KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Stájové mikroklima

Anna Šimková, Luboš Smutný, František Krupka, Kateřina Švejdová, Miloslav Šoch

 
 
Pro splnění neustále rostoucích požadavků na produkci hospodářských zvířat v živočišné výrobě je nezbytné zajistit vhodný welfare – životní podmínky chovaných zvířat. Optimalizace stájového mikroklimatu je možná za použití inteligentního systému detekce jednotlivých parametrů, např. teploty, vlhkosti vzduchu, katahodnoty či přítomnosti některého stájového plynu. Hlavním přínosem měření mikroklimatických podmínek pro chovatele je shromáždění objektivně naměřených hodnot popisujících prostředí stáje a životní podmínky zvířat a možnost porovnat je s doporučenými hodnotami.
 
Providing of suitable welfare in livestock production is necessary for the constantly increasing requirements on livestock production. Optimization of stable microclimate is possible through the intelligent detection system of individual parameters, such as temperature, air humidity, cooling value of the environment or the presence of any stable gas. The main benefit of measurement of microclimate conditions for farmers is gathering of objectively measured data describing the stable environment and animal welfare and opportunity to compare them with the recommended values.
 

1. Úvod

Stájové mikroklima je možné charakterizovat jako určitý stav vzdušného prostředí ve stáji, které je tvořeno fyzikálními, chemickými a biologickými faktory. Mezi fyzikální faktory se řadí teplota, vlhkost a proudění vzduchu, ochlazovací účinek prostředí (vyjádřený katahodnotou), sluneční záření, osvětlení, atmosférický tlak a hluk. Chemické faktory jsou tvořeny plyny, které vznikají ve stáji mezi ustájenými zvířaty. Jde zejména o oxid uhličitý, metan, amoniak a sirovodík. Biologické faktory jsou tvořeny prachem a mikroorganismy, které jsou rozptýleny v ovzduší.
 
Fyzikální, chemické a biologické prvky působí v komplexu podmínek vnějšího prostředí nejen na organismus ustájených zvířat, ale i na techniku. Mikroklimatické parametry jsou ovlivňovány vnějšími povětrnostními podmínkami, způsobem větrání a vytápěním prostoru, tepelnou zátěží prostoru vlivem provozovaných technických zařízení, množstvím a činností lidí i zvířat, strojů, přístrojů i osvětlení a tepelně-technickými vlastnostmi stavby.
 
Zajištění optimálních podmínek stájového prostředí by mělo být prioritou každého chovatele, neboť vhodnými podmínkami mikroklimatu stáje je možné dosáhnout optimální konverze krmiva, a tím i přírůstku. Stájové mikroklima je nepopiratelně jedním z nejvýznamnějších faktorů ovlivňujících organismus zvířat [11].
 

1.1 Teplota vzduchu

Nejčastěji měřenou fyzikální složkou mikroklimatu je teplota stájového prostředí. Teplota vzduchu ovlivňuje užitkovost, činnost termoregulačních funkcí, schopnost reprodukce a celkový zdravotní stav zvířat. To, jak bude chované zvíře tolerantní k tepelnému a chladovému stresu, je ovlivněno i plemenem zvířete a úrovní krmné dávky.
 
Výzkum zjistil, že velmi pozitivní vliv na eliminaci tepelného stresu zvířat měla relativní vlhkost. Její vliv je větší než rychlost proudění vzduchu do úrovně 0,5 m·s–1.
 
Teplota vzduchu je naopak ovlivněna teplotou povrchů stěn, podlah a dalších stájových konstrukcí a teplotou povrchů těl zvířat. Současně rozhoduje o hodnotách dalších faktorů, kterými jsou vlhkost a proudění vzduchu [5].
 

1.2 Vlhkost vzduchu

Hlavním zdrojem vlhkosti ve stájích jsou zvířata sama, mokré plochy i vodní zdroje. Vlhkost vzduchu je vyjadřována hodnotami bioklimatologických veličin: měrnou (absolutní) vlhkostí vzduchu, maximální vlhkostí vzduchu, relativní vlhkostí vzduchu, relativní vlhkostí ekvivalentní (virtuální), rosným bodem a sytostním doplňkem.
 
