2. Анализ вариантов управления и существующего объема автоматизации технологической линии

Исследованиями установлено, что продуктивность животных на 50-55% определяется кормами, на 20-25% -- генетическими признаками и уровнем селекционно-племенной работы и на 20-30% -- условиями микроклимата. И при неудовлетворительном микроклимате потенциальная продуктивность животных используется лишь на 20-30%, а срок их племенного и продуктивного использования сокращается.

Технологические требования к микроклимату в помещениях. Для нормального течения физиологических процессов в организме животных и птицы необходим чистый воздух в помещении по своим физико-химическим свойствам, близкий к атмосферному.

Крупный рогатый скот, содержащийся в помещениях с нерегулируемым микроклиматом, снижает продуктивность. У молочных коров при температуре выше 23 °С уменьшается удой, выше 26 °С -- содержание жира в молоке, у животных учащается пульс и дыхание, затрудняется теплоотдача. С понижением температуры до минус 5 °С потребление кормов увеличивается в 1,5-2 раза.

Повышенная влажность воздуха также отрицательно сказывается на продуктивности. Установлено, что при повышении влажности на каждые 5% выше 85% у высокопродуктивных коров суточный удой уменьшается на 1,22-1,43 кг. Влияние температуры и влажности воздуха может усиливаться или ослабляться в зависимости от скорости воздуха.

Оптимальные параметры микроклимата для различных групп крупного рогатого скота регламентируются нормами технологического проектирования.

Для обеспечения высокой продуктивности свиней необходимо, кроме полноценного кормления, создать оптимальные условия микроклимата в помещениях в соответствии с потребностями каждой возрастной категории животных.

Температура воздуха в помещении -- важнейший фактор, определяющий физиологическое состояние свиней. При снижении температуры в свинарниках на 8-10 °С ниже оптимальной, среднесуточные привесы откормочного поголовья уменьшаются на 40-60 г, а расход корма повышается на 0,3-0,5 корм. ед. Неблагоприятна для взрослых свиней и высокая температура. Если в помещении выше 21 °С, снижается темп роста, а выше 32 °С -- животные резко худеют. Поэтому летом, особенно в жаркие дни, следует увлажнять полы и кожный покров свиней, усиливать в помещении скорость движения воздуха дополнительным вентилятором. Поросята, наоборот, очень нуждаются в тепле. В первую неделю их жизни температура должна поддерживаться на уровне плюс 30 °С, во вторую -- плюс 26 °С, в третью -- плюс 24 °С, в четвертую --- плюс 22 °С.

Если не соблюдать правильный температурный режим в промышленных комплексах на 100 тысяч откармливаемых свиней в год, потери могут достигать 12-15 т в сутки, что составляет ежегодно более 4 000 т мяса.

Другой параметр микроклимата -- влажность воздуха. Зимой при содержании в неблагоприятных сырых помещениях свиньи заболевают бронхитами, воспалением легких, мышечным ревматизмом, расстройством пищеварения. Особенно страдают молодые и ослабленные животные. При большой влажности воздуха в свинарниках увеличивается число патогенных микроорганизмов, грибков, плесени. Поверхность тела свиней бывает мокрой и грязной.

Очень важно соотношение между температурой воздуха в помещении и скоростью его движения. Воздух одной и той же температуры ощущается холодным, если он движется со скоростью более 1 м/с и нормальным при скорости движения 0,2-0,25 м/с.

В помещениях для свиней содержание в воздухе углекислоты, аммиака, сероводорода не должно превышать максимально допустимых концентраций.

Птица отличается от животных более интенсивным обменом веществ.

Цыплята на 1 кг массы выделяют теплоты и поглощают кислорода примерно в 5-6 раз больше, чем крупный рогатый скот. Птица не может быстро приспосабливаться к резким изменениям температуры, так как у нее недостаточно развита терморегуляция из-за плотного оперения и отсутствия потовых желез. В помещениях с неудовлетворительным микроклиматом привесы бройлеров уменьшаются на 6-7%, возникают заболевания органов дыхания, зрения, сердца, печени, крови и птица гибнет. Продуктивность кур снижается до 40-50%, расход кормов на единицу продукции повышается на 30-40%, заболеваемость, особенно молодняка, увеличивается в 3--4 раза.

