Обоснование и расчёт теплового баланса не отапливаемого помещения

Источником образования энергии, необходимой для жизнедеятельности и образования тепла в организме, служат корма; в критических же ситуациях расходуются резервы тела животных.

Энергия макроэргов, образующихся из белков, жиров и углеводов корма, только на 50−60% использует энергию кормов. Выполняя механическую работу, организм расходует на нее только 40% энергии макроэргов. Остальные 60% превращаются в тепло, рассеиваясь в организме, что служит для него важным источником теплопродукции. Выделением тепла сопровождаются постоянно протекающие в организме процессы синтеза белков, переноса ионов (Na, К и др.), особенно в мышцах и нервах. Следовательно, не вся освобождаемая в организме энергия сразу превращается в тепло. Но в конечном итоге вся выполненная в организме работа, все виды энергии переходят в тепловую.

Наряду с процессами образования тепла в организме постоянно происходят его потери. Однако организм использует только часть его. Если среда, окружающая животное, холодная, то потери тепла могут возрасти до размеров, невыгодных организму. При высоких температурах воздуха окружающей среды возможности организма увеличить отдачу тепла физическим путем еще более ограничены.

Процесс теплорегуляции имеет огромное значение для организма животного. Под теплорегуляцией понимают способность организма адаптироваться к высоким и низким температурам среды, поддерживая температуру тела на постоянном уровне. Механизм теплорегуляции с одной стороны, заключается в повышении или уменьшении образования тепла в организме, а с другой — в увеличении или уменьшении отдачи его в окружающую среду. Первую часть, зависящую от изменений энергетического обмена, называют химической теплорегуляцией, а вторую, связанную с рассеиванием тепла из организма, — физической.

У взрослых животных повышение температуры окружающей среды сопровождается усилением энергетического обмена, так как при этом происходит учащение дыхания и кровообращения, потоотделения.

На снижение температуры окружающей среды, как взрослые, так и новорожденные животные реагируют увеличением потребления кислорода. На новорожденных животных новые постнатальные условия среды (температура среды по сравнению с температурой матки) оказывают сильное холодовое воздействие, и в течение двух-трех суток (адаптационный период) их организм отвечает на это существенным напряжением химической терморегуляции.

Химическая терморегуляция у сельскохозяйственных животных в условиях высоких температур проявляется слабо, а температурный гомеостаз у них обеспечивается хорошо развитой физической терморегуляцией. Следовательно, сельскохозяйственные животные лучше приспособлены к пониженным температурам воздуха, чем к повышенным. Это обусловлено особенностями химической терморегуляции, строением кожи и кровеносных сосудов.

Хорошее физиологическое состояние домашних животных возможны при условии сохранения теплового равновесия организма (соответствия образования тепла его потерям). Обычно такое состояние не сопровождается напряжением теплорегуляции. Однако оно сохраняется только при оптимальных микроклиматических условиях: температуре, влажности, скорости движения воздуха и радиационной температуре (средневзвешенной температуре поверхностей, окружающих животное). Микроклимат во многом может способствовать или препятствовать эффективности функционирования физиологических механизмов сохранения или отдачи тепла организмом, то есть физической терморегуляции.

Взрослые сельскохозяйственные животные при оптимальных микроклиматических условиях отдают тепло: конвекцией и радиацией — примерно по 25−30%, проведением — до15%, испарением с кожи — до 6−7%. Остальные 15−20% тепла животные теряют на нагревание пищи и воды (около 6−8%), вдыхаемого воздуха и испарение воды в легких (около 5 и 9%), а также с калом, мочой, молоком (около 0,7−1%). Основные пути потери тепла организмом связаны с кожей — около 80%. Однако взаимоотношения между вышеперечисленными путями значительно меняются в зависимости от микроклиматических условий (температуры). Так, потери тепла излучением зависят от разницы между температурой кожи тела животного и радиационной температурой.

Для создания комфортных условий животным помещения для их содержания следует строить из материалов с низкой теплопроводностью. Нахождение животных, особенно молодняка, в зданиях из железобетонных конструкций (стены, пол, потолок) в зимний период всегда ведет к увеличению тепло потерь организмом путем радиации, а в сильно нагреваемых помещениях летом — к перегреву и тепловому удару.

При потере тепла проведением возможны два пути: соприкосновение тела животного с окружающим воздухом — конвекция и с предметами (пол, стена, перегородки) — кондукция. Ведущее место занимает конвекция. Потери тепла конвекцией прямо пропорциональны разности между температурой кожи и воздуха. При низких температурах воздуха отдача тепла конвекцией и радиацией возрастает. Повышение температуры воздуха ведет к снижению потерь тепла конвекцией, а при температуре 32−35?С, равной температуре кожи животного, — к их прекращению. Увеличение скорости движения воздуха способствует повышению потерь тепла конвекцией. Однако воздух, движущийся с большой скоростью, не успевает нагреваться у тела животного и ненамного усиливает потери тепла организмом. Но большие скорости ветра оказывают раздражающее действие на животных.

