IT202100015692A1 - Method for regulating an air conditioning system for a stable - Google Patents
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Description
"Metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione" "Method for regulating an air conditioning system for a stable"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione ? relativa a un metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione. Il metodo trova utile impiego, soprattutto nei mesi estivi, nei locali di stabulazione delle vacche da latte per garantire il benessere degli animali e, di conseguenza, ottimizzare la produzione di latte. The present invention ? relating to a method of regulating an air conditioning system for a stable. The method finds useful use, above all in the summer months, in the stables of the dairy cows to ensure the well-being of the animals and, consequently, to optimize the milk production.
? noto che la condizione di stress causata dal caldo compromette severamente il benessere, le capacit? produttive e riproduttive delle vacche da latte. Questo ? uno dei maggiori problemi per questa tipologia di allevamento, in particolare nelle zone con clima sub-tropicale, nelle zone temperate con estati calde e nelle zone umide. Il problema si ? acutizzato negli ultimi anni a seguito dell?aumento crescente della temperatura dell?aria e della frequenza delle ondate di calore nel periodo estivo. ? known that the condition of stress caused by the heat severely compromises the well-being, the abilities? production and reproduction of dairy cows. This ? one of the major problems for this type of breeding, particularly in areas with a sub-tropical climate, in temperate areas with hot summers and in humid areas. Is the problem yes? exacerbated in recent years following the growing increase in air temperature and the frequency of heat waves in the summer period.
Ciascuna vacca da latte con elevata produzione deve dissipare mediamente, per l?attivit? metabolica, oltre 40 mila chilocalorie al giorno delle circa 125 mila contenute nella razione alimentare. Quando le condizioni ambientali ostacolano la dissipazione per attivit? metabolica, ad esempio quando la temperatura dell?aria ? superiore alla temperatura corporea, la vacca da latte, per contrastare lo stress, attiva una serie di processi fisiologici, metabolici e comportamentali e riduce l?assunzione di alimenti. Conseguentemente, la vacca produce meno latte e con minori contenuti di grasso e di proteine e ha problemi di fertilit?. Le perdite possono superare anche il 25% per il latte e il 30-35% per le proteine e grasso. Each dairy cow with high production must dissipate on average, for the activity? metabolic, over 40 thousand kilocalories per day of the approximately 125 thousand contained in the food ration. When environmental conditions hinder dissipation by activity? metabolic, for example when the air temperature? higher than body temperature, the dairy cow, to counteract stress, activates a series of physiological, metabolic and behavioral processes and reduces food intake. Consequently, the cow produces less milk and with lower fat and protein content and has fertility problems. Losses can even exceed 25% for milk and 30-35% for protein and fat.
Sono noti nello stato della tecnica diversi metodi per la climatizzazione dei locali di stabulazione. Gli impianti di climatizzazione utilizzano diversi tipi di apparecchiature: ventilatori, pale rotanti abbinati o non a nebulizzatori, doccette, distribuiti a distanze e altezze varie nei ricoveri. Various methods are known in the state of the art for air conditioning the stables. Air conditioning systems use different types of equipment: fans, rotating blades combined or not with nebulizers, showers, distributed at various distances and heights in the shelters.