При клеточном содержании кур в птицеводческих хозяйствах на промышленной основе особенно нежелательны резкие колебания температуры.

Источником повышения влажности в птичниках являются: легочное дыхание птицы, испарение влаги с поверхности поилок, мокрого пола, кормушек и других конструкций помещения.

Поскольку влажность воздуха как фактор микроклимата неразрывно связана с температурой и движением воздуха, то и влажность в птичниках может повышаться или понижаться. С повышением влажности воздуха испарение влаги органами дыхания птицы уменьшается. Кроме того, влага, насыщая Еоздух птичника, изменяет его теплоемкость и теплопроводность.

Высокая влажность воздуха в птичнике способствует снижению перевариваемости питательных веществ корма, понижению отложения азота и уменьшению содержания гемоглобина в крови. Поэтому пребывание птицы в помещениях с высокой влажностью и низкой температурой часто вызывает простудные заболевания. При высокой влажности и температуре теплоотдача у птиц сильно затруднена, вследствие чего наступает перегревание организма и тепловой удар.

Движение воздуха при температуре более низкой, чем температура тела птицы, может вызвать переохлаждение организма.

Движение воздуха, усиливая испарение и увеличивая теплоотдачу, воздействует на водный и тепловой обмен организма птицы, поэтому скорости движения воздуха придают такое же значение, как температуре и влажности. Допустимым пределом скорости движения воздуха в помещениях для птицы считается 0,15-0,2 м/с.

При высоких температурах увеличение скорости движения воздуха предотвращает перегрев тела птицы.

Рекомендовано применять следующие скорости движения воздуха в птичниках в зависимости от температуры: (25-28 °С) -- (0,5-1 м/с); (28-31 °С) -- (1,0-0,5 м/с); (31-34 °С) -- 1,0-2,0 м/с); (34-37 °С) -- (2,0-2,5 м/с). При температуре выше 37 “С воздух в птичниках охлаждают.

Параметры воздушной среды помещений для содержания крупного рогатого скота, свиней и птицы принимаются в соответствии с нормами технологического проектирования.

Таблица 1.

Нормативные температура и влажность воздуха для различных групп животных и птицы

Концентрация вредных газов в воздухе не должна превышать для телят: углекислоты -- 0,15%, аммиака 0,01 мг/л, сероводорода -- 0,05 мг/л, для молодняка крупного рогатого скота и взрослого скота соответственно: 0,2%, 0,02 и 0,01 мг/л, для птицы соответственно: 0,25%, 15 и 5 мг/м. Оптимальная скорость движения воздуха в коровниках 0,2-0,3 и в птичниках от 0,3 (в холодный период года) до 1,0 м/с (в теплый период года). Организация воздухообмена в помещениях для содержания крупного рогатого скота, свиней и птицы. В помещениях, где содержатся животные и птица, накапливается большое количество вредно действующих газов

углекислоты, аммиака, сероводорода, которые являются продуктами жизнедеятельности самих живых организмов.

Задача вентиляции -- вытеснить из помещения отработанный воздух свежим в таком количестве, чтобы обеспечить нормативную концентрацию вредных газов в помещении. Вентиляционная система должна функционировать оптимально. О последствиях плохой вентиляции было сказано выше. Избыточная вентиляция увеличивает затраты на вентиляцию воздуха и его нагревание в холодный период. Чтобы контролировать воздухообмен в помещениях, необходимо использовать следующие данные объёма вентиляции: максимальное количество воздуха, которое требуется для удаления из помещения избыточной влаги и углекислого газа, в зимний и переходный периоды года, лишнего тепла -- летом.

