Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Разработка технологии кондиционирования помещений товарно-молочной фермы на 1000 голов КРС(Вентиляция,кондиционирований и обогрев фермы)

Содержание:

Введение 4
Глава 1. Современное состояние исследований и разработки технических средств создания микроклимата в помещениях с молодняком сельскохозяйственных животных 6
1.1. Технологические требования ветеринарного законодательства к микроклимату животноводческих помещений 6
1.2. Современные технические средства обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях 14
1.2.1. Общие сведения 14
1.2.2. Устройства, обеспечивающие воздухообмен и освещение 14
1.2.3. Устройства, обеспечивающие обработку воздуха 19
1.2.4. Средства создания локального микроклимата 26
1.3. Отечественные и зарубежные научные разработки создания оптимального микроклимата в животноводческих помещениях 26
Выводы по главе 33
Глава 2. Математическая модель энергетических процессов тепло- и массообмена аэрогидродинамического кондиционера для животноводческих помещений 34
2.1. Исходные элементы математической модели аэрогидродинамического кондиционера 34
2.1.1. Общие требования 34
2.1.2. Естественная вентиляция 34
2.1.2. Выходная вентиляция 35
2.1.3. Защита от скорости ветра 39
2.1.4. Вентиляционные расчеты 40
2.1.5. Механическая вентиляция 43
2.1.6. Тепловой стресс 45
2.1.7. Изолированная крыша 48
2.1.8. Крышные фонари 49
2.2. Процессы тепло — и массообмена в смесительной камере установки 50
2.3. Уравнение тепло — и массообмена воздушных системы воздух — вода в аэрогидродинамической оросительной камере установки 51
2.4. Уравнение тепло — и массообмена обрабатываемого воздуха в вентиляторе 53
2.5. Уравнение тепло — и массообмена обрабатываемого воздуха в электрокалорифере 54
2.6. Алгоритм расчета аэрогидродинамического кондиционера 57
2.7. Расчет на ЭВМ статических параметров установки для управления параметрами микроклимата в животноводческом помещении 57
Выводы по главе 57
Глава 3. Исследование методик энергосбережения 58
3.1. Возобновляемые источники энергии 58
3.2. Применение автоматизированный системы энергосбережения 79
3.3. Разработка общей концепции энергосбережения 87
Выводы по главе 90
Глава 4. Экономическая эффективность 91
Заключение 94
Список использованных источников 95

Введение:

ВВЕДЕНИЕ
Воздействие высоких температур окружающей среды на продуктивных животных, которые раньше считались ограниченными тропическими районами, распространилось на северные широты в ответ на повышение глобальной температуры. Число дней, когда индекс температуры-влажности превышает порог комфорта (> 72), увеличивается в северных Соединенных Штатах, Канаде, Европе и России. В сочетании с увеличением числа молочных животных и интенсификацией производства тепловой стресс стал одной из наиболее важных задач, стоящих сегодня перед молочной промышленностью. Цели данного обзора состояли в том, чтобы представить обзор влияния теплового стресса на благосостояние молочного скота и выделить важные пробелы в исследованиях. Также кратко рассмотрим текущие стратегии борьбы с тепловыделением, а также устойчивость будущего управления тепловым стрессом. Тепловой стресс оказывает негативное влияние на здоровье и биологическое функционирование молочных коров из-за снижения производства молока и снижения репродуктивной функции. Тепловой стресс может также поставить под угрозу аффективное состояние молочных коров, вызывая чувство голода и жажды, и мы подчеркнули необходимость исследовательских усилий для изучения потенциальной взаимосвязи между тепловым стрессом, расстройством, агрессией и болью. Данная работа посвящена изучению того, как тепловой стресс влияет на естественное поведение животного, а также как эволюционные приспособления животного к терморегуляции управляются в современных молочных системах. Будут проведены расчеты для выявления улучшенных комплексных изменений для животных, которые могут указывать реакции в реальном времени на повышенные температуры окружающей среды и которые могут быть включены в решения по управлению снижением температуры.
