Устройство обогрева сельскохозяйственных животных

)5 А 01 К 29/О ЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКОМУ а "Кварц" при Научбьединении "Союздством мной системы имата и двухния темперао пола зоны го лучистого евателя в зоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1690639, кл, А 01 К 29/00, 1989.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЬ:Х ЖИВОТНЫХ(57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, э именно.к животноводству, и может быть использовано в системахискусственного микроклимата, вкл ючэющих обогревательное оборудование, при частой смене опытных партий выращиваемыхживотных различных видов, пород, возрастов. Цель изобретения - повышение точности регулирования температурного режимав зонах обитания животных. Устройствопредусматривает регулирование температуры воздуха в животноводческом помещениив соответствии с требованиями эоотехнолоИзобретение относится к сельскому хозяйству,.к области животноводства и может найти применение при обогреве животных, выращивземых и содержащихся в помещениях, оборудованных установками искусственного климата для создания требуемых по зоотехнологическим нормативам тепловых условий в зонах обитания животных и птиц.Преимущественно данное изобретение предназначено для автоматического обеспечения и поддержания заданного режима теплоощущений сельскохозяйственных жи 1762829 А 2 гии по выращиванию и содержанию животных в помещениях, оборудованных обогревателями с различными видами теплопередачи. Устройство осуществляет измерение температуры воздуха (датчик. 1), температуры поверхности ограждающих строительных конструкций помещения (датчик 2), инфракрасной облученности (датчик 3) и температуру обогреваемого пола или контактного обогревателя в зоне обогрева (датчик 4), э также скорости движения воздушной среды (датчик 5) е помещении с обогреваемыми зонами обитания животныхНа основании измеренных величин определяют в вычислительном блоке 6 действительное значение ощущаемой животными температуры, сравнивают вычисленное значение с заданным по технологии значением ощущаемой температуры в зависимости от вида и возраста животных и по результату сравнения корректируют режим обогрева зоны обитания животных с помощью первого и второго регуляторов 22, 23, воздействующих на две группы обогре- в вателей 24, 25. 2 ил. 4(Ь вотных в зонах обогрева поср гоканальной измерительн тепловых параметрое микрокл канальной системы регулироеа турного режима обогреваемо обитания животных и теплово потока от инфракрасного обогр не обогрева. Целью изобретения является повыщние точности регулирования температурно режима в зоне. обитания животных.5 10 15 20 25 30 35 40 45 Указанная цель достигается путем выполнения следующих приемов; измерение температуры воздуха в зоне обогрева, измерение температуры поверхности контэктного обогревателя, рэзмещенного в зоне обитэния животных, внутренний нагрев контактного обогревэтеля. измерение температуры поверхности ограждающих строительных конструкций помещения, измерение величины радиационного теплового потокэ в зоне обогрева, задание ощущаемой поголовьем температуры в зоне обогрева в зависимости от возраста поголовья, регулирование мощности обогрева зоны обитания животных, причем с целью повышения точности регулирования температурного режима в зоне обитания животных, дополнительно измеряют скорость движения воздуха в помещении, определяют по данным измерений действительное значение ощущаемой температуры в зоне обогрева по формуле оп = Айв+ В тя + СЕ + О Т пол + Ув,где А, В, С, О, М - коэффициенты пропорциональности, зависящие от вида и возраста животных и от условий теплообмена в зоне обогрева; 10 п - действительное значение ощущаемой животными температуры в зоне обогрева, С; 1 в - текущее значение температуры воздуха в помещении