Цель: изучить устройство и правила работы с приборами для контроля влажности и скорости движения воздуха в помещениях для животных.

Материально-техническое оборудование. Психрометры: статический (Августа), аспирационный (Ассмана), ВИТ-1, гигрометры, гигрографы, кататермометры, анемометры АСО-3, МС-13.

План

1. Приборы для определения абсолютной влажности воздуха (психрометр Августа, психрометр Ассмана, ВИТ-1).
2. Ход определения и вычисление результатов.
3. Вычисление относительной влажности (R) и дефицита насыщения (ДФ).
4. Приборы для определения относительной влажности (волосяные гигрометры и гигрографы).
5. Правила работы с гигрометрами.
6. Кататермометры. Правила проведения измерений.
7. Анемометры. Правила проведения измерений, вычисление результатов.

Глоссарий

Выучите определения следующих терминов и назначение приборов: абсолютная влажность, максимальная влажность, относительная влажность, дефицит насыщения (влажный дефицит), точка росы, психрометр, психрометрическая таблица, гигрометр, гигрограф, анемометр, арретир, ветроприемник, кататермометр, фактор кататермометра, величина охлаждения (катаиндекс).

 

Влажность воздуха характеризуется следующими гигрометрическими (влажностными) величинами:

Абсолютная влажность — содержание паров воды в 1 м³ воздуха, выраженное в граммах при данной температуре (или их упругость в миллиметрах ртутного столба) в данный момент и при данной температуре. Она дает представление об абсолютном содержании водяных паров в воздухе, но не показывает степень его насыщения.

Максимальная влажность – предельное насыщение воздуха водяными парами, выраженное в граммах в 1 м³ или упругость водяных паров, в мм рт. ст. при полном насыщении воздуха водяными парами в данный момент и при данной и температуре. Для каждой температуры максимальная влажность есть величина постоянная.

Относительная влажность — степень насыщенности воздуха водяными парами, определяется отношением абсолютной к максимальной влажности и выражается в процентах:

R=А/Е×100 %, где: R — относительная влажность; А — абсолютная влажность; Е — максимальная влажность.

Влажность воздуха в помещениях нормируется по состоянию относительной влажности.

Дефицит насыщения (влажный дефицит) — разница между максимальной и абсолютной влажностью, выраженная в граммах, в 1 м³ воздуха в данный момент и приданной температуре.

Д=Е-А

где Д- дефицит насыщения; Е- максимальная влажность; А- абсолютная влажность. Дефицит насыщения показывает насколько абсолютная влажность близка к максимальной. Чем больше дефицит насыщения, тем суше воздух и наоборот. Дефицит насыщения в помещениях для животных колеблется л от 0,2 до 7,2 г/м³.

Точка росы — температура, при которой наступает полное насыщение парами воды определенного количества воздуха с переходом из газообразного состояния в капельно-жидкое состояние (росы). Она указывает на приближение абсолютной влажности к максимальной. Конденсация влаги на ограждениях свидетельствует об их недостаточной теплоизоляции, о необходимости снижения влажности воздуха в помещении.

Для определения влажности воздуха используют психрометры Августа (статический) и Ассмана (аспирационный), гигрометр психрометрический (ВИТ-1), гигрометры, гигрографы, баротермогигрометры и другие современные приборы.

Задание 1. Определение влажности воздуха психрометром Августа. Данный прибор состоит из двух одинаковых спиртовых термометров, укрепленных в одном штативе на расстоянии 4-5 см друг от друга. Резервуар одного из термометров (влажного) обернут кусочком батиста, конец обертки свернут жгутиком и погружен в сосуд с водой. Уровень воды в сосуде должен находиться от нижнего конца резервуара на расстоянии 2-3 см. Сосуд наполняют дистиллированной водой. В силу капиллярности материя постоянно смачивается и с резервуара термометра (влажного) непрерывно испаряется вода. Это вызывает потерю тепла, пропорциональную интенсивности испарения. Испарение происходит тем быстрее, чем суше воздух и показания температуры на влажном термометре будут ниже. Разность показаний обоих термометров и берут за основу расчетов.

