Problem Stresu Cieplnego
Krowy mleczne hodowane w oborze są codziennie narażone na uciążliwe ciepło. Zarówno przemiany metaboliczne krowy, jak i przekształcanie składników odżywczych w mleko, są procesami egzotermicznymi. W momencie, kiedy krowa zaczyna wydzielać więcej ciepła niż jest w stanie pasywnie oddać do otoczenia, podlega ona zjawisku stresu cieplnego. Tego typu sytuacje są bardzo częste, również w polskim klimacie, ponieważ optymalna temperatura otoczenia dla krowy, znajduje się w granicach 8-16°C, w zależności od wilgotności oraz przepływu powietrza. Reakcje ciała związane z termoregulacją zaczynają się pojawiać w temperaturze 20°C, zaś w połączeniu z wysoką wilgotnością powietrza, wymiana ciepła staje się ograniczona.
Krowa narażona na stres cieplny zaczyna intensywnie się pocić, a jej oddech zaczyna przyspieszać, dzięki czemu jest w stanie oddać więcej ciepła do otoczenia w procesie parowania wody. Ponadto przyjmuje ona częściej pozycję stojącą, która ułatwia opływ powietrza i tym samym zwiększa wymianę ciepła na drodze konwekcji.
W celu ograniczenia ciepła emitowanego w procesach metabolicznych, krowa w naturalnym mechanizmie zaczyna ograniczać spożycie paszy, jednocześnie jej zapotrzebowanie na energię zaczyna rosnąć, w efekcie wydajność mleczna spada w zakresie od 10% do 25%. Dodatkowo krowa zaczyna selekcjonować paszę wybierając najbardziej treściwe elementy, co prowadzi do zakwaszenia organizmu (letnia kwasica) oraz niezrównoważonej gospodarki mikroelementami. Stres cieplny powoduje zmiany hormonalne u zwierzęcia, których skutkiem jest zahamowanie reprodukcji. Obniża się także jakość uzyskanego mleka poprzez zmniejszenie zawartości tłuszczu i białek. Ważnym skutkiem zdrowotnym u zwierzęcia jest również obniżenie odporności krowy.
W okresie zmiennych warunków klimatycznych, zjawisko stresu cieplnego jest szczególnie trudne do przetrwania, ponieważ zwierzęta potrzebują nawet do kilku tygodni, by przystosować się do nowych warunków, co powodując liczne konsekwencje finansowe dla producenta mleka.
Konwencjonalne Metody Chłodzenia
W celu zminimalizowania zagrożenia stresem cieplnym, producenci mleka mogą podjąć działania w kilku kierunkach:
- zapewnienie zacienienia,
- wprowadzenie elementów, które zapewnią obniżenie temperatury oraz zwiększą przepływ powietrza, poprzez zastosowanie kombinacji systemów zraszaczy, dysz mgielnych oraz wentylatorów.
Niemniej jednak w gorących i wilgotnych warunkach
zapewnienie zacienienia oraz systemu wentylatorów jest niewystarczające, aby zapobiec stresowi cieplnemu. Ponadto wentylatory zużywają znaczną ilość energii elektrycznej, zraszacze i dysze mgielne pracują w otwartym systemie wodnym, co prowadzi do dużego zużycia wody. Natomiast proces klimatyzowania obory jest bardzo złożonym i kosztownym problemem, w szczególności biorąc pod uwagę znaczące straty ciepła wynikające z jej konstrukcji.
System chłodzący RadMAT
Projekt RadMAT powstaje w odpowiedzi na globalne
zapotrzebowanie na system chłodzenia krów, w przemyśle mleczarskim. Na obecnym etapie badań, chłodzenie na drodze konwekcji staje się niewystarczające, w szczególności przy temperaturze otoczenia na poziomie 25°C, kiedy ten typ wymiany ciepła staje się mniej znaczący. Stwarza to potrzebę
zaproponowania systemu, który zwiększyłby oddawanie ciepła z powierzchni ciała krowy. System chłodzący RadMAT spełnia ten warunek poprzez oparcie technologii na przewodzeniu ciepła.
Prototyp przedstawiony w ramach projektu RadMAT połączy komfortową dla zwierzęcia matę wodną z zamkniętym, wodnym systemem chłodzenia. W układzie tym, na skutek powstałej różnicy temperatur, następuje przepływ ciepła między krową a cyrkulującym płynem, co łagodzi stres cieplny u zwierzęcia.
Cele Projektu
Najważniejszym celem projektu jest zasymulowanie, zaprojektowanie oraz zastosowanie nowego systemu chłodzącego w przemyśle mleczarskim. Obejrzyj wideo poniżej by dowiedzieć się więcej o naszych celach:
Symulacja
W pierwszym etapie projektu stworzony zostanie numeryczny model maty wodnej, a następnie przeprowadzona zostanie symulacja jej pracy w różnych warunkach. Analiza wyników da informację o ilości ciepła wymienianego między krową a otaczającym je środowiskiem.
Rozwój
Następnie zbudowane zostanie laboratoryjne stanowisko badawcze z dostępnym na rynku modelem maty wodnej, która zostanie zmodyfikowana do potrzeb projektu. Cały układ będzie pod nadzorem systemu SCADA (ang. Supervisory Control And Data Acquisition), który zostanie stworzony na rzecz projektu. Na gotowym modelu zostaną przeprowadzone liczne eksperymenty objęte automatycznym systemem kontroli.
Zbudowany prototyp zostanie wypróbowany na wybranej farmie mlecznej. Eksperymenty będą przeprowadzenie na 4 krowach ulokowanych w kontrolowanej klimatycznie oborze. Kilkakrotnie w ciągu dnia mierzone będą:
- wydajność mleczna (MY, ang. Milk Yield),
- spożycie suchej paszy (DMI, ang. Dry Matter Intake),
- temperatura odbytnicza (Tre, ang. Rectal Temperature),
- i szybkość oddechu (RR, ang. Respiration Rate).
Wdrożenie
Finalnie zostanie dobrany oraz zasymulowany system produkcji oraz dystrybucji wody chłodzącej w układzie wykorzystującym zaprojektowane maty chłodzące. Podstawą doboru będzie przeprowadzony bilans cieplny i wyznaczone zapotrzebowanie na moc chłodniczą obory.