Organismus zvířat reaguje na vlhkost vzduchu v extrémních situacích při velmi vysokých nebo při velmi nízkých hodnotách relativní vlhkosti. U většiny hospodářských zvířat je možné se nejčastěji setkat s problematikou příliš vlhkého vzduchu. Jen v halách drůbeže se lze setkat s nízkou vlhkostí vzduchu.
 
Příliš vlhký vzduch zhoršuje kvalitu vdechovaného vzduchu, neboť se v něm velmi dobře rozmnožují mikroorganismy a plísně. Je-li vlhký vzduch i chladný, hospodářská zvířata ztratí mnohem více tepla, než kdyby byl vzduch o stejné teplotě suchý. Příliš suchý vzduch negativně ovlivňuje ochrannou funkci sliznic horních cest dýchacích, které příliš vysušuje.
 

1.3 Proudění vzduchu

Pocit pohody – welfare – zvířat je ovlivňován prouděním vzduchu. V okamžiku, kdy je teplota vzduchu nižší než povrchová teplota těla, zvíře je proudícím vzduchem ochlazováno. V zimních měsících hrozí, že takový odvod tepla bude pro zvíře nežádoucí. Naopak v létě je proudění vzduchu pro zvířata žádoucí.
 
V zimním období je vhodná rychlost proudění vzduchu pro dojnice, telata, jalovice a výkrm 0,25 m·s–1. V letním období je vhodná rychlost 0,50 m·s–1. Ve dnech, kdy je teplota vzduchu vyšší než 22 °C, je pro dojnice vhodná rychlost proudění 1,00 m·s–1, v dojírně je ale vhodnější rychlost jen 0,50 m·s–1. Pro telata v profylaktoriu a v mléčné výživě je optimální rychlost proudění vzduchu 1,00 m·s–1, v rostlinné výživě již 1,50 m·s–1. Pro jalovice a výkrm to je 2,00 m·s–1.
 
Pro chov selat je optimální rychlost proudění vzduchu 0,20 m·s–1, ve výkrmu 0,30 m·s–1. Také pro odchov prasnic, zapuštěné a březí prasnice a kance je optimální rychlost proudění vzduchu 0,30 m·s–1. Kojící prasnice vyžadují rychlost proudění vzduchu nižší, a to 0,20 m·s–1.
 
Pro drůbež jsou tyto hodnoty velmi podobné. Pro drůbež do pěti týdnů je optimální rychlost proudění vzduchu 0,20 m·s–1 a pro drůbež nad pět týdnů je optimum vyšší, 0,30 m·s–1. Koním vyhovuje rychlost proudění 0,25 m·s–1.
 
Obecně platí, že čím je teplota prostředí ve stáji vyšší, tím je i potřeba čerstvého vzduchu větší, a naopak.
 

1.4 Ochlazovací účinek prostředí

Ke kompletnímu zhodnocení tepelné pohody zvířat je využívána hodnota ochlazovacího účinku prostředí neboli katahodnota. Ochlazovací účinek prostředí vyjadřuje množství tepla, které je za určité mikroklimatické situace vydáváno po určitou dobu z jednotky povrchu těla. Pomocí této hodnoty je možné posoudit „tepelný pocit zvířat“, který nelze zjistit ze samotného zkoumání teploty vzduchu, vlhkosti a rychlosti proudění vzduchu.
 
Optimální hodnoty ochlazovacího účinku prostředí pro dospělý skot se pohybují od 290 do 420 W·m–2. Hodnoty nižší než 170 W·m–2 charakterizují velmi teplé až dusné prostředí. Naopak hodnoty nad 500 W·m–2 představují pro zvířata pocit chladu až zimy [10].
 

1.5 Sluneční záření, osvětlení

Sluneční záření je zdrojem tepla, světla a je jedním z faktorů majících okamžitý vliv na welfare hospodářských zvířat.
 
