Современная молочная индустрия сталкивается с климатическими изменениями и ростом средних температур окружающей среды. Тепловой стресс у молочного скота представляет собой одну из наиболее важных проблем, оказывающих прямое влияние на экономическую эффективность животноводческих комплексов и благополучие животных. Ежегодные потери молочной продукции из-за теплового стресса достигают внушительных размеров даже на относительно небольших фермах, что делает проблему управления микроклиматом не просто рекомендацией, а экономической необходимостью. Система DairyClimat представляет собой интеллектуальное автоматизированное решение, которое объединяет мониторинг параметров окружающей среды, автоматизированное управление системами охлаждения и инновационные алгоритмы для обеспечения оптимальных условий содержания КРС в жаркое время года.
Проблемы теплового стресса в молочном животноводстве
Молочные коровы, особенно высокопродуктивные, обладают ограниченной способностью к адаптации в условиях повышенных температур окружающей среды. Молочный скот восприимчив к тепловому стрессу, поскольку имеет низкую эффективность терморегуляции: плохо переносят высокие температуры из-за шерстного покрова и отсутствия потовых желез, но при этом производство молока генерирует повышенную метаболическую тепловую нагрузку.
Согласно данным различных источников высокопродуктивная корова способна вырабатывать порядка 1,2 - 1,8 кВт в час, что почти в 15-20 раз больше, чем вырабатывает человек в состоянии покоя. Следовательно, в среднем от животного необходимо отводить порядка 1,5 кВт тепловой энергии для его комфортного состояния.
Реакция на тепловой стресс у крупного рогатого скота может быть замечена по нескольким физиологическим признакам, как средство попытки поддержания внутреннего гомеостаза. К таким признакам относятся: снижение потребления корма либо отказ от него, снижение молочной продуктивности, нарушение пищеварения, уменьшение продолжительности периода стельности, ухудшение воспроизводительной способности коров (снижается качество яйцеклеток и эффективность осеменения), нарушение клеточного метаболизма и т.д.
Нормальная температура тела коровы составляет приблизительно 38,5 °C. А оптимальная температура окружающего воздуха, по разным исследованиям, колеблется в диапазоне от +5 °C до +20 °C. Этот диапазон называется зоной термонейтральности и характеризуется минимальными затратами на терморегуляцию.
С физиологической точки зрения тепловой стресс можно рассматривать как климатические условия, которые нарушают баланс между накоплением тепла и способностью животного рассеивать тепло.
ТHI
Индекс THI может быть рассчитан по различным формулам, но каждая из них включает два основных параметра: это — температура в градусах.
Цельсия, и относительная влажность воздуха. Этот индекс отражает фундаментальное понимание того, что влажность воздуха становится все более критичным фактором при повышении температуры. При низких температурах влияние влажности на ощущаемый тепловой комфорт минимально, но при высоких температурах влажность становится определяющим фактором в способности организма рассеивать тепло через испарение.
Индекс температурно-влажностной нагрузки (THI — Temperature-Humidity Index) представляет собой наиболее доступный и широко используемый в мировой практике показатель для оценки уровня теплового стресса у крупного рогатого скота. Расчет THI учитывает комбинированное влияние температуры воздуха и относительной влажности, так как температура воздуха прямо коррелирует с тепловым стрессом, а относительная влажность воздуха может увеличивать стресс путем снижения скорости испарения пота и уменьшения теплопотерь через дыхание.
Калькулятор THI
Границы и пороги теплового стресса по разным исследованиям немного отличаются, мы приводим усредненные границы для определения порогов теплового стресса. Классификация уровней теплового стресса по значениям THI выглядит следующим образом:
- THI менее 68 животные находятся в зоне оптимального комфорта;
- THI от 69 до 72 наблюдается начало теплового стресса;
- THI от 73 до 78 наблюдается тепловой стресс;
- THI от 79 до 84 отмечается сильный тепловой стресс;
- THI выше 85 наблюдается критический тепловой стресс, это опасный уровень теплового стресса с высоким риском смертности животных.
Поэтому системы управления микроклиматом, использующие только простой датчик температуры, работают значительно менее эффективно, чем системы, которые рассчитывают и используют полный индекс THI.
Системы охлаждения и их ограничения
Большинство молочных ферм, использующих какие-либо системы охлаждения, в настоящее время полагаются на традиционные системы, состоящие из разгонных вентиляторов (обычно устанавливаемых на высоте 3-4 метра над уровнем пола, и направленных в сторону животных под углом 10-18 градусов) и водяных оросительных систем, расположенных за кормовым столом, непосредственно над телом животных.
Самой распространенной является система, состоящая только из разгонных вентиляторов, и работающая на основе простой логики термостата: при достижении температурой воздуха определенного установленного значения вентиляторы включаются на полную мощность, пока температура не будет снижена. Такой способ управления эффективен только в самое жаркое время, когда необходимо работать на максимальной производительности, но в период так называемого «межсезонья», утренних и вечерних часов, работа на полную мощность может быть избыточна, излишне сильный ветер, когда нет сильной жары, создает дискомфорт и дополнительно приводит к перерасходу электроэнергии. Важно отметить, что когда температура воздуха близка к температуре тела животного, то теплоотдача за счет конвекции (обдува) практически отсутствует, и основной механизм для отвода тепла от тела животного - это испарение влаги с поверхности тела.
Поэтому, можно сделать вывод, что в условиях с высокой температурой окружающей среды применять только воздушный поток для отвода метаболической теплоты нецелесообразно, необходимо использовать дополнительно систему орошения поверхности тела животного.
Следующей распространенной системой является система охлаждения, в которой дополнительно к разгонным вентиляторам используется система орошения. Принцип работы таких систем основан на испарительном охлаждении: вода, распыляемая на животное, поглощает тепло с поверхности кожи и волосяного покрова по мере испарения, тем самым охлаждая животное. Работающие вентиляторы обеспечивают необходимую скорость движения воздуха над поверхностью тела, которая способствует испарению влаги и отводит нагретый воздух от животных. Однако, нужно учитывать детали, как именно работает ваша система управления.
Обратите внимание, что при отсутствии измерения и учета относительной влажности воздуха при принятии решения только по датчику температуры, система управления будет включать систему орошения по заданной температуре независимо от того, составляет ли влажность 40% (относительно благоприятные условия) или 85% (неблагоприятные условия).
В условиях высокой влажности эффективность испарительного охлаждения снижается, и система может не только работать на полную мощность без достижения желаемого охлаждающего эффекта, но и вносить негативный эффект, слишком сильно переувлажняя помещение коровника, вызывая неблагоприятный климат для животных и увеличивая риск развития патогенных микроорганизмов.
Важно разделять орошение непосредственно поверхности тела животных и системы туманообразования, которые также применяются для создания микроклимата в коровниках. Системы туманообразования, в первую очередь, охлаждают воздух, а не поверхность тела животного. Системы орошения поверхности тела животных должны производить проникающие капли, а не мелкий туман. Этот туман испаряется в воздухе коровника, не достигая кожи животного, где и должно происходить охлаждение.
Неправильный выбор размера капель означает, что фактическое охлаждающее воздействие может составлять только 30-50% от теоретически возможного при данном расходе воды.