8502

Параметры микроклимата в животноводческих зданиях при лучистом отоплении обеспечиваются следующим образом. При обогреве излучением стремление достичь равномерной раздачи теплоты влечет за собой манипуляцию интервалов и дистанций таким образом, чтобы восполнить недостаточность прямого излучения следующего нагревателя или отраженного излучения. Кроме того, температура самого излучателя изменяется по длине из-за остывания уходящих газов.

Согласно эпюре суммарной поверхностной плотности облучения пола между двумя соседними «темными» излучателями, полученной суммированием поверхностных плотностей облучения в каждом сечении обогреваемого пола, поверхностная плотность облучения в варианте с U-образными излучателями существенно выше, чем в варианте с прямоточными излучателями (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Эпюра облучения поверхности пола между излучателями: —— − U-образный излучатель; - - - - - − прямоточный излучатель

Таким образом, можно констатировать: излучатели U-образной формы эффективнее прямоточных по равномерности обогрева пола; эпюра облученности поверхности пола вдоль прямоточного излучателя имеет высокую неравномерность (более 10 раз), у излучателей U-образной формы −

101

не более 4 раз; эпюра облученности поверхности пола между двумя излучателями характеризуется более высокими показателями для U-образных излучателей. При этом абсолютные значения средней облученности, например в свинарнике-маточнике в целом по станку 140 − 160 Вт/м2 достаточна для комфортного отопления, т.к. физиологически комфортная температура восприятия (10 − 12 °С) обеспечивается при поверхностной облученности 80 Вт/м2, что поддерживает цикл выращивания свиней и благоприятные условия для работы обслуживающего персонала. Максимальная интенсивность облучения 160 − 280 Вт/м2 должна поддерживаться на небольшой части площадки молодняка (новорожденные поросята).

102

Глава 5. Эффективность управления параметрами

микроклимата

5.1. Параметры эффективности архитектурно-планировочных решений

Экономический подход к вопросам повышения продуктивности животных и птиц включает в себя не только показатели энергоемкости активных и пассивных элементов систем обеспечения микроклимата, но и количественные показатели фактической продуктивности. Общая теплофизическая модель современного сельскохозяйственного здания (глава 2) обосновывает выделение их в самостоятельный класс по нормированию и расчету систем обеспечения параметров микроклимата. Снижение энергоемкости и повышение экономичности и экологической безопасности систем обеспечения микроклимата возможно только при решении двух взаимосвязанных теплофизических моделей: архитектурно-планировочной и инженернотехнологической.

Снижение продуктивности во времени является аддитивным и кумулятивным. Продуктивность животных и птиц оценивается обобщенным комплексным показателем − коэффициентом эффективности содержания животных и птиц (ηж). По физическому смыслу коэффициент ηж аналогичен коэффициентам обеспеченности Коб, используемым в строительной теплофизике и строительной климатологии. Он показывает долю допустимых вероятностных отклонений каких-либо из параметров, факторов, событий от расчетных и характеризует выдерживание во времени допустимых параметров.

В современной строительной науке основным преобладающим направлением является повышение качества среды обитания при минимальных затратах энергии. Системы обеспечения микроклимата включают

103

комплекс технических средств, обеспечивающих создание и поддержание в обслуживаемых зонах помещений необходимых по ветеринарногигиеническим и технологическим нормам параметров воздуха. Комплекс представляет собой сочетание пассивных элементов систем обеспечения микроклимата (ограждающих конструкций) и активных элементов (систем кондиционирования воздуха).

При проектировании здания основополагающими являются архитектурные и инженерные решения. К архитектурным решениям можно отнести общую архитектурно-планировочную концепцию здания, включая формы, ориентацию, внутреннюю планировку, выбор конструкций и материалов наружных ограждений (с архитектурных позиций). Инженерные решения здания заключаются в выборе: систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха; конструктивных решений и материалов наружных ограждений (с теплофизических позиций); систем автоматизированного управления инженерным оборудованием здания.

Системный подход к выявлению оптимальных архитектурно-планиро- вочных и конструктивных решений нашел широкое развитие применительно к гражданским и производственным зданиям. Аналогичное комплексное решение систем обеспечения параметров микроклимата животноводческих и птицеводческих зданий в технической и специальной отечественной и зарубежной литературе обосновано лишь частично.

