EA024463B1

EA024463B1 - Интеллектуальная система контроля микроклимата в хлевах для домашних животных

Info

Publication number: EA024463B1
Application number: EA201190268A
Authority: EA
Inventors: Найлс Сков Венг
Original assignee: Найлс Сков Венг
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2016-09-30
Also published as: KR20120016125A; US20120125264A1; EA024463B8; EP2429279A1; AU2010246727A1; EA201190268A1; WO2010130263A1; CA2763264A1; CN102458101A; CN102458101B; ZA201108523B

Abstract

В изобретении описано управление микроклиматом в хлевах путем определения поверхностной температуры животных с помощью инфракрасных датчиков. Это может быть проблемой, когда поведение животных в хлевах отличается от желаемого. Поведение изменяется, когда животным становится слишком холодно или жарко. Температура воздуха не дает достаточной информации, так как не хватает данных о скорости воздушного потока, потреблении корма животными, активности и состоянии здоровья животных. Определение поверхностной температуры животных посредством инфракрасных датчиков будет включать все вышеуказанные факторы. Значения поверхностной температуры могут использоваться для управления обогревом, покрытием и кондиционированием.

Description

Настоящее изобретение относится к навесу, раскрытому в пп.1-4, и способу размещения и контроля навеса в загоне с двойным контролем микроклимата, который раскрыт в пп.5-10 и который позволяет регулировать тепловыделение животных в зависимости от того, бодрствуют они или спят, с использованием инфракрасного температурного датчика для определения состояния животных под навесом.

Уровень техники

В современном животноводстве помимо области с канавками также используют покрытие не всей площади загона, как показано на фиг. 1. Навес обеспечивает пространство для перемещения воздуха от вентиляционной установки. Он также предотвращает подъем теплого воздуха от животных, препятствуя тем самым поступлению более холодного воздуха извне.

В патента США 2870966 раскрыта система для обогрев части загона. На задней стене загона устанавливают нагревательную коробку и пластину над ней, которая проходит с уклоном от стены и таким образом покрывает часть загона. В нагревательную коробку подают большое количество горячего воздуха, который благодаря металлической конструкции нагревательной коробки передается в виде теплового излучения в пространство загона под пластиной. Тем самым значительно ограничивается движение воздуха в области под пластиной, при этом одновременно поддерживается тепло в данной области. Система предназначена для птицеводческих хлевов и подогнана таким образом, чтобы в случае если птицам становится слишком жарко под пластиной, они могли выйти в непокрытую часть загона.

В большей степени схожая система раскрыта в патенте США 1808364.

Еще одна подобная конструкция известна из заявки США 2008/0266115, в которой часть свинарника покрыта пластиной, на которой установлены обогревательные лампы. Так создается область с более высокой температурой. Кроме того, указанная область физически отделена от загона таким образом, чтобы поросята имели доступ к обогреваемой области, а свиноматка не могла попасть туда. Обогревание относительно постоянно в этой области и либо включено, либо выключено.

Высоту навеса определяют эмпирическим путем, ориентируясь на то, что животные предпочитают лежать под навесом. Так как навес обращен к самому загону, тепловое движение воздуха будет происходить, когда более теплый воздух под навесом устремится наружу, как показано на фиг. 2.

Задача изобретения

Новые исследования (4-й отчет Международной комиссии по сельскохозяйственным технологиям в декабре 2002 г.) подтверждают, что в особенности молодые животные демонстрируют большие различия в тепловыделении в зависимости от того, спят они или бодрствуют. Соотношение для отлученных свиней составляет 1:4.

Это соотношение является основополагающим при планировании их размещения под навесом. Когда они бодрствуют, находясь под навесом, они могут сохранять тепло. Однако когда они спят, будет уже слишком холодно. Область для сна таким образом оснащена подогревом пола с целью компенсации.

По мере опускания переднего края навеса сужается проем в хлев, как показано на фиг. 3. Это обеспечит более слабый теплообмен и соответственно меньшие потери тепла из пространства под навесом в хлев. Таким образом, можно опустить навес настолько низко, чтобы животные могли согреться под ним без обогрева пола, даже когда они спят. Однако во время бодрствования они будут отдавать до четырех раз больше тепла, а под навесом будет слишком жарко. Это часто становится причиной того, что животные лежат снаружи и используют свободную область как туалет, в результате чего пол заполняется фекалиями. Их необходимо выгребать, так как происходит большое выделение аммиака и водяного пара, что снижает производительность.