L?accensione, lo spegnimento e la potenza degli impianti di climatizzazione sono regolati con metodi a diverso grado di automazione ed efficienza. Alcuni impianti di climatizzazione sono regolati manualmente, in base alla percezione della temperatura da parte dell?operatore oppure a seguito di una misurazione con dei termometri; altri impianti di climatizzazione sono regolati automaticamente utilizzando timer a orari prestabiliti oppure rilevatori di temperatura nei ricoveri. Pi? recentemente, uno dei parametri che viene valutato per controllare gli impianti di climatizzazione ? un indice bioclimatico, denominato THI (Temperature Humidity Index), che combina temperatura e umidit? relativa. L?impianto di climatizzazione si attiva automaticamente quando vengono raggiunti livelli di riferimento dell?indice bioclimatico THI, predeterminati dall?operatore in base ai valori di termo-neutralit? per la vacca da latte riportati in letteratura o alle manifestazioni di sofferenza osservate sugli animali. The switching on, the switching off and the power of the air conditioning systems are regulated with methods with different degrees of automation and efficiency. Some air conditioning systems are adjusted manually, based on the perception of the temperature by the operator or following a measurement with thermometers; other air conditioning systems are regulated automatically using timers at set times or temperature detectors in shelters. Pi? recently, one of the parameters that is evaluated to control air conditioning systems? a bioclimatic index, called THI (Temperature Humidity Index), which combines temperature and humidity? relative. The air conditioning system is activated automatically when the reference levels of the THI bioclimatic index are reached, predetermined by the operator on the basis of the thermo-neutrality values? for the dairy cow reported in the literature or to the manifestations of suffering observed on the animals.
RIASSUNTO DELL?INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION
Svantaggiosamente, i metodi della tecnica nota controllano gli impianti di climatizzazione secondo dei parametri predeterminati dall?operatore oppure secondo dei valori di termo-neutralit? riportati in letteratura. I metodi sopracitati si basano sull?utilizzo di parametri per la regolazione del clima che non sempre corrispondono alle necessit? degli animali, provocando gli effetti negativi menzionati. Disadvantageously, the methods of the prior art control the air conditioning systems according to parameters predetermined by the operator or according to thermo-neutrality values? reported in the literature. The aforementioned methods are based on the use of parameters for climate regulation which do not always correspond to the needs? of animals, causing the negative effects mentioned.
In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre un metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione basato sulla condizione di benessere espressa direttamente dalle vacche da latte, in modo che il loro benessere sia massimo. In this context, the technical task underlying the present invention ? propose a method for regulating an air conditioning system for a stable based on the well-being condition expressed directly by the dairy cows, so that their well-being is maximum.
il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni. the technical task specified and the aims specified are substantially achieved by a method for regulating an air conditioning system for a stable room comprising the technical characteristics set out in one or more? of the joint claims.
In particolare, un metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione comprende le fasi di misurare la temperatura e l?umidit? relativa di un locale di stabulazione avente un impianto di climatizzazione e di calcolare un primo parametro in funzione della temperatura e dell?umidit? relativa del locale di stabulazione. In particular, one method for regulating an air conditioning system for a stable room includes the steps of measuring temperature and humidity? relative of a stable room having an air conditioning system and to calculate a first parameter according to the temperature and the humidity? relative to the stabling room.
Poi, per ciascun capo di bestiame alloggiato nel locale di stabulazione, si misura almeno un parametro vitale, si calcola un indice fisiologico, in funzione del parametro vitale rilevato, e lo si confronta con una soglia ottimale accertata per lo stesso capo. Then, for each head of livestock housed in the stabling room, at least one vital parameter is measured, a physiological index is calculated, based on the vital parameter detected, and compared with an optimal threshold ascertained for the same head.
Successivamente, si calcola un parametro di benessere della mandria, in funzione della percentuale di capi di bestiame per i quali l?indice fisiologico ? superiore alla soglia stabilita, rispetto al numero totale dei capi di bestiame all?interno del locale di stabulazione. Subsequently, a herd welfare parameter is calculated, as a function of the percentage of cattle for which the physiological index ? higher than the established threshold, compared to the total number of cattle inside the stabling room.
L?impianto di climatizzazione viene controllato in funzione del parametro di benessere della mandria. The air conditioning system is controlled according to the welfare parameter of the herd.
