8502

Рис. 1.1. А – зона математического теплового баланса животного; Б – климатическая зона максимальной продуктивности

Балансовое уравнение лучисто-конвективного теплообмена поверхности тела животных с i – поверхностью с учетом суточной активности их поведения [10]:

В (1.2) ρл и ρк – поправочные коэффициенты, учитывающие суточную активность и долю участия площади поверхности животного в том или другом виде теплообмена. Площадь фактической излучающей поверхности тела животного Fлж = 0,8 Fж, где Fж − площадь поверхности тела для свиней и коров массой р, т, соответственно, м2:

Fж = 9,2 p2 / 3 , Fж = 10,5 p2 / 3 . (1.3)

Коэффициент облученности φж-i показывает долю лучистого потока теплоты, попадающую на поверхность, от всего излучаемого животным потока. Из-за взаимного затенения поверхностей угловой коэффициент лучистого теплообмена животного в коровниках с ограждениями может быть принят φж-i = 0,76, в свинарниках φж-i = 0,93…0,95.

Величина температурного коэффициента bж−i находится по рис. 1.2.

10

Рис. 1.2. Значения температурного коэффициента bж-i при температурах поверхности тела животных tв.п и ограждений τв

Температура поверхности тела животного tв.п в общем случае представляет температуру волосяного покрова животных. Теплопродукция и теплоотдача определяются типом механизма терморегуляции животных, их породой, длиной, густотой и соотношением фракций волос, уровнем лактации, технологией содержания, кормления и т.п. На рис. 1.3 представлено изменение температуры tв.п коров и свиней в зависимости от температуры воздуха в помещении tв. Аналитически зависимость нахождения температуры поверхности волосяного покрова коров для диапазона температур tп = 0…20 ºС имеет вид [23]:

Для инженерных расчетов температура помещения принимается по зависимости tп = k tR + (1− k) tв .

Множитель перед tR характеризует степень теплового воздействия ограждения на животное, а множитель перед tв – степень теплового воздействия воздуха. Величина k = 0,40…0,60 (в среднем k ≈ 0,5).

11

Рис. 1.3. Изменение температуры волосяного покрова: 1 – коров; 2 – свиней

Решения уравнения (1.2) относительно tR при Qя*min и Qя*max приводят к двум предельным уравнениям зоны максимальной продуктивности, которые в окончательном виде представлены зависимостями [23]:

Условия зоны максимальной продуктивности имеют общие диапазоны температур, показывающие, что животные различных возрастных групп могут находиться в одном помещении при одинаковых условиях, и это не приводит к снижению продуктивности в любой группе. Однако при содержании со свиноматкой растущих поросят или при содержании коров с новорожденными телятами невозможно найти общие условия, которые удовлетворяли бы обеим группам животных.

12

1.2.Биологические показатели животных, птиц

итехнологии их содержания

Биологические показатели животных и птиц

Удельное количество явной и полной теплоты qж, qпт, Вт, углекислого газа, л/ч, водяных паров jж, г/ч, jпт, г/(кг·ч), выделяемых животными и птицами в процессе жизнедеятельности, приведены в приложении 3, [23, 44]. Значения тепловыделений всех видов животных даны при температуре воздуха + 10 ºС и при относительной влажности 70 %. Выделение СО2 и водяных паров птицами в ночное время составляет 60 % от приведенных значений.

Количество теплоты и водяных паров, выделяемых животными в зависимости от температуры воздуха в помещении, определяется с учетом коэффициентов, приведенных в приложении 2.

Технологии содержания домашних животных и птиц

Технологии содержания животных и птиц, необходимая номенклатура зданий и сооружений и их объемно-планировочные решения следует принимать с учетом размера хозяйств (крупное государственное, среднее, мелкое индивидуальное), климатических условий района строительства и обеспечения наибольшей эффективности капитальных вложений. Поэтому практически невозможно рекомендовать для различных хозяйств, находящихся даже в одной климатической зоне, для отдельных групп животных какую-либо единую технологию содержания.

Преобладающей мировой тенденцией является повышение продуктивности КРС без существенного увеличения его численности.

В настоящее время действуют схожие по существу нормы технологического проектирования предприятий КРС [40] и ферм КРС крестьянских хозяйств [41], выборки из которых приведены ниже. Предприятия КРС по производству молока могут иметь от 200 до 1200 товарных коров, а по

13

производству говядины − до 1200 коров [40]. Согласно [41], в крестьянских фермах рекомендуется содержать 8 − 100 коров.

