Stallklimat och reglering

Transkript

1 Energi och ventilation i djurstallar Agr.Dr. Anders Ehrlemark Stallklimat och reglering

2 Ventilationens uppgift Termisk komfort Ventilationsflödet skall kunna styras så att det blir lagom varmt för djuren i stallet Luftkvalité Ventilationsflödet skall vara tillräckligt stort för att föra bort fukt och luftföroreningar från stallet. Humanventilation Luftkvalité: Fast luftflöde (ibland också ett läge för forcerad ventilation) Ofta filtrering Termisk komfort: Reglerbar värmetillförsel Utförande: Kanalsystem och värmeväxlare Djurventilation Luftkvalité: Minimiflöde som ej får underskridas Termisk komfort: Kylning med uteluft. Stalltemperatur regleras genom styrt ventilationsflöde från minupp till maxventilation. Tilläggsvärme korta perioder Utförande: Tilluft direkt utifrån pga stora flöden

3 Två helt olika typer av stall Alla stallbyggnader måste uppfylla djurskyddskraven på termisk komfort och luftkvalité. Det finns dock två helt olika principer för hur detta kan ske klimatreglerad byggnad respektive väderskyddande byggnad. För respektive system så är funktionskraven för ventilationen olika. Om man blandar ihop dessa två principer så går det inte att skapa ett bra miljö för djuren Klimatreglerad byggnad Värmeisolerad Sluten (kalla årstiden) Reglerbart ventilationsflöde Fläktventilation eller naturlig ventilation Ibland tilläggsvärme Termisk komfort genom att stalltemperaturen regleras Luftkvalitén säkerställs genom att ventilationsflödet aldrig får bli mindre än beräknat minventilationsflöde

4 Slutna isolerade klimatreglerade byggnader Väderskyddande byggnad Enkel byggnad som skyddar mot nederbörd och vind Fri luftväxling Inomhustemperatur följer alltid utomhustemperatur Vindventilation med öppningar i minst två motstående väggar Kondensisolerat tak Lösdrift och ströbädd Termisk komfort genom att djuren själva kan välja liggplats och kroppsställning (lösdrift) Luftkvalitén säkerställs genom tillräcklig luftväxling genom stora väggöppningar som aldrig får stängas (högst 4 grader varmare inne jämfört med ute).

5 Öppna väderskyddande byggnader Värme Fuktighet Damm Gas

6 SVENSK STANDARD SS Grunddata Uppgifter om dimensionerande klimat samt djurens fukt- och värmeavgivning SS Tillämpningar Tabeller med min-, maxventilation och värmeproduktion för olika slags djur Sommarventilation Värmen kan bara transporteras bort med ventilationsluften. För r att föra f bort värme v måste m det alltid vara lite varmare i stallet än n ute. Dimensionera maxventilationen sås att det är r max 25 grader i stallet när n r det är r 21 grader ute (max temperaturskillnad 4 grader). Maxventilationen är r sås kraftig att luftfuktighet och koldioxidhalt bara blir obetydligt högre h inne i stallet.

7 Vinterventilation För r att spara påp värme måste m ventilationsflödet vara sås litet som möjligt. Vinterventilation är r minimiventilation. Med litet ventilationsflöde blir fuktigheten och gashalterna i stallet höga. Minimiventilationen skall dimensioneras sås att fuktigheten inte överstiger 8% och koldioxidhalten är r max 3 ppm Underlag för dimensionering - Utomhusklimat/klimatzon enligt SS 9515 zon A -1C zon B -15C zon C -18C zon D -24C - Djurbeläggning min och max (antal djur av olika typer och deras vikt)

8 Typiska värmeförluster från en villa enligt Energimyndigheten Värmeförlusternas fördelning från djurstallar varierar beroende på djurslag och lokalklimat. Några exempel: Typ av stall Nötkreatur 7-8% Grisstall 6-75% Häststall 5-6% Ventilationsförlust Ju större andel fuktavgivning, desto större andel ventilationsförlust Exempel på uppvärmningsbehov vid olika värmebalanstemperatur Uppvärmningsbehov (gradtimmar) Värmebalanstemperatur Baserat på klimatdata från Uppsala

