Способ обогрева сельскохозяйственных животных и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК A01K29/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству, и может найти применение при обогреве сельскохозяйственных животных и птиц,

Изобретение предназначено для локального обогрева сельскохозяйственного молодняка в условиях птицефабрики, свинокомплекса, овцефермы и т.п., причем, при изменении локальных обогревателей с контактным 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 теплоощущений молодняка в зоне обогрева, независимо от температуры остального помещения для содержания сельскохозяйственных животных.

Преимущественно изобретение предназначено для целей обогрева при перемещении в качестве теплоносителя электрической энергии как наиболее удобной сточки 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 измерение текущего значения температуры воздуха в зоне их обитания t (°C), измерение температуры поверхности кондуктивного источника тепло- ты, 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 формуле

ton Aitb + BirR + Dr пол + Cr E. (1) где Ai, 61, Ci, D - коэффициенты пропорциональности, каждый из которых зависит от вида и возраста животных и от условий их теплообмена в зоне обитания (безразмерные величины).

TR - 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.

Примеры (осуществление способа обогрева сельскохозяйственных животных

основаны на следующих теоретических и эмпирических зависимостях.

Известно, что ощущаемая животными температура в зоне обитания t an определя- ется следующим образом (для стоящего животного) tan Atb + В TR + СЕ (2)

(для лежащего животного) ton Ait ь + В i TR + CiE + ОтЬол, (3)

где А, В, С. Ai, Bi, Ci, D - тепловые коэффи- циенты, характеризующие долю различных составляющих в t o.nl

tb - температура воздуха в зоне размещения животного, °С;

TR - температура внутренних поверхно- стей ограждающих конструкций, усредненная по площадям, °С;

Е - ИК-облученность обогреваемого объекта (животного) от действия облучателей, Вт/м2;

Гпол - температура пола в помещении

в зоне обогрева, °С;

В соответствии с известными зависимостями составляющие уравнений (2) и (3) можно определить следующим образом

-а(4)

А -

ап +OK

0

5

ап

0

5

«л +0к

С 0,063 FK

Bi A

Ркл + FT Ркл

Ркл + FT

п 0.102 Д -р

Кпоя

Ci С

FM + FT

Ркл

(5) (6) (7)

(8)

(9) (Ю)

Ркл + FT

где Ок.Ол коэффициенты конвективного и лучистого теплообмена, Вт/м2 °С;

Fun - площадь поверхности тела животного (лежащего), участвующая в конвективном и лучистом теплообмене, м2;

FT - площадь поверхности тела живо- т , (лежащего), участвующего в контактном теплообмене с полом, м ;

теплопередаче

.„. °С,

0 м2/Вт.

Таким образом, величины коэффициентов AI, 81, Ci, D задаются по априорной информации о животноводческом помещении, где реализуется способ, и виде, и поро- 5 де обогреваемых животных.

В соответствии с (1) тепловые коэффициенты А и В в результате расчетов по (4)...(6) равны (в зависимости от т.ь и тк):

Ипол - сопротивление пола животноводческого помещения.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве обогреваемых животных могут быть, например, ягнята,

Для ягненка раннего возраста ,08 м Ркл 0,18м3(4):

Пусть задано технологическое значение температуры в зоне обитания + 15°С, при котором продуктивность ягнят наибольшая (Ьпзад + 15°С).

Примеры (осуществление способа).

1.Для ягненка, стоящего под ИК-облу- чателем с Е 100 Вт/м2 в помещении с tb 5°С и т к 0°С,

В соответствии с уравнением (2)

Ь.п Atb + В Tfc + СЕ 0.51.5 + 0,49.0 + 0,063.100 8,85°С.

При сравнении, получаем

ton ton-ton3aflaH. 8,85-15.0 -6,15°C, что приводит в соответствии со способом к увеличению мощности обогрева зоны обитания животных для устранения переохлаждения ягнят.

2.Для ягненка, лежащего под ИК-облу- чателем с Е 100 Вт/м2 на обогреваемом полу с т поп 30°С и Впол 0,1°С м2/Вт в помещении с tb 5°С и TR 0°С, в соответствии с (3), (7)...(10): ton Aitb + 81 ifc + CiE +

i nгкл

+ Dfi

пол

ХГК + C FT

Ркл + FT Ficn

te + B

E +

F™ + FT 0,102 „

FK«.+ FT

x 5 + 0.49

FKn + FT

Тпол 0,51

0.18

0,18

0.18+0,08 0,08

0,18+0,08 100 +

л

ПОЛ

0.18 0,18+0.08

0 + 0,063 x 0,102 .„

0,1

30 1.77+0+4,36+9,42

0,18 +0,08

15,55°C,

т.е. Aton 15.55 -15,0 0,55°C, имеется перегрев животного и режим обогрева корректируется в сторону уменьшения.

Из приведенных примеров видно, что сравнение определенного по результатам измерений действительного значения ощущаемой температуры с заданным по технологии позволяет в соответствии с операциями способа достигать при регулировании режима обогрева обоснованных тепловых режимов, при которых с высокой точностью выполняются технологические требования.