Z testů vyplývá, že skot dává větší přednost místům, která jsou osvětlená, před místy, kde je tma. Až 90 % ustájených dojnic dalo přednost uměle osvětlovanému místu v úrovni 200 až 250 lx před částí s přirozeným režimem světla [4].
 
Osvětlení stájí má kromě biologického významu i význam provozní. Osvětlení je nutné k zabezpečení práce, udržování čistoty zvířat, prostředí a stájového zařízení. Úroveň osvětlení stájí je uvedena v ČSN 36 0088 Osvětlování v zemědělských závodech.
 

1.6 Hluk

Hluk může pocházet z technických zařízení, kterými jsou stájové mechanizační prostředky či vzduchotechnická zařízení, dále to jsou zvuky vydávané zvířaty a zvuky z provozu v okolí stájí.
 
U každého druhu zvířat je jiná hladina hluku, která jim způsobuje stres. Na větší hlučnost negativně reagují především dojnice. Ve velkochovech se intenzita hluku pohybuje od 65 do 95 dB, v některých případech až 120 dB. Velmi negativně působí na chovaná zvířata především krátkodobý hluk. Všeobecně je možné říci, že intenzita hluku přesahující hladinu 90 dB je škodlivá již pro všechny druhy zvířat. Z dlouhodobého hlediska by hluk ve stáji dojnic neměl přesahovat 80 dB.
 

1.7 Chemické složení vzduchu

Stájový vzduch obsahuje nejvíce dusíku, 19,6 až 20,7 % kyslíku a 0,2 až 0,4 % oxidu uhličitého. Dalšími plyny vyskytujícími se v nepatrných koncentracích jsou NH3, H2S, CH4 a jiné, které mohou být i při malých koncentracích toxické.
 
Z uvedeného vyplývá, že vzduch ve stáji se odlišuje od vzduchu atmosférického. Rozdíly vznikají při vydechování vzduchu zvířaty, plyny vznikajícími z výkalů a moči a zároveň při biochemických pochodech v podestýlce a v chlévské mrvě [10].
 
Objem emisí je ovlivněn i systémem ustájení hospodářských zvířat [3]. Autoři [12] uvádějí, že na objem plynů má vliv druh podestýlky. Jiné koncentrace budou u stelivového ustájení, na hluboké podestýlce, při bezstelivovém ustájení, v ustájení na roštech a v částečně zaroštovaném ustájení. Podle druhu a kategorie ustájených zvířat je možné udat možnou přípustnou hranici pro jednotlivé plyny.
 
Pro oxid uhličitý je uváděna přípustná hranice 0,15 až 0,30 % obj. Ovšem v některých případech nevětraných stájí je možné naměřit koncentrace 0,5 až 1 % obj. oxidu uhličitého. Všeobecně platí, že čím vyšší bude koncentrace oxidu uhličitého, tím více se budou zpomalovat životní projevy zvířat a intenzita výroby.
 
Maximální objemová koncentrace amoniaku ve stájovém vzduchu je stanovena na 0,002 %. Zvýšené koncentrace amoniaku zvyšují dispozici k mnoha onemocněním a negativně ovlivňují užitkovost. Jednou z možností, jak ovlivnit zatížení stájí amoniakem, je úprava větracích systémů, zmenšení obsahu dusíku v krmné dávce, využívání krmiv s vysokou stravitelností dusíkatých látek či snížení koncentrace proteinů v krmné dávce [2].
 
V [6] je uvedeno, že největší množství amoniaku se u skotu tvoří na povrchu podlahy stáje vlivem katalytického rozkladu moči.
 
Obvykle je udávána maximální koncentrace pro sirovodík do 10 ppm. Nebezpečný je jeho kumulativní charakter: při vdechování nízkých koncentrací se sirovodík v organismu zadržuje a dochází k chronickým otravám, které se projevují celkovou slabostí, poklesem hmotnosti, pocením, záněty spojivek a katary horních cest dýchacích. Účinek sirovodíku zvyšuje velká vzdušná vlhkost.
 