Показания термометров записывают через 10-15 минут с момента установки прибора в месте исследования.

Используя статический психрометр, находят абсолютную, относительную влажность и другие гигрометрические показатели.

Абсолютную влажность по формуле Реньо:

А = Е — а×(t₁-t₂)×В где : А — абсолютная влажность, выражаемая напряжением паров мм рт. ст.; Е — максимальная упругость водяных паров при температуре влажного термометра; а — психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха; t₁ -температура в момент отсчета, показываемая сухим термометром; t₂ — температура, показываемая влажным термометром, °С; В — барометрическое давление при наблюдении, мм. рт. ст.

Психрометрический коэффициент равен: 0,00130 при 0,13 м/сек; 0,00120 – 0,16 м/сек; 0,00110 – 0,20 м/сек; 0,00100 – 0,30 м/сек; 0,00090 – 0,40 м/сек; 0,00080 – 0,80 м/сек; 0,00070 – 0,90 м/сек и 0,00069 – при 3 м/сек.

Зная абсолютную влажность, можно вычислить относительную влажность, пользуясь формулой:

где: R –искомая относительная влажность воздуха, %; A –вычисленная абсолютная влажность воздуха, г/м³; Е – максимальное напряжение водяных паров в воздухе при температуре сухого термометра, г/м³ (таблица максимальной упругости водяных паров).

Относительную влажность можно вычислить непосредственно по психрометрической таблице.

Дефицит насыщения определяют по разности между максимальной влажностью воздуха и его абсолютной по формуле:

где: Д_ф  -дефицит насыщения воздуха, г/м³; Е –максимальное напряжение водяных паров в воздухе при температуре «сухого термометра», г/м³; А – абсолютная влажность воздуха, г/м³.

Точку росы определяют по таблице максимальной влажности (упругости) водяных паров.

Пример: При исследовании влажности воздуха в свинарнике для доращивания поросят «сухой» термометр показывает 12,5⁰С, «влажный» — 11,2⁰С. Атмосферное давление 755 мм рт. ст. Максимальная влажность при температуре «влажного» термометра – 9,92 г/м³. Психрометрический коэффициент равен 0,0011.

Подставляем все значения в формулу, вычисляем абсолютную влажность (А).

Зная абсолютную влажность, вычисляем относительную влажность.

Рисунок 6. Психрометр статический (Августа)

 

В нашем примере Е при температуре «сухого» термометра равна 10,8 г/м³.

Отсюда:

Относительную влажность можно определить и по психрометрической таблице. С этой целью находят искомую влажность в точке пересечения линии, идущей горизонтально от показания «влажного» термометра (11⁰) см линией, проведенной вертикально от показания разницы между «сухим» и «влажным» термометрами.

Дефицит насыщения равен:

Точку росы определяем по таблице максимальной упругости водяных паров. В нашем примере абсолютная влажность равна 8,84 г/м³. Находят в таблице температуру, при которой указанная абсолютная влажность полностью насыщает воздух, т.е. становится максимальной (9,5⁰). При снижении температуры воздуха в свинарнике ниже 9,5⁰ произойдет конденсация влаги в виде росы на холодных поверхностях стен, перекрытий и т.д. Температура 9,5⁰ и будет точкой росы.

Задание 2. Определение влажности воздуха аспирационным психрометром Ассмана. Прибор состоит из двух ртутных термометров, закрепленных в специальной оправе, имеющий заводной механический вентилятор, обеспечивающий всасывание воздуха возле резервуаров термометра с определенной скоростью — 4 м/сек.