ELENCO DELLE FIGURE LIST OF FIGURES
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa di un metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione, come illustrato in Figura 1, che mostra una rappresentazione schematica di un?implementazione del metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione secondo la presente invenzione. Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the indicative description of a method for regulating an air conditioning system for a stable, as illustrated in Figure 1, which shows a schematic representation of an implementation of the method for regulating of an air conditioning system for a stable according to the present invention.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION
In particolare, un metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione secondo la presente invenzione ? applicabile ad un locale di stabulazione. Con ulteriore dettaglio, per locale di stabulazione si intende un locale in cui vengono alloggiati dei capi di bestiame 1. Nel contesto della presente descrizione si far? specifico riferimento alle vacche da latte, senza tuttavia perdere di generalit?. In particular, a method for regulating an air conditioning system according to the present invention ? applicable to a stable room. In further detail, by stabling room is meant a room in which livestock 1 are housed. specific reference to dairy cows, without however losing generality.
Il metodo secondo l?invenzione comprende una fase di misurazione dei valori della temperatura e dell?umidit? relativa di un locale di stabulazione. La fase di misurazione viene ripetuta nel tempo a intervalli regolari. Viene calcolato un primo parametro in funzione dei valori della temperatura e dell?umidit? relativa misurati in un locale di stabulazione che presenta un impianto di climatizzazione 5. Il primo parametro ? un indice bioclimatico che quantifica l?effetto combinato della temperatura e dell?umidit? relativa sui capi di bestiame 1. Si pu? utilizzare un algoritmo, per esempio quello sviluppato dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), che calcola il primo parametro come (1,8 x T+ 32) ? (0,55 ? 0,55 x RH) x ((1,8 x T 32) ? 58)), dove T ? la temperatura e RH l?umidit? relativa. I valori del primo parametro di un locale di stabulazione possono essere registrati ed essere forniti periodicamente ad un utente. The method according to the invention comprises a step for measuring the temperature and humidity values? relating to a stabling room. The measurement phase is repeated over time at regular intervals. Is a first parameter calculated according to the temperature and humidity values? relative measured in a stabling room which has an air conditioning system 5. The first parameter ? a bioclimatic index that quantifies the combined effect of temperature and humidity? on livestock 1. You can? use an algorithm, for example the one developed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), which calculates the first parameter as (1.8 x T+ 32) ? (0.55 ? 0.55 x RH) x ((1.8 x T 32) ? 58)), where T ? the temperature and RH the? humidity? relative. The values of the first parameter of a stable room can be logged and periodically provided to a user.
Si noti che il metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione comprende una fase di misurazione di almeno un parametro vitale di ciascun capo di bestiame 1, ad esempio la temperatura corporea, l?attivit? ruminale e la frequenza respiratoria. ? possibile applicare il metodo utilizzando uno dei parametri vitali, ad esempio misurando la temperatura corporea di ciascun capo di bestiame 1. La temperatura corporea di ciascun capo di bestiame 1 viene misurata a intervalli regolari di tempo attraverso un dispositivo dotato di sensori 4. Le temperature corporee di ciascun capo di bestiame 1 possono essere fornite periodicamente ad un utente. It should be noted that the method for regulating an air conditioning system for a stable room comprises a measurement step of at least one vital parameter of each head of livestock 1, for example body temperature, activity, ruminal and respiratory rate. ? It is possible to apply the method using one of the vital parameters, for example by measuring the body temperature of each head of cattle 1. The body temperature of each head of cattle 1 is measured at regular time intervals through a device equipped with sensors 4. The body temperatures of each head of livestock 1 can be periodically supplied to a user.