Накопление влаги в воздухе ведет к увлажнению шерстного покрова, к увеличению его теплопроводности. Кроме того, намного возрастает и тепло усвояемость влажного воздуха. Поэтому теплопотери организма животного за единицу времени здесь будут повышены по сравнению со средой с сухим воздухом. Такой же большой теплоусвояемостью обладают полы из бетона, керамических плиток и иных теплопроводных материалов. Кондуктивные теплопотери организма животных (особенно молодняка) при содержании на таких полах, если они влажные и не покрыты подстилкой, в несколько раз выше, чем на деревянных.

В поддержании постоянной температуры тела организма сельскохозяйственных животных отдаче тепла конвекцией и радиацией принадлежит основная роль. Значительные потери тепла связаны с испарением пота с поверхности тела животного, поэтому с повышением температуры внешней среды, приближением ее значений к температуре тела за счет испарения является единственно возможным путем. Данный путь для большинства животных очень эффективен, но только в том случае, если имеются условия для испарения пота. У лошади, особенно во время тяжелой работы, потоотделение бывает настолько обильным, что пот стекает по шерсти, не успевая испаряться, охлаждающий эффект такого потения небольшой.

В связи с тем, что усиление движения воздуха повышает потери тепла конвекцией и испарением, при высоких температурах среды его следует считать благоприятным фактором. Это используют в практике и увеличивают вентиляцию животноводческих помещений в летний период.

Безветренная погода при высокой температуре воздуха (особенно влажного) ухудшает теплоотдачу организма, способствует перегреву. Значительные скорости движения воздуха при пониженной его температуре и повышенной влажности резко усиливают потери тепла, в том числе испарением, и могут привести к простудным заболеваниям.

Функционирование системы терморегуляции служит примером обеспечения гомеостаза организма в условиях постоянных и тесных взаимоотношений его с динамичной средой. Регуляция теплообмена в организме сельскохозяйственных животных кроме теоретического имеет большое практическое значение, так как они часто пребывают в естественных климатических условиях (на пастбище, выгуле). Здесь отдача тепла намного возрастает, особенно при понижении температуры и увеличении скорости ветра, а также при увлажнении шерсти (при дождливой погоде, снегопаде) и ложа.

Необходимо также учитывать видовые, породные и возрастные особенности терморегуляции.

У новорожденных животных почти не развиты механизмы регуляции теплоотдачи. Постоянство температуры тела у них регулируется усилением или ослаблением обмена веществ, то есть химической терморегуляцией. Это требует поступления энергетически полноценного корма, что в определенной мере восполняется за счет молозива, содержащего богатые энергией жиры, белки и углеводы.

Тепловой баланс — соотношение тепла выделяемого животными в животноводческих помещениях и теплопотерями через ограждающие конструкции, вентиляционные системы, испарения влаги с поверхности пола и потолка.

Расчет теплового баланса ведется по формуле:

Qж= Qогр+ Qвент+ Qиспар, где Qж — тепло, которое выделяют животные.

Qвент — количество тепла необходимое на один градус часового объема вентиляции в помещении.

Qогр — теплопотеря от ограждающих поверхностей.

Qиспар — теплопотеря от испарения влаги.

Один жеребецпроизводитель выделяет лошадь выделяет 728 ккал / ч, соответственно 2 жеребца будут выделять: 728 * 2 = 1456 ккал / ч.

Одна кобыла с жеребёнком выделяет 1192 ккал/ч, значить 13 кобыл выделяют 1192*13 = 15 150 ккал/ч Одна холостая кобыла (мерин) выделяет 606 ккал/ч, таким образом 25 холостых кобыл (меринов) будут выделять 606 * 25 = 15 496 ккал/ч В итоге Qж = 32 102 ккал/ч Расход тепла через ограждающие конструкции:

Qогр = 16 437,9.

Тепловой баланс по январю (Казань) = -13,5 ?С Дt =10 +13,5 = 23,5? С.

Qдоп = Qосн * 0,13.

Наибольшая потеря тепла через продольные стены, в связи с этим необходимо нанести доп слой наружнего покрытия. Так-же для утепления помещения внутренние стены будут обшиты деревом.

Расчёт теплопотерь через вентиляцию:

Qвент = 0,13 *L * Дt.

Qвент = 0,31 * 23,5 * 2,069 = 15 077 ккал/ч.

Qиспар =0,595 *658,5 = 391,8 ккал/ч.

Qтеплопотерь = 31 906,7 ккал/ч.

Qж=32 102 ккал/ч >Qтеплопотерь = 31 906,7 ккал/ч Расчеты показали, что Qж > Qтеплопотерь на 195,3 ккал/ч. Значит нет необходимости в учтановке дополнительных нагревательных приборов.