Таким образом, будет значительным усовершенствованием, если положение навеса возможно будет автоматически изменять в зависимости от того, бодрствуют животные или спят, соответственно регулируя большее или меньшее теплообразование.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задачей изобретения является обеспечение навеса и способа регулирования микроклимата в части загона с помощью такого навеса.

Это достигается посредством навеса для покрытия по меньшей мере части загона хлева для домашних животных, отличающегося тем, что он содержит крепежные средства для крепления заднего края навеса к стене загона, обеспечивающие возможность поворота навеса относительно стены загона;

по меньшей мере один датчик, установленный на нижней стороне навеса, на верхней стороне навеса или на держателе, закрепленном на стене, и являющийся тепловым датчиком, включающим, в частности, инфракрасный температурный датчик и/или датчик СО₂;

подъемно-опускающие средства для подъема и/или опускания переднего края навеса, противоположного заднему краю, которым навес прикреплен к стене;

управляющее устройство, выполненное с возможностью приема данных от указанного по меньшей мере одного датчика и с возможностью приведения в действие подъемно-опускающих средств на основании предварительно заданных параметров.

Один из способов определения тепловыделения животных - определить их поверхностную темпе- 1 024463 ратуру. Когда имеет место высокое тепловыделение, им необходимо избавляться от излишнего тепла, а так как они не могут понизить температуру в хлеву, они вынуждены увеличить поверхностную температуру.

Разместив по меньшей мере один инфракрасный температурный датчик, например, на навесе, можно определять поверхностную температуру животных, а вместе с тем и их тепловыделение. Это, в свою очередь, является показателем того, спят ли они или бодрствуют.

Управляющее устройство получает определяемую поверхностную температуру и сравнивает ее с заданной температурой. Если определенная температура слишком высока, посылается сигнал к двигателю, который напрямую или посредством троса поднимает передний край навеса пропорционально отклонению поверхностной температуры.

Можно заранее предусмотреть, чтобы передний край навеса мог опускаться настолько низко, что животные по мере роста будут иметь доступ к навесу. Таким образом, самое низкое положение опускаемого переднего края будет зависеть от возраста животных, то есть от их размеров. Такое соотношение можно ввести в управляющее устройство.

Обмен воздуха под навесом и в хлеву также зависит от температуры в хлеву. Таким образом, вышеупомянутое самое низкое положение переднего края навеса будет соотноситься с определенной температурой в хлеву. То есть будет обеспечена возможность повышения температуры в хлеву при обнаружении слишком низкой температуры у животных и при нахождении навеса в самом нижнем положении. Это сократит тепловое движение воздуха и задержит более теплый воздух под навесом. Однако, будет потребляться больше энергии.

Также возможно установить систему обогрева в навесе, которая может обеспечивать теплом животных. Тепло будет плавно увеличиваться по мере того, как определяемая поверхностная температура у животных будет становиться слишком низкой. Использование подогрева пола - не самый подходящий вариант, поскольку этот тип обогревания очень медленный, и есть вероятность того, что увеличение теплоснабжения к полу станет заметно, только когда животные проснутся, а тогда они уже не будут нуждаться в тепле. Это повлечет за собой большие потери энергии. В этой связи более практичным будет быстрый обогрев тепловым излучением, еще одно преимущество которого заключается в том, что воздух не нагревают, что усилило бы тепловое движение воздуха. Теплоснабжение осуществляется, только когда край навеса достигает своего самого низкого положения.

Существует вероятность того, что слишком мало воздуха будет обмениваться между пространством под навесом и хлевом. Это может повлечь за собой снижение производительности. Недостаток воздуха может быть определен посредством определения содержания углекислого газа в воздухе. Если будет обнаружено слишком много углекислого газа под навесом, передний край следует поднять так, чтобы больше воздуха обменивалось. В то же время необходимо либо увеличить температуру в хлеву, либо подать тепло под навес.

