Зоогигиеническая оценка коровника на 400 коров

Таблица 3 - Нормы освещения помещений для крупного рогатого скота

Помещение	Нормы естественного освещения	Искусственное освещение в зоне размещения животных, лк
	Коэффициент естественной освещенности (КЕО), %	Световой коэффициент (СК)
Для привязного и беспривязного содержания коров, нетелей, выращивания молодняка	0,8-1	1:10 - 1:15	50-75
Для откорма крупного рогатого скота	0,4-0,5	1:20 - 1:30	20-30
Родильное отделение	0,8-1	1:10 - 1:15	75-100

2. Расчетная часть

2.1 Расчет объема вентиляции по влажности для ноября

Для расчета воздухообмена, обеспечивающего удаление избытков влаги из воздуха животноводческих помещений, используют формулу:

, (1)

микроклимат освещенность вентиляция коровник

где Lн2О - часовой объем вентиляции/ч;

Q - поступление водяных  паров в воздух помещения за 1 час, г/ч;

q1 - абсолютная влажность воздуха помещения, при которой относительная влажность остается в пределах нормы, г/;

q2 - абсолютная влажность атмосферного воздуха, г/.

Часовой объем вентиляции по влажности рассчитывают в переходные периоды года - в марте или в ноябре (мы будем рассчитывать для ноября), когда влажность атмосферного воздуха довольно высокая, а температура не позволяет усилить вентиляцию путем открытия окон и дверей.

Определяем количество водяных паров, выделяемых всеми животными, размещенными в заданном коровнике[2]. Данные по выделению животными водяных паров, углекислоте, свободного тепла сведем в таблицу.

Таблица 4 - Выделение коровами СО2, водяных паров, свободного тепла

Группы животных, физиологическое состояние, продуктивность, живая масса	Кол-во голов	СО2, л/ч	Водяные пары, г/ч	Свободное тепло, ккал/ч
Коровы сухостойные, живая масса 520 кг	110	124Ч110= 13640	395Ч110= 43450	610Ч110= 67100
Продолжение таблицы 4
Группы животных, физиологическое состояние, продуктивность, живая масса	Кол-во голов	СО2, л/ч	Водяные пары, г/ч	Свободное тепло, ккал/ч
Коровы лактирующие, удой 20 л, живая масса 530 кг	210	158Ч210= 33180	507Ч210= 106470	780Ч210= 163800
Коровы лактирующие, удой 25 л, живая масса 650 кг	80	200Ч80= 16000	642Ч80= 51360	970Ч80= 77600
Итого	400	62820	201280	308500

Таким образом, все животные за 1 час выделяют в помещение 201280 г. водяных паров.

Дополнительно с пола и других влажных поверхностей (кормушки, поилки и др.) за 1 час поступает примерно 10% от общего количества влаги, выделенной животными, что составляет 20128 г./ч. Следовательно, суммарное количество поступавших водяных паров (Q) составляет:

221408 г./ч (201280 + 20128).

Абсолютная влажность воздуха помещения (q1), при которой относительная будет соответствовать нормативной, определяем по формуле:

, (2)

где Е - максимальная влажность воздуха при нормативной температуре;

R - нормативная относительная  влажность.

По таблице максимальной упругости водяных паров находим, что максимальная влажность воздуха при + 10°С равна 9,17, а относительная влажность в коровнике должна быть 75%.

Находим величину q1, которая равна: =6,87 г./м3.

Абсолютная влажность воздуха (q2) за ноябрь по Ленинградской области равна 3,9 г/м3.

Подставив рассчитанные данные в формулу (1) для определения часового объема вентиляции, получим:

Lн2О для ноября = = 74548,15 м3/ч.

Кратность воздухообмена (Кр) определяем по формуле:

, (3)

где L - часовой объем вентиляции, м3/ч;

V - объем помещения, м3.

Для определения кратности воздухообмена необходимо определить объем помещения. Он равен 7560 м3 (21Ч120Ч3,0). Тогда кратность воздухообмена составит:

Следует отметить, что большие кратности воздухообмена (10-15) не влияют на здоровье животных. При такой кратности воздухообмена в переходный период года можно применять вентиляцию с механическим побуждением тяги воздуха и с подогревом подаваемого воздуха.

Для получения уровня воздухообмена на 1ц живой массы животного, нужно часовой уровень воздухообмена разделить на центнеры живой массы животных, то есть 74548/2205 = 33,8 м3/ч на 1ц массы животных.

m =(520Ч110) + (530Ч210) + (650Ч80) = 220500 кг = 2205ц

Общую площадь сечения вытяжных шахт, обеспечивающих расчетный воздухообмен, определяем по формуле:

, (4)

где S1 - общая площадь поперечного сечения вытяжных шахт, м2;

v - скорость движения воздуха  в вытяжной шахте, м/с;

3600 - количество секунд  в одном часе.