Literatura neuvádí přímý vliv metanu na zdravotní stav ustájených zvířat. Emise metanu jsou nejvíce závislé na přijatých proteinech, rozpustných cukrech, lipidech a sušině v krmivu. Podle analýzy [1] vyprodukuje dojnice za jeden rok 95 až 125 kg metanu. Omezování produkce metanu je důležité z ekologických důvodů, protože zemědělství je velkým producentem tohoto skleníkového plynu.
 

1.8 Prach

Množství a složení prachových částic závisejí na druhu a kategorii hospodářských zvířat, na typu ustájení, způsobu chovu, ročním období, druhu krmiva a na celkové čistotě stáje. Orientačně je uváděno, že prašnost by neměla přesáhnout hodnotu 10 mg·m–3.

 

1.9 Mikroorganismy rozptýlené v ovzduší

Mikrobiální kontaminace kolísá v rozmezí od 1·103 do 1·108 m–3. Ve stájích se nejčastěji vyskytují různé druhy streptokoků, stafylokoků, entrokoky, pasterely, sporulující bakterie či plísně nebo viry. Počet mikroorganismů by neměl přesáhnout 250·103 m–3.
 
Obdobně jako u prachu, i mikroorganismy rozptýlené v ovzduší mají různý původ. Kontaminaci je možné rozdělit na dva zdroje. Prvním zdrojem je kontaminace primární, ovlivněná zvířaty, lidmi a použitými materiály. Vzniká při běžném či zesíleném vydechování zárodků ve vydechovaném vzduchu. Druhým zdrojem je sekundární kontaminace, která je podmíněna technickými podmínkami, jež ovlivňují množství částic v ovzduší i dobu jejich cirkulace.
 
Z analýz bylo zjištěno, že kontaminace mikroorganismy vzroste v okamžiku, kdy se zvýší teplota a současně poklesne relativní vlhkost stájového ovzduší.
 

2. Měření parametrů mikroklimatu

Přístroje na měření parametrů mikroklimatu lze rozdělit do dvou skupin – laboratorní a provozní.
 
Laboratorní přístroje jsou primárně určeny pro výzkum, vývoj a testování. Odtud se i odvíjejí jejich typické vlastnosti: vyznačují se velkou přesností a velkým spektrem měřených veličin. Tyto dobré vlastnosti jsou však vykoupeny mnoha negativy. Laboratorní přístroje nejsou přizpůsobeny pro dlouhodobé použití ve stáji. K dosažení velké přesnosti jsou třeba pravidelné kalibrace. Přístroje jsou drahé, ovládaní přístrojů je poměrně složité a vyžaduje náležitě proškolenou obsluhu.
 
Vedle toho je u provozních přístrojů kladen důraz především na minimální požadavky na obsluhu a údržbu, dlouhou životnost ve stáji, nízkou cenu a nízké provozní náklady. Tyto vlastnosti jsou vykoupeny především horší přesností a u chemických senzorů často i křížovou citlivostí [8]. Také spektrum měřených veličin je často menší. Provozní přístroje se soustřeďují především na měření veličin, které mají maximální vypovídací hodnotu o stavu mikroklimatu a zároveň je lze snadno a levně měřit.
 
Firma Agrosoft Tábor, s. r. o., se ve svém vývoji soustředila na sestavení levného, uživatelsky přívětivého a dostupného systému na sledování stájového mikroklimatu. Systém umožňuje sledovat mnoho parametrů na několika místech současně. Vlastní měření je zajištěno inteligentními snímači. Snímač v daném místě změří sledovaný parametr mikroklimatu, změřenou hodnotu následně zpracuje a předá po sběrnici do řídicího počítače. Řídicí počítač je obvykle umístěn v technickém zázemí stáje, kde je chráněn před nepřízní stájového mikroklimatu a přímým působením ustájených zvířat. Řídicí počítač
komunikuje se snímači po standardizované průmyslové sběrnici Modbus [7].
 
Řídicí počítač nasbíraná data ukládá do databáze na lokálním disku a v dávkách předává prostřednictvím internetu do cloudu. Přestože se situace stále zlepšuje, často se stává, že ve stájích není k dispozici internetové připojení v dostatečné kvalitě. Je-li spojení krátkodobě nefunkční, řídicí počítač ukládá naměřené údaje pouze lokálně. Po obnově spojení naměřené hodnoty odešle do cloudu dodatečně.
 