Durante una fase preliminare di calibrazione, la misurazione della temperatura corporea viene ripetuta per un periodo temporale predeterminato, durante il quale il primo parametro risulta inferiore a un valore di termo-neutralit? dei capi di bestiame 1. Durante la fase preliminare di calibrazione, quindi, la combinazione di temperatura e umidit? relativa ? tale per cui i capi di bestiame 1 sono, generalmente, in una condizione di benessere termico. Il periodo temporale predeterminato dura generalmente tra le due e le quattro settimane. Il valore di termo-neutralit?, in particolare per le vacche da latte, ? indicativamente compreso tra sessantaquattro e settantadue dell?indice bioclimatico. La variabilit? tra i singoli capi del valore di termo-neutralit? ? dipendente da diversi fattori tra cui: la razza, l?intensit? della produzione, l?et? e le caratteristiche del locale di stabulazione. Nel caso delle vacche da latte, la temperatura corporea in condizioni di termo-neutralit? ? generalmente comprese tra 38,6?C e 39,2 ?C. Il valore della temperatura corporea varia per ciascun capo di bestiame 1 in funzione delle caratteristiche genotipiche e fenotipiche, dell?et?, dell?ordine di parto e dello stato fisiologico. During a preliminary calibration phase, the body temperature measurement is repeated for a predetermined period of time, during which the first parameter is lower than a thermo-neutral value. of livestock 1. During the preliminary phase of calibration, therefore, the combination of temperature and humidity? relative ? such that the cattle 1 are generally in a condition of thermal comfort. The predetermined period of time generally lasts between two and four weeks. The thermo-neutrality value, especially for dairy cows, is indicatively between sixty-four and seventy-two of the bioclimatic index. The variability? between the individual garments of the value of thermo-neutrality? ? dependent on several factors including: the race, the? intensity? of the production, l?et? and the characteristics of the housing area. In the case of dairy cows, the body temperature in thermo-neutral conditions? ? generally between 38.6?C and 39.2?C. The body temperature value varies for each head of livestock 1 according to the genotypic and phenotypic characteristics, age, calving order and physiological state.
Al termine del periodo temporale predeterminato, vengono calcolati, utilizzando i dati raccolti, la moda e la deviazione standard della temperatura corporea per ciascun capo di bestiame 1. La moda delle temperature corporee rappresenta un indice fisiologico, indicativo dello stato di benessere di ciascun capo di bestiame 1. La deviazione standard delle temperature corporee viene utilizzata per calcolare una soglia massima come la moda sommata a due volte la deviazione standard. Ciascun capo di bestiame 1 che presenta l?indice fisiologico maggiore della soglia massima ? in una condizione di stress termico. At the end of the predetermined time period, using the data collected, the mode and standard deviation of the body temperature for each head of cattle are calculated 1. The mode of body temperatures represents a physiological index, indicative of the state of well-being of each head of livestock 1. The standard deviation of body temperatures is used to calculate an upper threshold as the mode added to twice the standard deviation. Each head of livestock 1 which presents the physiological index greater than the maximum threshold ? under a condition of thermal stress.
Successivamente, l?indice fisiologico di ciascun capo di bestiame 1 viene confrontato con la soglia massima prestabilita di ciascun capo di bestiame 1. ? prevista una segnalazione di ciascun capo di bestiame 1 che presenta un valore dell?indice superiore alla sua soglia massima per il benessere. Viene calcolato un parametro di benessere della mandria corrispondente alla percentuale di capi di bestiame 1 per i quali l?indice fisiologico ? superiore alla soglia massima prestabilita per ciascun capo, rispetto al numero totale dei capi di bestiame 1 all?interno del locale di stabulazione. Subsequently, the physiological index of each head of cattle 1 is compared with the pre-established maximum threshold of each head of cattle 1. ? reporting of each head of livestock 1 which has an index value higher than its maximum welfare threshold is envisaged. A herd welfare parameter is calculated corresponding to the percentage of cattle 1 for which the physiological index ? higher than the pre-established maximum threshold for each animal, with respect to the total number of animals 1 inside the stabling room.
