|
 Горлов И.Ф., Корниенко С.В., Губаревич А.П., Мосолов А.А.
https://doi.org/10.31208/2618-7353-2025-31-9-23
АННОТАЦИЯ / ABSTRACT
Цель.
Раскрытие закономерности испарительного охлаждения поверхности тела лактирующих коров в помещении в летний период на основе комбинированного подхода с применением биоклиматического индекса и теоретической модели тепломассообмена.
Материалы и методы.
Измерения параметров микроклимата проводились в июле-августе 2025 года в представительных помещениях роботизированного молочного комплекса «Донское» (48°42′42″ с. ш. 44°30′50″ в. д.) в климатических условиях типа Dfa по классификации Köppen. Измерения и оценка параметров микроклимата в помещениях осуществлялись методом неразрушающего контроля с использованием комплекта современных приборов стик-класса, обеспечивающих необходимую точность измерений. Расчетные процедуры формализованы в программе Excel в виде системы электронных таблиц.
Результаты.
По результатам исследования впервые раскрыта закономерность испарительного охлаждения поверхности тела лактирующих коров в помещениях в летний период на основе комбинированного подхода с применением модернизированного температурно-влажностного индекса и теоретической модели взаимосвязанного тепломассообмена на основе уравнений Фурье и Фика. Доказано, что естественная кросс-вентиляция (NCV) помещений имеет низкую эффективность охлаждения (18 %) и не может устранить умеренный дискомфорт животных (THIM = 72,4). Применение потолочных вентиляторов с большим расходом воздуха и низкой скоростью вращения (HVLS) позволяет снизить тепловую нагрузку до уровня легкого дискомфорта (THIM = 71,2) и повысить эффективность охлаждения до 28 %. Капельное орошение с ветроохлаждением животных высокоскоростными панельными вентиляторами (LVHS) обеспечивает комфортные условия для животных (THIM = 66,1) и имеет высокую эффективность охлаждения (89 %), что обусловлено значительным понижением температуры кожи животного по сравнению с его телом (на 7,4 С). Наиболее эффективна система орошения туманом (FSS), как с точки зрения охлаждения (93 %), так и обеспечения комфортных условий для животных по температурно-влажностному индексу (THIM = 61,1).
Заключение.
Раскрытая закономерность испарительного охлаждения поверхности тела лактирующих коров в помещениях в летний период позволяет снизить риск теплового стресса, а следовательно, повысить продуктивность животных летом. Полученные результаты могут быть использованы при актуализации предложений в РД-АПК 1.10.01.01-18.
Abstract
Purpose.
To reveal the pattern of evaporative cooling of the body surface of lactating cows indoors in summer based on a combined approach using a bioclimatic index and a theoretical model of heat and mass transfer.
Materials and Methods.
Microclimate parameters were measured in July-August 2025 in the representative rooms of the Donskoye robotic dairy complex (48 ° 42 ′ 42 ″ N 44 ° 30 ′ 50 ″ E) in climatic conditions of the Dfa type according to the Köppen classification. Measurements and assessment of indoor microclimate parameters were performed using non-destructive testing method and a set of modern stick-class instruments, ensuring the required measurement accuracy. The calculation procedures were formalized in Excel as a spreadsheet system.
Results.
According to the results of the research, the pattern of evaporative cooling of the body surface of dairy cows in the premises in the summer was first revealed on the basis of a combined approach using a modernized temperature and humidity index and a theoretical model of interconnected transfer to heat and mass based on the Fourier and Fick equations. Natural cross-ventilation (NCV) of rooms has been shown to have low cooling efficiency (18 %) and cannot eliminate moderate discomfort of animals (THIM = 72.4). The use of ceiling fans with high air flow and low rotation speed (HVLS) can reduce heat load to a level of mild discomfort (THIM = 71.2) and increase cooling efficiency by up to 28 %. Drip irrigation with high-speed panel fans (LVHS) provides comfortable conditions for animals (THIM = 66.1) and has a high cooling efficiency (89%), which is due to a significant decrease in the skin temperature of the animal compared to its body (by 7.4 C). The most effective fog irrigation system (FSS), both in terms of cooling (93 %) and providing comfortable conditions for animals in terms of temperature and humidity index (THIM = 61.1).