V cloudu jsou získané informace dále zpracovány, archivovány a připraveny k prezentování uživateli. Uživatel se může odkudkoliv prostřednictvím internetu ke cloudovému úložišti připojit ze svého stolního počítače, notebooku nebo mobilního telefonu a prohlédnout si aktuální i historická data a množství předem připravených analýz. Zpoždění od změření parametru mikroklimatu po prezentaci uživateli na PC nebo mobilu se běžně pohybuje v rozsahu od 1 do 2 min.
 
Jednotlivé inteligentní snímače jsou jednoúčelové, tj. měří pouze jednu veličinu, popř. malou skupinu veličin, které je nutné měřit společně z důvodu výpočtu různých kompenzací. Snímač vždy provádí kompletní konverzi včetně případné linearizace či kompenzace. Snímače jsou dále doplněny číslicovou dolní propustí, pomocí níž je možné volitelně filtrovat naměřené hodnoty. Nadřazenému systému snímač po sběrnici Modbus předává již zpracované hodnoty.
 
Koncepce jednoúčelových snímačů umožnila výrazně snížit jejich cenu. Zároveň vede k velké pružnosti při navrhování monitorovacího systému – sledovány jsou pouze veličiny, které je nutné sledovat nebo které chce sledovat zákazník.
 
Momentálně jsou v testovacím provozu snímače koncentrací CH4, H2S (obr. 1), NH3, kvality vzduchu (AirQuality), teploty a katahodnoty, teploty a vlhkosti. Připravovány jsou však i další: koncentrace CO2, rychlosti proudění vzduchu, intenzity osvětlení, prašnosti atd.
 

3. Testy v praxi

V rámci vývoje jsou snímače i celý systém zpracování dat testovány v laboratorních podmínkách a zároveň ve dvou stájích: v teletníku Řepeč a Účelovém zařízení Čtyři Dvory.
 
Teletník Řepeč je stáj ve vlastnictví Zemědělského družstva Opařany. Ve stáji je ustájeno přibližně 320 telat ve věku pět až patnáct měsíců. Pokusy probíhají nepřetržitě od září 2014. V této stáji jsou testovány především dlouhodobé vlastnosti snímačů a celého systému. Sledována je dlouhodobá přesnost snímačů a opotřebení.
 
Pokusná stáj Účelového zařízení Čtyři Dvory je umístěna v areálu Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Ve stáji jsou ustájeny tři krávy. Ve spolupráci s Centrem BAT (Best Available Technology) Jihočeské univerzity jsou vyvíjené snímače v této stáji doplněny přesnými laboratorními přístroji: analyzátory plynů INNOVA 1412 a Horiba VA 3001. V této stáji je sledována přesnost vyvíjených snímačů a jejich chování při extrémních parametrech stájového mikroklimatu. Souběžně s těmito měřeními probíhají pokusy, při nichž je sledována reakce ustájených zvířat na stájové mikroklima.
 

4. Závěr

Systém určený ke sledování stájového mikroklimatu včasně a spolehlivě detekuje hodnoty jednotlivých parametrů stájového prostředí. Není nutné pořizovat drahá zařízení s komplikovanou obsluhou. Mikroklima ve stáji lze změřit a vyhodnotit cenově dostupným vybavením a přitom stále dosahovat dostatečné přesnosti měření. Měřicí systém může být propojen s výkonnými technickými zařízeními, jako jsou ventilace, osvětlení, žaluzie, plachty, zkrápění zvířat nebo automatický úklid výkalů, a tak lze mikroklima nejenom automaticky sledovat, ale i automaticky řídit.
 
Tento článek vznikl za podpory projektu NAZV QJ1210144.
 