Quando il parametro di benessere della mandria supera una percentuale predeterminata, ad esempio il 10%, si attiva l?impianto di climatizzazione 5 del locale di stabulazione. La potenza dell?impianto di climatizzazione 5 ? proporzionale all?entit? del parametro di benessere della mandria. Dopo un intervallo di tempo predefinito, durante il quale il parametro di benessere della mandria ? risultato inferiore rispetto alla percentuale predeterminata, l?impianto di climatizzazione 5 pu? essere spento o la sua intensit? pu? essere diminuita. L?intervallo di tempo predefinito pu? durare ad esempio trenta minuti. L?intensit? dell?impianto di climatizzazione 5 pu? essere regolata secondo delle classi di valori del parametro di benessere della mandria. When the herd welfare parameter exceeds a predetermined percentage, for example 10%, the air conditioning system 5 of the stabling room is activated. The power of the air conditioning system 5 ? proportional to? entity? of the herd welfare parameter. After a predefined time interval, during which the herd welfare parameter ? lower result than the predetermined percentage, the air conditioning system 5 can? be turned off or its intensity? can? be diminished. The default time interval can? for example, thirty minutes. The intensity of the air conditioning system 5 pu? be adjusted according to the value classes of the herd welfare parameter.
Un altro parametro rilevante per la regolazione di un impianto di climatizzazione 5 per un locale di stabulazione riguarda il monitoraggio delle quantit? di latte prodotto per ciascun capo di bestiame 1 in lattazione. Another relevant parameter for the regulation of an air conditioning system 5 for a stable room concerns the monitoring of the quantities of milk produced for each 1 head of lactating cattle.
In primo luogo, si misura la quantit? di latte prodotta in ciascuna mungitura durante un arco di tempo predeterminato, ad esempio ventiquattro ore. Successivamente le quantit? misurate si correggono linearmente in funzione del tempo trascorso tra le mungiture effettuate nell?arco di tempo predeterminato. Poi, si calcola una produzione giornaliera attesa, in funzione delle quantit? misurate nei giorni precedenti. Per la previsione della produzione giornaliera ? possibile utilizzare una curva di lattazione, ad esempio la curva di Wood. Infine, si calcola un indice di regolarit? produttiva individuale come la differenza tra la produzione giornaliera corretta e la produzione giornaliera attesa. First, do you measure the quantity? of milk produced in each milking during a predetermined period of time, for example twenty-four hours. Subsequently the quantities? measured are linearly corrected according to the time elapsed between the milkings carried out in the predetermined period of time. Then, an expected daily production is calculated, according to the quantities? measured in the previous days. For forecasting daily production ? It is possible to use a lactation curve, such as Wood's curve. Finally, is an index of regularity calculated? individual production as the difference between the corrected daily production and the expected daily production.
Si noti che l?indice di regolarit? produttiva individuale pari a zero o con valore positivo costituisce una condizione ideale. L?indice di regolarit? produttiva individuale con un valore negativo costituisce una condizione svantaggiosa. Per i capi di bestiame 1 che presentano l?indice di regolarit? produttiva negativo, si confronta l?indice di regolarit? produttiva con l?indice fisiologico. Note that the index of regularity? individual production equal to zero or with a positive value is an ideal condition. The index of regularity? productive individual with a negative value constitutes a disadvantageous condition. For the heads of livestock 1 which present the index of regularity? productive negative, you compare the index of regularity? productive with the physiological index.
Il metodo per la regolazione di un impianto di climatizzazione per un locale di stabulazione comprende un?ulteriore fase di segnalazione di ciascun capo di bestiame 1 che registra una produzione di latte giornaliera inferiore ad un valore soglia di produzione calcolato sottraendo uno scarto predeterminato, ad esempio il 5%, da una produzione giornaliera attesa. Una produzione di latte giornaliera inferiore al valore di soglia di produzione per pi? mungiture consecutive indica che sono presenti capi di bestiame 1 con possibili problemi. The method for regulating an air conditioning system for a stable room comprises a further signaling step for each head of livestock 1 which registers a daily milk production lower than a production threshold value calculated by subtracting a predetermined difference, for example 5%, from an expected daily production. A daily milk production lower than the production threshold value for more? consecutive milkings indicates that there are 1 cattle with possible problems.
