Результаты исследования концентрации СО2 в типовом коровнике на 200 голов

Современные технологии содержания животных предъявляют высокие требования к микроклимату в животноводческих помещениях. По мнению ученых, специалистов животноводства и технологов, продуктивность животных на 50‒60% определяется кормами, на 15‒20% ‒ уходом и на 10‒30% ‒ микроклиматом в животноводческом помещении. Отклонение параметров микроклимата от установленных пределов приводит: к сокращению удоев молока на 10‒20%; прироста живой массы ‒ на 20‒33%; увеличению отхода молодняка до 5‒40%; расходу дополнительного количества кормов; сокращению срока службы оборудования, машин и самих зданий; снижению устойчивости животных к заболеваниям [1].

Одним из важных составляющих микроклимата является углекислый газ. Он не имеет цвета, не горит, тяжелее воздуха, поэтому при слабом движении воздуха в помещении имеет наибольшую концентрацию на уровне пола и поднимается вверх с водяными парами.

При подвижности воздуха более 0,2 м/с благодаря перемешиванию воздушной среды, концентрация всех газов по высоте помещения становится более равномерной [2].

Основным источником углекислого газа в коровнике являются животные, в меньшей степени ‒ отходы жизнедеятельности животных и остатки корма. Высокое содержание СО2 отрицательно влияет на здоровье обслуживающего персонала, на состояние и продуктивность животных.

В животноводческих помещениях углекислый газ не скапливается в таких количествах, которые могли бы вызвать острое токсическое действие. Однако содержание его в концентрации 0,5…1% уже не безразлично для животных: наблюдается учащенное дыхание, увеличение нагрузки на сердце. Длительное вдыхание воздуха, содержащего более 1% углекислоты, может вызвать хроническое отравление [3].

Для измерения уровня СО2 используется единица измерения ppm (parts per million) или частиц СО2 на миллион частиц воздуха). 1000 ppm = 0,1% содержания СО2.

Предельно допустимое содержание углекислоты в воздухе для содержания взрослых животных ‒ не более 0,25 % или 2500 ppm [4, 5].

Целью исследований является оценка параметров микроклимата в действующих животноводческих помещениях, соответствия установленным нормативам, использование полученных данных при разработке проектов реконструкции систем вентиляции на фермах и комплексах КРС, моделирования процессов формирования микроклимата в зависимости от природно-климатических условий и проектно-технологических решений.

Исследования проводились на ферме 200 коров с привязным содержанием, входящей в состав молочного комплекса ФГУП «Каложицы» Ленинградской области, в августе 2016 года. Коровник по продольной оси здания ориентирован север-юг. Измерения концентрации углекислого газа проводились на уровне 10‒20 см от пола в рабочей зоне навозоуборочных транспортеров в дневное время. Температура и влажность наружного воздуха измерялись непосредственно на территории комплекса, направление и сила ветра фиксировались на высоте 10‒12 м над уровнем земли метеостанцией, находящейся на расстоянии 26 км от фермы.

Принята схема замера в девяти точках коровника, она позволяет определить динамику изменения концентрации углекислого газа по длине и ширине здания (рис. 1.). Для измерения использовано электронное устройство (рис. 2.) состоя- щее из датчика концентрации СО2 ЕЕ820, специально разработанного для жестких условий эксплуатации, в том числе и животноводческих помещений, который имеет токовый выход 4‒20 mA, пределы измерения 0…10000 ppm и электрически соединен с архиватором МСД-200. Питание постоянным током напряжением 24 В. Аналоговые сигналы с датчика ЕЕ820 поступают на архиватор МСД-200, представляющий собой электронное устройство с аналоговыми входами и объемом памяти 32 Гб, что позволяет за достаточно большой промежуток времени собирать и архивировать информацию, передавать на компьютер для дальнейшей обработки и анализа [5, 6].

Рисунок 2. Схема устройства для измерения концентрации СО₂:

1 – датчик концентрации СО2 ЕЕ820;

2- архиватор МСД-200

Рисунок 1. Схема замера концентрации СО2 в коровнике на 200 голов

Метеоусловия в районе коровника в период исследований представлены в таблице 1. Температура воздуха находилась в пределах 14-19 °С, ветер различных направлений, умеренный 2-3 м/с, относительная влажность воздуха 76‒87%, концентрация углекислого газа в окружающем ферму воздухе 500‒560 ppm, что близко к природным фоновым значениям.