В большинстве случаев несколько загонов с двойным контролем микроклимата будет расположено в хлеву. Животные будут примерно одного возраста, то есть будут иметь аналогичные потребности. Им также одновременно будут подавать пищу и включать освещение, поэтому они будут иметь одинаковый суточный ритм сна и активности. Можно использовать привод с тросами для общего регулирования положения навесов группы загонов с двойным контролем микроклимата во всем хлеву. Для этих целей несколько загонов или все загоны будут оснащены инфракрасными датчиками. Управляющее устройство будет вычислять среднее значение определяемых поверхностных температур, которое будет использоваться для регулирования положения навесов.

Недостатком является то, что невозможно наблюдать за животными, пока навес находится в самом нижнем положении. В этой связи управляющее устройство имеет функцию осмотра. Прежде чем войти в хлев включают указанную функцию, и все навесы поднимают в предварительно заданное положение, в котором обеспечен обзор под всеми навесами. После осмотра снова включают автоматический рабочий режим.

Дополнительные предпочтительные варианты реализации изобретения приведены в соответствующих пунктах далее.

Кроме того, изобретение предлагает способ регулирования микроклимата в области хлева для домашних животных, содержащей навес по п.1, согласно которому размещают навес, по меньшей мере, над частью площади загона с двойным микроклиматом хлева для домашних животных, размещают датчики во взаимодействии с управляющим устройством, причем датчики являются тепловыми датчиками, включающими, в частности, инфракрасные температурные датчики, предназначенные для определения поверхностной температуры животных в покрытой области, и/или датчики СО₂, предназначенные для определения концентрации СО₂ под навесом, определяемые температура или температуры и/или концентрации СО₂ являются входными параметрами для управляющего устройства, а согласно способу дополнительно сравнивают входные параметры с предварительно заданными пороговыми значениями, и при выходе входных параметров за пороговые значения вырабатывают посредством управляющего

- 2 024463 устройства выходной сигнал, вызывающий соответствующие опускание или подъем переднего края навеса, причем передний край навеса выполнен с возможностью опускания до такого низкого уровня, что потери тепла в хлеву соответствуют тепловыделению животных в состояния сна и/или предварительно заданному уровню концентрации СО₂, а согласно способу дополнительно поднимают передний край навеса, когда животные не спят и, следовательно, производят больше тепла.

С помощью указанного способа обеспечены оптимальные условия в покрытой части хлева как в отношении температуры, так и содержания кислорода. Испытания наглядно продемонстрировали, что повышение концентрации СО₂ может иметь крайне негативное влияние на рост и самочувствие животных. В этой связи отмечаются дополнительные преимущества, заключающиеся в том, что помимо поддержания комфортной температуры (области комфорта) также обеспечивают максимально благоприятное состояние воздуха в областях обитания животных.

Дополнительные преимущества приводятся в соответствующих пунктах далее.

Описание чертежей

Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагающиеся иллюстрации, на которых на фиг. 1 показан типичный загон сверху, на фиг. 2 показано схематическое изображение навеса в горизонтальном (верхнем) положении, на фиг. 3 показано схематическое изображение навеса в опущенном положении, на фиг. 4 показан загон с двойным контролем микроклимата со свиньями, при этом навес находится в нижнем положении, и подают тепловое излучение.

На фиг. 1 показан свинарник согласно изобретению - вид сверху. Загон 1 делится на три области: первая покрытая область 2; свободная зона 3 с обычным настилом, а также область 4 настила с настилом с канавками. Свиньи могут свободно передвигаться по всему загону.

На фиг. 2 и 3 изображено сечение загона между настилом и навесом, т.е. в основном первая покрытая область 2 и свободная зона 3. В данном примере покрытая область также оснащена изоляционной обивкой 5 в виде матраса.

Навес 6 прикреплен с возможностью поворота к задней стенке 7 загона так, что передний край 8 навеса можно располагать на различной высоте относительно настила 9. Это показано на фиг. 2 и 3.

Стрелка 10 показывает нормальный воздушный поток, производимый общей системой вентиляции в хлеву. Как ясно видно на фиг. 2 и 3, есть существенная разница в перемещении воздуха под навесом 6 в зависимости от его положения. При опускании навеса 6, как показано на фиг. 3, сильно ограничено количество воздуха, проходящего под навес 6, при этом тепло уходит затруднительно. Таким образом формируют теплую область в загоне. Это особенно эффективно, когда свиньи спят и/или отдыхают.