с зонами обогрева, С; тв - текущее зна:ение температуры поверхности ограждающих конструкций помещения, усредненное по их площадям, С; Е - текущее знэ;ение инфракрасной облученности в зоне обогрева, Вт/м; г под - текущее значение температуры поверхности контактного обогревэтеля или обогреваемого пола в зоне обитания животных, С; l - текущее значение ско рости движения воздуха в помещении нэ уровне размещения поголовья, м/с; сравнивают вычисленное и заданное значения ощущаемой температуры и по результату сравнения корректируют обогрев зоны обитания животных. На фиг. 1 приведена схема устройствэ; нэ фиг. 2 - графическая зависимость мощности явных тепловцделений организма животного от температуры и скорости движения воздуха в животноводческом помещении.Устройство содержит датчик 1 температуры воздуха, датчик 2 температуры поверхности ограждающих строительных конструкций, датчик 3 инфракрасной облученности, датчик 4 температуры поверхности первой группы обогревателей, датчик 5скорости движения воздуха, выходы которых соединены соответственно с первым,вторым, третьим, четвертым и шестым входами вычислительного блока 6 и, соответственно, с первыми входами первого, второго,третьего, четвертого и пятого элементов 7,8, 9, 10, 11 умножения, вторые входы которых соединены с выходами соответственнопервого, второго, третьего, четвертого и пятого зэдатчиков 12, 13, 14, 15, 16 значенияконстанты, э выходы - с соответствующимивходами сумматора 17, причем вторые входы зэдатчиков 12, 13, 14, 15. 16 значенияконстанты обьединены и подключены кседьмому входу вычислительного блока 6. квыходу задатчика 18 вида животных и ковторому входу задатчика 19 температуры, эих первые входы обьединены и подключенык пятому входу вычислительного блока 6, квыходу задэтчика 20 возраста животных и кпервому входу задатчикэ 19 температуры,выход к.,торого соединен через двухвходовый делитель 21 с неинвертирующими входами перього и второго регуляторов 22. 23,инвертирующие входы которых обьединеныи подключены к выходу вычислительногоблока 6 и к выходу сумматора 17. э к ихвыходам подключены соответственно первэя и вторая группы обогревэтелей 24, 25.Существенными признэками устройства являются:Сходные с прототипом:1. Наличие датчиков температурывоздухатемпэрлт;ры поверхности ограждающих строительных конструкций,инфракрасной облученности, температуры поверхности обогр.вэтеля, выходы которых соединены с входами вычлслительногоблока,2, Выход вычислительного блока соединен с инвертирующими входами регулятором с подключенными нэ их выходахобогревателями.3. Неинвертирующие входы регуляторов соединены через двухвыходовый делитель с выхода зэдэтчикэ возраста животных.Отличительные от прототипа признаки:4, Введен датчик скорости движениявоздуха.5. В вычислительный блок введен пятыйэлемент умножения, первый вход которогосоединен с выходом датчика скорости движения воздуха, а выход - с дополнительнымвходом сумматора, причем его второй входсоединен с выходом введенного пятого задатчика знэчения константы, первый входкоторого подключен к выходу задэтчикэ возраста животных.6, Вторые входы задатчиков значения константы присоединены к выходу дополнительно введенного задатчика вида животных и ко второму входу задатчика температуры.Использование признаков 4, 5, 6 позволяет достичь цели изобретения в условиях изменения подачи приточной, либо вытяжной вентиляционной системы сельскохозяйственного производственного помещения, а также в случае смены вида обогреваемых животных, если таковая возможность допускается на предприятии, например, при острой необходимости либо в условиях машинно-испытательной станции, где проверяются различные технологические приемы и новое оборудование для их осуществления и необходимо поддерживать заданнь 1 й тепловой режим для животных, не меняя при этом систему технических средств обогрева.