Результат интеллектуальной деятельности: Способ и устройство определения экономически оптимального избыточного давления воздуха для борьбы с вредными микроорганизмами в воздушной среде птицеводческих и животноводческих помещений

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям обеззараживания помещений для животных и птицы в животноводстве и птицеводстве посредством избыточного давления приточного вентиляционного воздуха и может быть использовано в отраслях промышленного животноводства и птицеводства в сельском хозяйстве.

Известны способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики, в результате использования которых устанавливается такое значение скорости движения ленты транспортера, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости поврежденных при транспортировке яиц и на электроэнергию для электропривода транспортера [Патент РФ 2414396. Способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики / Дубровин А.В. и др. // БИ, 2011. №8].

Недостатками известного технического решения является невозможность его прямого использования при технологически или экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушке сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

Известно техническое решение экономически оптимального и энергетически рациональною режима обеззараживания кормов и других продуктов пучками быстрых электронов. Автоматически определяется экономический минимум суммы стоимостей потерь обеззараживаемой продукции и эксплуатационных энергетических затрат на облучение и на транспортировку кормов и других продуктов сельского хозяйства. По величине аргумента облученности искусственно формируют функциональные зависимости экономических затрат З_прод1 от потерь продуктов из-за их зараженности в отсутствие облученности или при ее малых уровнях. Также формируют зависимости экономических затрат З_ост1 от потерь кормов и других продуктов из-за чрезмерно сильного облучения их пучками быстрых электронов, которые взаимодействуют с клеточной структурой биомассы кормов и других продуктов. Первая из этих зависимостей З_прод1 нелинейно убывает с ростом облученности Р_обл, начинаясь с определенного (заранее известного по результатам измерений санитарно-гигиенических свойств материалов, поступающих на радиационную стерилизационную обработку) уровня зараженности биоматериала. Вторая зависимость З_ост1 нелинейно возрастает, начинаясь с минимального значения порога облученности, достаточного для появления первых необратимых изменений в биологических продуктах растительного и животного происхождения. Допустимый уровень затрат на потери продукции из-за таких изменений ее качества определяется в конкретных опытных работах. Также формируют аналогичные зависимости экономических затрат на электроэнергию для транспортировки продуктов З_тран1 и для их облучения З_облуч1 от величины облученности. Третья зависимость З_тран1 есть постоянная величина при постоянной скорости движения рабочего органа транспортера и при неизменной массе продуктов, изменяющаяся по значению пропорционально скорости движения рабочего органа транспортера и массе продуктов. Четвертая зависимость З_облуч1 линейно возрастает с ростом облученности Р_обл. Полученные четыре функции затрат складывают в диапазоне изменения искусственно сформированного сигнала облученности и определяют минимальное значение этой целевой функции (критерия оптимизации по минимуму суммы указанных затрат) З_Σ1=З_прод1+З_ост1+З_облуч1+З_тран1. Производится точное, и экономически оптимальное, и при этом энергосберегающее обеззараживание каждого продукта с его массой [Патент РФ 2533585. Устройство экономичного и энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. // БИ, 2014. №11].

Задачей изобретения является повышение точности при автоматизированном поиске и достижении экономически оптимальною и энергетически рационального режима обеззараживания путем определения экономического минимума стоимостей потерь продукции животноводства и птицеводства при обеззараживании производственного помещения из-за его бактериологической и микробной зараженности и эксплуатационных энергетических затрат на обеззараживание воздушной среды помещения. Также задачей изобретения является энергосбережение и повышение точности обеззараживания путем создания избыточного внутреннего воздушного давления в помещении. Таким образом, задачей изобретения также является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения, а именно для комбинированной ИК и кондуктивной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

В результате использования изобретения для режима выращивания и содержания поголовья устанавливается такое экономически наилучшее значение мощности вентилирования производственного помещения, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости потерь продукции животноводства и птицеводства при обеззараживании воздушной среды из-за ее бактериологической и микробной зараженности и эксплуатационных энергетических затрат на обеззараживание путем увеличения избыточного воздушного давления. Таким образом, технический результат заключается в реализации устройством заявленного назначения озонирования сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