9 Jfr uppvärmningsbehov i bostäder och stallar Lokal Effektbehov Gradtimmar Bostad 5-1 kw ca 1. Grisstall 5-1 kw Kostall 3-5 kw Inne Ute % 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -24 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -23 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -22 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -21 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -2 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -19 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -18 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -17 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -16 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -15 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -14 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% -13 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 99% 97% -12 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 99% 96% 96% 94% -11 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 99% 96% 95% 93% 92% 9% -1 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 98% 95% 92% 91% 89% 89% 87% -9 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 95% 92% 89% 88% 87% 86% 85% -8 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 97% 91% 89% 86% 86% 84% 84% 82% -7 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 94% 88% 86% 84% 83% 82% 82% 81% -6 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 96% 91% 86% 84% 82% 81% 8% 8% 79% -5 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 93% 88% 83% 82% 8% 8% 79% 79% 78% -4 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 97% 9% 86% 81% 8% 79% 79% 78% 78% 78% -3 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 94% 87% 84% 8% 79% 78% 78% 77% 78% 77% -2 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 98% 91% 85% 82% 79% 78% 77% 78% 77% 78% 78% -1 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 95% 89% 84% 81% 78% 77% 77% 78% 77% 78% 78% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 93% 87% 82% 8% 78% 77% 77% 78% 78% 79% 8% 1 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 97% 9% 85% 81% 79% 77% 77% 77% 78% 78% 79% 8% 2 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 94% 87% 83% 79% 78% 76% 76% 77% 78% 78% 8% 81% 3 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 97% 9% 85% 81% 78% 77% 75% 76% 76% 78% 78% 8% 81% 4 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 94% 87% 83% 79% 77% 76% 75% 76% 76% 78% 79% 81% 82% 5 1% 1% 1% 1% 1% 1% 97% 9% 85% 8% 78% 75% 75% 74% 75% 76% 78% 79% 81% 82% Exempel på klimatkarta för mjölkkostall

10 Effekten av värmeunderskott i 6 år gammal lösdrift Effekten av värmeunderskott i 6 år gammal lösdrift

11 Energieffektivitet mekanisk ventilation Anläggningskarakteristik Energieffektivitet vid olika kapacitet Strömningsförluster i anläggningen Fläkthjulets effektivitet Energieffektivitet hos motorer och elektronik Kapacitetsprofil Önskat stallklimat Reglerstrategi Utomhusklimat

12 Fördelning Energiförluster av energiförluster fläkt i en utan ventilationsanläggning strypspjäll Strömningsförlust Fläkthjul Elmotor Elektronik Strömningförluster på olika ställen i en ventilationsanläggning Gynsam Ogynsam 35 Motstånd Pa Takfot Intag Trumma Regntak Öppet spjäll Strömningsförluster (tryckfall) är lika med energiförlust. De gröna staplarna visar tryckfallet på olika ställen i en bra utformad anläggning. De röda staplarna visar hur det kan bli med dålig utrustning och dårligt underhåll/rengöring.

13 Fläktkurvor för några olika fabrikat Mottryck, Pa PFC 6/9 PFC 5/14 DSI UTK 816 DSI UTK 821 CD8-8 SKOV DA 6-1 SKOV DA 6-2 DSI UTH 68 Rotor 615/1-45 6/9RT Kapacitet, m3/h De viktigaste egenskaperna hos en fläkt Kapacitet Tryckstabilitet Reglerbarhet Buller Energiförbrukning Fläktars energieffektivitet vid olika mottryck 8 7 W/1 m3 luft 6 5 PFE 4-4R 4 PFE 5-6R PFE 5-8R 3 PFE 6-1R PFE PFE 64-12R Mottryck, Pa Om man skall jämföra energieffektivitet för olika fläktar så måste man använda värden som är uppmätta vid samma mottryck!