Successivamente, si calcola un indice di regolarit? produttiva della mandria, espresso come la percentuale dei capi di bestiame 1 che presentano un indice individuale inferiore al valore di soglia di produzione rispetto alla totalit? dei capi di bestiame 1 presenti nel locale di stabulazione. L?indice di regolarit? produttiva della mandria che supera una soglia negativa di produttivit?, ad esempio il 10%, segnala che i capi di bestiame 1 potrebbero essere in una condizione di stress termico e le cause della ridotta produzione devono essere investigate. Subsequently, a regularity index is calculated? productivity of the herd, expressed as the percentage of cattle 1 which have an individual index lower than the production threshold value with respect to the totality? of the cattle 1 present in the stabling room. The index of regularity? production of the herd that exceeds a negative threshold of productivity, for example 10%, signals that cattle 1 could be in a condition of thermal stress and the causes of the reduced production must be investigated.
Il metodo ? inoltre in grado di monitorare, tramite dei rilevatori, delle sostanze nocive all?interno del locale di stabulazione, tra cui metano, protossido di azoto, ammoniaca, acido solfidrico, anidride carbonica. Per ciascuna delle sostanze nocive presenti nei locali di stabulazione, vengono stabilite delle soglie di concentrazione, generalmente pari ai valori stabiliti dalle normative. Quando la concentrazione di almeno una sostanza nociva supera la rispettiva soglia di concentrazione, si accende l?impianto di climatizzazione 5, nel caso sia spento perch? gli altri parametri sono nei limiti. The method ? it is also able to monitor, through detectors, harmful substances inside the stabling room, including methane, nitrous oxide, ammonia, hydrogen sulphide, carbon dioxide. For each of the harmful substances present in the stables, concentration thresholds are established, generally equal to the values established by the regulations. When the concentration of at least one harmful substance exceeds the respective concentration threshold, the climate control system 5 switches on, if it is off because? the other parameters are within the limits.
Tutti i dati vengono raccolti su una piattaforma cloud 2. Un software di un?unit? di elaborazione 3 elabora i dati e calcola: il primo parametro, le differenze di produzione, parametro di benessere della mandria, l?indice fisiologico, l?indice di regolarit? produttiva individuale, l?indice di regolarit? produttiva della mandria. Il software crea dei report con: i valori del primo parametro suddiviso per fasce orarie, i cicli di accensione e spegnimento dell?impianto di climatizzazione 5, i valori del parametro di benessere della mandria, dell?indice fisiologico, dell?indice di regolarit? produttiva individuale, dell?indice di regolarit? produttiva della mandria. Inoltre il software invia dei messaggi di allerta in caso di eventi anomali. All data is collected on a cloud platform 2. One unit software? of elaboration 3 elaborates the data and calculates: the first parameter, the differences of production, parameter of well-being of the herd, the physiological index, the index of regularity? individual production, the index of regularity? herd productivity. The software creates reports with: the values of the first parameter divided into time slots, the on and off cycles of the air conditioning system 5, the values of the herd welfare parameter, the physiological index, the regularity index? individual production, of? index of regularity? herd productivity. In addition, the software sends alert messages in case of anomalous events.
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| IT102021000015692A IT202100015692A1 (en) | 2021-06-16 | 2021-06-16 | Method for regulating an air conditioning system for a stable |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | IT202100015692A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110054338A1 (en) * | 2008-11-14 | 2011-03-03 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Device, system and method for monitoring heat stress of a livestock animal |
| WO2016053104A1 (en) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek Nedap | Farm system |
| US20170245472A1 (en) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | VitalMetric, LLC | Environmental control for enclosures based on touch-less monitoring of animals |
| WO2019027319A1 (en) * | 2017-07-31 | 2019-02-07 | Lely Patent N.V. | Dairy animal-monitoring system comprising heat stress-reducing means |
-
2021
- 2021-06-16 IT IT102021000015692A patent/IT202100015692A1/en unknown
Patent Citations (4)
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