Опыт эксплуатации систем вентиляции животноводческих помещений, при эффективно действующих системах удаления навоза и помета показал, что обеспечение нормативной концентрации углекислого газа в воздухе, при этом, также обеспечивает допустимую концентрацию остальных вредных газов, в связи с чем объем приточного воздуха зимой рассчитывают по содержанию углекислого газа и находят по формуле:

где a_CO2 -- количество воздуха, которое необходимо подать в помещение и удалить из него за 1 ч/м³;

С -- общее количество углекислоты, выделяемой всеми животными или птицей за 1 ч, л/ч;

С₁ -- допустимое содержание углекислоты в 1 м³ воздуха, л/ч;

С₂ -- содержание углекислоты в наружном воздухе вблизи птичника, л/м³.

При этом величину С определяют из выражения:

С = C₀nq ,

Со -- количество углекислоты, выделяемой животными или птицей за час на 1 кг живого веса;

п -- число животных (птицы) в помещении;

q -- вес одного животного (птицы), кг.

При расчёте воздухообмена по влажности исходят из нормативов температуры и влажности воздуха в помещении и учёта количества влаги, выделяемой животными (птицей) в парообразном виде, а также испаряющейся с пола, клеток, поилок, помёта и других ограждений помещения.

Количество водяных паров, выделяемых животными (птицей), находят по таблицам.

Влажность наружного воздуха учитывают в переходный период, то есть когда влажность воздуха сравнительно высокая, а температура близка к О °С. Сведения о температуре и влажности наружного воздуха можно брать из климатических таблиц или узнавать в ближайшей метеорологической станции средние показатели режимов за много лет. Затем объём вентиляции по влажности рассчитывают по формуле:

где а -- количество воздуха (м³/ч), которое необходимо подать в помещение и удалить в течении часа;

Q -- количество влаги (г), выделяемой птицей в парообразном виде и испаряющейся с поилок, пола в час; q₁ -- абсолютная влажность воздуха помещения (г/м³), при которой относительная влажность остаётся в пределах норматива; q₂ -- абсолютная влажность вводимого в птичник атмосферного воздуха (г/м³).

Воздухообмен по углекислому газу рассчитывают для холодного периода, по влажности -- для переходного времени года.

Однако если животных (птиц) содержат в помещении круглый год, необходимо учитывать удаление избыточной теплоты при высоких наружных температурах воздуха в летний период.

Воздухообмен при условии выделения свободного тепла животными (птицей) определяется по формуле:

где -- количество воздуха (м³), которое необходимо подать в помещение или удалить из него, чтобы поддерживать в нём рекомендованные параметры температуры, влажности и газового состава воздуха;

Q -- избыточное свободное тепло, выделяемое животными (птицей), ккал/ч;

С -- теплоёмкость 1 м³ воздуха, постоянный показатель, который равен 0,3 (ккал/ м³, град);

t_в -- температура воздуха в птичнике, °С;

t_н -- температура наружного воздуха, °С.

Значения оптимального воздухообмена для крупного рогатого скота, свиней и птицы с учётом вредных выделений и сезона года сведены в таблицах 4.5, 4.6, 4.7.

Таблица 2

Воздухообмен для животных по сезонам года

Таблица 3

Воздухообмен для кур по сезонам года

Таблица 4

Примерное количество свежего воздуха, подаваемого в птичники, для местных цыплят, м³ на 1 кг живого веса

Ассимиляция и удаления выделяющихся в помещении вредностей требует организации эффективной системы вентиляции.

Указанные ранее нормативные параметры микроклимата должны быть обеспечены в зоне размещения животных, т.е. в объеме воздуха высотой 1-1,5 м от пола, для птицы этот объем ограничен высотой клеточных батарей или, при напольном содержании, высотой 0,8 м от пола (рис. 4.60,4.61).

В настоящее время используется четыре типа вентиляционных систем:

• естественная приточная -- естественная вытяжная;

• естественная приточная -- вытяжная с механическим побуждением;

• приточная с механическим побуждением;

• естественная вытяжная:

• приточная и вытяжная с механическим побуждением.

