Psychrometria, Ćwiczenie 4
Zagadnienia
Wilgotnością nazywamy zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna znajduje się w biosferze wszędzie i stanowi od 0,04 do 0,6% masy powietrza atmosferycznego. Każdej temperaturze powietrza odpowiada ściśle określona maksymalna ilość pary wodnej.
Źródłem wilgotności w pomieszczeniach inwentarskich jest ewaporacja fizyczna, ewaporacja fizjologiczna oraz para wodna zawarta w powietrzu wentylacyjnym.
Ewaporacja fizjologiczna – to nieustanny proces parowania z powłok zewnętrznych i dróg oddechowych organizmu zwierzęcego. Wielkość tego parowania zależy od gatunku zwierząt, masy ich ciała, warunków termiczno-wilgotnościowych, itp. Orientacyjna wielkość emisji pary wodnej od zwierząt gospodarskich przedstawiono w tab. 44 i 45.
Ewaporacja fizyczna – to parowanie ze wszystkich mokrych powierzchni wewnętrznych pomieszczenia /ścian, sufitu, podłogi, kanałów gnojowych/ oraz ściółki, nawozu, wilgotnej paszy, itp. Ewaporacja fizyczna, zwana też parowaniem z mokrej powierzchni, stanowi 10-25% ewaporacji fizjologicznej, a w pomieszczeniach obficie spłukiwanych wodą wielkość ta może przekraczać 40% ewaporacji fizjologicznej.
Natomiast para wodna z powietrza zewnętrznego, która dostaje się do budynku podczas wentylacji, stanowi średnio ok. 5-15% ogólnej zawartości pary wodnej w powietrzu pomieszczenia, co oczywiście uzależnione jest od pory roku i intensywności wymiany powietrza.
Wilgotność bezwzględna /aktualna – e/ - jest to bezwzględna zawartość pary wodnej w powietrzu wyrażona w g/m3. Niektórzy autorzy podają jako optymalną wielkość e dla zwierząt gospodarskich 5-9 g/m3, przy czym w praktyce wielkość bezwzględna dochodzi do 15 g/m3.
Aktualna prężność pary wodnej /p/ jest to ciśnienie parcjalne, jakie wywiera para wodna w powietrzu, wyrażone w mm Hg /w układzie SI w Paskalach; 1 mm Hg = 1,333 hPa/.
Przeliczenie prężności pary wodnej na wilgotność bezwzględną odbywa się wg następującego wzoru:
1,06_
e = _t__
1 + 273
gdzie: e – wilgotność bezwzględna w g/m3,
p – prężność pary wodnej w mm Hg lub hPa,
t – temperatura powietrza w 0C.
Z obliczeń wynika, że w temperaturze 160C e = P/1g/m3 = 1 mm Hg = 1.33 hPa/.
3. Wilgotność maksymalna /E/ w g/m3 albo maksymalna prężność pary wodnej /P/ w hPa – to maksymalna ilość pary wodnej jaka musi się zmieścić w powietrzu przy danym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze. Zawsze określonej wartości temperatury odpowiada określona wartość E /P/ - tab. 10-13.
4. Wilgotność względna /f/ - to procentowy stosunek wilgotności bezwzględnej do maksymalnej:
f =
gdzie: f – wilgotność względna w %,
e – wilgotność bezwzględna /aktualna prężność pary wodnej/,
E – wilgotność maksymalna /maksymalna prężność pary wodnej/.
Wilgotność względna wskazuje na stopień wysycenia powietrza parą wodną. Jest ona przy e = const. odwrotnie proporcjonalna do temperatury powietrza. Optymalna wartość f dla pomieszczeń inwentarskich wynosi 60-80%. Szczegółowe dane zawarte są w tab. 7-9 /rozdz. II/.
