов схемы.
Отключение
теплогенератора
осуществляется
в
такой
последовательности: сначала прекращается подача топлива и воздуха на
горение, а затем после остывания камеры сгорания до температуры 25 – 30 0С
отключается вентилятор.
Калориферы бывают: водяные, паровые, электрические.
Наиболее высоким к.п.д. обладают электрические колориферы. Они
позволяют осуществлять полную автоматизацию управления.
Широко используются калориферы типа СФОА мощностью
от 16 до 100 кВт.
Устройства для очистки воздуха от пыли.
«Пыль» - система из мельчайших частиц твердого или жидкого
вещества с размерами от 0,1 до 0,0001 мм.
Сюда относятся, пылеосадочные камеры, циклоны, инерционные
пылеуловители, матерчатые и слоистые фильтры, электрофильтры.
Циклоны: СИОТ; ЛИОТ; НИИОГАЗ; ВЦНИИОТ. Эффективность
пылеулавливания циклона – 85 %. Электрофильтры – основаны на
электростатическом осаждении частиц. Степень очистки – 98 %.
Охладители воздуха.
Существует два способа охлаждения воздуха: мокрый и сухой.
Мокрый способ основан на непосредственном контакте воздуха с
водой (осуществляется в оросительных камерах). Здесь нужна холодная вода
с температурой 5-10 0С. Такой процесс изменения состояния воздуха
называется политропическим.
При сухом способе – воздух пропускают через воздухоохладители (по
принципу калориферов), через которые прокачивают холодную воду (Рис.8.).
Кондиционирование
воздуха применяется для
создания и поддержания в
помещении искусственного микроклимата, т.е.
заданной
температуры,
влажности и чистоты
воздуха.
В
данных
установках
воздух
нагревается, охлаждается,
увлажняется
и
осушивается. Кроме того,
воздух
подвергается
озонированию
и
2
1
3
4
наружный воздух
холодный воздух
Рис.8. Принципиальная схема воздухоохладителя:
1-компрессор; 2-конденсатор; 3-испаритель;
4- теплообменник.
ионизации.
Общая схема кондиционера показана на рисунке 9.
3
6
8
1
2
4
5
7
Рис.9. Схема кондиционера:
1 - решетка; 2 - фильтр; 3 - подводящий воздуховод; 4 - калорифер первого подогрева;
5 - оросительная камера; 6 - каплеотделитель; 7 - калорифер второго подогрева;
8 - вентилятор.
В зимнее время воздух забирается частично снаружи через решетку 1 и
фильтр 2 и частично из помещения через воздуховод 3.
Средства создания локального микроклимата.
К ним относятся:
1. Электрические брудеры Б-4, БП-1А;
2. Лампы инфракрасного излучения ИКО–2, ИКО–4 (светлые), ИКУФ–1
(темные);
3. Электрообогреваемые полы и коврики;
4. Газовые горелки инфракрасного излучения.
Электрообогреваемые полы особенно большой эффект дают при
выращивании поросят и цыплят. Опыт показывает, что при использование
электрообогреваемых полов падеж поросят уменьшается на 20 %, а их
среднесуточный привес увеличивается на 17,8 %.
Применяются два типа обогреваемых полов:
1 -полы с нагревательными элементами, заложенными в их массив;
2 -полы с нагревательными элементами, уложенными на их поверхности
(коврики, плиты).
В качестве нагревательного элемента используют провод ПОСХВ,
ПОСХП, ПОСХВТ.
В настоящее время промышленность выпускает вентиляционные
системы «Агровент», предназначенные для создания и автоматического
поддержания оптимального температурно-влажностного режима воздуха в
коровниках на 30…50 голов. Расположение установки в помещении показано
на рисунке 17.10, а ее схема – на рисунке 11.
Рис.10. Расположение вентиляционной установки «Агровент» в помещении:
/ - станция управления; 2 - вентиляционная установка; 3 - приточная шахта; 4 вытяжной вентилятор; 5 - стена помещения.
Рис.11. . Функциональная схема установки «Агровент»:
1 - приточный теплообменник; 2 - приточный вентилятор; 3 - рециркуляционная заслонка;
4 - заслонка обводного канала; 5 - вытяжной теплообменник; 6 - насос циркуляционного
контура; 7 - электромагнитный клапан; 8 - вытяжной вентилятор.
Рис. 12. Схема системы обеспечения
динамического микроклимата:
1 - приточный вентилятор; 2 - электрокалорифер;
3 - воздушный дроссельный клапан; 4 - узел
порционной подачи воздуха; 5 - воздуховоды