14 Olika sätt att styra kapaciteten exempel 3 fläktar Kapacitet 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % Fläkt 3 Fläkt 2 Fläkt 1 Minventfläkt m spjäll+ steginkopplade fläktar + Låg energiförbrukning genom att det fläktar som inte behövs är avstängda (ingen förbrukning alls) - När fläktstegen kopplas in ökar ventilationsflödet i ett språng vilket kan ge dålig termisk komfort för djuren Kapacitet Kapacitet 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % Fläkt 3 Fläkt 2 Fläkt 1 Fläkt 3 Fläkt 2 Fläkt 1 Varvtalsfläktar m strypspjäll som går hela tiden + Jämn reglering av flödet är en fördel ur komfortsynpunkt. - Hög energiförbrukning genom att alla fläktar alltid är igång och dessutom måste ha strypspjäll. Smartstyrning med kombination av varvtalsfläkt och stegfläktar Datorn väljer vilken kombination av fläktar som behövs för att få den önskade kapaciteten. + Låg energiförbrukning genom att bara de fläktar som behövs är på och att strypspjäll inte behövs för stegfläktar. + Jämn reglering av flödet är en fördel ur komfortsynpunkt. Olika sätt att styra kapaciteten exempel med 4 fläktar Behov 4. m3/h Behov 16. m3/h Behov 5. m3/h

15 1% Kapacitetsreglerad fläkt - upptagen effekt 1% Energiförbrukning för fläkt med strypspjäll Spänningsreglerad 8% Frekvensreglerad Teoretisk 8% 6% 4% Energiförbrukning 6% 4% 2% % 2% 4% 6% 8% 1% Fläktkapacitet 2% Spänningsreglerad Frekvensreglerad % 2% 4% 6% 8% 1% Fläktkapacitet 1% Energisignatur för ventilationsanlägging Energiförbrukning (W) av max 8% 6% 4% 2% Primasmart/Multistep Spänningsstyrd med spjäll Frekvensstyrd med spjäll % % 2% 4% 6% 8% 1% Kapacitetsnivå (m3/h)

16 Relativ energiförbrukning för olika typer av fläktstyrning Frekvensreglering m strypspäll Triac m strypspjäll Smartstyrning Förluster i elektroniken Förlusterna i styrelektroniken är i allmänhet små (2-5%) Spänningsreglering med triac är nästan förlustfri vid fullvarv men ökar allt eftersom spänningen regleras ned Förlusten i en frekvensomriktare är i princip lika stor oberoende av vilket varvtal fläkten går med. Typisk förlustnivå är 3-5% av omriktarens märkeffekt.

17 Kapacitetsprofil Vinterklimat i Europa Antal månader med medeltemperatur < C

18 Sommarhetta Antal månader med dygnsmedeltemp > +18C 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % Andel av året som temperaturen lika med eller lägre än angivet värde i Karlstad Utomhustemperatur

19 Energiförbrukning för vent med olika uteklimat 7 Energiförbrukning vid olika utetemperatur [Wh] Energi per år (relativtal) 6 5 Malmö Uppsala Sundsvall Utomhustemperatur Ventkapacitet 1% 8% 6% 4% 2% % Utomhustemperatur Malmö 1 Uppsala Sundsvall Temp vid minvent Temp vid maxvent Lägsta utomhustemp Max tempdiff vid maxvent 16 C 2 C -1 C 4 C Energiförbrukning med olika reglerstrategier 7 Energiförbrukning vid olika utetemperatur [Wh] Energi per år 6 5 Maxtemp 16C Maxtemp 2C Utomhustemperatur % 8% 6% 4% 2% % Ventkapacitet Utomhustemperatur Maxtemp 16C 1 Maxtemp 2C

20 Energiförbrukning för uppvärmning 6 5 Energi för värme vid olika utetemperatur [kwh] Malmö Uppsala Sundsvall 35 3 Energi för värme per år (relativtal) Utomhustemperatur 1 Malmö Uppsala Sundsvall Förhållandet mellan energi till ventilation och värme Malmö Uppsala Sundsvall Värme Värme Värme Vent Vent Vent