Способ обогрева сельскохозяйственных животных и устройство для его осуществления

 

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 задатчикиЭ, 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК г5ц5 А 01 К 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4764544/15 (22) 28.09.89 (46) 15.11.91. Бюл. hh 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства и Научно-производственное предприятие "Кварц" (72) А.В,Дубровин, Р.М,Славин, С.А,Растимешин, В, Н. Расстриги н, А.Н.Онощен ко, В.И,Жильцов, А.В.Кузьмичев и П.В.Дарулис (53) 621.365 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1604296, кл. А 01 К 29/00, 1987. (54) СПОСОБ ОБОГРЕВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙCTBЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ . (57) 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

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 кон„„5U„„ 1690639 А1 зоне обитания сельскохозяйственных животных и расширение области применения способа и устройства. Способ обогрева сельскохозяйственных животных предусматривает измерение температуры воздуха t> с помощью датчика 1 температуры, поверхности кондуктивного источника теплоты r„, 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 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, тактным и радиационным видами теплопередачи к животному, при нерегулируемой конвективной составляющей теплового потока. Предпочтительным является применение изобретения в системах комбинированного электрообогрева молодняка, в которых совме-. стное регулирование температуры обогреваемой панели и инфракрасной облученности позволяет достичь требуемого режима теп1690639 лсощущений 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 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 t (ОС), 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 формуле

ton= A1tb+ B l R+ 07 non+ C1 E. (1) где A>, B>, C>, 0 — коэффициенты пропорциональности, каждый из.которых зависит от вида и возраста животных и от условий их теплсобмена в зоне обитания (безразмерные величины).

tR — текущее значение температуры внутренних поверхностей строительных ограждающих конструкций в зоне обитания животных, усредненной по площади (С); т п,л — 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.

Пример ы (осуществление способа обогрева сельскохозяйственных животных основаны на следующих теоретических и эмпирических зависимостях.

Известно, что ощущаемая животными температура в зоне обитания с п определя5 ется следующим образом (для стоящего животного) ton = Atb + В Гя + СЕ (2) (для лежащего животного) ton = A1t ь + В1

Ф + C t E + 0 on, (3) где А, В, С, A>, Bi, C>, 0 — тепловые коэффи10 циенты, характеризующие долю различных составляющих в t О.n, tb — температура воздуха в зоне размещения животного, С: — температура внутренних поверхно15 стей ограждающих конструкций, усредненная по площадям, С;

Š— ИК-облученность обогреваемого объекта (животного) от действия облучателей, Вт/м;

20 inon — температура пола в помещении в зоне обогрева, С;

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

А (4) л а ал +ак

С = 0,063

30 FÄÄ

F +F

Fêë (8) (5) (6) (7) 35

0,102 Fr (9)

Rnon Fan + Fx

С =С кл кл (10) где ак,% — коэффициенты конвективного и лучистого теплообмена, Вт/м С;

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

Ft — площадь поверхности тела живо ;МЭго (лежащего), участвующего в контактном теплообмене с полом. м;

Rnon — сопротивление теплопередаче пола животноводческого помещения, С, 50 M /Вт, 2

Таким образом, величины коэффициентов А1, В>, С1, 0 задаются по априорной информации о животноводческом помеще-. нии, где реализуется способ, и виде, и поро55 де обогреваемых животных.

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

1690639

0,41

0.59

35

50

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве обогреваемых животных могут быть, например, ягнята, Для ягненка раннего возраста FT=0,08 м, Ркл = 0,18 м (4):

Пусть задано технологическое значение температуры в зоне обитания + 15 С, при котором продуктивность ягнят наибольшая зад = + 15оC)

Пример ы (осуществление способа), 1. Для ягненка, стоящего под ИК-облучателем с Е = 100 Вт/м в помещении с tb =

5оС и гк=боС, В соответствии с уравнением (2)

to.ï = Atb + В Тй + СЕ = 0,51.5 + 0,49.0 +

0,063.100 = 8,85 С.

При сравнении, получаем

ton = ton - ton " н. = 8,85 - 15,0 = -6,15 С, что приводит в соответствии со способом к увеличению мощности обогрева зоны обитания животных для устранения переохлаждения ягнят.

2. Для ягненка, лежащего под ИК-облучателем с Е = 100 Вт/м на обогреваемом пслУ С T пол = 30оС и Rnon = 0,1 С M /Âò в помещениисть=5 Си m=0 С, всоответствии с(3),(7)...(10): акоп =Attb+ Вi гй+ С1Е i кл кл

Огпол= А р „„ 1л+В „х

xrR+C „Е+ х

Екл 0,102 кл + т Rnon

Рт 0,18

Тпол = 0,51 х

0,18 х 5 + 0,49 0,18 + 0,08 О + 0,063 х

100 + О 102 х

018+008 01

О 18 + О 08 30 = 1,17+0+436+9,42=

0,08

15,55 С, т.е. Л ton = 15,55 - 15,0 = 0,55 С, имеется перегрев животного и режим обогрева корректируется в сторону уменьшения, Иэ приведенных примеров видно, что сравнение определенного по результатам измерений действительного значения ощу-. щаемой 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, Устройство 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 вычислительноr0 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, эадатчик 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 конCTBHTbl.

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 темпе рату ры поверхности кондуктивного источника теплоты (обогревае1690639 пряжению U>< первого регулятора 16. В пер- 30

35 редачи второго делителя 20, причем К к. 40

50 мой 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

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 Оик

Е = Кик 0ик, Отсюда К = — — коэффициент пеЕ

0ик обычно численно меньше единицы, т.е.

0 < К «1 Вт/м В, при практических з высотах подвеса ИК-излучателя, т,е. nepsoro 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

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 факторах1ь, <пол тр, 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 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 А>, ть, D r„o,, В> rR, С Е, которые подаются на входы сумматора 13, что приводит к появлению на выходе вычислительного блока 4 величины

ton = А11ь + 0 гр,С1Е, 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

too "" ". 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-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

1690639 где tpn — действительное значение ощущаемой животными темпеоатуры в зоне обитания, С; Ъ вЂ” текущее значение температуры о воздуха в зоне обитания животных, С;

5 r R — текущее значение температуры ограждающих конструкций в зоне обитания животных, С; к о, — текущее значение температуры поверхности кондуктивного источника теплоты, C; F — текущая величина радиационного теплового потока в зоне обитания животных, Вт/м, A>, B, С, D— г, 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 сельскохозяйственныхых животных, содержащее датчики температуры воздуха и поверхности кондуктивного источника теплоты, выходами соедйненные 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, о т л и ч а ю щ е е с я 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.

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

45 первого и второго регуляторов.

3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вычислительный блок включает сумматор, четыре эадатчика значения константы и четыре элемента умножения, первые входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входапривести к потере продуктивности. Поэтому устройство измеряет уменьшившуюся с помощью датчика 3 температуры ограждающих конструкций, величина произведения B > t R, на выходе третьего элемента 7 умножения уменьшается, снижается вычисленное значение tp> на выходе сумматора 13 и регуляторы 16, 17 увеличивают обогрев зоны обитания животных, достигая заданного равенства tp< "д " и tp< при новом режиме обогрева.

Аналогично, изменение температурных факторов температуры воздуха 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 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, 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 55 по следующей формуле

ton - АЛЬ + В r R, + 0 tnon + С Е, ми 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.

1Г)90639

Составитель Л,Пантелеева

Редактор Н.Сильнягина Техред М,Моргентал Корректор О.Ципле

Заказ 3870 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101