равномерной раздачи; 6 и 8 - датчики внутренней и
наружной температуры; 7 - щит управления
Также
разработана
и
выпускается
система
динамического микроклимата
(Рис.12.). Предназначена для
помещений с содержанием до
100 голов телят молочного
возраста до шести недель.
Динамический
микроклимат поддерживается за
счет периодической подачи
порций
свежего
воздуха
непосредственно
в
зону
нахождения телят.
3. Воздухо - влаго и теплообмен в животноводческих
помещениях.
За основу расчетов вентиляции приняты физиологические нормативы
оптимальных температур, относительной влажности воздуха и предельнодопустимого содержания углекислого газа. Полученный наибольший
показатель величины воздухообмена принимают за основу расчета
вентиляционных систем.
Уравнение теплового баланса для расчета воздухообмена по
оптимальной температуре:
Qж  m  q  Qог  Qв  Qп ,
где Qж - количество теплоты, выделяемое животными, кДж;
m - количество животных;
q - количество теплоты, выделяемое одним животным в час, кДж/ч;
Qог - потери теплоты помещением через наружные ограждения, кДж;
Qв - потери теплоты на вентиляцию, кДж;
Qп - потери теплоты на испарение влаги в помещении.
Количество теплоты, теряемой через наружные ограждения:
Qог  Fсд    Tв  Tн  ,
где Fсд - площадь ограждающих конструкций здания, м2;
2
0
 - суммарный коэффициент теплопередачи (   3,36 кДж/м ·ч· С).
Потери теплоты на вентиляцию:
QB  LQ  CB   B  TB  TH  ,
где
3
LQ - расчетный воздухообмен, м /ч;
0
С В - весовая теплоемкость воздуха ( С В  1,008 кДж/кг. С );
3
 В - объемная масса воздуха (  В =1,29 кг/м );
Потери теплоты на испарение влаги:
QП  0,25  Q Ж .
Тогда:
n  q    Fзд  t B  t H   LQ  C B   B  t B  t H   0.25  n  q .
Отсюда:
LQ 
0.75  n  q    Fзд  t B  t H 
.
CB   B  t B  t H 
Количество теплоты, требуемое на обогрев помещения:
Q  Qог  QВ  QН  Qж .
Воздухообмен по предельно допустимой влажности воздуха (м3/ч):
B  B2
LH 2O  1
,
d1  d 2
где
B1 - количество влаги, выделяемое животными, г/ч;
B2 - количество влаги, испаряемое с пола, г/ч
( В2  0,05  0,1 В1 );
3
d 1 - содержание влаги в свежем воздухе, г/м ;
d 2 - предельно допустимое значение абсолютной влажности воздуха,
г/м3, при которой относительная влажность не превышает
допустимой нормы.
Воздухообмен по предельному содержанию СО2 (м3/ч):
LCO2 
mC
,
C2  C1
где C - количество СО2, выделяемое одним животным, л/ч;
3
C 2 - допустимое содержание СО2 в помещении, л/м ;
3
C1 - содержание СО2 в чистом воздухе ( С1 = 0,3 – 0,4 л/м ).
Определив часовую величину воздухообмена и зная внутренний объем
помещения, определяют кратность воздухообмена в час:
К
L
.
WП
При К  3 – назначают вентиляцию с естественным побудителем; при
К = 3  5 – с искусственным побуждением воздуха; при К > 5 – с
искусственным побуждением подогретого воздуха.
Требуемый
воздухообмен
в
животноводческом
помещении
обеспечивается системой вентиляции, в общем случае к которой
предъявляются следующие требования:
1. Обеспечивать расчетный воздухообмен.
2. Автоматически изменять параметры микроклимата в помещении.
3. Равномерно распределять свежий воздух по всему объему помещения.
4. Не превышать нормативной скорости движения воздуха.
Классификация систем вентиляции:
а) по принципу действия:
- с естественным побудителем (естественная вентиляция);
- с механическим побудителем ( принудительная или искусственная);
- комбинированного действия.
б) по назначению:
- приточная (нагнетает воздух);
- вытяжная (отсасывает воздух);
- комбинированная (приточно-вытяжная).
4. Вентиляционные сети. Основы расчета
электровентиляторов.
Исходными данными для выбора вентилятора служат: требуемая
подача L и развиваемое давление (напор) Н.
Требуемая подача вентилятора:
L  K  LP ,
где LP - расчетный воздухообмен, м3/ч;
-
коэффициент, учитывающий потери или подсос воздуха в
воздуховоде (К = 1,1 – 1,5).
Общие потери напора  Н складываются из потерь на трение воздуха о
стенки воздуховода НТ и потерь от местных сопротивлений НМ:
Н  Н Т  Н М .
K
Н Т  В 
где

