Способ обогрева сельскохозяйственных животных и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 16906 29/00 я)5 А ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ(54) СПОСОБ О СТВЕННЫХ Ж ДЛЯ ЕГО ОСУ . (57) Изобретен зяйству, в частн найти применен водстве и птице ве сельскохозя комбинированн состоящими из к ников теплоты, ция регулирова у хо- может Изобретение отно зяйству, в частности может найти приме сельскохозяйственныИзобретение пр кального обогрева с молодняка в условиях комплекса, овцеферм изменении локальных сится к сельскому хок животноводству, и нение при обогреве х животных и птиц, дназначено для лольскохозяйственного птицефабрики,свиноы и т.п., причем, при обогревателей с конОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательскийинститут электрификации сельского хозяйства и Научно-производственное предприятие "Кварц"(56) Авторское свидетельство СССРЛЬ 1604296, кл, А 01 К 29/00, 1987,БОГРЕВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙИВОТНЫХ И УСТРОЙСТВО ЩЕСТВЛЕНИЯие относится к сельском ости к животноводству, и ие в промышленном живо водстве при локальном обогрейственных животных и птиц ыми электрообогревателями, ондуктивных и лучистых источЦель изобретения - оптимизания температурного режима в зоне обитания сельскохоэяиственных животных и расширение области применения способа и устройства, Способ обогрева сельскохозяйственных животных предусматривает измерение температуры воздуха Ь с помощью датчика 1 температуры, поверхности кондуктивного источника теплоты тп 0, посредством датчика 2, усредненной по площадям температуры поверхностей строительных ограждений конструкций зоны обитания радиационного теплового потока Е в зоне обитания животных и определение действительной ощущаемой животными температуры, осуществляемое вычислительным блоком 4. При этом задают требуемую по технологии выращивания величину ощущаемой температуры. Для каждого вида животных, предварительно используя эадатчики 9, 10, 11, 12, 21 соответственно зна- С. чения константы и возраста животных.Затем по результату сравнения определенного и заданного значений ощущаемой животными температуры корректируют режим ъ обогрева зоны обитания животных, 2 с. и 1 э.п, ф-лы, 1 ил,О тактным и радиационным видами теплопередачи к животному, при нерегулируемой конвективной составляющей теплового потока. Предпочтительным является применение изобретения в системах комбинированного электрообогрева молодняка, в которых совместное регулирование температуры обогреваемой панели и инфракрасной облученности позволяет достичь требуемого режима теп 1690639лсощущений молодняка в зоне обогрева, независимо от температуры остального помещения для содержания сельскохозяйствен н ых животных.Преимущественно изобретение предназначено для целей обогрева при перемещении в качестве теплоносителя электрической энергии как наиболее удобной с точки зрения эксплуатации средств локального обогрева молодняка в крупногабаритных сельскохозяйственных помещениях для совместного содержания разных возрастных групп животных.Целью изобретения является оптимизация регулирования температурного режима в зоне обитания животных и расширение области применения способа и устройства,На чертеже представлена структурная схема устройства для обогрева сельскохозяйственных животных,Способ обогрева сельскохозяйственных животных включает измерениетекущего значения температуры воздуха в зоне их обитания т (С), измерение температуры поверхности кондуктивного источника теплоты, размещенного в зоне обитания животных и имеющего внутренний нагрев, задание требуемого значения ощущаемой животными температуры в зоне обитания в зависимости от возраста данных животных, измерение текущего значения температуры ограждающих конструкций в зоне обитания животных, измерение текущей величины радиационного теплового потока в этой зоне Е (Вт/м ), определение действительной величины ощущаемой животными температуры в зоне обитания по формулетоп = А 1 ть + Вгг в + О г пол + С 1 Е. (1) где А 1, В 1, С 1, О - коэффициенты пропорциональности, каждый из.которых зависит от вида и возраста животных и от условий их теплсобмена в зоне обитания (безразмерные величины).В - текущее значение температуры внутренних поверхностей строительных ограждающих конструкций в зоне обитания животных, усредненной по площади( С);Т пол - текущее значение температуры поверхности кондуктивного источника теплоты, (например, обогреваемого пола или панели), С.Сравнивают заданное и определенное значения ощущаемой температуры и по результату сравнения корректируют режим обогрева зоны обитания животных.П р и м е р ы (осуществление способа обогрева сельскохозяйственных животныхоснованы на следующих теоретических иэмпирических зависимостях.