Для КРС молочных и комбинированных пород применяют две системы содержания: круглогодовую стойловую (беспастбищную) и стойловопастбищную. Система содержания скота в каждом конкретном случае зависит от состояния кормовой базы (включая наличие пастбищ) и мощности предприятия. Содержание КРС осуществляется привязным (стойловым) и беспривязным способами. При привязном способе содержания животные размещаются в стойлах на привязи с использованием подстилки или без нее. Кормление, поение и доение организуют в стойлах. При беспривязном содержании животных содержат группами на сплошных полах с применением глубокой или периодически сменяемой подстилки или на решетчатых полах без подстилки. Новорожденного теленка помещают в индивидуальную клетку профилактория с обильной подстилкой, в которой он содержится до 15 – 20 дневного возраста. Из профилактория телят переводят в телятники, где животных выращивают до 4 − 6 месяцев.

Необходимость устройства отопления и производительность систем отопления и вентиляции определяются для каждого здания с учетом теплотехнических характеристик ограждающих конструкций. В холодный период года количество наружного приточного воздуха в помещения следует принимать в соответствии с расчетом, но не менее 15 м3/ч на 1 ц массы взрослого скота и 18 м3/ч – для телят. В районах с tн ≥ – 16 ºС коровники следует проектировать без подачи технической теплоты. При этом обеспечение нормируемой температуры внутреннего воздуха должно достигаться за счет теплопоступлений в помещения от животных и выбора эффективных ограждающих конструкций. Важно отметить, что надежность систем микроклимата должна быть обеспечена в течение всего периода эксплуатации, включая режимы неполного заполнения животными.

Уровень звука в помещениях для работающего отопительно-вентиля-

14

ционного оборудования не должен превышать 70 дБ, а в профилакториях для содержания телят – 65 дБ по шкале «А» стандартного шумомера.

Свиноводческие фермы по назначению подразделяются на племенные и товарные [42]. В задачи племенных ферм входят совершенствование существующих и вывод новых пород свиней. На товарных фермах выращиваются свиньи для производства мяса. В свиноводческих хозяйствах применяют выгульное, безвыгульное и лагерное содержание животных. Безвыгульное содержание применяют для откормочного поголовья. Свиней размещают в станках индивидуально или группами, разделяя помещения на изолированные секции для определенных половозрелых групп.

Поток теплоты от лежащих животных в пол (средний за первые 2 ч. контакта) не должен превышать: для свиней на откорме 200 Вт/м2, для остальных групп 170 Вт/м2. Показатель теплоусвоения полов при содержании животных на подстилке не нормируется.

Входы в здания в районах с расчетной температурой наружного воздуха tн ≤ – 20 ºС делают с тамбурами. Окна свинарников должны иметь двойное остекление, не менее половины из них − c открывающимися створками.

Уровень шума от работающих агрегатов по обеспечению микроклимата не должен превышать 70 дБ по шкале «А».

Коневодческие предприятия [44] по своему назначению подразделяются на племенные, товарные (производство кумыса и мяса – конины) и рабочие (конные дворы для рабочих лошадей). Конюшенная система содержания применяется на племенных и рабочих предприятиях. Табунная система содержания применяется на товарных предприятиях. Конюшни для рабочих лошадей имеют вместимость до 100 голов.

Конюшни при расчетной температуре tн ≤ – 20 ºС оборудуют тамбурами, окна двойные. Внутренняя высота конюшни для племенных лошадей h = 3,5 м, на рабочих и товарных предприятиях h = 2,5 м.

15

Количество теплоты, водяных паров и углекислоты, выделяемых животными при tв = 10 ºС и φв = 70 %, приведено в приложении 3.

Овчарни сооружаются одноэтажными. По аналогии с коровниками и конюшнями, ворота овчарен при tн ≤ – 20 ºС должны иметь тамбур. Максимальная подвижность воздуха в помещениях для содержания баранов, маток с ягнятами, откормочного поголовья в холодный период года vв = 0,3 м/с, в переходный период года vв = 0,5 м/с, для ягнят vв = 0,2 м/с.

Удельное выделение аммиака на 100 кг живой массы составляет: при содержании на решетчатом полу 0,43·10−3 г/ч; при содержании на несменяемой соломенной подстилке 0,21·10−3 г/ч. При содержании овец на решетчатых полах с хранением навоза под ними следует предусматривать механическую вытяжку воздуха из-под полов в количестве до 70 % от требуемого воздухообмена с естественным притоком в верхнюю зону.

Технологии содержания кроликов и нутрий в помещениях рассмотрены в [46, 47]. Для них применяется клеточное содержание. Основное стадо кроликов содержат в клетках по одной голове, а молодняк – группами. Основное стадо нутрий содержат в индивидуальных клетках без бассейнов или групповых загонах с бассейнами.

Нормы выделения теплоты, СО2 и водяных паров при tв = 15 ºС и φв = 70…80 % кроликами и нутриями приведены в приложении 3.