Вышеуказанный технический результат достигается способом определения экономически оптимального избыточного давления воздуха для борьбы с вредными микроорганизмами в воздушной среде птицеводческих и животноводческих помещений, включающим в себя температуры внутреннею воздуха помещении, относительной влажности внутреннего воздуха в помещении, задание времени, зависимостей связей между бактериальной обсемененностью и сочетаниями температуры и относительной влажности окружающей среды с продуктивностью поголовья, формирования имитированного сигнала давления воздуха в помещении птичника и диапазона его технологического изменения, задание региональных цен на электроэнергию и на продуктивность поголовья, вычисление суммы затрат на потери продуктивности поголовья и на затраты на создание избыточного давления в птичнике при имеющемся аэродинамическом сопротивлении для формирования целевых функций эффективности обеззараживания от избыточного давления, определение экономически оптимального значения давления, при этом измеряют давление внутреннего воздуха помещения, сравнивают измеренное и вычисленное экономически оптимального давление, регулируют давления воздуха в помещении, в результате чего происходит принудительное выдавливание избыточным давлением внутреннего воздуха вредных микробов и бактерий из производственного помещения.

Также вышеуказанный технический результат достигается тем, что предложено устройство определения экономически оптимального избыточного давления воздуха для борьбы с вредными микроорганизмами в воздушной среде птицеводческих и животноводческих помещений технологически и экономически оптимального вентилирования помещения для животноводства и птицеводства, устройство содержит датчик температуры внутреннего воздуха, датчик относительной влажности внутреннего воздуха, блок задатчиков времени, зависимостей связей между бактериальной обсемененностью и сочетаниями температуры и относительной влажности окружающей среды с продуктивностью поголовья, формирования имитированного сигнала давления воздуха в помещении птичника и диапазона его технологического изменения, задатчиков региональных цен на электроэнергию и на продуктивность поголовья, вычислительный блок для формирования целевых функций эффективности избыточного давления, при этом в устройство введены датчик давления внутреннего воздуха, блок определения экономически оптимального значения давления, схема сравнения в составе регулятора, исполнительный элемент управления давлением внутреннего воздуха помещения птичника на основе вентилятора, датчик температуры внутреннего воздуха, датчик относительной влажности внутреннего воздуха и блок задатчиков времени, зависимостей связей между бактериальной обсемененностью и сочетаниями температуры и относительной влажности окружающей среды с продуктивностью поголовья, формирования имитированного сигнала давления воздуха в помещении птичника и диапазона его технологического изменения, задатчиков региональных цен на электроэнергию и на продуктивность поголовья, своими выходами подключены к соответствующим входам вычислительного блока для формирования целевых функций эффективности избыточного давления, выход которого через блок определения экономически оптимального значения давления соединен с неинвертирующим входом схемы сравнения в составе регулятора, инвертирующий вход и выход которой подключены соответственно к выходу датчика давления внутреннего воздуха и к входу исполнительного элемента управления давлением внутреннего воздуха помещения птичника на основе вентилятора.

Способ и устройство иллюстрируются фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 дана иллюстрация способа обеззараживания воздушной среды птичника посредством применения избыточного давления внутреннего воздуха производственного помещения: ΔПр - потери продуктивности из-за не выдавленной вредной микрофлоры и бактерий и микробов избыточный давлением внутреннего воздуха птичника, кг/ед. времени; З - затраты на потери продуктивности животных и птицы в результате отрицательного воздействия на поголовье вредных микроорганизмов, руб. ед. времени; ΔПр₁ при низкой температуре Т_в и относительной влажности В_в окружающей среды; ΔПр₂ - при высокой температуре Т_в и относительной влажности В_в окружающей среды; Р напор (осевое давление) приточных вентиляторов птичника, Па; Стоим. изб. давл.₁ избыточное давление в воздухе птичника при малом аэродинамическом сопротивлении ограждающих конструкций; Стоим. изб. давл.₂ - избыточное давление в воздухе птичника при большом аэродинамическом сопротивлении ограждающих конструкций; - сумма затрат на потери продуктивности и на затраты на создание избыточного давления в птичнике при малом аэродинамическом сопротивлении, руб./ед. времени; Р_эк^опт₁ - экономически оптимальный напор вентиляции для экономически наилучшего выдавливания вредных микробов из птичника при малом аэродинамическом сопротивлении, Па; - сумма затрат на потери продуктивности и на затраты на создание избыточного давления в птичнике при большом аэродинамическом сопротивлении, руб./ед. времени; Р_эк^опт₂ - экономически оптимальный напор вентиляции для экономически наилучшего выдавливания вредных микробов из птичника при большом аэродинамическом сопротивлении, Па; (Заштрихованные вертикальными линиями области наглядно демонстрируют тот факт, что при различных конструкциях помещений птичников одинаковое по результатам в диапазоне ΔР_квази^опт выдавливание избыточным давлением внутреннего воздуха вредных микробов и бактерий может происходить при несоизмеримых затратах на предлагаемые технические решения. Поэтому эта проблема становится особенно острой при сблокированных в птичник-моноблок и при многозальных помещениях для птицы.