С другой стороны, важно регулировать и/или контролировать температуру в области 11 комфорта для поддержания благоприятной температуры, чтобы не было слишком холодно или жарко. Установив датчики для определения поверхностной температуры животных, можно получить представление об их уровне комфорта. Это используют в качестве входных данных для контролера, который будет поднимать или опускать навес 6, так чтобы получать оптимальную температуру в области 11 комфорта.

В целях дополнительного контроля температуры, как показано на фиг. 4, можно установить нагревательные лампы 12 на навесе 6, что позволит повысить температуру в области комфорта, не увеличивая скорость воздушного потока и не нарушая тем самым воздухообмен.

В дополнение к определителям температуры область комфорта может быть дополнительно оснащена датчиками СО₂, которые определяют содержание СО₂ в воздухе. Это очень важный аспект для самочувствия животных. Поднимая навес и/или увеличивая общий уровень вентиляции в хлеву, можно уменьшить количество СО2 в области комфорта.

Датчики подключены к контролеру, который управляет положением навеса и, возможно, сообщается с центральным компьютером, так что возможно отслеживать и/или управлять большим количеством загонов в хлеву централизованно. Управляющее устройство включает двигатель, который регулирует положение навеса в зависимости от входных данных в проиллюстрированных случаях посредством натяжения и/или ослабления тросов 13.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система для регулирования микроклимата в области хлева для домашних животных, отличающаяся тем, что она содержит навес для покрытия по меньшей мере части загона хлева для домашних животных;

крепежные средства для крепления заднего края навеса к стене загона, обеспечивающие возможность поворота навеса относительно этой стены;

по меньшей мере один датчик, установленный на нижней стороне навеса, на верхней стороне навеса или на держателе, закрепленном на стене, и являющийся тепловым датчиком, включающим, в частности, инфракрасный температурный датчик, предназначенный для определения поверхностной температуры животных в покрытой области, и/или датчиком СО₂, предназначенным для определения концентрации СО₂ под навесом;

- 3 024463 подъемно-опускающие средства для подъема и/или опускания переднего края навеса, противоположного заднему краю, которым навес прикреплен к стене, причем передний край навеса выполнен с возможностью опускания до такого низкого уровня, что потери тепла в хлеву соответствуют тепловыделению животных в состояния сна и/или предварительно заданному уровню концентрации СО₂;

управляющее устройство, выполненное с возможностью приема входных параметров от указанного по меньшей мере одного датчика, сравнения входных параметров с предварительно заданными пороговыми значениями, приведения в действие подъемно-опускающих средств на основании результата указанного сравнения и выработки выходного сигнала, вызывающего соответствующие опускание или подъем переднего края навеса при выходе входных параметров за пороговые значения.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что подъемно-опускающие средства содержат тросы, соединенные с навесом одним концом, соединенные с двигателем другим концом, причем этот двигатель выполнен с возможностью управления посредством управляющего устройства.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нагревательные элементы, выполненные с возможностью регулировки температуры под навесом.
4. Способ регулирования микроклимата в области хлева для домашних животных, содержащего систему по п.1, согласно которому размещают навес по меньшей мере над частью площади загона хлева для домашних животных; размещают по меньшей мере один датчик для взаимодействия с управляющим устройством; определяют с помощью указанного по меньшей мере одного датчика температуру животных в покрытой области хлева и/или концентрацию СО₂ под навесом, которые являются входными параметрами для управляющего устройства;

сравнивают входные параметры с предварительно заданными пороговыми значениями и вырабатывают посредством управляющего устройства выходной сигнал, вызывающий соответствующие опускание или подъем переднего края навеса, при выходе входных параметров за пороговые значения;

поднимают передний край навеса, когда животные производят больше тепла, и опускают, когда животные производят меньше тепла.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что самое нижнее положение переднего края определяют в соответствии с возрастом животных.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что температуру воздуха в хлеву увеличивают при обнаружении, что температура под навесом слишком низка, и наоборот.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что подают под навес тепло, когда поверхностная температура животных слишком низка, а навес находится в самом нижнем положении.
8. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно включает осмотр животных, при котором навес поднимают до предварительно заданного положения для обеспечения свободного обзора всех животных.
9. Способ по п.4, отличающийся тем, что самое нижнее положение также определяют в соответствии с содержанием СО₂ в воздухе под навесом и/или в хлеву.