Объектом исследования является микроклимат животноводческой молочной фермы
Предметом исследования помещение фермы, с макроклиматического особенностями
Целью работы является Разработка технологии кондиционирования помещений товарно-молочной фермы на 1000 голов
Для достижения поставленной цели в работе рассмотрены такие вопросы:
1. Обзор состояния вопроса по выращиванию и содержанию крупного рогатого скота
2. Проведение теоретических исследований в животноводческой сфере
3. Проведение расчетов с целью определения оптимальных температурных параметров
4. Изучение вопроса возобновляемой энергии
Результаты работы и научная новизна работы
Результатами работы являются: выбор оптимальной технологии, обеспечивающей нормальные климатические условия для выращивания крупного рогатого скота, с учетом вопросов энергосбережения

Заключение:

1. Существующие типовые отопительно — вентиляционные системы при создании микроклимата в животноводческих помещениях расходуют большое количество энергии, так как не предусмотрен режим очистки рециркуляционного воздуха.
2. Особенностями данного типа кондиционеров является поглощение аммиака из воздуха, при концентрациях характерных животноводческим помещениям, водой.
3. Рассмотрено изменение коэффициента эффективности теплообмена в системе воздух — вода при режиме барботации в зависимости от коэффициента орошения и глубины погружения шлангов.
4. Предложена полезная модель на основе существующей, сконструирован аэрогидродинамический кондиционер, работающий на принципе двойной барботации с дезинфекцией.
5. Оптимальные режимы работы аэрогидродинамического кондиционера при давлении вентилятора 1,3 — 1,5 кПа и подаче по воздуху 5000 м3/ч: глубина погружения шлангов — 70 — 120 мм; количество шлангов -20 шт.; диаметр шлангов -30 мм.
6. Эффективность очистки рециркуляционного воздуха в аэрогидродинамическом кондиционере составляет от аммиака — 76 — 78 %, от углекислого газа — 62 — 64 %, от пыли -100 %, дезинфекции — 98 процентов
7. Предложенная методика расчета аэрогидродинамического кондиционера объединяет параметры рециркуляционного (в зимний период года) и наружного (в летний период года) воздуха, конструкторские и технологические параметры кондиционера.
8. Использование модернизированной энергосберегающей системы формирования нормативного микроклимата с аэрогидродинамическим кондиционером в молочной ферме на 1000 голов ведет к снижению потребления энергии, а также уменьшения затрат на дезинфекцию, периодически контролируя уровень микрофлоры помещения датчиками

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ С МОЛОДНЯКОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ
1.1. Технологические требования ветеринарного законодательства к микроклимату животноводческих помещений
Неблагоприятные погодные условия включают в себя экстремальные климатические условия, такие как низкие температуры, когда ветер и дождь сочетаются друг с другом, чтобы вызвать сильный фактор холода, внезапное наступление продолжительных влажных и ветреных условий или условия сильной жары с внезапной или продолжительной сильной жарой. Скот нуждается в доступе к укрытию от этих условий. Будь то природные или искусственные, животные будут искать подходящее убежище для преобладающих условий.
Количество предоставленного укрытия должно быть достаточным для того, чтобы все животные могли получить к нему доступ одновременно, и, возможно, для этого потребуется скорректировать нормы содержания. Это предотвратит переполненность зон тени или воды.
Молочные коровы отдыхают в тени, где это доступно в жаркую погоду
Крупный рогатый скот теряет тепло в основном за счет дыхания (от влажных тканей дыхательной системы), а также за счет переноса тепла в воздух и испарения воды из пота.
Обеспечение укрытия позволяет скоту защищаться от прямых солнечных лучей, уменьшая дополнительную тепловую нагрузку, которую они принимают (до 50%). Тепловой стресс и истощение не должны возникать, если крупный рогатый скот может найти тень и отдохнуть в самую жаркую часть дня.
Телята и беременный крупный рогатый скот более подвержены риску теплового стресса из-за более низкого теплового порога, как и животные с респираторным заболеванием в анамнезе из-за сниженной способности рассеивать тепло в результате одышки.
В жарких условиях, когда доступна тень, крупный рогатый скот предпочитает отдыхать в течение дня и проводит более прохладные дни выпаса скота.