0

Устройство для обогрева сельскохозяйственных животных содержит датчик 1 температуры воздуха, датчик 2 температуры поверхности кондуктивного источника теп- 5 лоты (например, обогреваемой панели), датчик 3 температуры ограждающих конструкций в зоне о&итания животных, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока 4 и

10 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

15 входы элементов 5, 6, 7, 8 умножения подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого задатчиковЭ, 10, 11,12 значения константы, причем выходы элементов 5. 6, 7, 8 умноже20 ния подключены к входам сумматора 13, за- датчик 14 температуры, соединенный через первый делитель 15 с неинвертирующими входами первого регулятора 16 и второго регулятора 17, инвертирующие входы ко5 торого объединены и подключены к выходу вычислительного блока 4, а их выходы присоединены соответственно к входу управления первого обогревателя 18, которым являются секции кондуктивных источников

0 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 четвер5 тым входом вычислительного блока 4, пятый вход которого подключен к выходу задатчи- ка 21 возраста животных и к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого задатчиков 9, 10, 11, 12 значения константы.

Устройство для обогрева сельскохозяйственных животных размещается следующим образом.

Датчик 1 температуры воздуха разме5 щен в характерной точке пространства воздушной среды помещения, в котором изменения температуры воздуха отражают характер изменений температуры воздуха в помещении. Причем датчик 1 может быть

0 выполнен из набора терморезисторов, распределенных по объему животноводческого помещения, в т.ч. по зонам обитания животных.

Датчик 2 температуры поверхности кон5 дуктивного источника теплоты (обогревавмой панели) устанавливается на поверхности или вблизи поверхности одной из элек- трообогреваемых 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 напряжению Кик первого регулятора 16. В первом 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 IW

Е Кик UHK.

Отсюда Кик -пкоэффициент пеUHK

редачи второго делителя 20, причем Кик обычно численно меньше единицы, т.е.

О Кик « 1 Вт/м2В, при практических высотах подвеса ПК-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 обогреваемых 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

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

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 tb, гпол , tR , Е, подаются на первые входы элементов 5. 6, 7, 8 умножения. На вторые входы этих элементов умножения приходят сигналы А, D, 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 задатчиков 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 Ai, tb, D гпол , Bi TR , Cf E, которые подаются на входы сумматора 13, что приводит к появлению на выходе вычислительного блока 4 величины

ton Aitb + ОгПОл+ Bi TR ,CiE, 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 ton задан. При этом, с возрастом температура должна снижаться, т.е. в качестве задатчика 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 двухвыхэдового 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-за 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 может

привести к потере продуктивности. Поэтому устройство измеряет уменьшившуюся TR , с помощью датчика 3 температуры ограждающих конструкций, величина произведения Bi TR , на выходе третьего элемента 7 умножения уменьшается, снижается вычисленное значение ton на выходе сумматора 13 и регуляторы 16, 17 увеличивают обогрев зоны обитания животных, достигая заданного равенства ton задан и ton при новом режиме обогрева.

Аналогично, изменение температурных факторов температуры воздуха tjj и 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 изобретения

1. Способ обогрева сельскохозяйственных животных, включающий измерение текущих значений температуры соответственно воздуха в зоне обитания животных, обуславливаемой действием размещенных в этой зоне конду ктивных 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, отличающийся 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 по следующей формуле

ton Altb+Bl TR, + D Гпол + C lE.

где ton - действительное значение ощущае мой животными температуры в зоне обита ния, ° С; tb - текущее значение температуры воздуха в зоне обитания животных °С.

TR - текущее значение температуры ограждающих конструкций в зоне обитания животных, °С; гпол - текущее значение температуры поверхности кондуктивного источника теплоты, °С; Е - текущая величина

радиационного теплового потока в зоне обитания животных, Вт/м , Ai, Bi, Ci, D - коэффициенты пропорциональности, зависящие от вида и возраста животных и условий их теплообмена в зоне обитания и по

15

результату сравнения этого значения с требуемой величиной этого параметра корректируют режим обогрева зоны обитания животных.

2.Устройство для обогрева сельскохо- зяйственных животных, содержащее датчики температуры воздуха и поверхности кондуктивного источника теплоты, выходами соединенные соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока,

выход которого связан с инвертирующими входами первого и второго регуляторов, а выходы последних подключены к входам управления секций кондуктивных и лучистых источников теплоты, первый делитель, задатчики температуры и возраста животных, отличающееся тем. что, с целью оптимизации регулирования температурного режима в зоне обитания сельскохозяйственных животных и расширения области

применения устройства оно снабжено датчиком температуры поверхности строительных ограждающих конструкций и вторым делителем, вход которого связан с выходом первого регулятора, а выход - с

четвертым входом вычислительного блока, при этом пятый вход последнего подключен к объединенным выходу задатчика возраста животных и входу задатчика температуры, выход которого соединен входами

первого и второго регуляторов.

3.Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что вычислительный блок включает сумматор, четыре задатчика значения константы и четыре элемента умножения, первые входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами вычислительного блока пятым входом которого служат объединенные управляющие входы задатчиков значения константы, а выходы последних подключены к вторым входам четырех элементов умножения, выходы которых связаны с входами сумматора, причем выход последнего является выходом вычислительного блока

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству, и может найти применение в промышленном животноводстве и птицеводстве при локальном обогреве сельскохозяйственных животных и птиц комбинированными электрообогревателями, состоящими из кондуктивных и лучистых источников теплоты. Цель изобретения - оптимизация регулирования температурного режима в зоне обитания сельскохозяйственных животных и расширение области применения способа и устройства Способ обогрева сельскохозяйственных животных предусматривает измерение температуры воздуха tB с помощью датчика 1 температуры, поверхности кондуктивного источника теплоты гпол 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 за- датчикиЭ, 10,11, 12,21 соответственно значения константы и возраста животных Затем по результату сравнения определенного и заданного значений ощущаемой животными температуры корректируют режим обогрева зоны обитания животных 2 с и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л С о ю о о со о