Информационно-прогнозная модель температурно-влажностного режима коровника

Валерий Федорович Вторый; Сергей Валерьевич Вторый; Владислав Владимирович Гордеев

Валерий Федорович Вторый Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» https://orcid.org/0000-0003-0026-6979
Сергей Валерьевич Вторый Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» https://orcid.org/0000-0002-7169-1625
Владислав Владимирович Гордеев Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» https://orcid.org/0000-0001-6181-396X

Ключевые слова: крупный рогатый скот, коровник, микроклимат, температура, влажность воздуха, температурно-влажностный индекс

Аннотация

Введение. Информационно-прогнозное моделирование является эффективным инструментом оптимизации параметров внутреннего климата с целью полного использования потенциала коров. Несоблюдение требований климата коровника может привести к снижению лактационной способности на 10–30 %. Целью исследования было создание информационно-прогнозной модели формирования внутреннего климата на основе экспериментальных данных.
Материалы и методы. Была разработана 24-часовая система измерения соответствующих климатических переменных с 10-минутным интервалом записи данных. Она включала в себя девять сенсорных блоков, три устройства записи хранения данных и общий блок питания. Замеры проводились в коровнике на 200 голов в Ленинградской области.
Результаты исследования. Согласно результатам летних исследований некоторые участки коровника при высокой относительной влажности воздуха имели температурно-влажностный индекс >75, то есть неблагоприятный для животных. Этот период мог длиться до 18 часов в сутки. В дневное время при индексе >80 внутренняя среда может стать критической и сопровождаться резким снижением продуктивности коров. Получены корреляционные модели температурного режима коровника, и рассчитаны их зависимости от температуры внутри и снаружи помещения и влажности воздуха.
Обсуждение и заключение. Создана информационно-прогнозная модель, описывающая формирование температурно-влажностного режима внутри коровника в зависимости от погодных условий. При постоянном обновлении базы данных в режиме реального времени модель позволяет контролировать температуру и влажность в коровнике и прогнозировать эти переменные на ближайшие несколько дней. Соответствующие данные визуализируются в режиме реального времени на мониторах и информационных панелях для персонала и специалистов, принимающих своевременные управленческие решения по предотвращению критических ситуаций, связанных с перегревом или переохлаждением животных.

Биографии авторов

Валерий Федорович Вторый, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

главный научный сотрудник Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства филиала ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Фильтровское ш., д. 3), доктор технических наук, Researcher ID: Z-1809-2019

Сергей Валерьевич Вторый, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

старший научный сотрудник Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства филиала ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Фильтровское ш., д. 3), кандидат технических наук, Researcher ID: Z-1812-2019

Владислав Владимирович Гордеев, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

заведующий научно-исследовательским отделом технологий и технических средств в животноводстве Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства филиала ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Фильтровское ш., д. 3), кандидат технических наук, Researcher ID: Y-9104-2019

Литература

1. Милостивий, Р. В. Добробут молочної худоби в умовах глобальних кліматичних змін / Р. В. Милостивий, В. Седжіан. – DOI 10.32819/2019.71009 // Theoretical and Applied Veterinary Medicine. – 2019. – Т. 7, № 1. – С. 47–55. – URL: https://bulletin-biosafety.com/index.php/journal/article/view/214 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

2. Иванов, Ю. А. Повышение качества среды обитания животных на основе совершенствования управления оборудованием систем микроклимата / Ю. А. Иванов, Н. Н. Новиков // Вестник ВНИИМЖ. – 2013. – № 3 (11). – С. 44–51. – URL: https://clck.ru/UJW8J (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

3. Вторый, В. Ф. Исследования температурно-влажностного режима коровника в зимневесенний период / В. Ф. Вторый, С. В. Вторый, Р. М. Ильин. – DOI 10.24411/2078-1318-2019-11134 // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2019. – № 1 (54). – С. 134–140. – URL: https://doi.org/10.24411/2078-1318-2019-11134 (дата обращения: 01.03.2021).