Если нет доступных деревьев, крупный рогатый скот будет разбивать лагерь рядом с водой, такой как плотины или ручьи, в течение дня и кормиться ночью. Было продемонстрировано, что крупный рогатый скот предпочитает тень над водой в жарких условиях и будет проводить больше времени в покое и меньше жевать жвачку при повышении температуры окружающей среды.
Животные с высоким риском теплового стресса включают в себя:
1. более жирный запас
2. молодые животные
3. темные животные
4. высокопродуктивные молочные коровы
5. больные животные или животные, у которых в анамнезе были респираторные заболевания.
Аппетит уменьшается во время сильной жары и может привести к снижению суточного прироста веса и эффективности кормления. Обеспечение хорошего качества, хорошего вкуса корма и достаточного количества укрытия в жаркую погоду снизит тепловую нагрузку на животных и поможет поддерживать нормальный прием корма. Любое новое питание должно вводиться постепенно, чтобы снизить риск ацидоза или метаболических заболеваний.
Исследования по производству молочного скота в условиях теплового стресса демонстрируют благосостояние и улучшенное производство, где обеспечиваются тень и укрытие. Исследование экономического влияния тепловых нагрузок на производство молочного скота в Австралии показало, что экстремальная жара имеет следующие последствия для производства молочной продукции:

1. снижение надоев
2. снижение содержания молочного жира и белка
3. более низкие показатели концепции первого обслуживания
4. меньшая масса тела при рождении
5. большее количество услуг на беременность.
Эффект экстремальной жары был более выраженным для высокопродуктивных коров и привел к сокращению до 461 литра молока на корову в год на фермах, которые не обеспечивали тень для их стад. Дальнейшее исследование показало, что производство молока у затененных коров было на три процента выше, чем у не затененных коров. Тепловой стресс у молочных коров, стоящих во дворе, может быть снижен с помощью разбрызгивателей и обеспечения тени в жаркую и влажную погоду.
Исследования также показывают более высокий уровень смертности у телят, подвергшихся тепловому стрессу на первой неделе жизни. Можно наблюдать, как коровы пытаются заштриховать своих телят, и было показано, что коровы будут активно искать защищенные участки для отела. Искусственно выращенные телята должны иметь доступ к приюту в жаркую погоду с естественным воздушным потоком, важным для охлаждения окружающей среды.
Укрытие подходит в жаркую погоду
Лучший тип укрытия во время сильной жары защищает животных от солнца и учитывает охлаждающий эффект ветра. Некоторые варианты жилья в жаркую погоду:
построенные укрытия с использованием таких материалов, как тенистая ткань, волнистое железо или древесина
тенистые пояса — это, как правило, одна линия лиственных деревьев, посаженных в направлении восток-запад, чтобы создать тень на южной стороне. Деревья можно обрезать, чтобы улучшить движение воздуха.
Деревья с большими навесами — посажены индивидуально на полях. Деревья обладают охлаждающим эффектом благодаря поглощению тепла листьями естественных волнистых загонов и оврагов
защитные полосы — толстые изгороди деревьев, как правило, отгороженные от скота. Защитные ремни могут обеспечить хорошую защиту от солнца, но их следует равномерно утончать, чтобы обеспечить поток ветра. Посадка их в направлении восток-запад обеспечивает тень в самую жаркую часть дня.
Охлаждение ветром и дождь могут снизить эффективную температуру животного до критического уровня, что приведет к снижению прибавки в весе и надоям, а также к увеличению молочного жира. Для животных высокого риска результатом может быть даже смерть.
Крупный рогатый скот, подверженный наибольшему риску холода, включает:
1. новорожденные телята и коровы
2. животные в плохом состоянии
3. больные животные.
Аппетит стимулируется холодными температурами, а холодный стресс увеличивает потребность животного в энергии для поддержания температуры тела и функций. Исследования показывают, что потребность в энергии у годовалого растения может возрасти в 2,5 раза во время экстремальных зимних явлений. Там, где возможен холодный стресс, обеспечение укрытия (например, ветрозащитных шторм) и увеличение доступности хорошо усваиваемых и вкусных кормов поможет скоту поддерживать нормальную температуру тела и продуктивность — таким образом сводя к минимуму последствия холодного стресса.