Literatura:
[1] CASEY, J. W. – HOLDEN, N. M.: Analysis of greenhouse gas emissions from the averige Irish milk production system. Agricultural Systems, 2005, 86, s. 97–114.
[2] COLE, N. A. – CLARK, R. N. – TODD, R. W. a kol.: Influence of dietetary crude protein concentration and source on potential amonia emissions from beef cattle manure. Journal of Animal Science, 2005, 83, s. 722–731.
[3] DOLEJŠ, J. – ČEŠPIVA, M. – TOUFAR, O. a kol.: Dynamika působení biopřípravků na eliminaci stájových plynů. In: STŘELCOVÁ, K. – ŠKVARENINA, J. – BLAŽEC, M.: Bioclimatology and natural hazards. International Scientific Conference, Slovakia, 2007.
[4] DOLEŽAL, O. – BÍLEK, M.: Světelná pohoda ve stájích pro dojnice. Preferenční testace. Light welfare in dairy cow stables. VUF Brno, 2001, s. 40–43.
[5] CHLOUPEK, J. – SUCHÝ, P.: Mikroklimatická měření ve stájích pro hospodářská zvířata. Veterinární a farmaceutická univerzita Brno, Fakulta veterinární hygieny a ekologie, 2008, 96 s.
[6] LEINKER, M. – RHEINHARD-HANISCH, A. – BOTELU, E. a kol.: Application of urease inhibitors in dairy facilities to redukce amonia volatilization. In Proc.: Ammonia Conference, Wageningen-Ede, 2007.
[7] MODBUS: Modbus news. [on-line] 2015, [cit. 2015-05-25]. Dostupné z: <http://modbus.org/>.
[8] MURCO GAS DETECTION: How about cross-sensitivity and interfering gases? [on-line] 2015, [cit. 2015-05-25]. Dostupné z: <www.murcogasdetection.com/faq/faq-11-how-about-cross-sensitivity-and-interfering-gases/>.
[9] NICS, B. – LAITAT, M. – FARNIC, F. a kol.: Gaseous emissions from deep-litter pens with straw or sawdust for fattening pigs. In: Animal Science, Part 1, 2004, 78, s. 99–107.
[10] ŠOCH, M.: Vliv prostředí na vybrané ukazatele pohody skotu. Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, 2005, s. 288.
[11] VEČEŘA, M. – FALTA, D. – CHLÁDEK, G. a kol.: The effect of low and high barn temperatures on behaviour and performance of holstein dairy cows. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 2012, s. 343–350.
[12] WALCZAK, J. – HERBUT, E. – KRAWCZYK, W. a kol.: GHG emissions from different pig housing system in the kontext of
animal welfare. Annals of Animal Science, 2004, 1, s. 209–212.
 
Ing. Anna Šimková, Zemědělská fakulta JU v Českých Budějovicích,
Ing. Luboš Smutný, Agrosoft Tábor, s. r. o., Ing. František Krupka, Ph.D., Agrosoft Tábor, s. r. o.,
Ing. Kateřina Švejdová, Zemědělská fakulta JU v Českých Budějovicích,
prof. Ing. Miloslav Šoch, CSc., dr. h. c., Zemědělská fakulta JU v Českých Budějovicích
 
Obr. 1. Fotografie prototypu senzoru H2S
Obr. 2. Porovnání koncentrací CH4naměřených laboratorním přístrojem Innova 1412 a vyvíjeným snímačem CH4(hodnoty byly naměřeny ve školní stáji JČU; měření probíhalo při omezeném větrání stáje)
Obr. 3. Časový průběh hodnoty ochlazovacího účinku prostředí: do času 30. 4. 2015 13:00 byla stáj uzavřena, minimální větrání stáje, dále byla stáj větrána běžným způsobem (hodnoty byly naměřeny ve školní stáji JČU)
Obr. 4. Histogram hodnoty ochlazovacího účinku prostředí v uzavřené stáji, minimalizované větrání (měření probíhalo 27. 4. 2015, 12:00 až 30. 4. 2015, 12:00) a histogram hodnoty ochlazovacího účinku prostředí v běžně větrané stáji (měření probíhalo 1. 5. 2015, 12:00 až 4. 5. 2015, 12:00); hodnoty byly naměřeny ve školní stáji JČU