Выбор системы вентиляции (с естественным или механическим побуждением) производится исходя из особенностей вентилируемого помещения, его размеров, вида находящихся в нём животных, технологии их содержания и т.д.

В животноводческие помещения шириной менее 18 метров в зонах с мягким климатом, к которым относится Беларусь, свежий воздух поступает через подоконные щели. Из помещения воздух удаляется через одну или две вытяжные шахты. Они имеют поворотные клапаны для регулирования количества удаляемого воздуха. Работа системы зависит от разности наружной и внутренней температур воздуха, количества тепла, выделяемого животными, и скорости ветра. При правильной эксплуатации эта система обеспечивает удовлетворительное состояние микроклимата в коровниках.

В зданиях шириной 18 м и более применяются приточные системы с механическим побуждением подачи воздуха. Удаление воздуха производится через вытяжные шахты, при проектировании которых предусматривается постоянный подпор воздуха, чтобы через неплотности стен и окон внутрь помещения не попадал наружный холодный воздух, пылевые частицы и болезнетворные микробы.

В животноводческих помещениях при содержании животных на решетчатых полах навоз удаляют самотечно-сплавным или гидравлическим способами. В таких помещениях предусматривают механическое удаление воздуха (не менее 30-50% зимнего воздухообмена) из подпольных навозосборников.

Устройство канала-спутника для удаления загрязненного воздуха требует больших капитальных вложений и трудозатрат при эксплуатации и не оказывает заметного влияния на параметры воздушной среды в животноводческих помещениях. Поэтому отказались от устройства неэффективной вытяжки из каналов навозоудаления из-под щелевого пола.

Систему вентиляции животноводческого помещения необходимо строить с учетом характера распределения естественных параметров воздушной среды. Исследования показывают, что температура внутреннего воздуха нарастает с увеличением высоты. При этом максимальное влагосодержание наблюдается в нижней зоне, вследствие высокой гигроскопичности. Аммиак, в основном, концентрируется в зоне дыхания животных.

Рис. 2 Организация воздухообмена в: а) - свинарнике; б - коровнике.

Рис. 3. Организация воздухообмена в птичнике: а -- в зимний и переходный период; б - в летний период

В птичниках в жаркое время года, за счет тепла, выделяемого птицей, в помещении образуется значительный его избыток. Приточная система вентиляции птичника работает в режиме вытеснения из помещения углекислого газа и влаги. Для увеличения воздухообмена в птичнике летом с целью удаления избытка тепла используется принудительная вытяжная система вентиляции, при этом поступление воздуха в птичник происходит не только через приточные воздухообмены, но и вытяжные шахты, смонтированные в перекрытии в шахматном порядке.

Производительность принудительной вытяжной вентиляции регулируется автоматически по температуре воздуха внутри птичника.

На температуру внутри помещения влияют: температура поступающего в помещение воздуха, изменение передачи теплоты через ограждение, тепловыделения животных и другие возмущения, в связи с чем в теплый период температура внутри помещения может превышать температуру наружного воздуха и увеличение воздухообмена не дает положительного результата.

В соответствии с нормами технологического проектирования температура внутри помещения не должна превышать температуру наружного воздуха более, чем на 5 °С и ограничена, например, для цыплят значением 36 °С независимо от наружной температуры.

Для критических ситуаций, в самое жаркое время, рекомендуется применять систему охлаждения и увлажнения приточного воздуха. Увлажнение воздуха обеспечивается шестеренчатым насосом, который забирает холодную воду из магистрального водопровода и подает ее через форсунки под давлением 3-5 кгс/см² в распределительный трубопровод. Форсунки введены непосредственно в приточные каналы перед жалюзийными решетками, увеличивающие в данном случае площадь контакта разбрызгиваемой воды с воздухом. Чтобы исключить аварийный режим работы насоса при отсутствии воды, в водопроводе устанавливается электроконтактный манометр, автоматически отключающий электродвигатель насоса при понижении давления воды до 0,4 кгс/см².

Расход воды при развиваемом насосом давлении 3-5 кгс/см² составляет 40-50 л/мин.