Здания с регулируемым микроклиматом строятся для содержания животных при расчетной зимней температуре tн < – 10 ºС. Подвижность воздуха не должна превышать 0,3 м/с. Нормативные параметры воздуха должны обеспечиваться на всю высоту клеток. Предельная концентрация аммиака не должна превышать 0,01 мг/л, сероводорода – 0,01 мг/л, СО2 – 0,25 %, пыли 1…8 мг/м3. Предельный уровень шума – 65 дБ.

Количество приточного воздуха на 1 кг живой массы кроликов – не менее 4,0 м3/ч, на 1 кг массы нутрий в холодный период года − не менее 2,5 м3/ч, в теплый период – 4,0 м3/ч.

16

Птицы (куры, индейки, утки, гуси, цесарки, перепела) содержатся напольным или клеточным способами [45].

ПДК пыли, мг/м3, составляют для взрослой птицы – 5, для молодняка в возрасте 1…4 недель – 1; в возрасте 5…9 недель – 2; в возрасте 10…14 недель – 3; в возрасте 15…22 недель – 4 [1]. ПДК микроорганизмов в тыс. бактериальных клеток в 1 м3 воздуха равна для взрослой птицы – 250 [48].

Количество вредных газов, выделяемых из подстилки и помета мг/(м2 пола·ч), приведено в приложении 4. При содержании индеек применяется коэффициент 1,3, уток – 2,0, гусей – 1,5 по отношению к курам. С 1 м2 пометных коробов выделяется аммиака 70 мг/ч, серодоводорода 60 мг/ч. В теплый период года выделение аммиака принимается с коэффициентом 3, сероводорода и углекислоты – 1,1.

17

Глава 2. Нормирование энергопотребления и расчет

теплофизических характеристик наружных ограждений

2.1.Теплофизическая модель сельскохозяйственного здания

Вдовольно суровых климатических условиях России в течение столетий сложился определенный тип индивидуального сельского жилого дома. Особенностью его объемно-планировочных решений является наличие отопительно-варочной печи, расположенной в центре жилого дома. Основные ее функции заключаются в приготовление пищи и обогреве жилой части здания. Трансмиссионный перенос теплоты через наружные ограждения отапливаемых печью помещений происходит не только в атмосферу, но и на скотные дворы, примыкающие к жилым частям здания. Пользуясь современной терминологией, можно утверждать, что в жилых сельских домах происходит довольно эффективная утилизация теплоты. Кроме того, на скотных дворах дополнительными источниками теплоты являются биологические тепловыделения животных, птиц. Распространенное мнение, что в прошлом (до развития систем подачи искусственной теплоты) сельскохозяйственные помещения не отапливались, является не вполне обоснованным. Источниками теплоты в них являлись трансмиссионные теплопритоки из жилых помещений и биологические тепловыделения от живых организмов.

Распространенное в нашей стране строительство типовых коровников

иптичников с низкими теплотехническими показателями ограждений было вызвано двумя причинами. Во-первых, стремлением решить проблему объема и повышения продуктивности сельскохозяйственного производства путем прямолинейного, не учитывающего экономические и энергетические последствия, переноса научно-технических достижений в гражданском и промышленном строительстве на сельское. Во-вторых, искусствен-

18

но заниженная стоимость энергии, отпускаемой для сельского хозяйства, создавала иллюзию неограниченно возможных перспектив внедрения любых систем микроклимата вне зависимости от их энергоемкости.

Основным результатом научно и практически необоснованных решений прошлых лет в области проектирования и строительства систем обеспечения микроклимата в настоящее время «…стал факт почти полного отсутствия отопительно-вентиляционных систем в помещениях для крупного рогатого скота, …отапливается не более 2 – 3 % числа коровников и помещений для откорма скота» [16, стр. 31]. Системы микроклимата функционируют только в начальный период, а после выхода из строя не ремонтируются. Помещения эксплуатируются неотапливаемыми, без организованного воздухообмена. Этот факт объясняется значительными эксплуатационными и экономическими затратами на поддержание расчетных (допустимых) параметров микроклимата в помещениях, которые не окупаются дополнительной получаемой продукцией от животных.

Решения поставленных общестроительных, теплофизических, технологических, экологических и экономических задач возможно на основе разработки общей теплофизической модели малоэнергоемкого производственного сельскохозяйственного здания. Теплофизическая модель должна рассматривать производственное сельскохозяйственное здание, как единый системный биологический комплекс «живой организм – микроклимат

– тепловой контур – наружный воздух» и учитывать требования к круглогодичным технологическим или ветеринарно-гигиеническим параметрам микроклимата. Обобщенная теплофизическая модель производственного сельскохозяйственного здания разработана в ННГАСУ. Источники тепловлаго- и газовыделений, а также схемы потоков теплоты, влаги, наружного и внутреннего воздуха в зданиях (включая животноводческие и птицеводческие) показаны на рис. 2.1 (слева – для хранилищ картофеля и овощей, справа – для животноводческих и птицеводческих помещений).

19