4. Оценка состояния температурно-влажностного режима в коровнике с использованием графического информационного моделирования / В. Ф. Вторый, В. В. Гордеев, С. В. Вторый, Е. О. Ланцова / Вестник ВНИИМЖ. – 2016. – № 4 (24). – С. 67–72. – URL: https://clck.ru/UJZK6 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

5. Dahl, G. E. Effects of Late-Gestation Heat Stress on Immunity and Performance of Calves / G. E. Dahl, S. Tao, A. P. A. Monteiro. – DOI 10.3168/jds.2015-9990 // Journal of Dairy Science. – 2016. – Vol. 99, Issue 4. – Pp. 3193–3198. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022030216000576?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

6. Herbut, P. Environmental Parameters to Assessing of Heat Stress in Dairy Cattle – a Review / P. Herbut, S. Angrecka, J. Walczak. – DOI 10.1007/s00484-018-1629-9 // International Journal of Biometeorology. – 2018. – Vol. 62, Issue 12. – Pp. 2089–2097. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00484-018-1629-9 (дата обращения: 01.03.2021).

7. Symposium Review: The Influences of Heat Stress on Bovine Mammary Gland Function / S. Tao, R. M. Orellana, X. Weng [et al.]. – DOI 10.3168/jds.2017-13727 // Journal of Dairy Science. – 2018. – Vol. 101, Issue 6. – Pp. 5642–5654. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022030218300195?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

8. Вторый, С. В. Влияние внешних погодных условий на продуктивность коров при привязном содержании / С. В. Вторый, Р. М. Ильин. – DOI 10.24411/0131-5226-2019-10172 // АгроЭкоИнженерия. – 2019. – № 2 (99). – С. 269–277. – URL: https://doi.org/10.24411/0131-5226-2019-10172 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

9. Daily Rumination Time of Lactating Dairy Cows under Heat Stress Conditions / T. Müschner-Siemens, G. Hoffmann, C. Ammon, T. Amon. – DOI 10.1016/j.jtherbio.2019.102484. ‒ Текст : электрон- ный // Journal of Thermal Biology. – 2020. – Vol. 88. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306456519304644?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

10. Scientific Report of EFSA Prepared by the Animal Health and Animal Welfare Unit on the Effects of Farming Systems on Dairy Cow Welfare and Disease / B. Algers, G. Bertoni, D. M. Broom [et al.] // Annex to the EFSA Journal. – 2009. – Vol. 1143. – Pp. 1–38. – URL: https://clck.ru/UJbzm (дата обращения: 01.03.2021).

11. Polsky, L. Invited Review: Effects of Heat Stress on Dairy Cattle Welfare / L. Polsky, M. A. G. Keyserlingk. – DOI 10.3168/jds.2017-12651 // Journal of Dairy Science. – 2017. – Vol. 100, Issue 11. – Pp. 8645–8657. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022030217308494?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

12. Bohmanova, J. Temperature-Humidity Indices as Indicators of Milk Production Losses Due to Heat Stress / J. Bohmanova, I. Misztal, J. B. Cole. – DOI 10.3168/jds.2006-513 // Journal of Dairy Science. – 2007. – Vol. 90, Issue 4. – Pp. 1947–1956. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022030207716818?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

13. Schüller, L. K. Effect of Short- and Long-Term Heat Stress on the Conception Risk of Dairy Cows under Natural Service and Artificial Insemination Breeding Programs / L. K. Schüller, O. Burfeind, W. Heuwiese. – DOI 10.3168/jds.2015-10080 // Journal of Dairy Science. – 2016. – Vol. 99, Issue 4. – Pp. 2996–3002. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022030216000916?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

14. A Predictive Model of Equivalent Temperature Index for Dairy Cattle (ETIC) / X. Wang, H. Gao, K. G. Gebremedhin [et al.]. – DOI 10.1016/j.jtherbio.2018.07.013 // Journal of Thermal Biology. – 2018. – Vol. 76. – Pp. 165–170. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306456518301050?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

15. Heat Stress Risk in European Dairy Cattle Husbandry under Different Climate Change Scenarios – Uncertainties and Potential Impacts / S. Hempel, C. Menz, S. Pinto [et al.]. – DOI 10.5194/esd-2019-15. ‒ Текст : электронный // Earth Syst. Dynam. Discuss. – 2019. – URL: https://esd.copernicus.org/preprints/esd-2019-15/esd-2019-15.pdf (дата обращения: 01.03.2021).