Пример осуществления устройства и обоснование его режимных параметров иллюстрируется нижеследующим.В промышленном зале для напольного выращивания бройлеров. имеющем габаритные размеры 96 к 18 х 4 м. по проекту в две линии по 13 штук в линии расположены обогревательные зонты типа электробрудера БПА, тепловой поток от которых имеет заметную радиационную составляющую. По требованию инструкции по эксплуатации зонт брудера должен быть поднят над уровнем древесно-стружечной подстилки, на которой размещаются цыплята, не более чем на 10,15 см.Однако; с целью облегчения контроля за павшей птицей и выбраковки некондици, онных цыплят, обслуживающий персонал поднимает зонты обогревателей на высоту до 1 м, что приводит, с одной стороны, к чрезмерному перерасходу электроэнергии, т. к, брудеры оборудованы автономными регуляторами температуры типа РТБ, которые вынуждены непрерывно обеспечивать нагрев движущихся потоков воздуха, а с другой стороны - к появлению влияния на цыплят значительного воздействия охлажденных, особенно в зимнее время, стен и потолка помещения, а также возросшего движения ветра, или сквозняков, от которых опущенный вниз брудер защищает достаточно.Таким образом, ощущаемая цыплятами температуре при использовании зонтичного обогревателя с лучистой составляющей теплового потока составляет:- нижний край зонта нэ уровне подстилки, при этом ограждающие строительные конструкции помещения закрыты от цыплят зонтом. и их температуру учитывать не надо, также отсутствует влияния движениявоздуха в помещении на цыплят;1 оп 1 А 1 в 1+ В В 1+ СЕ 1+ О Хпол 1+ М л О, (1) 5- если цыпленок лежит;1 опг = Атв 1+ В ТВ 1 + СЕ 1+ О х 0+ М О, (2)10 - если цыпленок стоит, т. е. не касаетсяоперением подстилки, поэтому не учитывается температурное влияние пола.Зонт обогревателя поднят на высоту порядка 1 м, что и выполняется всегда при 15 применении чисто инфракрасных локальных обогревэтелей с лучистой теплопередачей от излучателя к обогреваемому объекту:1 опз = Атвг + В туг + СЕ 2 + О Тпол 2 + МЧв 2, (3)20- если цыпленок лежит;1 оп 4 = А 1 вг + В Тйг + СЕ 2 + О к 0 + МЧв 2, (4)25 -если цыпленок стоит.В указанных вариантах приняты обозначения;Ъ - температура воздуха под зонтом 30 брудера. В первые сутки выращивания потехнологии принято Ъ 1= 35 С; Е 1 - инфракрасная облученность в зЬне обогрева. У электгообрудерэ она достигает порядка 50 Вт/м, хотя экранированием трубчатых 35 электронагревателей брудера можно превратить его в чисто конвективный для более точного соответствия теплового режима требуемому по зоотехнологии, т, е, для обеспечения 1 оп = 1 в 1 = 35 С в первые сутки, 40 тогда величина Е 1 для наглядности примераможет быть пРинЯтэ; Е 1 = 0 Вт/м; 1 вг - температура воздуха в помещении. По технологии выращивания цыплят в первые сутки тРебУетсЯ 1 вг = 28 С; Е 2 - инфРакРаснаЯ 45 облученность в зоне обогрева при поднятомэлектробрудера. В соответствии с предыду, щим и для облегчения расчета Е 2 = 0 Вт/мгдля брудера БПА с эаэкрэнированными излучателями теплоты; т пол - температура 50 подстилки, принята равной температуревОЗДУхэ В Зон Е обогРевэ, т. е. Т пол 1 - " 1 в 1 = 35 С; Хпол 2 = 1 в 2 = 28 С Чв скорость движения воздуха в зоне обогрева. Принято, что при опущенном брудере Чв 1= 0 м/с. при подня том Чв 2 мэксимальная издопустимых потехнологии; т, е. Чв 2 = 0,5 м/с; т я - температура ограждений, если зонг закрывает стены и пол, то следует тв 1 принять равной температуре под зонтом, т.е. г я 1=:35 оС, г яг=28 оС.Таким образом, при опущенном зонтедля цыпленка любого возраста:1 оп 1=А 35+ В 35+0 35, С; (1) 1 оп 2 = А35 + В35 = 35 С. (2)При поднятом зонте:1 опз = А28+ В28+ О28 + МЧв, С; (3) 1 оп 4-А 28+ В 28+ М 0,5, С. (4)Из уравнения (2) следует, что А + В " 1. Из(1) известно, что В - 0,56 для цыплят при достаточных температурных окружающей среды. Отсюда А = 0,44.