agroengineeringАгроинженерияAgricultural Engineering (Moscow)2687-11492687-1130РГАУ-МСХА10.26897/2687-1149-2023-3-13-22agroengineering-596Research ArticleТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ АПКFARM MACHINERY AND TECHNOLOGIESРазработка параметрической модели определения газового состава воздушной среды (аммиак, сероводород, углекислый газ) животноводческого помещенияDevelopment of a parametric model for determining the gas composition of the air environment (ammonia, hydrogen sulfide, carbon dioxide) of livestock premiseshttps://orcid.org/0000-0003-2549-4070КирсановВ. В.KirsanovV. V.

Владимир Вячеславович Кирсанов, чл.‑ корр. РАН, д-р техн. наук, профессор

109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Vladimir V. Kirsanov, Corresponding Member of RAS, DSc (Eng), Professor

5, 1st Institutskiy Proezd Str., Moscow,109428

kirvv2014@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3058-2446ДовлатовИ. М.DovlatovI. M.

Игорь Мамедяревич Довлатов, канд. техн. наук, научный сотрудник

109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Igor M. Dovlatov, CSc (Eng), Research Engineer

5, 1st Institutskiy Proezd Str., Moscow,109428

dovlatovim@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2511-7526ЮрочкаС. С.YurochkaS. S.

Сергей Сергеевич Юрочка, младший научный сотрудник

109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Sergey S. Yurochka, Junior Research Engineer

5, 1st Institutskiy Proezd Str., Moscow,109428

yurochkasr@gmail.comКомковИ. В.KomkovI. V.

Илья Владимирович Комков, специалист

109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Ilya V. Komkov, Expert

5, 1stInstitutskiy Proezd Str., Moscow,109428

ilyakomkov10@yandex.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation2023060720232531322Copyright © Кирсанов В.В., Довлатов И.М., Юрочка С.С., Комков И.В., 20232023Кирсанов В.В., Довлатов И.М., Юрочка С.С., Комков И.В.Kirsanov V.V., Dovlatov I.M., Yurochka S.S., Komkov I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://agroengineering.timacad.ru/jour/article/view/596

Параметры микроклимата влияют на продуктивность животных и их физиологическое состояние. Превышение допустимых концентраций газов приводит к заболеваниям животных, падению продуктивности и падежу молодняка КРС, поэтому целесообразно прогнозировать концентрацию газового состава в животноводческом помещении. С целью определения и распределения вредных газов (аммиак, сероводород, углекислый газ) в животноводческом помещении осуществлено 3D-моделирование фрагмента фермы в программном комплексе SolidWorks 2020. Созданы параметрические модели движения газов в различных условиях и определены оптимальные точки замеров концентрации газов в животноводческом помещении. Произведенное моделирование позволило определить направление воздушных потоков, обнаружить скопления и облака газов. Максимальная концентрация углекислого газа выявлена на уровне 0,9 м (скорость воздуха – 0 м/с) и на уровне 1,3 м (скорость – 0,75 м/с). Наибольшая концентрация сероводорода отмечена в области, граничащей с коньковым пространством (скорость воздуха – 0 м/с), и на уровне 2,25 м (скорость – 2 м/с). Наибольшая концентрация аммиака наблюдается под крышей и в области под коньком (скорость воздуха – 2 м/с). Рекомендовано устанавливать датчики сероводорода и аммиака под коньком, датчики углекислого газа, сероводорода и аммиака – в стойле, датчики углекислого газа и сероводорода – у кормового стола. Измерение концентрации необходимо производить на высоте 500, 1500 и 3000 мм. При увеличении концентрации выделяемого газа и прочих равных условиях увеличивается концентрация газа в облаке, но структура облака изменяется незначительно. Датчики опроса параметров необходимо устанавливать в закрытых продуваемых боксах, как в погодных метеостанциях.

Indoor climate parameters influence the productivity of animals and their physiological condition. Exceeding permissible concentrations of gases leads to animal diseases, loss of productivity, and the mortality of young cattle. Therefore, it is reasonable to predict the concentration of gas composition in the livestock houses. To determine and distribute harmful gases (ammonia, hydrogen sulphide, and carbon dioxide) in the livestock house, the authors performed the 3D modeling of a fragment of the farm in the SolidWorks 2020 software package. Parametric models of gas movement under different conditions were created and optimal measurement points of gas concentration in the livestock house were determined. The simulations made it possible to determine the direction of air flows and detect accumulations and clouds of gases. The maximum concentration of carbon dioxide was detected at 0.9m (an air speed of 0 m/sec) and at 1.3m (a speed of 0.75 m/sec). The highest concentration of hydrogen sulphide was found in the area bordering the ridge space (an air speed of 0 m/s) and at the level of 2.25 m (a speed of 2 m/s). The highest concentration of ammonia was observed under the roof and in the area under the ridge (an air speed of 2 m/s). It is recommended to install hydrogen sulphide and ammonia sensors under the ridge, while carbon dioxide, hydrogen sulphide and ammonia sensors – in the stall, carbon dioxide and hydrogen sulphide sensors – near the feed table. Concentrations should be measured at heights of 500, 1500, and 3000 mm. When the concentration of emitted gas increases and other conditions are equal, the concentration of gas in the cloud increases, but the structure of the cloud changes insignificantly. Parameter interrogation sensors should be installed in enclosed ventilated boxes in the same manner as in weather stations.

