Микроклимат животноводческих помещений для крупного рогатого скота

3. Системы вентиляции и отопления ферм и комплексов для крупного рогатого скота

Оптимальный микроклимат на фермах и комплексах создается прежде всего за счет постоянного воздухообмена, заключающегося в непрерывной подаче свежего воздуха и удалении загрязненного. Микроклимат необходим для поддержания определенного температурно-влажностного и газового режимов. Именно для этих целей и применяют системы вентиляции. Кроме того, вентиляция способствует увеличению количества легких, отрицательно заряженных ионов в воздухе животноводческих помещений и предупреждению конденсации паров на внутренних поверхностях ограждающих конструкций.

К системам вентиляции предъявляются определенные требования — они должны создавать в различные периоды года необходимый воздухообмен на единицу живой массы животных (птицы) и обеспечивать равномерное распределение и циркуляцию воздуха внутри помещения, чтобы не было мест застоя и скопления влажного загрязненного воздуха («мертвых зон»).

    По принципу действия и конструктивным особенностям системы вентиляции разделяются на следующие типы: естественная вентиляция, вентиляция с механическим побуждением тяги и вентиляция комбинированного типа.

    При естественной вентиляции воздух поступает в здание и удаляется из него благодаря разной плотности воздуха внутри помещения и вне его; на эффективность работы этой системы большое влияние оказывают также сила и направление ветра. Для того чтобы естественная система вентиляции работала в наилучшем режиме, необходима разность температур воздуха внутри и снаружи помещения не менее чем в 5-10°С. Поэтому естественная вентиляция недостаточно эффективна летом и более пригодна в холодный период года. Однако при температуре наружного воздуха ниже -12°С, как правило, тепла, выделяемого животными, становится недостаточно для поддержания нормальной температуры воздуха в помещении, и объем вентиляции приходится искусственно сокращать. Поэтому в северных и центральных районах нашей страны в зимний период вентиляционный приточный воздух следует подогревать.

    В зонах с жарким климатом (в южных районах), где из-за высокой температуры часто может снижаться продуктивность животных, для создания благоприятных условий в помещениях необходимо усиливать воздухообмен и увеличивать подвижность воздуха.

    Для эффективной работы систем вентиляции с естественным побуждением необходимо подобрать оптимальное соотношение площадей поперечного сечения, приточных и вытяжных каналов. Рекомендуются следующие ориентировочные нормы площади поперечного сечения вытяжных каналов на одну голову: крупного рогатого скота 500-700 см². Общая площадь поперечного сечения приточных каналов должна составлять около 85% от площади вытяжных каналов.

    Однако в связи с тем, что площадь поперечного сечения вытяжных и приточных каналов во многом зависит от температурного перепада внутри и вне помещения, от высоты и расположения вытяжных и приточных отверстий относительно один другого, конструкций вытяжных шахт, каналов и других факторов, ее необходимо рассчитывать для каждого конкретного случая с учетом климатических условий различных зон страны, объемно-планировочных решений зданий, принятых схем воздухообмена и т. д.

    Вентиляция с естественной тягой воздуха делится на трубную и беструбную. К беструбной относятся наиболее простые и доступные системы вентиляции: через окна, фрамуги, форточки и стенные проемы, а также потолочно-щелевые отверстия с заполнителем. К недостаткам беструбной вентиляции можно отнести то, что она не обеспечивает необходимый воздухообмен в различные периоды года и почти не регулируется.

    Более совершенна трубная вентиляция. Она включает вертикальные вытяжные трубы с клапанами для регулирования вытяжки воздуха и приточные устройства. Вытяжные трубы выводят выше конька крыши. Приточные отверстия делают в стенах.

    Вентиляция с механическим побуждением тяги является наиболее эффективной. Ее используют в крупных животноводческих помещениях.

В системах с механическим побуждением движение воздуха регулируется при 
помощи вентиляторов, работающих в режиме разряжения или нагнетания, то есть

механические системы вентиляции подразделяются на вытяжные и приточные. Применяются также и реверсивные системы, в конструкции которых предусмотрена возможность изменения направления воздушного потока, что позволяет в зависимости от внешних условий (в различные периоды года) использовать одну и ту же вентиляционную систему либо как вытяжную, либо как приточную.

