Вентиляция животноводческих помещений
Вентиляцией (проветривание) называют воздухообмен или удаление воздуха из помещения и замены его свежим наружным воздухом. Вентиляция в помещениях необходима с целью создания благоприятного микроклимата для здоровья и продуктивности животных, а также для более долгого сохранения отдельных конструкций здания.
Животные выделяют в окружающую воздушную среду тепло, водяной пар, газы (углекислоту и др.). В результате разложения органических веществ экскрементов животных образуются вредные газы: аммиак, сероводород и др. В помещениях с недостаточным воздухообмен происходит накопление вредных выделений сверх допустимого предела. Ухудшается процесс обмена веществ, общее физиологическое состояние, переваримость и усвоение питательных веществ корма. В результате снижается естественная резистентность и здоровье животных, их продуктивность и качество продукции.
В целях поддержания необходимого состояния микроклимата помещений важное значение имеет обеспечение организованного воздухообмена, т. е. создание необходимого соотношения между подачей и равномерностью распределения по помещению приточного и вытяжного воздуха.
С зоогигиенической точки зрения, более приемлем способ непрерывного, плавного регулирования микроклимата, поскольку температурно-влажностный режим внутри помещения находиться в прямой зависимости от параметров наружного воздуха. Последние постоянно и резко меняются, однако параметры воздуха в животноводческих помещениях должны быть постоянным и поддерживаться в определенных пределах (по данным А. Ф. Кузнецова, 2003).
Вентиляция помещений — сложный и ответственный процесс где необходимо учитывать теплоизоляцию здания, количество выделяемого животными тепла, влаги, газов, способы навозоудаления, теплоемкость ряда материалов и т. п.
Воздух в закрытых помещениях может обмениваться путем естественной или искусственной вентиляции. Естественная вентиляция — это воздухообмен через ворота, двери, окна, вентиляционные установки с естественным побуждением. Искусственная вентиляция осуществляется посредством различных вентиляционных устройств с искусственным побуждением.
Все вентиляционные системы по способу побуждения, обуславливающему движение воздуха (на естественную и с механическим побуждением), и по организации подачи и отвода загрязненного воздуха из помещения (на приточную, вытяжную и приточно-вытяжную). В животноводческих помещениях применяют разные системы вентиляции: естественные, механические или побудительные, комбинированные или смешанные.
Естественная вентиляция состоит в том, что воздухообмен совершается через поры строительных материалов, щели в стенах, потолках, дверях, не плотности в окнах, то есть без применения искусственных каналов и побудителей. Воздухообмен в помещении в данном случае осуществляется за счет разницы давлений наружного и внутреннего воздуха, возникающей вследствие скоростного напора ветра, а также в результате различия температур (и соответственно плотностей) внутреннего и наружного воздуха.
Сущность естественного воздухообмена в животноводческих помещениях заключается в следующем. Ветер с наветренной стороны здания создает повышенное давление, а с подветренной стороны — пониженное. В местах повышенного давления воздух нагнетается в помещение, а в местах пониженного давления — высасывается из него. Объем проникающего воздуха через стену зависит от проницаемости (пористости) последней и скорости ветра. Однако такая естественная, так называемая беструбная вентиляция, не в состоянии обеспечить необходимый воздухообмен в различные периоды года и совершенно не поддается регулированию. Для создания благоприятной воздушной среды в зданиях, построенных из материалов с высоким термическим сопротивлением, целесообразно иметь кубатуру (м3): для коров — не менее 30, для молодняка-20, свиноматок-20-30, для откормочных свиней — 10-15, для овец — 5-8. В таких помещениях в зимний период необходимо обеспечивать воздухообмен в пределах не менее 17-20 м3/ч на 1 ц живой массы размещаемых животных при кратности воздухообмена 4-5 в течение 1ч.
Поскольку естественная вентиляция не может обеспечить достаточного обмена воздуха и нормального состава его и помещении, то в дополнение к естественной в помещениях для животных необходимо устраивать искусственную вентиляцию.