Conclusion.
The disclosed pattern of evaporative cooling of the body surface of lactating cows in the premises in the summer reduces the risk of heat stress, and, therefore, increases the productivity of animals in the summer. The obtained results can be used when updating proposals in RD-APK 1.10.01.01-18.
АВТОРЫ / AUTHORS
Об авторах
И. Ф. Горлов
Поволжский научно-исследовательский институт производства и переработки мясомолочной продукции 400066, Россия, Волгоград, ул. Рокоссовского, д. 6
Горлов Иван Федорович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАН, главный научный сотрудник, отдел производства продукции животноводства E-mail: niimmp@mail.ru; тел.: 8 (8442) 39-10-48
С. В. Корниенко
Волгоградский государственный технический университет 400005, Россия, Волгоград, пр-т им. Ленина, д. 28 E-mail: skorn73@mail.ru
Корниенко Сергей Валерьевич, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой, кафедра «Архитектура зданий и сооружений»
А. П. Губаревич
Волгоградский государственный технический университет 400005, Россия, Волгоград, пр-т им. Ленина, д. 28 E-mail: gap-vlg2001@mail.ru
Губаревич Александр Павлович, аспирант, кафедра «Архитектура зданий и сооружений»
А. А. Мосолов
Поволжский научно-исследовательский институт производства и переработки мясомолочной продукции 400066, Россия, Волгоград, ул. Рокоссовского, д. 6 E-mail: niimmp@mail.ru
Мосолов Александр Анатольевич, доктор биологических наук, главный научный сотрудник, комплексная аналитическая лаборатория
About the Authors
I. F. Gorlov
Volga Region Research Institute of Manufacture and Processing of Meat-and-Milk Production 6, Rokossovsky st., Volgograd, 400066, Russian Federation
Ivan F. Gorlov, Dr. Sci. (Agriculture), Professor, Academician of RAS, Chief Researcher, Livestock Production Department E-mail: niimmp@mail.ru; tel.: +7 (8442) 39-10-48
S. V. Korniyenko
Volgograd State Technical University 28, Lenin Av., Volgograd, 400005, Russian Federation E-mail: skorn73@mail.ru
Sergey V. Korniyenko, Dr. Sci. (Technology), Associate Professor, Head of the Department, Department of Architecture of Buildings and Structures
A. P. Gubarevich
Volgograd State Technical University 28, Lenin Av., Volgograd, 400005, Russian Federation E-mail: gap-vlg2001@mail.ru
Alexander P. Gubarevich, Postgraduate Student, Department of Architecture of Buildings and Structures
A. A. Mosolov
Volga Region Research Institute of Manufacture and Processing of Meat-and-Milk Production 6, Rokossovsky st., Volgograd, 400066, Russian Federation E-mail: niimmp@mail.ru
Alexander A. Mosolov, Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher, Complex Analytical Laboratory
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ / REFERENCES
Список источников
1. Gorlov I.F., Slozhenkina M.I., Kholodov O.A., et al. A novel method to determine the growth potential of agricultural enterprises in various business plans // Argumenta Oeconomica. 2022. No. 2(49). P. 219-239. https://doi.org/10.15611/aoe.2022.2.11.
2. Józwiak W., Mirkowska Z., Sobierajewska J., et al. Environmental, climate, and economic aspects of dairy cow farming // Problems of Agricultural Economics. 2023. Vol. 376 (3). P. 26-46. https://doi.org/10.30858/zer/170890.
3. Nelson C.R., Janni1 K.A. Dairy cow thermal balance model during heat stress: Part 1. Model development // Journal of the ASABE. 2023. Vol. 66(2). P. 441-460. https://doi.org/10.13031/ja.15190.