    Эффективность механических систем вентиляции в значительной степени определяется аэродинамической схемой воздухообмена. В настоящее время применяются различные принципиальные схемы воздухообмена: «сверху  вверх», «снизу вверх», «сверху вниз», наиболее приемлемы механические приточно-вытяжные системы, работающие по последней схеме.

    По характеру распределения приточного воздуха различают механические системы вентиляции с рассредоточенной подачей (при наличии воздуховодов) и сосредоточенной подачей (путем мощных струй).

Чтобы избежать образования «воздушных мешков» или зон застойного воздуха в помещениях, приточные и вытяжные вентиляторы следует размещать на расстоянии не менее 2,5 м один от другого, а приточные отверстия располагать так, чтобы они не находились против вытяжных шахт, дверей и вытяжных вентиляторов. При расчете приточной и вытяжной систем вентиляции следует предусматривать превышение притока воздуха над вытяжкой примерно на 10-20% (в зависимости от вида и технологии содержания животных). Создаваемый таким образом подпор воздуха предохраняет от проникновения в помещение инородных частиц и болезнетворных микроорганизмов. Такие меры особенно важны в помещениях для телят.

    Забор наружного воздуха системами приточной вентиляции предусматривают в местах наименьшего его загрязнения. Воздух из навозных каналов, содержащий большое количество микроорганизмов, образовавшихся в процессе распада экскрементов, с высокой концентрацией вредных газов (аммиак, сероводород, метан и др.) следует выбрасывать выше мест забора свежего воздуха факельным способом со скоростью не менее 10 м/с. Соблюдение указанных условий исключает возможность смешивания выбрасываемого воздуха с приточным, то есть устраняется нежелательная, так называемая внешняя рециркуляция.

    При устройстве комбинированных систем вентиляции применяют вентиляторы, калориферы и систему приточно-вытяжных каналов.

Механические системы вентиляции, несмотря на конструктивную сложность, сравнительно высокую стоимость и значительные эксплуатационные расходы, имеют некоторые преимущества перед системами вентиляции с естественным побуждением. Работа механических систем не зависит от внешних метеорологических условий, приточный воздух можно подвергнуть любой обработке (нагреть, осушить, охладить), появляется возможность полной автоматизации, что позволяет обеспечить оптимальный (регулируемый) микроклимат внутри помещения. Кроме того, расходы на вентиляцию быстро окупаются за счет повышения продуктивности животных.

    В настоящее время в животноводческих помещениях в основном принята приточно-вытяжная вентиляция на естественной тяге воздуха. Для правильной ее эксплуатации требуется сравнительно точный оптимальный расчет объема вентиляции. При этом обычно учитывают содержание в воздухе углекислого газа и водяных паров. Определяют часовой объем вентиляции, кратность воздухообмена, суммарную площадь сечения вытяжных труб и приточных каналов количество вытяжных труб и приточных каналов.

    Исходная величина при расчете эффективности воздухообмена — часовой объем вентиляции. Эта величина определяет, какое количество кубических метров свежего воздуха надо ввести в помещение с определенным поголовьем, чтобы обеспечить в нем требуемый по рекомендуемым нормам воздушный режим.

По влажности воздуха.

Величина часового объема вентиляции зависит от состава поголовья, уровня кормления, продуктивности массы тела животных, температуры и влажности наружного воздуха. При расчете часового объема вентиляции руководствуются нормативами относительной влажности, а также количеством влаги, выделяемой за 1 ч всеми животными, содержащимися в помещении.

Объем вентиляции по влажности рассчитывают по формуле:

                                                   Q

                                       L= --------------

                                                  q₁-q₂ 

где L — количество воздуха, которое необходимо удалить из помещения за 1 ч, чтобы поддержать в нем относительную влажность в допустимых пределах, м³; Q —количество влаги, выделяемой всеми животными и испаряющейся с поверхности поля, стен, кормушек, поилок  г/ч; q_l - абсолютная влажность воздуха помещения, при которой относительная влажность остается в пределах допустимых нормативов, г/м³; q₂ -абсолютная влажность наружного воздуха в переходные периоды года (ноябрь—март), г/м³.