В животноводческих помещениях применяют различные системы искусственной вентиляции, которые подразделяют на вентиляцию с естественным и искусственным (механическим) побуждением движения воздуха. Вентиляция с естественным побуждением бывает беструбной и трубной.
Беструбная вентиляция — это фрамужная, горизонтальная и жалюзийно-фонарная. Фрамужная вентиляция — наиболее простые и доступные виды оконной вентиляции (открывание окон, фрамуг, форточек). Такую вентиляцию в южных районах и небольших помещениях можно проводить круглый год, а в других районах — только в теплое время года. Горизонтальную вентиляцию устраивают в продольных стенах здания в виде проемов (отверстий), заполненных пористыми материалами; жалюзийно-фонарную вентиляцию делают в зданиях только с фонарным устройством крыши. Воздух из помещения выходит через открытые отверстия на подветренной стороне вследствие разрежения, создаваемого ветром при закрытых отверстиях наветренной стороны при беструбной вентиляции очень трудно точно регулировать приток и удаление воздуха, и поэтому она непригодна для крупных животноводческих ферм. Многие системы вентиляции с естественным побуждением (потолочно-щелевую, жалюзийно-фонарную и др.) в настоящее время строят; они имеются лишь в отдельных помещениях, возведенных ранее. Чтобы создать более организованную и регулируемую вентиляцию, устраивают специальные трубы (каналы) как для удаления, так и для притока воздуха в помещение.
Трубная вентиляция — это системы с естественным побуждением тяги, удовлетворительно работающие в весеннее и осеннее время года при температуре наружного воздуха до -13°С. При более низкой температуре наружного воздуха возникает недостаток тепла в помещении, и объем вентиляции приходится искусственно сокращать, поэтому в там случаях следует подогревать вентиляционный приточный воздух. В зонах жарким климатом необходимо увеличивать подачу воздуха и его подвижность. При использовании принудительной вентиляции естественную вентиляцию можно рассматривать как резервную.
В животноводческих постройках широко используют приточно-вытяжную вентиляцию, в которой трубы, подводящие наружный воздух, располагают отдельно от вытяжных. Воздух поступает через приточные каналы, размещаемые в верхней части продольных стен в шахматном порядке. Вытяжные трубы начинаются у перекрытия и заканчиваются выше конька крыши дефлектором. Их равномерно размещают вдоль помещения, утепляют, а нижнюю часть оборудуют вращающейся заслонкой. Сечение таких труб принимают в пределах 80 ´(80-100) ´100 см.
В техническом отношении наиболее совершенны установки с искусственной тягой.
Комбинированная канально-секционная приточно-вытяжная система вентиляции разработана ВИЭСХ для коровников, родильных отделении помещений для молодняка и откорма крупного рогатого скота. Приток воздуха осуществляется, но продольным приточным каналам, расположенным под рядами кормушек и имеющим выходы и сторону кормовых проходов. Вытяжные секционные каналы сечением 2400 х 800 мм разделяют двумя перегородками на три секции размером 800 х 800 мм. Каналы утепляют и размещают равномерно по средней линии перекрытия вдоль помещения; в комплект системы входят шкаф (пульт) управления с автоматическими выключателями, магнитными пускателями и терморегуляторами, а также электрокалориферный агрегат. В этой системе вентиляции можно применять комбинированный приток воздуха с учетом сезона года.
В зависимости от назначения помещения, принятой технологии содержания животных свежий приточный воздух может быть подан к в верхнюю, так и в нижнюю зоны помещения. Удалять загрязненный воздух можно механическими системами с забором воздуха, как из нижней, так и из верхней зоны (как сообщает Карелин А. И., 1991).
Примером схемы вентиляции коровников может служить приточная механическая система, питающаяся от одной камеры, Через воздуховод расположенные под потолком, воздух равномерно подают в зону размещения животных. Загрязненный воздух удаляют через группы шахт, расположенных попарно или в шахматном порядке.