Скорость движения воздуха в вентиляционной шахте (v) определяется по таблице «Скорость движения воздуха в вентиляционных трубах (м/с) при разной высоте труб и при различных температурах воздуха внутри помещения и наружного воздуха» [2]. При t = 12,8°С (10; - 2,8), высоте шахты 6 м, v = 1,15 м/с.

Подставим все значения в формулу (4):

Площадь сечения одной вытяжной шахты 0,81 м2 (0,9 м Ч 0,9 м), тогда количество вытяжных шахт будет: 18: 0,81 = 22 шахты.

При определении общей площади сечения приточных каналов исходят из того, что она составляет 80% (0,8 части) от площади сечения вытяжных каналов, тогда 18 Ч 0,8 = 14,4 м2.

Площадь сечения одного приточного канала равна 0,09 м2 (0,3 м Ч 0,3 м), тогда количество их будет: 14,4: 0,09 = 160 штук.

2.2 Расчет объема вентиляции по диоксиду углерода для ноября

Расчет часового объема вентиляции для переходного периода проверяем по углекислоте, используя формулу:

, (5)

где L CO2 - часовой объем вентиляции, м3/ч;

K - поступление углекислого  газа в воздух помещения за 1 час, л;

с1 - допустимая концентрация углекислоты в воздухе помещения, л/ м3;

с2 - содержание углекислоты в атмосферном воздухе, л/ м3.

Количество углекислоты (К), поступающее в помещение в течение часа, - 62820 л/ч (табл. 4).

Допустимая концентрация углекислоты в коровнике составляет 0,25%, или с1 = 2,5 л/ м3. Содержание углекислоты в атмосферном воздухе 0,03%, или с2 = 0,3 л/м3

Определяем кратность воздухообмена за час по формуле (3):

Кр = 28554/7560 = 3,8 раз в час.

Уровень воздухообмена на 1ц живой массы животного: 28554/2205 = 13 м3/ч.

Объем вентиляции, рассчитанный по содержанию углекислоты, оказался недостаточным для удаления образующихся в помещении водяных паров. Поэтому лучше всего принять во внимание расчеты, произведенные по влажности воздуха, поскольку в этом случае воздухообмен практически всегда обеспечит и допустимое содержание углекислого газа.

2.3 Расчет теплового баланса коровника

Расчет теплового баланса ведут по январю, т.е. самому холодному месяцу года. Формулу для этого можно представить в виде соотношения:

Qж = Qв + Qо + Qи, (6)

где Qж - теплопродукция животных, ккал/ч;

Qв - расход тепла на нагрев воздуха в процессе вентиляции, ккал/ч;

Qо - потери тепла через ограждающие конструкции, ккал/ч;

Qи - потери тепла в процессе испарения влаги, ккал/ч.

Следовательно, левая часть отражает поступление тепла, а правая - ее расход.

1. Определяем приходную  часть тепла в помещение.

Приходная часть теплового баланса формируется за счет тепла, выделяемого всеми животными, находящимися в данном помещении. От 400 коров в помещение будет поступать каждый час 308500 ккал свободного тепла (табл. 4).

2. Определяем расход тепла  в помещении.

а) Определяем расход тепла на обогрев приточного вентиляционного воздуха по формуле:

Qв = 0,24 Ч G Ч Дt, (7)

где Qв - расход тепла на нагревание вентилируемого воздуха, ккал/ч;

0,24 - коэффициент удельной  теплоемкости воздуха, ккал/кг/град;

G - масса вентилируемого  воздуха, кг/ч;

Дt - разность между температурой внутри помещения и температурой наружного воздуха,°С.

Объем воздухообмена составляет:

Lн2О для января = = 50665 м3/ч

Чтобы определить расход тепла на нагревание 50665 м3/ч необходимо объемные единицы перевести в весовые: 1 м3 воздуха при температуре +10°С и среднем барометрическом давлении 755 мм. рт. ст. весит 1,239 кг. Следовательно, 50665 м3 воздуха будет весить 50665 1,239 кг = 62774 кг. Для нагрева 1 кг воздуха затрачивается 0,24 ккал, а для нагрева 62774 кг на 1°С будет затрачено 62774 0,24 = 15066 ккал/ч, а для нагрева от - 8 до +10°С (на 18°С) будет затрачено тепла 15066 18 = 271188 ккал/ч.

Таким образом, для обогрева всего поступающего в помещение холодного вентиляционного воздуха расходуется 271188 ккал/ч.

б) Определяем потери тепла через ограждающие конструкции по формуле:

Qо = K Ч F Ч Дt, (8)

где Qо - потери тепла через ограждающие конструкции, ккал/ч;

К - коэффициент общей теплопередачи для каждой ограждающей конструкции, ккал/м2*град*ч;

F - площадь ограждающих  конструкций, м2;

Дt - разность между температурой внутри помещения и температурой наружного воздуха,°С.