4. Корниенко С.В., Кизеров А.А., Горлов И.Ф. Вентиляция с нагнетанием или разряжением воздуха в помещениях для животных // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2025. № 1 (79). С. 282-293. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2025-01-29.
5. Рудобашта С.П., Кривицкий А.О. Эффект испарительного охлаждения животноводческого помещения в зависимости от широты местности в России // Техника и технологии в животноводстве. 2025. Т. 15. № 1. С. 5-13. https://doi.org/10.22314/27132064-2025-15-1-5.
6. Gebremedhin K.G., Wu B. A model of evaporative cooling of wet skin surface and fur layer // Journal of Thermal Biology. 2001. Vol. 26. Issue 6. P. 537-545. https://doi.org/10.1016/S0306-4565(00)00048-6.
7. Polsky L., von Keyserlingk M.A.G. Invited review: Effects of heat stress on dairy cattle welfare // Journal of Dairy Sciences. 2017. Vol. 100. Issue 11. P. 8645-8657. https://doi.org/10.3168/jds.2017-12651.
8. Min L., Li D., Tong X., et al. Nutritional strategies for alleviating the detrimental effects of heat stress in dairy cows: A review // International Journal of Biometeorology. 2019. Vol. 63. P. 1283-1302. https://doi.org/10.1007/s00484-019-01744-8.
9. West J.W. Effects of heat-stress on production in dairy cattle // Journal of Dairy Science. 2003. Vol. 86. Issue 6. P. 2131-2144. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(03)73803-X.
10. Strickland J.T., Bucklin R.A., Nordstedt R.A., et al. Sprinkler and fan cooling system for dairy cows in hot, humid climates // Applied Engineering in Agriculture. 1989. No. 5. P. 231-236.
11. Habeeb A.A., Gad A.E., Atta M.A. Temperature-humidity indices as indicators to heat stress of climatic conditions with relation to production and reproduction of farm animals // International Journal Biotechnology Recent Advance. 2018. Vol. 1. No. 1. P. 35-50. https://doi.org/10.18689/ijbr-1000107.
12. Hudson C., Kaler J., Down P. Use of big data in cattle practice // Practice. 2018. Vol. 40. P. 396-410. https://doi.org/10.1136/inp.k4328.
13. Gebremedhin K.G., Wu B., Perano K. Modeling conductive cooling for thermally stressed dairy cows // Journal of Thermal Biology. 2016. Vol. 56. P. 91-99. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2016.01.004.
14. Neves S.F., Silva M., Miranda J., et al. Predictive models of dairy cow thermal state: A review from a technological perspective // Veterinary Sciences. 2022. Vol. 9. No. 8. P. 416. https://doi.org/10.3390/vetsci9080416.
15. Kottek M., Grieser J., Beck C., et al. World map of the Köppen-Geiger climate classification updated // Meteorologische Zeitschrift. 2006. Vol. 15. P. 259-263. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2006/0130.
16. Эккерт Э.Р., Дрейк Р.М. Теория тепло- и массообмена. Москва-Ленинград: Госэнергоиздат, 1961. 680 с.
References
1. Gorlov IF, Slozhenkina MI, Kholodov OA, et al. A novel method to determine the growth potential of agricultural enterprises in various business plans. Argumenta Oeconomica. 2022;49(2):219-239. https://doi.org/10.15611/aoe.2022.2.11.
2. Józwiak W, Mirkowska Z, Sobierajewska J, et al. Environmental, climate, and economic aspects of dairy cow farming. Problems of Agricultural Economics. 2023;376(3):26-46. https://doi.org/10.30858/zer/170890.
3. Nelson CR, Jannil KA. Dairy cow thermal balance model during heat stress: Part 1. Model development. Journal of the ASABE. 2023;66(2):441-460. https://doi.org/10.13031/ja.15190.
4. Korniyenko SV, Kizerov AA, Gorlov IF. Ventilation with air supply or vacuum in livestock buildings. Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie = Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2025;79(1):282-293. (In Russ.). https://doi.org/10.32786/2071-9485-2025-01-29.