М
l 2

 В ;
D 2
Н   М 
2
2
 В
- суммарный коэффициент сопротивления движения воздуха;
l и D - соответственно, длина и диаметр воздуховода, м;
 - скорость движения воздуха, м/с.
Давление вентилятора должно быть больше или равно  Н.
Следует
помнить,
что
производительность
вентилятора
обуславливается гидравлическим сопротивлением сети воздуховодов, т.е.
характеристикой сети. Один и тот же
H
вентилятор при n=const обладатет
различной производительностью, в
зависимости от сопротивления сети.
Характеристика сети выражает
L
зависимость между расходом воздуха в
Рис.13. Характеристика
сети L и потерями напора в нем  Н
вентиляционной сети.
(Рис.13.).
Здесь зависимость
Н  К  L2 .
Существует
2
способа
регулирования
производительности
вентиляторов (Рис.14.).
H
3
H
2
3
1
1
2
n=const
L max
а)
L min
L
L min
L max
L
б)
Рис.14. Способы регулирования подачи вентилятора:
а – изменением характеристики сети; б – изменением характеристики вентилятора.
1-характеристика вентилятора;
1-характеристика вентилятора при n = max;
2-характеристика
сети
при
2-характеристика вентилятора при n = min .
полностью
открытом
3.- характеристика сети.
воздуховоде; 3-характеристика
сети с задросселированным
воздуховодом
Мощность электрического двигателя на привод вентилятора (Вт):
N дв 
где
L  H  K3
,
3600   В   П
К 3 - коэффициент запаса мощности двигателя ( К 3 =1,1 - для осевых
вентиляторов, К 3 =1,2–1,5 - для центробежных вентиляторов);
 В - к.п.д. вентилятора;
 П - к.п.д. передачи (  П =1 -если рабочий орган вентилятора насажен на
вал двигателя,  П =0,98 - если валы соединены муфтой,  П =0,95 клиноременная передача).
Для любого вентилятора подача (L), развиваемый напор (H) и
потребляемая мощность (N) зависят от частоты вращения рабочего органа
(n). Если (n2>n1) то :
n
L2  L1 2 ,
n1
n
H 2  H 1  2
 n1
2

n
 , N 2  N 1  2

 n1



3
Механическая
характеристика
вентиляторов приведена на рисунке 15.
Требуемый
диаметр
воздуховода
определяется исходя из подачи и допустимой
скорости движения воздуха в сети:
M0
Mc
n
D  2
Допустимая
Рис.15. Механическая
характеристика. 10–15 м/с.
L
.
3600    
величина
скорости
равна
Автоматизированное комплексное вентиляционно-отопительное
оборудование
Автоматические системы управления микроклиматом бывают:
1 В зависимости от вида энергии, применяемой для привода регулирующих
устройств:
электрические,
пневматические,
гидравлические,
электропневматические, электрогидравлические.
2. По динамическому признаку:
-двухпозиционные;
- пропорциональные (обеспечивающие плавное или дробно-ступенчатое
регулирование).
Наиболее эффективная работа систем регулирования микроклимата
достигается при использовании серийно выпускаемого вентиляционноотопительного оборудования: «Климат-2», «Климат-3», «Климат–4М»,
ПВУ–4, ПВУ–6, ПВУ–9 (Приточно-вытяжные установки).
В состав этого оборудования входят: вентиляторы, калориферы и
станции автоматического регулирования.