16. Мартынова, Е. Н. Зона размещения животных в здании – фактор влияния на молочную продуктивность / Е. Н. Мартынова, Е. А. Ястребова. ‒ Текст : электронный // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 3. – URL: https://www.science-education.ru/pdf/2013/3/290.pdf (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

17. Математическое моделирование свободной (естественной) конвекции в животноводческих помещениях большой вместимости / И. Я. Федоренко, Н. И. Капустин, В. Н. Капустин, И. Н. Бырдин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2010. – № 11 (73). – С. 66–70. – URL: https://clck.ru/UPiLR (дата обращения: 01.03.2021).

18. Modelling of Heat Stress in a Robotic Dairy Farm. Part 2: Identifying the Specific Thresholds with Production Factors / B. Ji, T. Banhazi, A. Ghahramani [et al.]. – DOI 10.1016/j.biosystemseng.2019.11.005 // Biosystems Engineering. – 2019. – Vol. 199. – Pp. 43–57. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1537511019308797?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

19. A Software to Estimate Heat Stress Impact on Dairy Cattle Productive Performance / C. G. S. Teles Junior, R. S. Gates, M. Barbari [et al.]. – DOI 10.15159/ar.19.110 // Agronomy Research. – 2019. – Vol. 17, Issue 3. – Pp. 872–878. – URL: https://dspace.emu.ee/xmlui/handle/10492/4798 (дата обращения: 01.03.2021).

20. Microclimate and Gas Emissions in Cold Uninsulated Dairy Buildings / F. Teye, H. Gröhn, M. Pastell [et al.]. – DOI 10.13031/2013.20936. ‒ Текст : электронный // Proceedings of ASAE Annual Meeting. – Michigan : American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2006. – URL: https://elibrary.asabe.org/abstract.asp?JID=5&AID=20936&CID=por2006&T=1 ( дата обращения: 01.03.2021).

21. Papez, J. Heating and Ventilation in Milking Parlours / J. Papez, P. Kic // Agronomy Research. – 2015. – Vol. 13, Issue 1. – Pp. 245–252. – URL: https://www.researchgate.net/publication/281735325_Heating_and_ventilation_in_milking_parlours (дата обращения: 01.03.2021).

22. Kic, P. Effect of Construction Shape and Materials on Indoor Microclimatic Conditions inside the Cowsheds in Dairy Farms / P. Kic // Agronomy Research. – 2017. – Vol. 15, Issue 2. – Pp. 426–434. – URL: https://www.researchgate.net/publication/317744473_Effect_of_construction_shape_and_materials_on_indoor_microclimatic_conditions_inside_the_cowsheds_in_dairy_farms ( дата обращения: 01.03.2021).

23. Vtoryi, V. Investigations of Temperature and Humidity Conditions in Barn in Winter / V. Vtoryi, S. Vtoryi, R. Ylyin. – DOI 10.22616/ERDev2018.17.N300 // Proceedings of 17th International Scientific Conference “Engineering for Rural Development”, 23–25 May 2018, Jelgava. – Jelgava, 2018. – Pp. 265–269. – URL: http://www.tf.llu.lv/conference/proceedings2018/Papers/N300.pdf (дата обращения: 01.03.2021).

24. Ильин, Р. М. Графические модели температурно-влажностных режимов животноводческого помещения / Р. М. Ильин // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2019. – № 3. – С 173–178. – URL: https://clck.ru/UQrpQ (дата обращения: 01.03.2021).

25. Карпенко, А. В. Модели управления микроклиматом в помещении / А. В. Карпенко, И. Ю. Петрова // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 7. – С. 224–229. – URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40488 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

26. Spatial Distribution of Thermal Variables, Acoustics and Lighting in Compost Dairy Barn with Climate Control System / F. A. Damasceno, C. E. A. Oliveira, G. A. S. Ferraz [et al.]. – DOI 10.15159/ar.19.115 // Agronomy Research. – 2019. – Vol. 17, Issue 2. – Pp. 385–395. – URL: https://dspace.emu.ee/xmlui/handle/10492/4839 (дата обращения: 01.03.2021).