Специальное управление приютом может быть необходимо для отела коров и их телят. При необходимости полезны небольшие загоны в защищенной зоне вдоль края защитных полос.
Следует проводить тщательное регулярное наблюдение, и любая корова, найденная и не способная стоять, должна пройти соответствующее лечение и получить укрытие или быть осторожно перемещена в защищенное место. Может потребоваться дополнительный корм, чтобы помочь корове удовлетворить свои собственные метаболические потребности, а также потребности в питании теленка.
Телята наиболее подвержены риску в холодную погоду из-за их небольшого размера. Им необходимо обеспечить хорошее укрытие, так как даже сильные и здоровые телята могут погибнуть при неблагоприятной погоде.
Понижение температуры и увеличение количества осадков в день отела увеличивает смертность, а телята, рожденные от телок, особенно подвержены неблагоприятным погодным условиям.
Кроме того, было показано, что холодный стресс снижает скорость всасывания молозива у новорожденных телят; таким образом ставя под угрозу их иммунную систему и способствуя потенциально заболеваемости и смертности.
Ручки, используемые для выращивания телят, должны иметь закрытый участок без сквозняков, чтобы защитить телят от элементов, а загоны должны иметь укрытие, доступное для всех телят.
Хорошее здоровье имеет решающее значение для благополучия животных, поскольку оно указывает на физиологическое функционирование животного. Производители привержены здоровью и питанию своего скота, так как этот подход обычно приводит к высоким уровням производства молока, отражающим их генетику и приемлемые темпы размножения, тем самым повышая эффективность и прибыльность молочной фермы
В связи с выше сказанным существуют единые ветеринарные требования.
Единые ветеринарные требования являются важнейшими при проектировании как любого животноводческого хозяйства, так и молочной фермы.
Основными требованиями, выделенными в законодательстве, а также в условиях ведения хозяйства крупного рогатого скота являются:
1. Система микроклимата должна отвечать требованиям СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование», «Производственные здания», «Административные и бытовые здания».
2. Оборудование для регулярного измерения и регистрации максимальной и минимальной температуры воздуха на уровне коровы должно быть доступно во всех навесах.
3. Телятам в возрасте до трех недель и отлученным от груди детям следует предоставить постельное белье, утеплитель или дополнительный обогрев, который защищает от холода, выдерживая оптимальные диапазоны комфорта указаны.
4. В очень жаркую погоду (35 ° C и более) взрослые коровы очень восприимчивы к тепловому стрессу, и должны быть предприняты меры для облегчения дистресса и избежания смерти. Коровы могут погибнуть, если их загрузить для перевозки в очень жарких условиях.
5. При температуре выше 38 ° C скотоводы должны регулярно осматривать кормящих коров на наличие признаков теплового удара и охлаждать любое животное, на которое оказывается воздействие, например, подача воды с последующим увеличением потока воздуха, предоставление ледяных глыб в виде лизания; и при условии соблюдения экологических требований предоставление доступа свиньям или аэрозолям для наружных свиней.
6. В системах внутри помещений резкие колебания температуры более 10 ° C в течение дня должны инициировать мониторинг неблагоприятных воздействий на коров, которые могут потребовать манипулирования нагреванием или водяным охлаждением и движением воздуха, чтобы помочь коровам справиться с ситуацией или достичь оптимальной температуры. диапазон температур.
7. В полностью закрытых домах уровень воздухообмена должен обеспечивать свежий воздух для дыхания, удалять избыточное тепло и отходящие газы и сводить к минимуму воздействие пыли и избыточной влаги на здоровье животных и человека. Ниже приведены рекомендации по безопасным уровням распространенных загрязняющих веществ для коров:
загрязнитель Максимальный рекомендуемый уровень
аммоний 11 промилле
Углекислый газ 1500 промилле
Монооксид углерода 30 промилле
Сероводород 5 промилле
Вдыхаемые частицы 0,23 мг / м3
8. Операторам рекомендуется иметь системы для измерения концентрации аммиака в закрытых помещениях. Мониторинг должен быть сфокусирован на областях с наименьшей вентиляцией.