Согласно графикам на фиг, 2 следует, что уравнение (4) может быть интерпретировано так: одинаковые теплоощущения при разных скоростях движения воздуха соответствуют разным значениям температуры воздуха, напримЕр, при 1 в 2-28 С и Чв 2 = 0,5 м/с:1 оп 4(1 в 2 Чв 2)1 Чв -0 "ф 17 С,ДлЯ 1 в 2 28 С и ЧвЗ= О,З м/С:Хоп 4(1 в 2 Чвз)Чв - О й 23 С.Это положение графика подтверждается результатами выравнивания по (2):1 оп 4 = 40 - (40 - 1 в)(1 + 1 8 Чв):1 оп 4(28; 0,5) = 40 - (40 - 28)(1 ++1.8 0,3)=21,52 С,Отсюда можно найти величину коэффициента М перед величиной скорости движения воздуха:М 1 оп 4 - А 1 в - В ТрЧв17,2 - 0,44 28 - 0,56 28 Ф Проверим М для данных при Чвз" О,З,1 оп 4(28; 0,3) -21,52 С:21,52 - 28-- 21,6О,ЗТаким образом, найдена величинаМ = -21.6 для цыплят суточного возраста, т, е, при Тц = 1 сут., где Тц - возраст цыплят,Аналогично опреДеляется М для животных произвольного возраста. Понятно, что с ростом цыплят улучшаются теплозащитные свойства оперения и уменьшается степень зависимости теплоощущений цыплят от скорости движения воздушной среды. Покажем 5 зто численно. По (2) известна зависимостьзначения ощущаемой температуры цыпленка определенного возраста от факторов 1 в и Ча.10 1 оп(1 в, Чв, Тц) 40-(40 - 1 в)(1++1,81 - 0,011 14 0,5) = 18,06; 15 Ь 1 оп 4 = 18,06 - 17,2 = 0,86 С,т. е. 15-суточная птица на 0,86 С меньше чувствует охлаждающее влияние движуще гося воздуха. Отсюда18.06 - 28 19,880,525 Таким образом, рост Тц приводит к увеличению величины М и уменьшению ее абсолютного значения. Это важный практически вывод для построения устрой; ства: следует величину Тц с выхода задатчи- ЗО кз 18 возраста животных подавать нзнеинвертирующий вход задатчика 16 значения константы М, причем этот задатчик 16 должен содержать одновременно и элемент смешения для получения отрицательного 35 значения величины М на своем выходе.Остается определить величину константы О для цыплят, учитывающей влияние обогреваемого, либо холодного пола на теплоощущения цыплят. Очевидно, что величи на О, имеющая положительный знак,уменьшается с возрастом, так как более густое и длинное оперение становится худшим проводником теплоты от контактного обогревателя с возрастом. Соответственно, 45 величина возраста Тк должна подаваться нзинвертирующий вход задатчика 10 значения константы О.Аналогично, на первый вход задатчика9 значения константы С подается величина 50 возраста животных, при росте которогоупучшается теплозащита от лучистой энергии инфракрасного источника дополнительного обогрева, размещенного в зоне обитания животных. Произведение СЕ с 55 возрастом уменьшается, что приводит кснижению расчетного значения ощущаемой температуры. Именно поэтому нет практически смысла стремиться поддерживать с ростом возраста поголовья животных неизоткуда становится понятным, что А + В = 1 всегда, в там числе и для животных различ ных возрастов. Поэтому зависимость А и В ат возраста животных практически отсутствует, что соответствует близкому к нулю коэффициенту передачи задатчиков 7, 8 зиаче,ся аистаиты А и В по их первым 3 входаВторые входы всех задатчиков 7, 8, 9, 10, 11 значения константы связаны с задатчиком 18 вида животных. Обогревэемыми могут быть цыплята, поросята и вообще лю бой молодняк животных и птиц различных пород, линий и крассов. Понятно, что поросята, не имеющие шерстяные покрова. Сильнее подвержены влиянию радиационных и контактных обогревателей и воздействию 4 сквозняков, чем, например, ягнята с достаточно плотным волосяным покровам. Поэтому необходимо при переходе от одного вида животных к другому изменять значения соответствующих констант, чта легко осуществить в устройстве изменения коэффициентов передачи задатчиков 1, 8, 9, 10, 11 значения константы по их вторым входам.