    Коровник на 200 голов с четырехрядным размещением животных, размером 64x17x2,7 м, где 60 коров в среднем массой 400 кг и среднесуточным удоем 10 кг; 90 коров—соответственно 600 кг и удоем 15 кг; 10 коров—400 кг и удоем 15 кг и 40 сухостойных коров с массой 600 кг. Животноводческие помещения находятся в Ленинградской области.

Требуется определить: часовой объем вентиляции по влажности воздуха; кратность воздухообмена в 1 ч; количество вытяжных труб и приточных каналов, их площадь сечения и размеры.

Расчет. Животные, размещенные в коровнике, в соответствии с таблицей 65, выделяют следующее количество водяных паров в 1 ч: одна корова массой 400 кг и удоем 10 кг-404 гр, 60 коров-24240 гр; корова массой 400 кг и удоем 15 кг-458 гр, а 10 коров- 4580 гр влаги; корова массой 600 кг и удоем 15 кг-549 гр, а 90 коров-49410 гр. Одна сухостойная корова массой 600 кг выделяет 489 гр влаги, а 40 коров — 19 560 гр.

    Испарение с пола стойл, кормушек, поилок, стен и других ограждений зависит от санитарного состояния помещения. В нашем примере это составляет 7 % влаги, выделенной животными (97 790 гр), то есть 6845,3 гр.

Следовательно, общее количество водяных паров в воздухе коровника за 1 ч равняется 104635,3 гр. Согласно рекомендуемым нормативам, температура воздуха в коровнике должна быть 10 °С, а относительная влажность - не выше 85%. Максимальная влажность при температуре 10 °С составляет 9,17 г/м. Следовательно, при 100 % - ной влажности и температуре 10 °С влаги содержится 9,17 г/м³, а при 85 %-ной влажности - х, г/м³. Таким образом, цифровое значение будет равно:

                                              _{9,17 х 85}

                                    Х=   ---------------- = 7,79 г/м³

                                                        ¹⁰⁰

    Находим значение абсолютной влажности воздуха по Ленинградской области за ноябрь(3,3 г/м³). Следовательно, воздухообмен (L) в 1 ч будет равен:

                                              _104635,3

                                    L =   ---------------- = 23304,1 м³ /час

                                                   ^7,79-3,3

    Разделив полученный часовой объем вентиляции на массу животных, находим часовой объем вентиляции в м³ /ч на 1ц массы. Кубатура помещения равна 2937,6м³.

Из полученных данных определяем кратность воздухообмена в помещении:

23304,1 : 2937,6==7,9, то есть 8 раз в час. Следует отметить, что большие кратности воздухообмена (10-15) не влияют на здоровье животных. Общая площадь вытяжных труб (шахт), которые обеспечивают удаление загрязненного воздуха, рассчитывают по формуле: 

                                                   L

                                       S= --------------

                                             V * 3600 

где S — общая площадь сечения вытяжных труб, м²; L — часовой объем вентиляции, м³/ч; V—скорость движения воздуха в вытяжной вентиляционной трубе (можно взять расчетную величину 1,25 м/с или по таблице определить скорость движения воздуха в вытяжной вентиляционной трубе), м/с; 3600—число секунд в 1 ч. Таким образом,

                                              _23304,1

                                    S =   ---------------- = 5,17 м²

                                                   ^{1,25 * 3600}

    Вытяжные вентиляционные трубы работают с наибольшей эффективностью при сечении трубы 0,8x0,8 м или 1x1 м. Следовательно, можно установить 8 или 5 вытяжных труб. Общая площадь приточных каналов размером 0,2x0,2 м составляет 40—70 % общей площади вытяжных труб. Для Северо-Западных территорий - 50%. Следовательно, общая площадь всех приточных каналов равна 5,17 :2 =2,58 м². Если площадь сечения одного приточного канала 0,04 м², то общее их количество составляет 64, то есть по 32 приточных канала на каждой стене. Приточные каналы располагают в верхней части продольных стен в шахматном порядке на расстоянии 1-4 м один от другого и 0,4 м от потолка. Входное наружное отверстие канала защищено ветровым щитком, а внутреннее выходное - отбойным подвесным щитком, направляющим холодный воздух в кормовой проход для предварительного подогревания.