9. Эффективная вентиляция особенно важна, когда сточные воды находятся в хранилище под решетчатым полом.
Рассмотрим тепловой стресс
Очевидно, что перед молочным скотом, стоят многочисленные проблемы, связанные с жаркой средой, подверженной растущим тепловым нагрузкам. Изменения в жилищных и управленческих стратегиях попытались смягчить эти негативные состояния. Здесь мы обсуждаем использование таких технологий, как вентиляторы, господа и душевые, но не рассматриваем другие стратегии управления температурой (например, строительные материалы сарая, постельные принадлежности, кормление и репродуктивное управление), поскольку эти подходы не могут обеспечить немедленное тепловое облегчение для молочных коров, когда оспаривается резкой тепловой нагрузкой окружающей среды.
Существуют различные варианты охлаждения для молочных коров, основанные на принципах конвекции, проводимости, излучения и испарения. Вентиляторные установки, которые облегчают движение воздуха и увеличивают конвекцию, используются для снижения температуры окружающей среды и снижения теплового стресса за счет снижения частоты дыхания и ректальной температуры. Другие формы испарительного охлаждения используют туман высокого давления, впрыскиваемый в вентиляторы (которые предназначены для охлаждения микроклиматического воздуха, вызываемого коровами) или крупные капли воды из спринклерных систем низкого давления, которые полностью увлажняют корову, пропитывая шерсть. Обе эти системы, как было показано, снижают ректальную температуру тела, показатели зачатия и рождаемости живых телят. Некоторые недавние работы были направлены на обеспечение коров самоконтролирующимися душами (которыми животные могут управлять, используя чувствительный к давлению пол), которые обеспечивают охлаждение для каждого отдельного животного, но имеют дополнительное преимущество, заключающееся в снижении общего потребления воды группой. Однако авторы также отметили значительные индивидуальные различия во времени, когда коровы используют этот ресурс. Будущие исследования должны продолжить изучение поведенческих реакций на водные процедуры, которые обеспечивают снижение температуры, но также минимизируют потребление воды. Физические структуры, которые обеспечивают тень, такие как деревья, крыши или ткани, могут создать более гостеприимный микроклимат для коров из-за уменьшения воздействия солнечной радиации и снижения температуры окружающей среды. Тем не менее, молочные коровы демонстрируют четкие предпочтения по типу структуры шторы в зависимости от условий окружающей среды, что следует учитывать при разработке решений по снижению теплового воздействия на ферме. Ориентация коровника (в зависимости от географического положения) также может помочь уменьшить тепловую нагрузку за счет снижения инсоляции и температуры поверхности стойла, что, в свою очередь, увеличивает теплопередачу от тела коровы обратно в окружающую среду.
Различные методы вмешательства были предприняты, чтобы улучшить способность к выживанию у коров с высокой температурой. В попытках улучшить генетику голштинской породы с улучшенной терморегуляторной способностью, ген скользких волос был введен путем селекции. Этот ген контролирует длину волос, важный компонент для потери тепла в результате испарения и эффективной передачи тепла в окружающую среду. Несмотря на то, что текущие исследования показали перспективность этого гена, маловероятно, что быстрое введение одного гена в геном Гольштейна сможет бороться с тепловым стрессом и дать множество адаптаций, которые в мире существуют после 110 000 лет эволюции. Кроме того, в некоторых регионах, где летом наблюдаются высокие температуры окружающей среды, зимой тоже очень холодно. В таких ситуациях производители должны быть осторожны при включении гена гладких волос в свое стадо, так как короткошерстные животные будут подвергаться более высокому риску холодного стресса в зимний сезон, что впоследствии ставит под угрозу их благополучие.
Альтернативные методы управления, доступные через редактирование генов, которые могут привести к тому, что корова лучше справится с проблемами, связанными с тепловым стрессом, несомненно, увеличатся в следующем десятилетии. Однако, несмотря на успехи, предсказанные с этими технологиями, еще неизвестно, примет ли общество их в долгосрочной перспективе, учитывая текущую критику в отношении воспринимаемой неестественности этих типов технологий.