Определенный интерес представляет теплообменная блокирующая вентиляция животноводческих помещений (система В. А. Турушева, 1982). При данной системе вентиляции воздух в помещение подается не подогретым с помощью вентиляторов. Далее через воздуховоды с поступает в теплообменники, расположенные под перекрытием в виде горизонтальной гофрированной перегородки или в виде воздуховоде углевидной ромбической формы, протянутых по помещению, где воздух подогревается и поступает к животным.
В результате контакта холодного и теплого воздуха через пленку на наружной поверхности теплообменника образуется конденсат, который стекает в желобки, размещенные под гофрами или под направленным вниз углом воздухо-водного теплообменника.
Тепло, которое образуется в результате конденсации, вместе со свободным теплом, выделяемым животными, идет на подогрев поступающее в помещение холодного воздуха. Одновременно в результате конденсации из воздуха помещения удаляются водяные пары и вместе с ними вредны газы, что позволяет сократить объем вентиляции в зимнее время и тем самым дополнительно сэкономить тепло.
Экономия тепла достигается и на выходе воздуха из помещения, для чего в последнем при работе приточных вентиляторов и частично закрытых вытяжных шахтах в помещении создается положительное давление воздуха, предупреждается инфильтрация холодного и возникает эксфильтрация теплого воздуха в атмосферу, в итоге сокращаются теплопотери через ограждения. Система обеспечивает нормальный микроклимат в животноводческих помещениях без отопления (за исключением помещений для телят и поросят младшего возраста), сокращает расход электроэнергии в 20-30 раз, увеличивает срок службы помещений и их пожарную безопасность, улучшает условия труда рабочих, способствует снижению отхода молодняка и повышению продуктивности животных в среднем на 20%.
В телятниках, свинарниках маточниках, в которых содержится молодняк, устраивают системы вентиляции с механическим побуждением и подогревным поступающего воздуха. Подогретый в калориферах наружный воздух в свинарниках-маточниках подается из верхней зоны помещения в нижнюю. Загрязненный воздух удаляется механической вытяжкой с помощью вентиляционной системы по каналам, расположенным под полом, рядом с навозными каналами.
Схему вентиляции с установкой в шахтах реверсивных вентиляторов можно применять в помещениях для крупного рогатого скота и в свиноводческих комплексах. Приточно-вытяжные шахты с реверс ионными вентиляторами служат для удаления воздуха из верхней части зоны в холодное время года и подачи дополнительного количества свежего наружного воздуха – в теплое, когда в помещении необходим повышенный воздухообмен.
Для животноводческих помещений имеется несколько вариантов теплообменных систем вентиляции. Теплообменная вентиляция снижает затраты на получение искусственного тепла за счет теплообмена между вытяжным (теплым) и приточным воздухом. Принцип действия состоит в том, в вытяжной воздухопровод вмонтирован приточный трубопровод. Теплый воздух отдает тепло стене, а от нее нагревается приточный холодный воздух. Один из вариантов (типовой проект АТВ-801—22/66) без искусственного отопления обеспечивает нормируемым микроклимат в районах с расчетной температурой до – 25 0С (по данным А. П. Онегова, 1977).
В отличие от других животноводческих помещений в птичниках вытяжка воздуха и приток осуществляются механическим путем по воздуховодам по схеме сверху вниз н реже снизу—вверх.
Для обогрева приточного воздуха промышленность выпускает калориферы огневого (теплогенераторы ТГ-15О, ТГ-200 и ТГ-2,5), водяного (КФБ, КФС, КМБ) и электрического (ОКБ/3084, ОФО-60 и др.) действии, а также вентиляционно-отопительные агрегаты АСД-5 и рециркуляционные системы вентиляции с сосредоточенной подачей воздуха (ПВУ-4, ПВУ-6, ПВУ-9) в животноводческих зданиях.
Для поддержания параметров микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях серийно готовят вентиляционно-отопительное оборудование серии «Климат-4» в трех исполнениях («Климат-44», «Климат-45», «Климат-47»), где автоматически регулируется воздухообмен и температура воздуха.