5. Niedosyt fizyczny wilgotności /Df/ - to różnica między wilgotnością maksymalną a wilgotnością bezwzględną powietrza w danej temperaturze:
Wielkość ta mówi nam ile jeszcze gramów pary wodnej może zmieścić się w 1 m3 powietrza, aby osiągnąć stan nasycenia. Im większy jest niedosyt fizyczny wilgotności, tym intensywniejsze jest parowanie w pomieszczeniu. W granicach zalecanych wielkości temperatury w pomieszczeniach dla zwierząt wartość Df waha się od 0,4 do 4,5 g/m3.
6. Niedosyt fizjologiczny wilgotności /Nf/ - to różnica między wilgotnością maksymalną /maksymalną prężnością pary wodnej/ w temperaturze 390C /średnia temperatura ciała zwierząt/ a wilgotnością bezwzględną. Niedosyt fizjologiczny wilgotności mówi nam o intensywności parowania organizmu. Obliczamy go ze wzoru:
273 + t
Nf = /P39 – p/ 273
gdzie: Nf – niedosyt fizjologiczny w mm Hg lub hPa,
P39 – maksymalna prężność pary wodnej dla 390C w mm Hg lub hPa,
p – aktualna prężność pary wodnej w mm Hg lub hPa,
t – temperatura powietrza w 0C,
B – aktualne ciśnienie atmosferyczne w mm Hg lub hPa.
Niedosyt fizjologiczny jest kompleksowym wskaźnikiem dynamiki wpływów środowiska powietrznego na intensywność parowania zwierząt. Z doniesień piśmiennictwa wynika, że przy Nf niższym od 40 mm Hg /53,2 hPa/ zwierzęta wykazują objawy złego samopoczucia.
7. Punkt rosy /T/ - to temperatura, przy której wilgotność aktualna /e/ jest równa wilgotności maksymalnej /E/. Poniżej tej temperatury następuje skraplanie się pary wodnej w postaci rosy. Wskaźnik ten ma duże znaczenie zoohigieniczne. Używa się go do określania ciepłochłonności przegród konstrukcyjnych i budowlanych pomieszczeń inwentarskich.
Wpływ wilgotności powietrza na zwierzęta należy zawsze rozpatrywać w kontekście towarzyszącej temperatury. Inny będzie bowiem wpływ wysokiej wilgotności przy wysokiej temperaturze, a inny przy niskiej. Mówimy zatem o czterech układach termiczno-wilgotniościowych:
1. Wysoka temperatura i wysoka wilgotność – zwierzęta przebywające w pomieszczeniu o takim układzie czynników termiczno-wilgotnościowych mają ograniczone możliwości utraty ciepła z organizmu, wskutek utrudnionego parowania. W takich warunkach niedosyt fizjologiczny wilgotności /Nf/ jest bardzo niski i może spadać do zera, a wtedy parowanie zwierząt będzie zupełnie zahamowane. Wysoka wilgotność przy wysokiej temperaturze prowadzić może do hipertermii u zwierząt gospodarskich, co stwierdza się w okresie letnim podczas ich transportu w zamkniętych wagonach lub samochodach. Omawiany układ czynników termiczno-wilgotnościowych spotyka się także przy tzw. chowie łaźniowym świń /hot-house/ w Irlandii i w „tropiku” – w nowym systemie chowu świń w kraju.
2. Niska temperatura i wysoka wilgotność – powietrze o stosunkowo niskiej temperaturze /niższej od optymalnej dla danego gatunku zwierząt/ i o wysokiej wilgotności względnej charakteryzuje się dużą pojemnością cieplną, co powoduje zwiększoną utratę ciepła z organizmu. Wzrost strat ciepła przy niskiej temperaturze i wysokiej wilgotności wynika ze wzrostu ilości ciepła oddawanego na drodze przewodzenia i promieniowania do większej ilości cząsteczek pary wodnej w powietrzu. Duże ochładzanie zwierząt w warunkach wysokiej wilgotności i niskiej temperatury prowadzi do gwałtownego spadku produkcji wynikającego z zachowania bilansu energetycznego oraz zaburzeń procesów metabolitycznych.