Резервуары термометра помещены в двойную трубу, для защиты их от тепловой радиации и теплопроводности, металлической или пластмассовой оправы. Резервуар одного из термометров обертывается батистом в один слой. Перед началом исследования батист смачивают дистиллированной водой при помощи резиновой груши с пипеткой. Затем заводят пружину вентилятора и подвешивают прибор в месте исследования. Показания с термометров снимают через 5 минут работы вентилятора летом, а зимой через 15 минут. Вычисление абсолютной влажности производится по формуле Шпрунга:

где А — абсолютная влажность, мм. рт. ст.;

Е — максимальное напряжение водяных паров при температуре влажного термометра;

0,5 – постоянный психрометрический коэффициент;

Т₁ -температура в момент отсчета, показываемая сухим термометром;

Т₂ — температура, показываемая влажным термометром, °С;

В – атмосферное давление в момент наблюдения;

755 — среднее атмосферное давление.

Расчеты относительной влажности воздуха, дефицита насыщения и точки росы производят так же, как и по статическому психрометру.

Пример. При исследовании влажности воздуха в телятнике»сухой» термометр показывает 15 ⁰С, «влажный» — 10 ⁰С, барометрическое давление 754 мм рт. ст. В таблице максимальной упругости водяных паров находят Е, которая при 10 ⁰С равна 9,21 г/м³. Подставив эти данные в формулу, рассчитываем абсолютную влажность  по вышеприведенной формуле:

г/м³

Относительная влажность воздуха в телятнике в данном случае равна:

%

Дефицит насыщения составляет:

Точка росы (таблица максимальной упругости водяных паров) равна 5,4⁰.

Пользуясь аспирационным психрометром, относительную влажность можно определить без предварительных вычислений по графику, прилагаемому в инструкции по эксплуатации прибора или по специальной таблице.

Рисунок 7. Психрометр динамический, аспирационный (Ассмана)

 

Задание 3. Устройство гигрометров. Волосяной гигрометр позволяет измерять относительную влажность воздуха в пределах 30-100%. Прибор состоит из металлической рамки, в которой натянут обезжиренный длинный волос. Верхний конец волоса закреплен на пластинке рамки неподвижно, а нижний переброшен через блок. На нижнем конце волоса за блоком укреплен груз в 3 г для натяжения, к оси блока прикреплена легкая тонкая стрелка, верхний ее конец передвигается по шкале. Длина волоса меняется в зависимости от влажности воздуха: он укорачивается в сухом и удлиняется во влажном воздухе. Эти изменения длины передаются стрелке, которая показывает по шкале относительную влажность воздуха в процентах.

Рисунок 8. Гигрометр МВ-18

 

Задание 4. Устройство гигрографов типа М-21Ас, М-21Ан (с суточным или недельным заводом). Гигрографы применяют для постоянного наблюдения за изменениями влажности воздуха. Гигрограф — самопишущий прибор, он действует по тому же принципу, что и гигрометр, измерительным элементом является пучок обезжиренных волос, расположенных в специальной раме за пределами футляра прибора. Изменения длины пучка волос, вызванное изменением относительной влажности воздуха, передается системе рычагов с прикрепленным к ним пером, которое пишет кривую влажности на вращающемся барабане. При увеличении влажности воздуха пучок удлиняется и стрелка с пером поднимается, а при уменьшении опускается. Вращение барабана с надетой на него лентой осуществляется часовым механизмом, который помещается внутри барабана и заводится специальным ключом.

Диаграммная лента разделена горизонтальными линиями с ценой деления 2 % относительной влажности воздуха и вертикальными дугообразными линиями с ценой деления соответствующей 15 минутам времени оборота барабана для суточного и 2 часам для недельного гигрографа.

Гигрограф не является абсолютно точным прибором и поэтому правильность записи на ленте периодически (1 раз за 3 сут) контролируют при помощи аспирационного психрометра. Перед установкой прибора в рабочее положение предварительно находят относительную влажность воздуха, а затем устанавливают перо гигрографа регулировочным винтом.

Рисунок 9. Гигрограф типа М-21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты измерения влажности воздуха

Помещение
Зона исследования	Показания термометра		Влажность			Дефицит насыщения	Точка росы
			максимальная	абсолютная	относительная
	сухого	влажного
на высоте 0,5 от пола
на высоте 1,2 м
на высоте 1,6 м
В среднем

 

Подвижность воздуха внутри помещений обусловлена: направлением и силой ветра; наружной и внутренней температурой воздуха; способом размещения животных; наличием вентиляционных систем.