Устройство работает следующим образам, Задатчик 18 вида животных устанавливает величины констант иэ выходах эадатчиков 12, 13, 14, 15, 16 значения констант, Задатчик 20 возраста животных отсчитывает время выращивания поголовья животных и изменяет значения констант А, В, С, О, М. Датчики 1, 2, 3, 4, 5 подают на входы элементов 7, 8, 9, 10, 11 умножения сигналы о температуре воздуха, о темпераменной величину ощу.цаемай температуры с помощью достаточно энергоемких инфракрасных абогревателей, и по существующим рекомендациям даже снижают лучистый лоток по мере роста возраста животных. Таким образом, первый вход задатчика 9 значения константы С должен быть ин вертирующим.Коэффициенты А и В характеризуют условия теплообмена животных путем конвекции с малоподвижной или даже неподвижной воздушной средой температурой 1 в и с учетом радиации с ограждающих поверхностей имеющих температуру т я, Например, в климатической камере без вынужденной кон ее кции и без источников лучистой энергии и при температуре стенок камеры т я равной температуре воздуха т в и в ней ощущаемая стоящим биологическим объектом температура равна температуре воздуха, т, е.= А + В в = (А + В)т =туре поверхностей ограждающих строительных конструкций в помещении, усредненной па их площадкам, а инфракрасной облученнасти в зоне обитания животных, о 5 температуре обогреваемого пола или обогревателя контактного типа, о скорости движения воздуха в животноводческом помещении.Сигналы произведений с выходов эле ментов 7, 8, 9, 10, 11 умножения подаютсянэ сумматор 17, на выходе которого получается сигнал об ощущаемой животными температуре помещения в зоне обогрева. Этот сформированный в соответствии с (1), 2) 15 сигнал подается на управляющие входы регуляторов 22, 23, на задающие входы которых через делитель 21 подается сигнал заданной по технологии ощущаемой температуры с задатчика 19 температуры. В ниж них, контактных, абогревателях 24 первойгруппы и верхних, инфракрасных, обогревателях 25 второй группы выделяются тепловые мощности, обеспечивающие требуемый тепловой режим животных, причем в поме щении создается со всех сторон достаточноравномерное па интенсивности тепловое поле.Пр:,;:.з.еиеиии в результате действияслучайных факторов любого из измеряемых 0 параметров микроклимата устройство автоматически корректирует режим. обогрева и устанавливает новое состояние динамического равновесия при абогреве температурного поля в помещении животных.5 Таким образом, устройство позволяетдостичь любого заданного теплового режима обогрева животных и поддерживать его автоматически в условиях отклонений измеряемых параметров микроклимата, чем 0 обеспечивается высокая точность технологии обогрева поголовья и соответствующее повышение ега продуктивности. Формула изобретения 45 Устройство для обогрева сельскохозяйственных животных по авт, св, М 1690639, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования температурного режима в зоне обитания живо тных, аио снабжено датчиком скоростидвижения воздуха в животноводческом помещении, пятым элементом умножения, зэдатчиком вида животных и пятым задэтчиком значения константы, первый вход ко торого соединен с выходом задатчикэвозраста животных, а выход последнего подключен к вторым входам зэдатчиков значенияя констант и задатчика температуры, при этом выходы датчика скорости воздуха в животноводческом помещении и пятого1762829 12 задатчика значения константы связаны со- пятого элемента умножения, выход котороответственно с первым и вторым входами го соединен с пятым входом сумматора. иг. Корректор А.ВОРОвич едактор В.Козлов Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гаг 10 каэ 339ВНИИ ставитель А,Дуб хред М.Моргента Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113 О 35, Москва, Ж, Раушская наб 4/5