В ЦНИПТИМЭЖ разработаны роторные вращающиеся регенеративные теплоутилизаторы для животноводческих помещений. В регенераторах происходит возврат конденсировавшейся из удаляемого воздуха влаги моток приточного воздуха за счет испарения.
Новое решение регенеративных теплоутилизаторов ГПВУ- 9 предложено ВНИИ комплексных проблем механизации животноводства. Регенератор представляет собой насадку из 150 алюминиевых дисков диаметром 1200 мм, и промежутках которых двигаются потоки приточного и удаляемого воздуха. Насадка вращается со скоростью до 400 мин -1 навстречу потоку холодного воздуха. За счет вращения конденсат сбрасывается вместе с растворенным в нем аммиаком и механическим загрязнением. Этим достигаются одновременно и очистка воздуха (до 84%), и высокая степень утилизации тепла, поскольку скрытая теплота конденсации расходуется на сухой подогрев приточного воздуха.
Рекуперативные теплоутилизаторы с принудительной циркуляцией воздуха состоят из набора гладких пластин с перегородками, обеспечивающими перекрестно-противоточное движение потоков наружного и удаляемого воздуха, непосредственно не соприкасающихся друг с другом. Все большее распространение получают рекуперативные теплоутилизаторы с тепловыми трубками, исключающими необходимость применения перекачивающего насоса, поскольку теплоноситель циркулирует за счет изменения его агрегатного состояния при испарении и конденсации.
Институтом «Мосгипрониисельстрой» разработаны утилизационные приточные и приточно-вытяжные электрообогревающие аппараты, работающие на естественной тяге, не требующие использования вентиляторов, калориферов, воздуховодов. Утилизационные приточные электрообогревающие аппараты двух модификаций УПЭА-1 и УПЭА-2 обеспечивают приток подогретого наружного воздуха, а утилизационные приточно-вытяжные электрообогревающие аппараты типа УПВЭА-2 и УПВЭА-3 — приток подогретого наружного воздуха и удаление загрязненного (по данным Кракосевича Н. Д., 1991).
Объем вентиляции необходимо рассчитывать для каждого животноводческого здания, так как излишний воздухообмен может способствовать, особенно в холодный период года, снижению температуры воздуха в нем ниже допустимых нормативов, а недостаточный обмен воздуха не обеспечит удаление в воздухе водяных паров и вредных газов (аммиак, сероводород, диоксид углерода).
За основу расчетов уровня воздухообмена животноводческих помещений принимают обычно содержание в воздухе водяных паров и диоксида углерода.
Расчет объема вентиляции в животноводческом помещении по содержанию влаги.
Часовой объем вентиляции по накоплению водяных паров определяют по формуле:
L=Q/q1-q2;
где L-часовой объем вентиляции, необходимый для поддержания влажности воздуха помещения в пределах оптимальных норм (не более 70 %)м3/ч;
Q-количество водяных паров, выделяемое всеми животными, находящимися в данном помещении и количество влаги поступающее в воздух помещение из-за испарения влаги с ограждающих конструкций здания (Q=Q1+Q2, где Q1-влага выделяемая животными; Q2-влага с ограждающих конструкций), г/ч;
q1- абсолютная влажность воздуха в помещении при относительной влажности 70%, г/м3;
q2- абсолютная влажность наружного атмосферного воздуха, вводимого в помещение, г/м3.
Расчет объема вентиляции в животноводческом помещении по содержанию углекислоты.
Для расчета пользуются формулой:
L=K/C1-C2;
где L — часовой объем вентиляции или количество воздуха, которое надлежит вводить (или удалить) в помещение в каждый час, м3;
К - количество углекислоты, выделяемое при дыхании всеми животными за 1 час, л/ч;
С1 - допустимое количество углекислого газа в 1 м3 воздуха помещения - 2,5 л/м3 (или 0,25 %);
С2 - количество углекислого газа в 1 м3 атмосферного воздуха - 0,3 л/м3 (или 0,03 %).