Задание 5. Определение скорости движения воздуха кататермометрами. Кататермометры могут иметь цилиндрический или шаровой резервуар и позволяют определить скорость охлаждения прибора или катаиндекс, зависящий от температуры, влажности и подвижности окружающего воздуха. Пределы измерения от 0,04 до 15 м/сек. Кататермометры делятся на низкоградусные, среднеградусные и высокоградусные. Резервуар прибора заполнен окрашенным спиртом, верхняя часть спиртового резервуара переходит в капиллярную трубку, которая оканчивается вверху небольшим цилиндрическим расширением. Шкала прибора разделена на градусы: от 35⁰ до 38⁰ или от 33° до 40° (среднеградусный прибор). На обратной стороне шкалы нанесен фактор прибора, для каждого прибора он индивидуальный. Фактором кататермометра называется величина потери тепла с 1 см² поверхности резервуара прибора за период охлаждения.

Правила работы с прибором

Сначала определяют охлаждающую способность воздуха, а затем скорость его движения.

1. Перед исследованием резервуар кататермометра опускают в воду, нагретую до 60 °С, и ждут, пока спирт не заполнит на 1/3 верхнее цилиндрическое расширение (в резервуаре не должно быть пузырьков воздуха). После этого резервуар досуха вытирают сухой салфеткой. Прибор подвешивают или удерживают на вытянутой руке в зоне измерения.
2. По секундомеру определяют время, в течение которого столбик спирта опустится от +38 до +35 ⁰С. Измерения проводят не менее 3-5 раз и вычисляют среднее значение.

Рисунок 10. Кататермометры (а – цилиндрический; б — шаровой)

3. В это же время термометром измеряют температуру воздуха в данной точке.

Величину охлаждения кататермометра рассчитывают по формуле:

где Н искомая величина охлаждения с 1 см³  резервуара кататермометра за 1 сек (катаиндекс), мкал/(с×см²); F- фактор кататермометра; α- время, в течение которого происходит снижение температуры с +38 до +35 ⁰С, сек.

Зная величину охлаждения (H) и температуру окружающего воздуха, определяют скорость движения воздуха, пользуясь эмпирическими формулами.

Для вычисления скоростей движения воздуха менее 1 м/с применяют формулу Хилла:

, а для вычисления скоростей движения воздуха более 1 м/с пользуются формулой Вейса , где V—искомая скорость движения воздуха, м/с; H-величина охлаждения, мкал/(с×см²); Q –разность между средней температурой кататермометра (36,5⁰ С) и температурой в точке измерения, ⁰С;

0,2; 0,4; 0,13; 0,47-эмпирические константы.

Пример: При определении скорости движения воздуха в телятнике было установлено: время, в течение которого произошло снижение температуры с +38 до 35 ⁰С, равно 6 сек. Средняя температура в точке исследования равна (12,4+12,6):2=12,5 ⁰С. Фактор кататермометра равен 628.

Вычисляем катаиндекс: . Определяем Q. Q=36,5-12,5=24⁰С. Затем находим частное H/Q – 8,26:24=0,34

Подставив, цифровые величины в формулу для скорости движения воздуха меньше 1 м/с находим скорость движения воздуха

Примечание: если частное H/Q меньше 0,6, то расчет ведут по формуле Хилла, а если равно или больше 0,6 используют формулу Вейса.

При соблюдении нормативов температур скорость движения воздуха в зоне расположения животных бывает от 0,15 до 1,0 м/с.

Задание 6. Определение скорости движения воздуха динамическими анемометрами. Скорость движения воздуха в животноводческих и птицеводческих помещениях, вытяжных каналах можно измерить динамическими анемометрами: крыльчатым анемометром типа АСО-3, вне помещения – чашечными анемометрами МС-13 и М-61.