Известно, что ощущаемая животнымитемпература в зоне обитания 1 оп определя ется следующим образом (для стоящего животного) топ = Ать + В 78 + СЕ (2)(для лежащего животного) топ = А 1 с ь+ В 1Тв + С 1 Е + ОТпол, (3)где А, В, С, А 1, В 1, С 1, О - тепловые коэффи циенты, характеризующие долю различныхСОСтаВЛЯЮЩИХ В С о.пть - температура воздуха в зоне размещения животного, С;В - температура внутренних поверхно стей ограждающих конструкций, усредненная по площадям, С;Е - ИК-облученность обогреваемогообъекта (животного) от действия облучателей, Вт/м;20 тпол - температура пола в помещениив зоне обогрева, С;В соответствии с известными зависимостями составляющие уравнений (2) и (3) можно ооределить следующим образомА - (4)лаал+а,С = 0,06330рА 1=А Р +ЕВ 1=А +Ркл(10)где ак,ал - коэффициенты конвективногои лучистого теплообмена, Вт/м С;Екл - площадь поверхности тела животного(лежащего), участвующая в конвективном и лучистом теплообмене, м 2;45 Гт - площадь поверхности тела живо,мэго (лежащего), участвующего в контактном теплообмене с полом. м;Впол - сопротивление теплопередачепола животноводческого помещения, С,50 м /Вт,2Таким образом, величины коэффициентов А 1, В 1, С 1, О задаются по априорнойинформации о животноводческом помещении, где реализуется способ, и виде, и поро 55 де обогреваемых животных.В.соответствии с (1) тепловые коэффициенты А и В в результате расчетов по(4)(6) равны (в зависимости от ть и т ):Способ осущзом. м обУстройство для обогрева сельскохозяйственных животных содержит датчик 1 температуры воздуха, датчик 2 температуры поверхности кондуктивного источника теплоты(например, обогреваемой панели), датчик 3 температуры ограждающих конструкций в зоне обитания животных, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока 4 и соответственно с первыми входами первого, второго и третьего элементов умножения 5, 6, 7, причем четвертый вход вычислительного блока 4 соединен с первым входом четвертого элемента 8 умножения, а вторые входы элементов 5, 6, 7, 8 умножения подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого эадатчиков 9, 10, 11, 12 значения константы, причем выходы элементов 5, 6, 7, 8 умножения подключены к входам сумматора 13, задатчик 14 температуры, соединенный через первый делитель 15 с неинвертирующими входами первого регулятора 16 и второго регулятора 17, инвертирующие входы которого объединены и подключены к выходу вычислительного блока 4, а их выходы присоединены соответственно к входу управления первого обогревателя 18, которым являются секции кондуктивных источников теплоты и к входу управления второго обогревателя 19, которым служат секции лучистого источников теплоты, причем выход первого регулятора 16 дополнительно соединен через второй делитель 20 с четвер-, тым входом вычислительного блока 4, пятый вход которого подключен к выходу задатчика 21 возраста животных и к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого эадатчиков 9, 10, 11, 12 значения константы.Устройство для обогрева сельскохозяйственных животных размещается следующим образом.Датчик 1 температуры воздуха размещен в характерной точке пространства воздушной среды помещения, в котором изменения температуры воздуха отражают характер изменений температуры воздуха в помещении. Причем датчик 1 может быть выполнен из набора терморезисторов, распределенных по объему животноводческого помещения, в т.ч, по зонам обитания животных.Датчик 2 тедуктивного ист вляется сле 1.О+ В качестве обогреваемых животных могут быть, например, ягнята,Для ягненка раннего возраста Ет=0,08 м, 5Екл = 0,18 м (4):Пусть задано технологическое значениетемпературы в зоне обитания + 15 С, прикотором продуктивность ягнят наибольшаязад15 оС 10П р и м е р ы (осуществление способа),1. Для ягненка, стоящего под ИК-облучателем с Е = 100 Вт/м в помещении с 1 ь =25 Си тк=О С,В соответствии с уравнением (2) 51 о.п = Ать + В тй + СЕ = 0,51.5+ 0,490,063.100 = 8,85 С,При сравнении, получаемакоп = акоп - акоп д", = 8,85 - 15,0 = -6,15 С,что приводит в соответствии со способом к 20увеличению мощности обогрева зоны обитания животных для устранения переохлаждения ягнят.2. Для ягненка, лежащего под ИК-облучателем с Е = 100 Вт/м на обогреваемом 25полУ с хпол = 30 оС и Впол = 0,1 С м /Вт впомещениись=5 Си та=О С, всоответствии с (3), (7). (10): акоп = Айь + В 1 гй + С 1 Е фЕкл ЕклОГпол= А ЕЕ Се+В ЕЕ х 30хна+С Е +Е Е+ Е хЕкл 0,102Екл + Ет полЕт 0,18Е+ Е полО 18+0 0801835х 5+0,49 018+008 О+0,063 х100 + 0102 х0,18 + 0,08 0,10,08 0 180 08 30 1,77+0+4,36+9,42 4015,55 С,т.