Об уровне мастерства архитектора и инженера η с точки зрения энергоэффективности судят по соотношению [71]:

где QminА и QminЕ – соответственно, затраты энергии на СОМ с оптимальными архитектурными и инженерными решениями; QА и QЕ − соответственно, затраты энергии на СОМ представленного решения по архитектурным и инженерным составляющим.

104

По приведенной трактовке величина ηА показывает мастерство архитектора, а ηЕ – мастерство инженера. Предложенное разделение методики определения энергоэффективности на две составляющие позволяет более углубленно анализировать каждое решение по снижению потерь энергии.

В технической и специальной литературе не обнаружено систематизированных, научно обоснованных количественных закономерностей взаимосвязи продуктивности животных и птиц от объемно-планировочных и конструктивных решений комплексов (пассивных элементов СОМ ηА) и от конкретных отклонений работы систем обеспечения микроклимата от оптимальных или допустимых параметров (активных элементов СОМ ηЕ). Приводятся лишь конкретные примеры, из которых трудно выявить значения мастерства архитектора ηА и инженера ηЕ, например [22].

5.2.Управление параметрами микроклимата животноводческих

иптицеводческих помещений

5.2.1. Роль пассивных элементов систем обеспечения микроклимата

Практически все исследования по снижению энергоемкости и поддержанию параметров микроклимата указывают на необходимость уменьшения теплового контура здания, сопровождающегося снижением потерь трансмиссионной теплоты. Это положение согласуется с приведенными в главе 2 разработанными нами положениями по снижению энергоемкости сельскохозяйственных зданий. Ниже приводится количественная оценка влияние объемно-планировочных и конструктивных решений зданий на продуктивность животных, птиц и общую энергоемкость СОМ.

Снижение освещенности влияет на животных успокаивающе, сокращает их двигательную активность и потребление корма. Для крупного рогатого скота существуют более низкие требования к освещенности, которые составляют лишь 20 − 50 % уровня освещенности для людей [3, 13]. Поэтому

105

неоправдана избыточная естественная освещенность животноводческих помещений, окна в которых достигают 30 − 40 % площади наружных стен. Организация естественного освещения животноводческих помещений имеет исключительно важное значение не только по физическому влиянию освещения и солнечной инсоляции на продуктивность скота, но и по чисто экономическим соображениям. Нельзя ограничиваться оценкой остекления только с архитектурной точки зрения, т.к. тепловой, световой и инсоляционные режимы микроклимата помещений тесно взаимосвязаны между собой. Повышение уровня освещенности за счет увеличения площади остекления приводит к значительному увеличению потерь теплоты в холодный период года и увеличению теплопоступлений в теплый период, что сопровождается увеличением эксплуатационных затрат.

Следует отметить, что остекление окон, обращенных на солнечную сторону, в зимнее время покрыто, как правило, с внутренней стороны конденсатом и льдом, а окон, обращенных на северную сторону, малопрозрачной снежной изморозью толщиной 5 − 10 мм. Поэтому окна, обращенные на север, обладают очень низкой светоактивностью.

Эффективность естественного освещения определяется временем его использования в течение года. По графикам наружной освещенности горизонтальной поверхности диффузным светом неба и наружной критической освещенности Екр, т.е. освещенности в момент включения или выключения искусственного света, можно определить время использования естественного света. Критическая освещенность определяется из выражения:

где Еиск – нормированная искусственная освещенность помещения, лк; енор – нормированное значение коэффициента естественного освещения, %. Для основных стойловых помещений критическая наружная освещенность составляет 5000 − 12500 лк (табл. 5.1). Действительная внутренняя осве-

106

щенность евн будет ниже нормируемой, что требует в зимнее холодное время года круглосуточного использования искусственного освещения даже при 100 %-ном светопропускании остекления. Действительная продолжительность использования естественного освещения в помещениях не обеспечивает зоогигиенические требованиям на уровне 100 лк для взрослого молодняка на откорме в течение 6 − 8 ч., лактирующих коров − 16 − 18 ч., телят и ремонтного молодняка − 14 − 16 ч. в сутки [78]. Однако в зимний период содержания продолжительность светового дня не обеспечивает эти требования, что приводит к круглосуточному использованию искусственного освещения, а энергетические затраты, как правило, превышают результаты возможного повышения продуктивности скота.