W oborach krów wzrost wilgotności o 10% /z 85 do 95%/ spowodował spadek mleczności o 9-12%, a w pomieszczeniach dla tuczu bydła i trzody chlewnej wzrost wilgotności powyżej optimum, przy temperaturach optymalnych lub nieznacznie niższych spowodował wzrost zużycia pasz o 20-35% i spadek przyrostu dziennego o 12-28%. Również u drobiu wzrost wilgotności powyżej 75% prowadzi do zawilgocenia piór, a przez to do zmniejszenia izolacji cieplnej i intensywniejszego wypromieniowania ciepła z organizmu. Następstwem tego oziębienia jest zmniejszenie przyrostów u brojlerów, obniżenie nieśności kur i gorsze wykorzystanie paszy. Zmniejsza się poziom hemoglobiny i erytrocytów we krwi, spada odporność organizmu i wzrasta zachorowalność ptaków.
Ten układ czynników termiczno-wilgotnościowych powietrza występuje najczęściej w okresie jesienno-zimowym i wiosennym i wtedy właśnie obserwuje się u zwierząt szereg schorzeń mających charakter chorób warunkowo zakaźnych /zapalenie oskrzeli, płuc, kolibakteriozy/. Wybitnie wrażliwe są zwierzęta młode, np. cielęta, wśród których straty powstałe w wyniku różnych postaci kolibakteriozy lub bronchopneumonii mogą dochodzić do 50% wielkości stada. Potwierdza to, że wysoka wilgotność powietrza przy niskiej temperaturze prowadzi do obniżenia odporności ogólnej zwierząt młodych. Wysoka wilgotność powietrza w budynkach inwentarskich stwarza ponadto dogodne warunki dla rozwoju drobnoustrojów w powietrzu, co powoduje większe niebezpieczeństwo zakażeń kropelkowych w stadzie. W wyniku wysokiej wilgotności obserwuje się choroby krzywicze, reumatyczne oraz liczne grzybice skóry. Ponadto wskutek dużej ilości pary wodnej w powietrzu szybkiej korozji ulegają wszystkie urządzenia i instalacje wewnętrzne, zawilgoceniu ulegają przegrody budowlane, przez co pogarsza się ciepłochłonność obiektu
3. Wysoka temperatura i niska wilgotność – występuje w pomieszczeniach dogrzewanych. Intensywne parowanie jakie zachodzi w niskiej wilgotności przy wysokiej temperaturze powietrza z powierzchni skóry i błon śluzowych, powoduje ich nadmierne wysychanie i pękanie, co sprzyja inwazji drobnoustrojów. Wykazano, że w chlewni przemysłowej po rozpoczęciu ogrzewania wilgotność względna z 60-80% spadła do 40%, w wyniku czego u znacznej ilości tuczników stwierdzono uporczywy kaszel, zmniejszony apetyt, podwyższenie ciepłoty ciała. Wszystkie te objawy ustąpiły po przywróceniu wilgotności do poziomu 60%. Wysoka temperatura i niska wilgotność występuje dość często w porodówkach dla macior, gdzie w wyniku dogrzewania do 28-320C wilgotność względna spada do 25-30%. Taki układ warunków termiczno-wilgotnościowych w porodówkach może prowadzić do bezmleczności loch.
4. Niska temperatura i niska wilgotność – w pomieszczeniach inwentarskich taki układ czynników mikroklimatycznych jest praktycznie niespotykany. Jedynie w budynkach drewnianych przeznaczonych do „zimnego” wychowu cieląt można stwierdzić w okresie zimowym niską wilgotność przy jednocześnie niskiej temperaturze powietrza. Konsekwencje przebywania zwierząt w takim układzie termiczno-wilgotnościowym zależą od wrażliwości gatunkowej i wiekowej na niskie temperatury środowiska.