Таблица 5 - Определение теплопотерь через ограждающие конструкции коровника

Название ограждающей конструкции	К ккал/ч* м2*град	F, м2	FК, ккал/ч *град	Дt,°C	Тепло потери, ккал/ч
Перекрытие	0,65	120Ч21=2520	1638	18	29484
Окна	2,5	1,8Ч1,4Ч52 = 131,04	327,6	18	5896,8
Ворота (двойные)	2,0	2,1Ч1,2Ч4=10,08	20,16	18	362,88
Двери (одинарные)	4,0	2,2Ч1,2Ч2 =5,28	21,12	18	380,16
Стены	1,26	120Ч3,0Ч2+ 21Ч3,0Ч2=720+126=846 846 - (131,04+10,0+5,28)= 699,6	881,496	18	15866,9
Пол	0,2	120Ч21=2520	504	18	9072
Итого	3392,4		61063

Таким образом, на обогрев ограждающих конструкций здания расходуется 61063 ккал/ч.

Необходимо учесть, что за счет обдувания ветрами помещение теряет 13% тепла от общей потери тепла через ограждающие конструкции и оно равно: 61063 ккал/ч - 100%

Х - 13%; Х=6106313/100=7938,2 ккал/ч.

Следовательно, общий расход тепла на нагрев всех ограждающих конструкций коровника составит: 61063+ 7938,2 = 69001,2 ккал/ч.

Таким образом, общая потеря тепла через ограждающие конструкции равна 69001,2 ккал/ч.

в) Определяем потери тепла в процессе испарения влаги по формуле:

Qи = Wж Ч Ки Ч 0,595, (9)

где Wж - количество влаги, выделяемой животными в парообразном состоянии, г/ч;

Ки - коэффициент испарения;

0,595 - количество тепла, необходимое  на испарение 1 г воды, ккал /г.

Количество водяных паров, выделяемых животными в зимний период, составляет 201280 г./ч (табл. 4), величина коэффициента на испарение влаги в коровнике - 0,1.

Тогда Qи = 201280 Ч 0,1 Ч 0,595 = 11976,16 ккал/ч

Суммируем все расходы тепла в помещении, ккал/ч:

- на обогрев вентиляционного  воздуха - 271188 ккал/ч;

- на обогрев ограждающих  конструкций - 69001,2 ккал/ч;

- на испарение с ограждающих  конструкций -11976,16 ккал/ч

Итого -352165,4 ккал/ч.

Таким образом, приход тепла составляет 308500 ккал/ч, а расход тепла 352165,4 ккал/ч. Расчет показывает, что расход тепла превышает приход тепла на 43665,4 ккал/ч (352165,4 -308500), что свидетельствует об отрицательном тепловом балансе помещения для животных.

3. Определяем Дt нулевого  баланса по формуле:

(10) 

=16,060

Температура внутри помещения при данном дефиците тепла (без отопления) при наружной температуре - 8°С снизится до:

t в= Дt н.б.+ tн (11)

до 8,06°С (16,06 - 8), что нельзя допускать по гигиеническим нормативам.

Температура наружного воздуха, при которой возможна вентиляция отопления, составит:

t н = t в - Дt н. б. (12)

- 6,06°С (10 - 16,06).

Таким образом, расчет нулевого баланса необходим для того, чтобы поддержать температуру воздуха внутри коровника на уровне физиологической нормы (8-12°C).

Для обеспечения нормативного микроклимата необходимо отопление коровника производительностью 43665,4 ккал/ч. Поскольку 1 кВт/ч электроэнергии дает 860 ккал, то для покрытия дефицита тепла потребуется (43665,4: 860) = 50,8 кВт/ч.

В данном случае в коровнике необходимо установить 2 электрокалорифера СФО-25/1Т мощностью 25 кВт/ч (50,8: 2).

2.4 Расчет естественной освещенности

В практике проектирования и строительства животноводческих помещений основным критерием нормирования и оценки естественного освещения является световой коэффициент (СК), который определяется геометрическим методом и рассчитывается по формуле:

, (13)

где ?S чист. ст - суммарная площадь чистого стекла оконных рам;

Sп - площадь пола помещений для животных.

Световой коэффициент показывает, какая площадь пола приходится на 1м2 остекления.

Нормативные значения светового коэффициента (СК) помещений для крупного рогатого скота приведены в табл. 3.

Стойловое помещение коровника на 400 животных имеет следующие размеры: длина - 120 м, ширина - 21 м, площадь пола - 2520 (120Ч21) м2.

Для освещения помещения предусмотрено 52 окна. Размер оконного проема 1,8Ч1,4 м, тогда

?S чист. ст = (52Ч1,8Ч1,4) - 20% =131,04-26,208=104,832 м2