Т а б л и ц а 5.1

Показатели освещенности в животноводческих помещениях [16]

Требуемая естественная освещенность может быть обеспечена только через зенитные светопроемы в плоскости покрытия. Однако в климатических условиях России в животноводческих зданиях с их влажным режимом использование зенитных светопроемов не всегда эффективно из-за низких теплозащитных характеристик, не исключающих конденсатоили льдообразование на внутренних поверхностях остекления.

Практический интерес представляет анализ ориентации сельскохозяйственных зданий с учетом использования естественного света и солнечной инсоляции. Необходимо объемно-планировочными средствами способствовать наибольшей положительности качеств инсоляции и устранению

107

отрицательных ее действий. Для животноводческих зданий отсутствуют нормативные требования к инсоляции. Минимум инсоляции, который обеспечивал бы санитарно-гигиенические условия труда рабочих и высокую продуктивность животных, можно нормировать только по условиям, исключающим перегрев помещений в летнее время (при круглогодичном привязном содержании) и обеспечивающим максимальную инсоляцию в зимнее время.

В летнее время наименьшая инсоляция по продолжительности и теплопоступлениям получается при широтной ориентации, т.е. при расположении оси здания по направлению З–В. Сравнимой с широтной по продолжительности и теплопоступлениям от инсоляции является диагональная ориентация СВ–ЮЗ или СЗ–ЮВ. В зимнее время наибольшая инсоляция по продолжительности и теплопоступлениям получается при широтной и диагональной ориентации зданий.

Ориентация зданий для содержания свиней по сторонам света, как правило, меридиальная (продольная ось с севера на юг). Допускаются отклонения в северных широтах до 30о, в южных широтах − до 45о. В пунктах южнее широты 50о разрешается любая ориентация [42]. Ориентация зданий для содержания лошадей аналогична коровникам и должна быть меридиальной [44]. Ориентация зданий овчарен − меридиальная [43]. Ориентация зданий содержания кроликов и нутрий с регулируемым микроклиматом, как правило, меридиальная, допускаются отклонения до 45о. В районах южнее 50о допускается широтная ориентация [46, 47]. Наиболее целесообразно ориентировать световые проемы зданий с двухсторонним освещением в пределах секторов Ю–ЮВ и С–СЗ. В этом случае наблюдается снижение поступления солнечной теплоты в помещения летом и максимальная инсоляция помещений в зимнее время.

На долговечность наружных ограждающих конструкций (влаго-, мо- розо-, термостойкость и стойкость против коррозии) большое влияние

108

оказывают специфические особенности микроклимата животноводческих помещений. При высоких значениях влажности внутреннего воздуха как на внутренней поверхностях, так и в толще ограждений выпадает конденсат, который впитывается материалом. После насыщения ограждений влагой конденсат продолжительное время сохраняется на их внутренней поверхности. Ограждения, имеющие плотные фактурные слои, за лето не просыхают до равновесной влажности и остаются на зиму переувлажненными. Поэтому влажность материалов ограждений животноводческих зданий в 1,5 – 2 раза превышает норму. По результатам натурных обследований [16], влажность стен из ячеистых и легких бетонов к концу зимы достигает соответственно 24 – 30 % и 15 – 19 %, кирпичных стен – 27,8 %. Это ведет в условиях знакопеременных температурных воздействий к резкому снижению морозостойкости и общей долговечности конструкций. Как правило, наибольшие разрушения наблюдаются во внутреннем фактурнозащитном слое ограждений: трещины, отслаивание, шелушение и т.п.

Отрицательное влияние загазованности животноводческих помещений на продуктивность животных бесспорно. Однако недостаточно изученным является и фактор влияния агрессивных газов (углекислый газ, хлор, сероводород, аммиак) на долговечность ограждающих конструкций. Газы, растворяясь во влаге ограждающих конструкций, образуют водные растворы в виде различных солей. Над этими растворами происходит понижение давления насыщенного пара, что обусловлено осмотическими свойствами растворов. Повышенная разность давлений над раствором и парциальным давлением водяного пара увеличивает поглощение влаги из воздуха. Установлено, что присутствие хлористых солей в элементах ограждающих конструкций увеличивает их влажность на 5 – 7 % даже при нормальном влажностном режиме в помещении.

Водяные пары вместе с молекулами хлоропроизводных, проникая внутрь ограждающих конструкций, взаимодействуют с материалами

109