5. Rudobashta SP, Krivitskiy AO. Effect of evaporative cooling of livestock premises depending on latitude in Russia. Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve = Machinery and technologies in livestock. 2025;15(1):5-13. (In Russ.). https://doi.org/10.22314/27132064-2025-15-1-5.
6. Gebremedhin KG, Wu B. A model of evaporative cooling of wet skin surface and fur layer. Journal of Thermal Biology. 2001;26(6):537-545. https://doi.org/10.1016/S0306-4565(00)00048-6.
7. Polsky L, von Keyserlingk MAG. Invited review: Effects of heat stress on dairy cattle welfare. Journal of Dairy Sciences. 2017;100(11):8645-8657. https://doi.org/10.3168/jds.2017-12651.
8. Min L, Li D, Tong X, et al. Nutritional strategies for alleviating the detrimental effects of heat stress in dairy cows: A review. International Journal of Biometeorology. 2019;(63):1283-1302. https://doi.org/10.1007/s00484-019-01744-8.
9. West JW. Effects of heat-stress on production in dairy cattle. Journal of Dairy Science. 2003;86(6):2131-2144. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(03)73803-X.
10. Strickland JT, Bucklin RA, Nordstedt RA, et al. Sprinkler and fan cooling system for dairy cows in hot, humid climates. Applied Engineering in Agriculture. 1989;(5):231-236.
11. Habeeb AA, Gad AE, Atta MA. Temperature-humidity indices as indicators to heat stress of climatic conditions with relation to production and reproduction of farm animals. International Journal Biotechnology Recent Advance. 2018;1(1):35-50. https://doi.org/10.18689/ijbr-1000107. DOI: 10.18689/ijbr-1000107.
12. Hudson C, Kaler J, Down P. Use of big data in cattle practice. Practice. 2018;(40):396-410. https://doi.org/10.1136/inp.k4328.
13. Gebremedhin KG, Wu B, Perano K. Modeling conductive cooling for thermally stressed dairy cows. Journal of Thermal Biology. 2016;(56):91-99. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2016.01.004.
14. Neves SF, Silva M, Miranda J, et al. Predictive models of dairy cow thermal state: A review from a technological perspective. Veterinary Sciences. 2022;9(8):416. https://doi.org/10.3390/vetsci9080416.
15. Kottek M, Grieser J, Beck C, et al. World map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Meteorologische Zeitschrift. 2006;(15):259-263. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2006/0130.
16. Eckert ER, Drake RM. Theory of heat and mass transfer. Moscow-Leningrad: Gosenergoizdat Publ.; 1961. 680 p. (In Russ.).
Ключевые слова:
испарительное охлаждение, молочная корова, помещение, тепловой стресс, тепломассообмен, биоклиматические индексы, теоретическая модель
Key words:
evaporative cooling, dairy cow, room, heat stress, transfer to heat and mass, bioclimatic indices, theoretical model
Для цитирования:
Горлов И.Ф., Корниенко С.В., Губаревич А.П., Мосолов А.А. Испарительное охлаждение поверхности тела лактирующих коров в помещении // Аграрно-пищевые инновации. 2025. Т. 31. № 3. С. 9-23. https://doi.org/10.31208/2618-7353-2025-31-9-23.
For citation:
Gorlov IF, Korniyenko SV, Gubarevich AP, Mosolov AA. Evaporative cooling of the body surface of dairy cows indoors. Agrarno-pishchevye innovacii = Agrarian-and-food innovations. 2025;31(3):9-23. (In Russ.). https://doi.org/10.31208/2618-7353-2025-31-9-23.
Благодарность:
Работа выполнена в рамках гранта Российского научного фонда № 22-16-00041-П, ГНУ НИИММП.
Аcknowledgement:
The work was carried out within the framework of the grant of the Russian Science Foundation No. 22-16-00041-П, VRIMMP. | 