е. Лооп =15,55-15,0 = 0,55 С, имеетсяперегрев животного и режим обогрева корректируется в сторону уменьшения,Иэ приведенных примеров видно, чтосравнение определенного по результатамизмерений действительного значения ощу-.щаемой температуры с заданным по технологии позволяет в соответствии соперациями способа достигать при регулировании режима обогрева обоснованныхтепловых режимов, при которых с высокойточностью выполняются технологическиетребования,мпературы поверхности коночника теплоты (обогревае 1690639пряжению Оик первого регулятора 16. В пер 35 редачи второго делителя 20, причем Кик. 40 45 50 мой панели) устанавливается на поверхности или вблизи поверхности одной из электрообогреваемых напольных панелей, При возможности прокладки соединительных линий в помещении может быть несколько таких контролируемых панелей с датчиками 2. Датчик 3 температуры строительных ограждающих конструкций зоны обитания животных устанавливается на поверхности, наиболее влияющей на теплообмен животного, поверхности ограждения помещений - потолка, стены, перегородки и т.п. В целях более полного учета радиационной температуры ограждений помещения датчик 3 может быть распределен по различным внутренним поверхностям помещения, т.е. на каждой из этих поверхностей,устанавливаются терморезисторы и соединяются соответствующим образом друг с другом,превращаясь в датчик 3.Величину инфракрасной облученности в устройстве измеряют по величине выходного напряжения первого регулятора 16. Известно, что при выбранном инфракрасном излучателе, т,е, первом обогревателе 18 величина ИК-облученности Е пропорциональна приложенному к ИК-излучателю (первому обогревателю 18) выходному навом приближении эта взаимосвязь прямая пропорциональная, что действительно имеет место в рабочем диапазоне регулирования, т,е, когда рабочая точка находится на линейном участке диапазона изменения Е в зависимости от ОикЕ = КикОикОтсюда Кик = -- коэффициент пеЕОик обычно численно меньше единицы, т.е.0Кик 1 Вт/м В, при практических высотах подвеса ИК-излучателя, т,е. первого обогревателя 18,В животноводческом помещении установлены различные средства обогрева - лучистые источники теплоты - ИК-излучатели (первые обогреватели 18) с отражателями теплового потока и кондуктивные источники теплоты - нагреватели обогревэемых панелей (вторые обогреватели 19), причем в каждой зоне обитания животных размещен один первый обогреватель 18, под которым находится обогреваемая панель (второй обогреватель 19), т,е, осуществляется комбинированный локальный обогрев животных.Остальное электрооборудование устройства вынесено из производственного 10 15 20 помещения и находится в коридоре, либо в диспетчерской, т.е. в подсобных помещениях,Устройство для обогрева сельскохозяйственных животных работает следующим образом. Сигналы датчиков 1, 2, 3, а также сигнал с выхода второго делителя 20, несущие информацию о факторах 1 Ь, тп 0 л, т Р, Е, подаются на первые входы элементов 5, 6, 7, 8 умножения, На вторые входы этих элементов умножения приходят сигналы А, О, В, С с задатчиков 9, 10, 11, 12 значения константы, причем величина каждого из этих коэффициентов зависит от величины выходного сигнала задатчика 21 возраста животных. В качестве зэдатчиков 9, 10, 11, 12 значения константы могут быть использованы обычные усилители постоянного тока либо обыкновенные делители напряжения.На выходах элементов 5, 6, 7, 8 умножения формируются произведения А 1, ть, О Гпол, В 1 тя, С 1 Е, которые подаются на входы сумматора 13, что приводит к появлению на выходе вычислительного блока 4 величиныт 0 п = А 11 ь + Огп 0 л+ В 1 гр,С 1 Е, т,е, текущего значения ощущаемой температуры в зоне обитания животных.В зависимости от сигнала задатчика 21 возраста животных изменяется выходной сигнал задатчика 14 температуры, соответствующий заданному по технологии требуемому значению ощущаемой температуры то"д". При этом, с возрастом температура должна снижаться, т.е. в качестве эадатчика 14 температуры должен быть использован инвертирующий усилитель,При комбинированном обогреве распределение мощностей между напольным и инфракрасном обогревателями производится распределение сигнала задатчика 14 температуры с помощью двухвыходового первого делителя 15, После этого регуляторы 16 и 17 обеспечивают поддержание заданного по технологии выращивания режима теплоощущений животных в зоне обитания, регулируя подачу мощностей обогрева в инфракрасный излучатель (первый обогреватель 18) и нагреватель обогреваемой панели (второй обогреватель 19). В устройстве устанавливается режим динамического равновесия,Из-зэ наружного похолодания (вне помещения) охлаждение стен и потолка животноводческого помещения приведет к снижению радиационной температуры ограждающих конструкций и