Различают анемометры динамические и статические. Динамическими анемометрами скорость движения воздуха определяют по числу оборотов, а статическими — по отклонению пластинки.

Крыльчатый анемометр АСО-3 предназначен для измерения скорости движения воздуха в пределах от 0,5 до 5 м/сек. Воспринимающей частью прибора является крыльчатка, огражденная широким металлическим кольцом (диффузором). Она при помощи оси связана со счетным механизмом, шкала которого имеет 3 циферблата измерений: тысяч, сотен и единиц. Включение и выключение анемометра производится арретиром. Перед измерением скорости воздушного потока записывают начальное показание (пример, стрелка на циферблате «1000»-между 3 и 4, на циферблате «100»-между 7 и 8, а на циферблате десятков и единиц- против 54). Показание в данном случае имеет значение 3754. Затем анемометр располагают в воздушном потоке осью крыльчатки вдоль его направления и, добившись равномерного вращения крыльчатки вхолостую, одновременно включают механизм прибора и секундомер. Измерение проводят в течение 100 сек после чего механизм и секундомер выключают, записывают конечное показание счетчика. Разделив разность первоначального и конечного показаний на 100 с, находят число делений в секунду. Скорость движения воздуха определяют по графику, прилагаемому к прибору (их два: один применяется при скорости воздушного потока до 1 м/с, второй- 1-5 м/с.).

Пример: начальное показание счетчика 4832, конечное- 5000. Разность в показаниях:5000-4832=168. Число делений в 1 с равно 168/100=1,68. Согласно графика искомая скорость движения воздуха равна 0,96 м/с.

Чашечный анемометр типа МС-13 позволяет измерять скорость движения воздуха вне помещения от 1 до 20 м/сек. Отличается от крыльчатого только ветроприемником, где вместо крыльчатки- крестовина с 4 полыми полушариями. Измерение скорости воздушного потока аналогично предыдущему. Только ось анемометра должна находиться в вертикальном положении.

Расчет подвижности производят по графику так же, как и при использовании крыльчатого анемометр

Рисунок 11. Анемометры

 

Рисунок 12. Метеоскоп-М (измеритель параметров микроклимата

Вопросы для обсуждения

1. Назовите источники накопления влаги в воздухе помещений для животных, меры предупреждения и регулирования ее.
2. Как влияет влажность на физиологическое состояние животных?
3. Предельно допустимая влажность внутреннего воздуха в помещениях для содержания молодняка сельскохозяйственных животных, взрослых особей, птицы.
4. Какие приборы применяют для определения относительной влажности воздуха и на чем основан принцип работы этих приборов?
5. Что такое абсолютная влажность и как ее можно рассчитать при помощи психрометров Августа и Ассмана?
6. Что такое максимальная влажность воздуха и как ее можно определить?
7. Что такое точка росы?
8. Что такое дефицит насыщения?
9. Как влияет влажность на терморегуляцию у животных, загазованность помещений?
10. Гигиеническое значение для животных подвижности воздуха.
11. Как влияет подвижность воздуха на терморегуляцию у животных?
12. Для какой цели определяют скорость движения воздуха в животноводческих помещениях?
13. Какие меры применяют в целях предупреждения сквозняков в помещениях для сельскохозяйственных животных?
14. Как влияет подвижность воздуха на систему работы вентиляции?
15. Предельно допустимые скорости движения внутреннего воздуха для различных видов сельскохозяйственных животных и птицы.
16. Основной господствующий ветер в зимне-стойловый период в нашей зоне, меры предупреждения его воздействия на животноводческие здания.
17. Как с помощью кататермометра определить подвижность воздуха?
18. Как с помощью крыльчатого и чашечного анемометров определить скорость движения внутреннего и наружного воздуха?
19. Как по подвижности внутреннего воздуха можно определить качество работы естественной вентиляции?
20. Факторы, влияющие на охлаждающую способность воздуха.

Результаты измерений

Зона исследования	Показатель				Скорость движения воздуха, м/с
	T	F	H	Q
На высоте  от пола:
0,5 м
1,2 м
В среднем: