Medycyna Weterynaryjna - Summary Med. Weter. 68 (7), 430-435, 2012

Praca oryginalna Original paper

Zarówno w badaniach, jak i w praktyce

produkcyj-nej chowu trzody chlewprodukcyj-nej istnieje potrzeba

obiektyw-nego ustalania oddzia³ywania termiczobiektyw-nego otoczenia

na œwinie rosn¹ce. Jest to szczególnie istotne w

wa-runkach wprowadzania nowych sposobów

utrzyma-nia zwierz¹t i rozwi¹zañ konstrukcyjnych budynków

i wentylacji, nowych technik i technologii ¿ywienia

czy te¿ genotypów zwierz¹t. Wspomniane

oddzia-³ywanie mo¿e w badaniach negatywnie wp³ywaæ na

wynik eksperymentu, zw³aszcza za³o¿onego na

wspó³-zale¿noœciach energetycznych. Z kolei w praktyce

hodowlanej znajomoœæ wielkoœci oddzia³ywania

ter-micznego otoczenia pozwala organizowaæ produkcjê

i wykorzystywaæ œrodki techniczne w sposób

zapew-niaj¹cy uzyskanie najwy¿szej efektywnoœci

produkcyj-nej, energetycznej i ekonomicznej. Interakcje

wystê-puj¹ce miêdzy poziomem warunków bytowych

(ter-micznych), ¿ywieniem i emisj¹ ciep³a od zwierz¹t

a wynikaj¹c¹ z genotypu produktywnoœci¹ i jakoœci¹

produktu, mierzon¹ wielkoœci¹ przyrostów dziennych

i jego sk³adem chemicznym, maj¹ wielorakie

powi¹-zania, co utrudnia ich bezpoœredni pomiar. Wydaje siê,

¿e wiarygodnej oceny wystêpuj¹cych

wspó³zale¿noœ-ci mo¿na dokonaæ dopiero po ujêwspó³zale¿noœ-ciu ich w formie

teo-retycznego modelu strukturalnego, w którym jego

po-szczególne sk³adowe (czynniki) mog¹ byæ

modyfi-kowane, co pozwoli oceniaæ ich wp³yw na wynik

koñcowy.

Celem badañ by³o zebranie dostêpnych danych

z zakresu ¿ywienia, kumulacji energii w organizmie,

warunków utrzymania i behawioryzmu œwiñ w

jedno-lity system obliczeniowy oparty na wystêpuj¹cych i w

du¿ej mierze dobrze poznanych powi¹zaniach

ener-getycznych, który, daj¹c wynik obliczeñ o charakterze

iloœciowym, bêdzie w stanie efektywnie wspomagaæ

wybór w³aœciwej drogi poprawy warunków

œrodowis-kowych ich hodowli.

Materia³ i metody

Przy prowadzeniu analiz energetycznych dla potrzeb opracowywanej metody konieczne by³o okreœlenie powi¹-zañ energetycznych miêdzy systemem wartoœciowania pasz, ¿ywieniem œwiñ i przemianami metabolicznymi a paramet-rami œrodowiskowymi i zapotrzebowaniem energetycznym

Obliczeniowa metoda ustalania wymagañ termicznych

œwiñ rosn¹cych dla potrzeb wentylacji

KAZIMIERZ WROTKOWSKI

Katedra Maszyn i Urz¹dzeñ Rolniczych Wydzia³u In¿ynierii Produkcji UP, ul. Poniatowskiego 1, 20-060 Lublin

Wrotkowski K.

Computational method for determining the thermal requirements of growing pigs

for ventilation purposes

Summary

The study presents a method of determining the thermal requirements of swine, that is, a range constrained by lower and upper critical temperatures,. The method is based on energy relationships between the nutrition system, the process of energy accumulation in an animal’s organism, the amount of heat produced, and the possibilities of returning this heat to the environment depending on conditions in the immediate surroundings of swine. The method consists of a uniform calculation system formed by commonly known and practically applied formal descriptions of the above energy interactions. The model of the animal’s growth is implemented with and based on qualitative changes in the chemical composition of daily gains as a function of the animal’s body weight. This makes it possible to link these energy interactions with the animal’s genotype, as well as its production and breeding parameters, such as the daily gain and its chemical composition, feed consumption, the efficiency of the utilization of energy provided with feeds, efficiency measured with the daily gain, etc. Moreover, the method makes it possible to determine the ambient temperature needed to maintain a constant thermal interaction with the surroundings regardless of changes in technological factors such as feeding intensity or animal husbandry conditions. This may be useful in comparative research, in which disturbing influences of the environment on the rate and composition of the animal’s daily gains need to be eliminated.

wentylacji i ogrzewania. Z punktu widzenia prowadzonej produkcji, elementem centralnym tych powi¹zañ jest orga-nizm zwierzêcia. St¹d te¿ uwzglêdniaj¹c utylitarn¹ stronê opracowywanej metody i wykazania wp³ywu czynnika bio-logicznego (genotypu), dane o potencjale wzrostowym œwiñ przyjêto dla ich krajowej populacji (9) ¿ywionych restryk-cyjnie oraz dla starszych ras mangalika i landrace (1).

W przypadku systemu wartoœciowania pasz ustalenie interakcji energetycznych jest stosunkowo proste, bowiem wszystkie licz¹ce siê systemy oparte s¹ na energii chemicz-nej zawartej w sk³adnikach od¿ywczych paszy. Mo¿liwe jest wiêc analizowanie ró¿nych sk³adów i wielkoœci diet pokarmowych oraz kosztów ich pozyskiwania.

Model wzrostu zwierzêcia. Proces trawienia i odk³ada-nia wch³oniêtych z paszy sk³adników w formie przyrostu dziennego, jak równie¿ jego intensywnoœæ zmienia siê wraz ze wzrostem zwierzêcia. Zmiany iloœci bia³ka i t³uszczu w odk³adanym przyroœcie maj¹ g³ównie pod³o¿e hormo-nalne, ale równie¿ œrodowiskowe (21). Jak ogólnie wiado-mo, odk³adanie obu wymienionych sk³adników jest zwi¹-zane z ró¿n¹ wielkoœci¹ strat energii w postaci ciep³a, któ-re nie tylko determinuj¹ ogóln¹ wielkoœæ produkcji ciep³a przez zwierzê, ale tak¿e – na zasadzie interakcji zwrotnej – powoduj¹ zmianê wymagañ termicznych zwierzêcia. Z kolei sk³ad przyrostu jest wa¿n¹ kategori¹ hodowlan¹ i jakoœcio-w¹. Praktyczne znaczenie ³¹cznego analizowania wymie-nionych wspó³zale¿noœci jest zasadne chocia¿by dlatego, ¿e pozwala zautomatyzowaæ proces dostosowywania wa-runków w pomieszczeniu do zmieniaj¹cych siê potrzeb zwierzêcia.

Wiêkszoœæ autorów wzrost zwierzêcia od poczêcia do osi¹gniêcia dojrza³oœci fizjologicznej odwzorowuje, pos³u-guj¹c siê krzyw¹ esowat¹ (5, 6, 8, 11). W dalszym etapie prac do tej formu³y wprowadzano dodatkowe czynniki, jak: d³ugoœæ okresu ci¹¿y, stan zdrowia, masê urodzeniow¹ itp. (2, 3). Wp³yw tych czynników powodowa³ przesuniêcie punktu przegiêcia krzywej oraz zmianê nachylenia jej czêœ-ci œrodkowej. Ta czêœæ krzywej w praktyce hodowlanej odpowiada okresowi tuczu zwierzêcia i z racji wystêpowa-nia w niej punktu przegiêcia jest dobrze odwzorowywana przez prost¹, ewentualnie krzyw¹ wielomianow¹ niskiego stopnia. Ustalenie to, wraz z potwierdzon¹ w badaniach naturaln¹ tendencj¹ œwiñ do wzrostu kompensacyjnego w warunkach ¿ywienia realimentacyjnego (15-18), dopro-wadzi³y do rezygnacji z typowego modelu wzrostu œwiñ wyra¿onego wskaŸnikami iloœciowymi i zast¹pienia go mo-delem jakoœciowym, za którego podstawê przyjêto zmiany sk³adu chemicznego przyrostów dziennych w funkcji masy cia³a.

Do wykreœlenia krzywych sk³adu mog¹ byæ wykorzystane dostêpne wskaŸniki produkcyjne i oceny jakoœciowe tusz wieprzowych, co powinno zagwarantowaæ lepsze odwzo-rowanie ró¿nic genotypowych. Aby mo¿liwe by³o wykreœ-lenie wspomnianych krzywych, tak¿e w sytuacji dyspono-wania niekompletnymi danymi wyjœciowymi, konieczne by³o opracowanie zale¿noœci miêdzy mas¹ netto i brutto zwierzêcia oraz odpowiadaj¹cymi im przyrostami dzien-nymi, a tak¿e miêdzy ich poszczególnymi sk³adnikami che-micznymi (bia³ko, t³uszcz, popió³, woda) i rodzajowymi (miêso, t³uszcz, koœci) wyra¿onymi w funkcji masy brutto zwierzêcia.

Poni¿ej podano przyk³adowe zale¿noœci na ustalanie sk³adowych przyrostów dziennych dla krajowej populacji œwiñ, które wyprowadzono za pomoc¹ MS Excel na pod-stawie danych przytoczonych przez Fandrejewskiego (9) przy ¿ywieniu restrykcyjnym (dla R2 _{= 0,99):}

u_B = –2,4796 · 10–8 _m3 _{+ 9,4505 · 10}–7_m2 ₊ + 8,0162 · 10–5 _{m + 1,6350 · 10}–1 _[1] u_T = 1,5728 · 10–7 _m3 _{– 2,9611 · 10}–5 _m2 ₊ + 3,2598 · 10–3 _{m + 5,6392 · 10}–2 _[2] u_(Po+W) = –1,3228 · 10–7 _m3 _{+ 2,8640 · 10}–5 _m2 _– – 3,3396 · 10–3 _{m + 7,8012 · 10}–1 _[3] oraz krzywe dla rasy landrace ustalone na podstawie infor-macji (1), które przyjê³y postaæ (dla R2 _{= 0,99):}

u_B = 2,3212 · 10–8 _m3 _{– 8,5453 · 10}–6 _m2 ₊ + 4,8690 · 10–4 _{m + 1,3350 · 10}–1 _[4] u_T = –1,1707 · 10–7 _m3 _{+ 4,0229 · 10}–5_m2 _– – 1,5637 · 10–3 _{m +3,3323 · 10}–1 _[5] u_M = 9,7519 · 10–8 _m3 _{– 3,4349 · 10}–5_m2 ₊ + 1,6043 · 10–3 _{m + 5,5057 · 10}–1 _[6] u_K = 2,2351 · 10–8 _m3 _{– 6,5151 · 10}–6 _m2 _– – 7,7599 · 10–6 _{m + 1,15921 · 10}–1 _[7] gdzie:

m_i – masa cia³a zwierzêcia w i-tym dniu tuczu, kg, u_B, u_T, u_(Po+W), u_M, u_K – udzia³ wagowy w przyroœcie

dzien-nym, odpowiednio: bia³ka, t³uszczu, masy nieenerge-tycznej, tkanki miêœniowej i kostnej.

Dla potrzeb prowadzonych obliczeñ energetycznych naj-bardziej dogodny jest sk³ad wyra¿ony sum¹ sk³adników chemicznych, tj. bia³ka (B_i), t³uszczu (T_i) i masy nieenerge-tycznej, tworzonej przez zwi¹zki mineralne (popió³) i wodê (Po_i + W_i). Z kolei w ocenach rzeŸnych, szczególnie wa¿-nych dla hodowcy, istotny jest przyrost (P_i) wyra¿ony sum¹ tkanki miêœniowej (M_i), t³uszczowej (T_i) i kostnej (K_i), zgod-nie z poni¿sz¹ zale¿noœci¹:

P_i = B_i + T_i + Po_i + W_i = M_i + T_i + K_i [8] Piœmiennictwo z zakresu hodowli i ¿ywienia zwierz¹t o charakterze ksi¹¿kowym podaje, ¿e miêdzy iloœci¹ od-k³adanego bia³ka a wi¹zanej w organizmie wody i zwi¹z-ków mineralnych istnieje sta³a proporcja. Niemniej jednak analiza danych (5, 6, 9, 16-18) wykaza³a, ¿e wraz ze wzro-stem masy cia³a w organizmie zwierzêcia z bia³kiem od-k³ada siê mniej wody i zwi¹zków mineralnych. Zmiany te jednak mog¹ byæ z wystarczaj¹c¹ dok³adnoœci¹ opisane funkcj¹ prostoliniow¹. Przyk³adowo: wyprowadzona na podstawie badañ Skiby i wsp. (16, 18) zale¿noœæ na ustale-nie proporcji sk³adników ustale-nieenergetycznych do iloœci od-k³adanego w przyroœcie bia³ka przyjê³a postaæ:

9613 , 4 10 073 , 1 2 ) ( _{=- × +} = + + -i Bi Wi Poi i i i _m u u B W Po R2 _{= 0,99} [9]

i odpowiednio, miêsa do bia³ka na podstawie danych Ale-xandrowicza i Mazarakiego (1) oraz Fandrejewskiego i Raja (10): M B u u m i i Mi Bi i = = -_{2 45 10,} × -3 +_{4 1201,} R2 _{= 0,95} [10]

Na podobnej zasadzie mo¿liwe jest ustalenie innych pro-porcji, pozwalaj¹cych przeliczaæ dostêpne dane

produkcyj-ne na wielkoœci wystêpuj¹ce w obliczeniach eprodukcyj-nergetycz- energetycz-nych (20).

Powi¹zanie zaproponowanego modelu wzrostu zwierzêcia z modelami opisuj¹cymi produkcjê ciep³a oraz jego straty z organizmu zwierzêcia wymaga wprowadzenia wspó³czyn-nika przeliczeniowego masy ¿ywej i przyrostu dziennego brutto, liczonych wraz z treœci¹ uk³adu trawiennego zwie-rzêcia, na ich odpowiedniki netto

9121 , 0 10 5333 , 3 _× 4_{× +} = -i m b [11]

oraz wspó³czynnika odwrotnego, pozwalaj¹cego przekszta³-ciæ przyrost i masê cia³a netto, wynikaj¹ce z obliczeñ ener-getycznych, na wielkoœci brutto

09587 , 1 10 3311 , 4 _× 4_{× +} -= -ci m d [12]

gdzie: m_ci – masa cia³a zwierzêcia netto w i-tym dniu tu-czu, kg.

Model produkcji ciep³a przez zwierzê. Zasady ¿ywie-nia oparte s¹ na zapotrzebowaniu energetycznym organi-zmu zwierzêcia, które ustalane jest jako suma zapotrzebo-wania bytowego i produkcyjnego. W przypadku œwiñ ros-n¹cych wymieniony podzia³ zapotrzebowania doprowadzi³ ostatecznie nie tylko do okreœlenia zapotrzebowania byto-wego, ale równie¿ kosztów energetycznych i sprawnoœci energetycznej odk³adania w przyroœcie dziennym bia³ka i t³uszczu (12, 14). Wymienione wielkoœci s¹ stosunkowo sta³e, niezale¿nie od sk³adu diety pokarmowej, jeœli tylko zosta³a ona zestawiona zgodnie z zasadami ¿ywienia (20), zatem iloœæ ciep³a ca³kowitego emitowanego przez œwiniê mo¿e byæ ustalona z zale¿noœci

q_{c³ .zw} = A_i · M + (1 – ç_B ) B_i ·K_B + (1 – ç_T) T_i ·K_T [13] gdzie:

A_i – masa metaboliczna zwierzêcia w jednostkach meta-bolicznych (JM), liczbowo równa masie cia³a wyra-¿onej w kg i podniesionej do potêgi 0,75,

M – zapotrzebowanie bytowe œwiñ (przyjêto wg krajowych normatywów (19) M = 0,42 MJ/kg0,75 _{: dzieñ = 4,861} W/kg0,75_),

ç_B – energetyczna sprawnoœæ odk³adania t³uszczu w przy-roœcie (przyjêto, jak wy¿ej, ç_B = 0,354),

B_i – iloœæ odk³adanego bia³ka w przyroœcie, kg/szt. i dzieñ, K_B– koszt energetyczny odk³adania bia³ka (przyjêto, jak

wy¿ej, K_B = 67 MJ/kg),

ç_T – energetyczna sprawnoœæ odk³adania t³uszczu w przy-roœcie (przyjêto, jak wy¿ej, ç_B = 0,695),

T_i – iloœæ odk³adanego bia³ka w przyroœcie, kg/szt. i dzieñ, K_T– koszt energetyczny odk³adania t³uszczu (przyjêto, jak

wy¿ej, K_T = 57 MJ/kg).

W powy¿szej zale¿noœci parametry sta³e (M, K_B, K_T) usta-lane s¹ dla tuczu prowadzonego zgodnie z zasadami dobrej praktyki hodowlanej, tj. w warunkach termoobojêtnych.

Model bilansu ciep³a organizmu. W bilansie cieplnym organizmu wystêpuje strumieñ ciep³a metabolicznego (q_met = q_c³.zw), zwiêkszony lub pomniejszony przez ciep³o powstaj¹ce w wyniku pracy miêœni (q_prac) oraz strumienie wymiany zachodz¹cej z otoczeniem na drodze promie-niowania (q_prom), konwekcji (q_konw), przewodnictwa (q_przew) i parowania (q_par). Suma tych strumieni decyduje o wiel-koœci temperatury cia³a, a w przypadku organizmu sta³o-cieplnego – o wielkoœci reakcji uruchamiaj¹cej mecha-nizmy dostosowawcze organizmu, np. przez zmianê ciep³a

oddawanego do otoczenia, a nawet dodatkowo wytworzo-nego ciep³a metaboliczwytworzo-nego:

t D D × × ± = -± ± ± +q q q q q m c t

qc³.zw prac prom konw przew par ci c [14]

gdzie:

c_c – ciep³o w³aœciwe cia³a zwierzêcia (przyjêto jako rów-ne 3,52 kJ/(kg._°C),

Ät – ró¿nica temperatury cia³a wywo³uj¹ca reakcjê beha-wioraln¹, °C,

Äô – czas oddzia³ywania czynnika cieplnego potrzebny do wywo³ania reakcji behawioralnej, s.

W powy¿szej zale¿noœci znak dodatni przypisano stru-mieniowi ciep³a wnikaj¹cemu do organizmu, natomiast ujemny – wychodz¹cemu na zewn¹trz. W warunkach nie-ustalonych wielkoœæ strumienia ciep³a znajduj¹ca siê po prawej stronie równoœci wyra¿a – w zale¿noœci od sytuacji – ciep³o kumulowane lub tracone z organizmu. W stanie ustalonym jest równe zeru. Pozosta³e sk³adowe bilansu powinny byæ w konkretnych warunkach kszta³towane na poziomie gwarantuj¹cym w³aœciwy komfort termiczny, któ-ry najwygodniej jest wyraziæ, ale tak¿e i regulowaæ, tem-peratur¹ powietrza w strefie pobytu zwierzêcia. Jeœli przy-j¹æ jako przes³ankê komfortu minimaln¹ produkcjê ciep³a metabolicznego, tak¹ temperatur¹ w warunkach niskich temperatur bêdzie dolna temperatura krytyczna, natomiast w warunkach wysokich temperatur – górna temperatura krytyczna. Tym temperaturom odpowiada, odpowiednio, maksymalna i minimalna opornoœæ termiczna tkanek, któ-ra, zdaniem fizjologów, jest pierwotn¹ i najszybsz¹ reakcj¹ dostosowawcz¹ organizmu sta³ocieplnego. Formalny opis strat ciep³a u œwiñ w warunkach termoobojêtnych zosta³ opracowany i zweryfikowany przez Bruce’a i Clarka (7). Model ten dostosowano do potrzeb opracowywanej meto-dy przez u¿ycie w nim emisji ciep³a okreœlanej zgodnie z wy¿ej wymienion¹ zale¿noœci¹ (11). Korzystaj¹c z tego modelu, doln¹ temperaturê krytyczn¹ (t_DTK), odpowiadaj¹-c¹ maksymalnej opornoœci tkankowej (R_tk.max), mo¿na usta-liæ ze wzoru: (1 ) ) ( max . . . . max . . . . k R R R R f F R q R R q t t podl tk psk wr podl sk psk wr zw zw tk psk wr zw cl c DTK -+ -× -× -+ -= [15]

w którym ciep³o oddawane na drodze parowania wody (q_zw.zw) okreœla siê ze wzoru:

67 , 0 .zw 0,09(8,0 0,07 i) i zw m m q = + [16]

a opornoœæ warstwy przyskórnej (R_wr.psk), tkankow¹ (R_{tk max}) i legowiska (R_pod³) dla konkretnego zwierzêcia z zale¿-noœci: R v m wr psk i . , , (5, , ) = _{3 15 7}+ × 0 6 -0 13 1 _[17] Rtk.max=0 02, ×mi0 33, [18] 5 , 0 . 33 , 0 45 . (₄₅) (_0,2 ) i sk pod³ sk i pod³ pod³ _F n F m R R × × × × = [19] gdzie:

v – prêdkoœæ ruchu powietrza w strefie pobytu zwierz¹t, m/s,

R_pod³.45 – opornoœæ legowiska ustalona empirycznie dla zwie-rzêcia o masie 45 kg, °Cm2_/W,

n_i – liczba œwiñ w grupie (1 ³ n_i ³ 15), szt.,

F_sk.pod³. – powierzchnia skóry zwierzêcia kontaktuj¹ca siê z legowiskiem, m2_,

zaœ powierzchniê skóry (F_sk) zwierzêcia wyra¿on¹ w funk-cji masy cia³a (m_i) ze wzoru:

Fsk =0 09, ×mi0 67, [20]

Zgodnie z za³o¿eniami Bruce’a i Clarka (7), wspó³czyn-nik kontaktu zwierzêcia z legowiskiem (f) jest zale¿ny od odczucia komfortu termicznego i wynosi w warunkach dolnej temperatury krytycznej

f F F podl sk = = 0 2, _{dla Rpod³.} ³ R_wr.psk i f F F podl sk = = 0 1, dla R_pod³. < R_wr.psk [21] Wspó³czynnik wyra¿aj¹cy wielkoœæ powierzchni skóry (F_kont) wy³¹czonej z wymiany ciep³a z otoczeniem wskutek kontaktu z innymi zwierzêtami w grupie (k) ustala siê ze wzoru: 075 , 0 ) 1 ( 2 - _× = = i i sk kont n n F F k _[22]

Omawiany model wykorzystano równie¿ do wyznacze-nia górnej temperatury krytycznej, wstawiaj¹c do niego zamiast maksymalnej opornoœci tkankowej jej wielkoœæ minimaln¹: (1 ) ) ( min . . . . min . . . . k R R R R f F R q R R q t t podl tk psk wr podl sk psk wr zw zw tk psk wr zw cl c GTK -+ -× -× -+ -= [23]

przy czym: Rtk.min =0 005, ×mi0 33, [24]

Ponadto zmieniono w nim zasady ustalania powierzchni kontaktu zwierzêcia z legowiskiem zgodnie z regu³¹ od-wrotnego oddzia³ywania czynników fizykalnych. Je¿eli zwierzê w niskich temperaturach na legowisku zimnym ogranicza wielkoœæ powierzchni skóry kontaktuj¹cej siê z pod³o¿em, to w warunkach górnej temperatury krytycz-nej na tym samym legowisku oczekiwana reakcja powinna byæ odwrotna, a zatem:

f F F podl sk = = 0 1, _{dla Rpod³}. ³ R_wr.psk i f F F podl sk = = 0 2, _{dla R} pod³. < Rwr.psk [25]

W warunkach tych zwierzê bêdzie przyjmowaæ tak¹ po-zycjê cia³a, która zwiêkszy efektywnoœæ wymiany ciep³a (przez konwekcjê i promieniowanie). Bêdzie to wiêc reak-cja wstêpna przed przyjêciem przez zwierzê postawy sto-j¹cej i wyszukaniem innego miejsca w kojcu, odpowiada-j¹cego aktualnemu poziomowi produkcji i strat ciep³a z or-ganizmu.

Model termostatyczny i jego zwi¹zek z produktyw-noœci¹ i wymaganiami termicznymi zwierzêcia. W celu uzyskania wiêkszej pogl¹dowoœci i efektywnoœci w prak-tycznym stosowaniu zaproponowanej metody konieczne by³o opracowanie modelu termostatycznego, w którym wy-eliminowany zostanie wp³yw ciep³a oddawanego z organi-zmu na drodze parowania. Wykorzystuj¹c wczeœniej opi-sane wielkoœci, model ten zapisano w postaci:

[26] W zale¿noœci tej lew¹ stronê stanowi ró¿nica ciep³a me-tabolicznego i ciep³a oddawanego na drodze parowania, skorygowanego z poziomu temperatury skóry do tempe-ratury cia³a zwierzêcia. Wyra¿a wiêc ona ciep³o jawne (qwol.zw.i). Natomiast prawa strona przedstawia straty tego ciep³a wyra¿one iloczynem ró¿nicy temperatury cia³a i po-wietrza oraz wielkoœci sta³ej, zale¿nej od warunków wy-miany miêdzy organizmem a jego otoczeniem. Wielkoœæ sta³a zale¿y od parametrów zoometryczno-opornoœciowych zwierzêcia, opornoœci termicznej legowiska, prêdkoœci ru-chu powietrza i liczby zwierz¹t w grupie. Obrazem tego modelu w uk³adzie wspó³rzêdnych wyra¿aj¹cych wielkoœæ ciep³a wolnego i temperaturê otoczenia jest linia prosta, przecinaj¹ca oœ temperatur w punkcie tc = 39°C, odpowia-daj¹cej temperaturze cia³a zwierzêcia.

Poniewa¿ straty ciep³a na drodze parowania (równanie 18) pozostaj¹ wy³¹cznie w funkcji masy cia³a, zatem prze-kszta³caj¹c zale¿noœæ 13 i 26 mo¿na uzyskaæ wzór na okre-œlenie iloœci emitowanego z organizmu ciep³a wolnego

) 1 ( ) 1 ( _ .zw i i i B B i T T wol A M B K T K q = × ×j+ × -h + × -h [27] gdzie: psk wr tk psk wr i zw wol zw zw R R R q q . . _ . . 1 + × -= j [28]

Obliczony dla przedzia³u masy zwierz¹t od 10 do 130 kg wspó³czynnik ö przy ¿ywieniu bytowym i maksymalnej opornoœci tkankowej wyniós³ 0,912 ± 0,007, natomiast przy za³o¿eniu minimalnej opornoœci tkankowej 0,856 ± 0,022. Przy zaopatrzeniu bytowym wspó³czynnik ö przyjmuje naj-ni¿sze wartoœci. Podobnie w warunkach produkcyjnych przy tym ¿ywieniu wydzielana jest najmniejsza iloœæ ciep³a

j × ×

=A M

qwol_byt_i i [29]

Wzrastaj¹ca intensywnoœæ ¿ywienia a¿ do wielkoœci od-powiadaj¹cej wzglêdnej pojemnoœci pokarmowej uk³adu trawiennego (ok. 4M) (13), spowoduje zmniejszenie wy-magañ termicznych zwierzêcia zgodnie z zale¿noœci¹:

) ( _ _ . byt DTK c i i zw wol c DTKi t t M A q t t × -× × -= j [30]

Na podobnej zasadzie mo¿na wyprowadziæ zale¿noœæ na okreœlanie temperatury krytycznej w funkcji wielkoœci i sk³adu chemicznego odk³adanego przyrostu, a mianowicie:

[

(1 ) (1 )

]

( _ ) _byt ki B B B T T T c DTK byt DTK DTKi u K u K t t M p t t - + - × -× -= h h j dla p_kM = 0 £ p_ki £ p_{k max} [31] przy czym: P_ki = A._p ki (uM + uT + uK) lub P_ki = A._p ki (uB + uT + u(Po+W)) [32] gdzie:

P_ki– wielkoœæ przyrostu dziennego netto w warunkach ter-moobojêtnych przy temperaturze t_i, kg/szt. i dzieñ, p_ki – wielkoœæ przyrostu dziennego netto w warunkach

ter-moobojêtnych przy temperaturze t_i w przeliczeniu na jednostkê masy metabolicznej, kg/JM i dzieñ, Natomiast zwi¹zek dolnej temperatury krytycznej z iloœ-ci¹ energii dostarczanej w paszy mo¿na wyraziæ nastêpuj¹co:

) ( ) ( . . . . . c i podl tk podl psk wr tk kont podl sk psk wr tk psk wr zw zw zw c³ _{R R} t t F R R F F F R R R q q × -+ + + -= + ×

-[33] dla e_{p_byt} = M £ e_pi £ e_{p max} = oko³o 4M

gdzie:

e_pki= energia metaboliczna dostarczana w paszy w przelicze-niu na jednostkê masy metabolicznej, MJ/(JM· dzieñ) lub W/JM.

Wyniki i omówienie

Przedstawione wy¿ej wzory wyra¿aj¹ tylko

niewiel-k¹ czêœæ mo¿liwych do wyprowadzenia

wspó³zale¿-noœci, przydatnych zarówno w kszta³towaniu

warun-ków œrodowiskowych, jak i w praktyce hodowlanej.

Miêdzy innymi mo¿liwe jest prowadzenie obliczeñ

odwrotnych, polegaj¹cych na okreœleniu wymaganej

minimalnej intensywnoœci ¿ywienia dla znanej lub

planowanej dolnej temperatury krytycznej. Obliczenia

te mo¿na tak¿e prowadziæ dla górnej temperatury

krytycznej, co pozwala okreœlaæ przedzia³ warunków

obojêtnych. Ponadto metoda ta mo¿e byæ u¿yta do

projektowania zgodnego oddzia³ywania termicznego

otoczenia na zwierzêta utrzymywane w ró¿nych

wa-runkach technologicznych (21-23).

Niew¹tpliw¹ zalet¹ proponowanej metody jest

mo¿-liwoœæ formu³owania wi¹¿¹cych opinii w zakresie

skut-ków proponowanych zmian w procesie

projektowa-nia i modernizacji wentylacji. Jest to mo¿liwe

dlate-go, ¿e zosta³a oparta na strukturalnym modelu –

sys-temie obliczeniowym, maj¹cym swoje uzasadnienie

w prawach fizyki i obiektywnych ustaleniach

fizjo-logicznych. Mo¿e byæ z powodzeniem wykorzystana

w badaniach eksperymentalnych na zwierzêtach,

któ-rych wyniki mog¹ pos³u¿yæ – na zasadzie sprzê¿enia

zwrotnego – nie tylko do obiektywizacji

oddzia³ywa-nia otoczeoddzia³ywa-nia na zwierzêta, ale równie¿

doprecyzowa-nia samej metody.

Ponadto proponowana metoda ma istotne

znacze-nie hodowlane, poznacze-niewa¿ wykorzystano w znacze-niej

pojê-cia i parametry typowo produkcyjne, takie jak:

wiel-koœæ i sk³ad chemiczny przyrostu masy, zu¿ycie paszy

w powi¹zaniu z d³ugoœci¹ okresu tuczu i poziomem

warunków termicznych w pomieszczeniu. Wyniki

przyk³adowego zastosowania proponowanych obliczeñ

przedzia³u warunków termoobojêtnych oraz

podsta-wowych wielkoœci produkcyjnych wykonane dla

¿y-wienia normatywnego w przypadku œwiñ rasy

landra-ce przedstawiaj¹ ryc. 1 i 2.

Ten rodzaj obliczeñ pozwala na ustalanie wielkoœci

strat ponoszonych wskutek ogrzewania

pomieszcze-nia ciep³em „biologicznym”, czyli energi¹ zawart¹

w paszy, ewentualnie wielkoœci dogrzewania

miejsco-wego, niweluj¹cego tego typu straty. Wynikiem

obli-czeñ s¹ konkretne wielkoœci iloœciowe, a nie tylko

stwierdzenia o charakterze jakoœciowym, maj¹ce ma³¹

przydatnoœæ dla projektowania i planowania œrodków

oraz dzia³añ zaradczych.

Podsumowanie

W metodzie wykorzystano interakcje energetyczne,

dziêki czemu mo¿liwe jest nie tylko ustalenie

wielko-œci temperatury wymaganej w pomieszczeniu

inwen-tarskim, ale równie¿ – w po³¹czeniu z metod¹ rachunku

bilansowego stosowanego w projektowaniu

wentyla-cji – szacowanie wielkoœci zysków lub start energii

cieplnej pochodz¹cej z ró¿nych Ÿróde³, np. z paszy, od

zwierz¹t, z urz¹dzeñ grzewczych, z budynku itp. i ich

wzajemne porównywanie. Ma to niebagatelne

znacze-nie dla wyboru w³aœciwej technologii ¿ywienia,

spo-sobu kszta³towania ogrzewania i wentylacji chlewni.

Dziêki wykorzystaniu w metodzie wielkoœci o

cha-rakterze produkcyjno-hodowlanym, które

uwzglêdnia-j¹ genotyp zwierzêcia poprzez pryzmat sk³adu

przyro-stu dziennego, a tym samym jakoœci tuszy, maj¹cego

istotne znaczenie dla konsumenta, mo¿e byæ ona

sto-) ( ) ( ] ) 1 ( ) 1 ( )[ ( _ _ c DTKbyt T T B B T T T B B B pki byt DTK DTKi _{M uK uK} t t K u K u M e t t × -+ × × -+ -= j h h

Ryc. 2. Obliczone wartoœci energii dostarczanej w paszy, ilo-œci emitowanego ciep³a ca³kowitego i wielkoilo-œci przyrostów dziennych dla œwiñ rasy landrace ¿ywionych na poziomie normatywnym, utrzymanych na œció³ce w grupach licz¹cych po 10 szt. i prêdkoœci powietrza równej 0,2 m/s

Ryc. 1. Obliczone wartoœci dolnych (DTK) i górnych tempe-ratur krytycznych (GTK) dla œwiñ rasy landrace ¿ywionych na poziomie normatywnym, utrzymanych na œció³ce w gru-pach licz¹cych po 10 szt. i prêdkoœci powietrza równej 0,2 m/s

sowana nie tylko w procesie kszta³towania warunków

œrodowiskowych, ale równie¿ w badaniach

oceniaj¹-cych wp³yw ró¿nych technologii ¿ywienia i

utrzyma-nia zwierz¹t.

Na bazie zaproponowanego systemu obliczeñ mo¿na

w ³atwy sposób stworzyæ program, w którym

uzyski-wane wyniki bêd¹ reprezentouzyski-wane przez konkretne

wartoœci liczbowe lub pogl¹dowe wykresy. System ten

mo¿e byæ tak¿e wykorzystany jako program

zarz¹dza-j¹cy dzia³aniem sterownika wentylacji, reguluj¹cego

warunki termiczne zgodnie ze zmian¹ wymagañ

ros-n¹cych œwiñ i iloœci aktualnie dostarczanej energii

w diecie pokarmowej.

Piœmiennictwo

1.Alexandrowicz S., Mazaraki J.: Produkcja trzody chlewnej. PWRiL, War-szawa 1981.

2.Bridges T. C., Turner L. W., Gates R. S., Smith E. M.: Relativity of growth in laboratory and farm animals: I. Representation of physiological age and the growth rate time constant. Transac. ASAE 2000, 43, 1803-1810. 3.Bridges T. C., Turner L. W., Gates R. S., Smith E. M.: Relativity of growth

in laboratory and farm animals: II. Birth weight as a predictor of animal maturity. Transac. ASAE 2000, 43, 1811-1819.

4.Bridges T. C., Turner L. W., Smith E. M., Stahly J. L., Loewer O. J.: A mathe-matical procedure for estimating animal growth and body composition. Transac. ASAE 1986, 29, 1342-1347.

5.Bridges T. C., Turner L. W., Stahly T. S., Usry J. L., Loewer O. J.: Modeling the physiological growth of swine. Part I: Model logic and growth concepts. Transac. ASAE 1992, 35, 1019-1028.

6.Bridges T. C., Turner L. W., Usry J. L., Nienaber J. A.: Modeling the physio-logical growth of swine. Part II: Validation of model logic and growth con-cepts. Transac. ASAE 1992, 35, 1029-1033.

7.Bruce J. M., Clark J. J.: Models of heat production and critical temperature for growing pigs. Anim. Prod. 1979, 28, 353-369.

8.Cherepanov G. G.: A morphophysiological conception and model of animal growth. J. Anim. Feed Sci. 2001, 10, 385-397.

9.Fandrejewski H.: Energia w nowych normach ¿ywienia œwiñ. Przegl. Hod. 1994, 7, 1-6.

10.Fandrejewski H., Raj St.: Próba okreœlenia iloœci bia³ka odk³adanego w przy-roœcie dziennym œwiñ ró¿nych ras i linii. Pr. Mat. Zoot. 2002, 13, 43-48. 11.Keller J. S.: Maintenance energy requirements in adult and growing

orga-nisms – an unresolved problem. J. Anim. Feed Sci. 2002, 11, 351-366. 12.Kielanowski J.: Energetyczne wartoœciowanie paszy. PWRiL, Warszawa 1973. 13.Kleiber M.: Ogieñ ¿ycia. Zarys bioenergetyki zwierz¹t. PWRiL, Warszawa

1968.

14.Millward D. J., Garlick P. J., Reeds P. J.: The energy cost of growth. Proc. Nutr. Soc. 1976, 35, 339-349.

15.Skiba G., Fandrejewski H., Raj S., Weremko D.: Energy metabolism of growing pigs during protein and energy deficiency and subsequent realimen-tation. J. Anim. Feed Sci. 2003, 12, 739-747.

16.Skiba G., Fandrejewski H., Raj S., Weremko D.: Performance, chemical body composition, and energy balance of 70-kg pigs as affected by dietary restric-tion in young age. J. Anim.Feed Sci. 2001, 10, suppl. 2, 191-196. 17.Skiba G., Fandrejewski H., Raj S., Weremko D.: The influence of previous

protein or energy restriction of young pigs on their daily gain composition. J. Anim. Feed Sci. 2002, 11, 299-308.

18.Skiba G., Fandrejewski H., Raj S., Weremko D.: The performance and body composition of growing pigs during protein or energy deficiency and sub-sequent realimentation. J. Anim. Feed Sci. 2001, 10, 633-647.

19.Ryœ R. (red.): Normy ¿ywienia zwierz¹t gospodarskich. Instytut Zootechniki wydanie IX, PWRiL, Warszawa 1982.

20.Wrotkowski K.: Bilans cieplny organizmu zwierzêcia jako podstawowe kry-terium wyboru systemu utrzymania trzody chlewnej. Praca hab. Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej w Lublinie, zesz. 320, WAR, Lublin 2006. 21.Wrotkowski K.: Metoda ustalania wymaganej temperatury w chlewni. Cz. I.:

Metoda ustalania adekwatnej temperatury. In¿. Roln. 2006, 81, 389-396. 22.Wrotkowski K.: Metoda ustalania wymaganej temperatury w chlewni. Cz. II.:

Metoda ustalania temperatury zdeterminowanej technologi¹ chowu. In¿. Roln. 2006, 81, 397-406.

23.Wrotkowski K.: Metoda ustalania wymaganej temperatury w chlewni z uwzglêdnieniem aktywnoœci zwierz¹t. In¿. Roln. 2011, 126, 293-300. Adres autora: dr hab. in¿. Kazimierz Wrotkowski, ul. Poniatowskiego 1, 20-060 Lublin; e-mail: kazimierz.wrotkowski@up.lublin.pl