На фиг. 2 дана функциональная схема устройства определения экономически оптимального избыточного давления воздуха для борьбы с вредными микроорганизмами в воздушной среде птицеводческих и животноводческих помещений: 1 - датчик давления внутреннего воздуха, Па; 2 - датчик температуры внутреннею воздуха, градусов по Цельсию; 3 - датчик относительной влажности внутреннего воздуха, %.; 4 - блок задатчиков времени, зависимостей связей между бактериальной обсемененностью и сочетаниями температуры и относительной влажности окружающей среды с продуктивностью поголовья, формирования имитированного сигнала давления воздуха в помещении птичника и диапазона его технологического изменения, задатчиков региональных цен на электроэнергию и на продуктивность поголовья; 5 - вычислительный блок для формирования целевых функций эффективности избыточного давления; 6 - блок определения экономически оптимального значения давления; 7 - схема сравнения, регулятор; 8 - исполнительный элемент управления давлением внутреннего воздуха помещения птичника (вентилятор).

Устройство определения экономически оптимального избыточного давления воздуха для борьбы с вредными микроорганизмами в воздушной среде птицеводческих и животноводческих помещений содержит датчик температуры внутреннего воздуха 1, датчик относительной влажности внутреннего воздуха 2, блок задатчиков времени, зависимостей связей между бактериальной обсемененностью и сочетаниями температуры и относительной влажности окружающей среды с продуктивностью поголовья, формирования имитированного сигнала давления воздуха в помещении птичника и диапазона его технологического изменения, задатчиков региональных цен на электроэнергию и на продуктивность поголовья 3, вычислительный блок для формирования целевых функций эффективности избыточного давления 4, при этом в устройство введены датчик давления внутреннего воздуха 5, блок определения экономически оптимального значения давления 6, схема сравнения в составе регулятора 7, исполнительный элемент управления давлением внутреннего воздуха помещения птичника на основе вентилятора 8, датчик температуры внутреннего воздуха 1, датчик относительной влажности внутреннего воздуха 2 и блок задатчиков времени, зависимостей связей между бактериальной обсемененностью и сочетаниями температуры и относительной влажности окружающей среды с продуктивностью поголовья, формирования имитированного сигнала давления воздуха в помещении птичника и диапазона его технологического изменения, задатчиков региональных цен на электроэнергию и на продуктивность поголовья 3 своими выходами подключены к соответствующим входам вычислительного блока для формирования целевых функций эффективности избыточного давления 4, выход которого через блок определения экономически оптимального значения давления 6 соединен с неинвкртирующим входом схемы сравнения в составе регулятора 7, инвертирующий вход и выход которой подключены к соответственному выходу датчика давления внутреннего воздуха 5 и ко входу исполнительного элемента управления давлением внутреннего воздуха помещения птичника на основе вентилятора 8.

На фиг. 3 дана самая общая схема разделения потоков воздуха в вентилируемом помещении с неконтролируемыми щелями и притворами, в которых периодически застревает вредоносная микрофлора для выращиваемого поголовья.

Способ осуществляется следующим образом. Для учета энергетики процесса обеззараживания при использовании избыточного давления внутреннего воздуха помещения следует также сформировать аналогичные дополнительные зависимости затрат на электроэнергию для транспортировки сыпучих кормов и для их обеззараживания от мощности вентилирования. Зависимость затрат на электроэнергию для собственно вентиляционного обеззараживания линейно возрастает с ростом мощности вентиляции. При необходимости экономить энергию на обеззараживание с помощью избыточного давления следует полученные функции затрат сложить в диапазоне изменения искусственно сформированного сигнала воздушного вентиляционного давления и найти минимум этой суммы или целевой функции оптимизации процесса обеззараживания. Таким образом, производится точное, технологически и экономически оптимальное и при этом энергосберегающее (с рациональным расходованием техногенной энергии) обеззараживание воздушной среды производственного помещения.