к увеличению теплообмена животного с ними, что можетгде акоп - действительное значение ощущаемой животными темпеоатуры в зоне обитания, С; 1 ь - текущее значение температурыовоздуха в зоне обитания животных, С;5 гя - текущее значение температуры ограждающих конструкций в зоне обитанияживотных, С; тпол - текущее значение температуры поверхности кондуктивного источника теплоты, С; Е - текущая величина"0 радиационного теплового потока в зонеобитания животных, Вт/м, А, 81, С, О -г,коэффициенты пропорциональности. зависящие от вида и возраста животных и условий их теплообмена в зоне обитания и по15 результату сравнения этого значения с требуемой величиной этого параметра корректируют режим обогрева зоны обитанияживотных.2. Устройство для обогрева сельскохозяйственныхых животных, содержащее датчики температуры воздуха и поверхностикондуктивного источника теплоты, выходами соедйненные соответственно с первым ивторым входами вычислительного блока,выход которого связан с инвертирующимивходами первого и второго регуляторов, авыходы последних подключены к входам управления секций кондуктивных и лучистыхисточников теплоты, первый делитель, задатчики температуры и возраста животных,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюоптимизации регулирования температурного режима в зоне обитания сельскохозяйственных животных и расширения областиприменения устройства оно снабжено датчиком температуры поверхности строительных ограждающих конструкций ивторым делителем, вход которого связан свыходом первого регулятора, а выход - с.40 четвертым входом вычислительного блока,при этом пятый вход последнего подключенк объединенным выходу задатчика возраста животных и входу эадатчика температуры, выход которого соединен входами45 первого и второго регуляторов.3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вычислительный блок включаетсумматор, четыре эадатчика значения константы и четыре элемента умножения, первые входы которых являются соответственнопервым, вторым, третьим и четвертым входапривести к потере продуктивности, Поэтому устройство измеряет уменьшившуюся тр, с помощью датчика 3 температуры ограждающих конструкций, величина произведения В гр, на выходе третьего элемента 7 умножения уменьшается, снижается вычисленное значение тол на выходе сумматора 13 и регуляторы 16, 17 увеличивают обогрев зоны обитания животных, достигая заданного равенства топ "д" и т при новом режиме обогрева.Аналогично, изменение температурных факторов температуры воздуха ти радиационной температуры ограждающих конструкций в произвольных направлениях приведет к установлению нового состояния динамического равновесия в устройстве,Таким образом, за счет многоканального измерения влияющих на теплообмен животного факторов и использования обоснованной модели управления тепловым режимом достигается повышение точности обогрева и соответствующее повышение продуктивности животных, а также расширяются функциональные возможности устройства обогрева сельскохозяйственных животных, поскольку оно может при соответствующих перенастройках своих параметров применяться в животноводческих помещениях произвольных конструкций с любыми типами комбинированных обогревателей для различных сельскохозяйственных животных,Формула изобретения1. Способ обогрева сельскохозяйственных животных, включающий измерение текущих значений температуры соответственно воздуха в зоне обитания животных, обуславливаемой действием размещенных в этой зоне кондуктивных и лучистых источников теплоты, и поверхности кондуктивного источника теплоты, задание в зависимости от возраста животных требуемой величины ощущаемой животными температуры и регулирование режима обогрева в зоне обитания животных, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью оптимизации регулирования температурного режима в зоне обитания животных и расширения области применения способа, измеряют текущие значения температуры строительных ограждающих конструкций и радиационного теплового потока в зоне обитания животных, определяют действительное значение ощущаемой животными температуры в зоне обитания 55 по следующей формулетоп А 1 ть + В 1 тя, + О т + С 1 Е,ми вычислительного блока, пятым входом которого служат объединенные управляющие входы задатчиков значения константы, а выходы последних подключены к вторым входам четырех элементов умножения, выходыкоторых связаны с входами сумматора, причем выход последнего является выходом вычислител ьного блока.1 Г)90639Составитель Л,Пантелеева Редактор Н.Сильнягина Техред М,Моргентал Корректор О.Ципле Заказ 3870 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно. издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101