Система охлаждения и увлажнения может работать в режиме при котором насос отключен, но в этом случае необходимо, чтобы давление в магистральном водопроводе находилось в пределах 0,8-1,0 кгс/см².

Проведенные исследования по определению эффективности работы системы охлаждения им увлажнения показали, что при ее работе температура воздуха внутри помещения снижается в среднем на 3 °С, а относительная влажность повышается на 9-10% по сравнению с теми же параметрами воздуха при отключенной системе. Следует отметить, что летом важно не только понизить температуру воздуха внутри помещения, но и повысить относительную влажность, так как при отключенной системе увлажнения относительная влажность воздуха в самое жаркое время понижается до +30-35%, то есть ниже минимально допустимой нормы.

Исследования и практика показали, что в широкогабаритных зданиях даже кратковременный выход из строя систем вентиляции (2,0-4,0 ч) вызывает значительный экономический ущерб из-за резкого снижения продуктивности, а иногда и гибель животных и особенно птицы, так при отключении приточной вентиляции в свинарнике на 1,5-24 концентрация аммиака в помещении повышается до предельно допустимой величины. Птица погибает от теплового удара. Поэтому системы вентиляции в животноводческих помещениях должны иметь высокую надежность: они должны быть многовентиляторными.

Для предотвращения внезапного накопления в воздухе животноводческого помещения больших количеств вредных газов, например, в случае перерыва подачи энергии должна предусматриваться аварийная вентиляция.

Обеспечение метеорологических требований при объемнопланировочных решениях и застройке помещений, удовлетворение общих технологических и специфических требований к системе вентиляции и организации воздухообмена выдвигают достаточно сложную задачу, пути решения которой состоят в следующем:

-создании в помещении необходимой степени дробления приточно-вытяжных струй, обеспечивающих равномерное смешение приточного и внутреннего воздуха;

-обеспечении активной ассимиляции тепловыделений, вредно действующих газов;

-создании в помещении однородных температурных влажностных и газовых полей;

-обеспечение равенства объемов вытяжки для всех зон помещения независимо от их месторасположения и недопустимости образования в нем «мертвых» зон и сквозняков.

Варианты планировочных решений многовентиляторных систем приве-дены на рисунке 4. При выборе варианта планировочных решений вентиляционных систем, прежде всего, учитывают расположение оборудования внутри помещения и количество одновозрастных групп животных.

Рис. 4 Варианты схем распределения приточного воздуха в животноводческих помещениях: 1 - воздуховод; 2 - вытяжная шахта; 3 - тепловентиляционная установка; 4 - венткамера; 5 - задвижка; б - тепловентиляционная установка дымовой завесы

Учитывая недостаточный уровень квалификации обслуживающего персонала в животноводстве, важнейшим требованием к системе вентиляции следует считать удобство эксплуатации и ремонта. Поэтому различные усложнения при проектировании вентиляции (размещение устройств на недопустимой от пола высоте или наоборот, их заглубление) нежелательны. С этой точки зрения целесообразно размещение всего вентиляционного оборудования централизованно в одной венткамере.

Из венткамеры воздух подается по приточному металлическому воздуховоду разветвляющемуся в помещении на две ветви, выполненные из пленки, и через круглые отверстия в воздуховоде равномерно распределяется по помещению.

При проектировании приточной системы вентиляции придерживаются следующих требований и рекомендаций:

• изменение воздухораздачи через один воздуховод не должно быть более двукратного;

• в связи с изменением интенсивности дыхания животных и птицы ночью вентиляцию воздуха уменьшают.

С учетом выполнения требования многовентиляторности в животноводческих помещениях, при превышении кратности воздухообмена более двух, схема воздухораспределения представлена на рис. 4.63.

Приточные системы вентиляции с механическим побуждением, как правило, совмещаются с системой воздушного обогрева.

В зависимости от климатических условий, наличие местных источников энергии, типа и внешности зданий, вида и возраста животных и птицы, технологии содержания применяют централизованные или децентрализованные системы обогрева.