микроклиматКРСаммиакуглекислый газсероводородпараметрическая модельмоделированиеindoor climatecattleammoniacarbon dioxidehydrogen sulfideparametric modelmodelingReferencesДовлатов И.М., Юферев Л.Ю. Увеличение живой массы разводимой птицы при очистке воздуха комбинированным рециркулятором // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2020. Т. 67, № 3 (40). С. 124-131. EDN: WRWXXKDovlatov I.M., Yuferev L.Yu. Increase in live weight of bred poultry during air purification with a combined recirculator. Electrical engineering and electrical equipment in agriculture. 2020;67:3:124-131.(In Rus.)Kostarev S., Kochetova O., Ivanova A., Sereda T. Project development of a «smart» premise system for pig keeping. E3S Web of Conferences. 2021;254:08029. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202125408029Kostarev S., Kochetova O., IvanovaA., Sereda T. Project development of a ‘’smart’’ premise system for pig keeping. E3S Web of Conferences. 2021;254:08029. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202125408029Довлатов И.М., Рудзик Э.С. Улучшение микроклимата в сельскохозяйственном помещении за счет обеззараживания воздуха ультрафиолетовым излучением // Инновации в сельском хозяйстве. 2018. № 3 (28). С. 47-52. EDN: YLSZETDovlatov I.M., Rudzik E.S. Improvement of microclimate in agricultural premises due to disinfection of air with ultraviolet radiation. Innovations in agriculture. 2018;3:47-52. (In Rus.)Leliveld L.M.C., Riva E., Mattachini G., Lovarelli D., Provolo G. Dairy Cow Behavior Is Affected by Period, Time of Day and Housing. Animals. 2022;12(4):512. https://doi.org/10.3390/ani12040512Leliveld L.M.C., Riva E., Mattachini G., Lovarelli D., Provolo G. Dairy Cow Behavior Is Affected by Period, Time of Day and Housing. Animals. 2022;12(4):512. https://doi.org/10.3390/ani12040512Довлатов И.М., Юрочка С.С. Разработка энергоэффективной системы микроклимата для беспривязного содержания дойного стада // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021. Т. 15, № 3. С. 73-80. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2021-15-3-73-80Dovlatov I.M., Yurochka S.S. Development of an energy-efficient microclimate system for dairy herd loose keeping. Agricultural machines and technologies. 2021;15(3):73-80. (In Rus.) https://doi.org/10.22314/2073-7599-2021-15-3-73-80Иванов Ю.Г., Кирсанов В.В., Юрочка С.С. Исследования параметров микроклимата в зоостанции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева // Доклады ТСХА. Вып. 291. Ч. V. М.: Издательство РГАУ-МСХА, 2019. С. 115-118. EDN: IFYIGHIvanov Yu.G., Kirsanov V.V., Yurochka S.S. Studies of indoor climate parameters in the animal research station of Timiryazev Agricultural Academy. Doklady TSKHA. 2019;291(V):115-118. (In Rus.)Assatbayeva G., Issabekova S., Uskenov R., Karymsakov T., Abdrakhmanov T. Influence of microclimate on ketosis, mastitis and diseases of cow reproductive organs. Journal of Animal Behaviour and Biometeorology. 2022;10(3):2230. http://dx.doi.org/10.31893/jabb.22030Assatbayeva G., Issabekova S., Uskenov R., Karymsakov T., Abdrakhmanov T. Influence of microclimate on ketosis, mastitis and diseases of cow reproductive organs. Journal of Animal Behaviour and Biometeorology. 2022;10(3):2230. http://dx.doi.org/10.31893/jabb.22030Lovarelli D., Riva E., Mattachini G., Guarino M., Provolo G. Assessing the effect of barns structures and environmental conditions in dairy cattle farms monitored in Northern Italy. Journal of Agricultural Engineering. 2021;52(4):12-29.Lovarelli D., Riva E., Mattachini G., Guarino M., Provolo G. Assessing the effect of barns structures and environmental conditions in dairy cattle farms monitored in Northern Italy. Journal of Agricultural Engineering. 2021;52(4):12-29.Мартынова Е.Н., Ястребова Е.А. Особенности микроклимата коровников с естественной системой вентиляции // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2015. № 6. С. 52-56. EDN: TZUJERMartynova E.N., Yastrebova E.A. Features climate barns with natural ventilation system. Veterinary, animal science and biotechnology. 2015;6:52-56. (In Rus.)Kochetova O.V., Kostarev S.N., Tatarnikova N.A., Sereda T.G. Development of microclimate control system in cattle barns for cattle housing in the Perm region. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;839:032030. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/3/032030Kochetova O.V., Kostarev S.N., Tatarnikova N.A., Sereda T.G. Development of microclimate control system in cattle barns for cattle housing in the Perm region. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;839:032030. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/3/032030Мартынова Е.Н., Ястребова Е.А. Физиологическое состояние коров в зависимости от микроклимата помещений // Достижения науки и техники АПК. 2013. № 8. С. 53-56. EDN: RAVXZXMartynova E.N., Yastrebova E.A. Physiological state of cows depending on house microclimate. Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. 2013;8:53-56. (In Rus.)Наливайко А.П. Система регулирования микроклимата на фермах и комплексах КРС // Научно-образовательный потенциал молодежи в решении актуальных проблем XXI века. 2017. № 6. С. 177-180. EDN: YLJLKTNalivaykoA.P. The system of climate control on farms and cattle complexes. Youth scientific and educational potential in solving actual problems of the XXI century. 2017;6:177-180. (In Rus.)Dovlatov I., Yuferev L., Pavkin D. Efficiency Optimization of Indoor Air Disinfection by Radiation Exposure for Poultry Breeding. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020;1072:177-189. https://doi.org/10.1007/978-3-030-33585-4_18Dovlatov I., Yuferev L., Pavkin D. Efficiency Optimization of Indoor Air Disinfection by Radiation Exposure for Poultry Breeding. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020;1072:177-189. https://doi.org/10.1007/978-3-030-33585-4_18

The authors declare that there are no conflicts of interest present.