Устройство (фиг. 2) работает следующим образом. Блок 4 вычисляет целевую функцию суммарных затрат в зависимости от режима вентилирования. Эта функция отражает суммарные потери стоимости продуктивности животных и птицы и эксплуатационные энергетические затраты на избыточное вентилирование. При расчетах учитываются температура внутреннего воздуха в помещении и его относительная влажность, сильно влияющие на образование вредоносной микрофлоры.

Таким образом, способ и устройство имеют ярко выраженные чрезвычайно широкие практические возможности по их применению. Производитель продукции животноводства и птицеводства всегда может выбрать время при появившемся избытке электроэнергии, пойти на ее перерасход, но зато получить наивысшую продуктивность животных и птиц при непосредственном выращивании поголовья в отсутствие микробиологических вредностей в воздушной среде производственного помещения. Следовательно, значительно расширяются функциональные и технические возможности практического применения новых технических решений вентиляционного обеззараживания посредством избыточного давления воздуха помещения.

Подписи к фигурам

Фиг. 1. Иллюстрация способа обеззараживания воздушной среды птицника посредством применения избыточного давления внутреннего воздуха производственного помещении: ΔПр - потери продуктивности из-за не выдавленной вредной микрофлоры и бактерий и микробов избыточный давлением внутреннего воздуха птичника, кг/ед. времени; З - затраты на потери продуктивности животных и птицы в результате отрицательного воздействия на поголовье вредных микроорганизмов, руб. ед. времени; ΔПр₁ - при низкой температуре Т_в и относительной влажности В_в окружающей среды; ΔПр₂ - при высокой температуре Т_в и относительной влажности В_в окружающей среды; Р - напор (осевое давление) приточных вентиляторов птичника, Па; Стоим, изб. давл.₁ - избыточное давление в воздухе птичника при малом аэродинамическом сопротивлении ограждающих конструкций; Стоим. изб. давл.₂ - избыточное давление в воздухе птичника при большом аэродинамическом сопротивлении ограждающих конструкций; - сумма затрат на потери продуктивности и на затраты на создание избыточного давления в птичнике при малом аэродинамическом сопротивлении, руб./ед. времени; Р_эк^опт₁ - экономически оптимальный напор вентиляции для экономически наилучшего выдавливания вредных микробов из птичника при малом аэродинамическом сопротивлении, Па; - сумма затрат на потери продуктивности и на затраты на создание избыточного давления в птичнике при большом аэродинамическом сопротивлении, руб./ед. времени; Р_эк^опт₂ - экономически оптимальный напор вентиляции для экономически наилучшего выдавливания вредных микробов из птичника при большом аэродинамическом сопротивлении, Па; (Заштрихованные вертикальными линиями области наглядно демонстрируют тот факт, что при различных конструкциях помещений птичников одинаковое по результатам в диапазоне ΔР_квази^опт выдавливание избыточным давлением внутреннего воздуха вредных микробов и бактерий может происходить при несоизмеримых затратах на предлагаемые технические решения. Поэтому эта проблема становится особенно острой при сблокированных в птичник-моноблок и при многозальных помещениях для птицы.

Фиг. 2. Функциональная схема устройства определения экономически оптимального избыточного давления воздуха для борьбы с вредными микроорганизмами в воздушной среде птицеводческих и животноводческих помещений: 1 - датчик давления внутреннего воздуха, Па; 2 - датчик температуры внутреннего воздуха, градусов по Цельсию; 3 - датчик относительной влажности внутреннего воздуха, %.; 4 блок задатчиков времени, зависимостей связей между бактериальной обсемененностью и сочетаниями температуры и относительной влажности окружающей среды с продуктивностью поголовья, формирования имитированного сигнала давления воздуха в помещении птичника и диапазона его технологического изменения, задатчиков региональных цен на электроэнергию и на продуктивность поголовья; 5 - вычислительный блок для формирования целевых функций эффективности избыточного давления; 6 - блок определения экономически оптимального значения давления; 7 - схема сравнения, регулятор; 8 - исполнительный элемент управления давлением внутреннего воздуха помещения птичника (вентилятор).

Фиг. 3. Самая общая схема разделения потоков воздуха в вентилируемом помещении с неконтролируемыми щелями и притворами, в которых периодически застревает вредоносная микрофлора для выращиваемого поголовья.