Таблица 1. Метеоусловия в районе коровника в период исследований

Метеопараметр	1-й день	2-й день	3-й день
Температура, ºС	14,1	17,1	19,0
Сила ветра, м/с	2,0	2,0	3,0
Направление ветра	юго-запад	восток	северо-
Относительная влажность			запад
воздуха, %	85‒87	78‒83	76‒79
Концентрация СО2, ppm	490‒509	542‒557	501‒526

На рис. 3, 4, 5 представлены графические информационные модели распределения концентрации СО2 в коровнике для различных погодных условий в виде лепестковых диаграмм.

Диаграммы имеют оси, номера которых соответствуют точкам схемы рис. 1, а цифрами выделенными жирным шрифтом в темной области диаграммы обозначены значения концентрации СО2 в точках 1-8. В светлой области диаграммы обозначены значения концентрации СО2 в центральной части коровника, что соответствует точке 9 схемы рис. 1.

Необходимо отметить, что за период исследований концентрация СО2 в коровнике не превышала 50% от предельно допустимой нормы равной 2500 ppm. Это в первую очередь объясняется тем, что в летний период вентиляция помещений максимальна за счет открытых окон и ворот.

На рис. 3 представлена графическая информационная модель распределения СО2 при юго-западном ветре ось 6-2 диаграммы. В этом случае по направлению ветра концентрация СО2 наименьшая по сравнению с другими частями коровника, причем концентрация углекислого газа с наветренной стороны ниже на 147 ppm, чем с подветренной.

Рисунок 3. Графическая информационная модель распределения СО₂ (ppm) в коровнике при юго-западном ветре

Наибольшая концентрация СО2 наблюдается в центре коровника ‒ 906 ppm, за исключением точки 1, где концентрация наивысшая и составляет 1054 ppm.

Рисунок 4. Графическая информационная модель распределения СО₂ (ppm)

в коровнике при восточном ветре

На рис. 4 при восточном направлении ветра диаграмма распределения СО2 в коровнике также указывает на то, что с наветренной и подветренной стороны концентрация углекислого газа 978 и 905 ppm (точки 3,7) ‒ несколько ниже, чем в центре коровника ‒ 1034 ppm. Однако наименьшие концентрации наблюдаются в точке 2 (северо-восточное направление) ‒ 664 ppm. Очевидно здесь оказывает влияние на формирование местных внешних воздушных потоков взаимное расположение соседних животноводческих построек так как ферма находится в составе животноводческого комплекса.

Рисунок 5. Графическая информационная модель распределения СО₂ (ppm) в коровнике при северо-западном ветре

На рис. 5 представлена графическая информационная модель распределения

СО2 при северо-западном ветре (ось 8-4 диаграммы). Здесь так же наблюдается закономерность распределения концентрации СО2 в зависимости от направления господствующего ветра на данный промежуток времени. Так с наветренной стороны концентрация составляет 818 ppm, с подветренной стороны ‒ 861 ppm, что на 183‒226 ppm меньше, чем в центре коровника. Наивысшая концентрация СО2 наблюдается в точке 3 и составляет 1178 ppm.

Таким образом, исследования показали, что в летний период при организации эффективной естественной вентиляции коровника концентрация углекислого газа составляет не более 50% от предельно допустимого значения 2500 ppm. Это обеспечивает благоприятные условия для обслуживающего персонала и содержания животных.

Распределение СО2 внутри коровника неравномерное, зависит от направления ветра, объемно-планировочных решений фермы, плотности и плана застройки животноводческого комплекса. Расположение производственных зданий создает местные воздушные потоки, которые оказывают непосредственное влияние на формирование микроклимата в коровниках и других помещениях.

Анализ графических информационных моделей распределения углекислого газа в коровнике показал, что наименьшие концентрации СО2 наблюдаются с наветренной стороны за счет дополнительного ветрового напора и подветренной стороны здания за счет создаваемого разряжения воздуха. Наиболее высокие концентрации СО2 образуются в центральной части здания, где уровень может быть в 1,4‒1,9 раза выше, чем в других частях коровника.