Frostfria stallar för lösgående mjölkkor

Rapport 14 Report Alnarp 26 Frostfria stallar för lösgående mjölkkor Semi-insulated freestall housing for dairy cows Knut-Håkan Jeppsson Gösta Gustafsson Krister Sällvik Sveriges lantbruksuniversitet Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi (JBT) Box 43 23 53 ALNARP Tel: 4-41 5 Telefax: 4-46 4 21 Swedish University of Agricultural Sciences Department of Agricultural Biosystems and Technology P.O. Box 43 SE-23 53 ALNARP SWEDEN Phone: +46-4 41 5 Fax: +46-4 46 4 21

3 FÖRORD Traditionellt bygger vi antingen isolerade eller oisolerade lösdriftstallar för mjölkkor. Detta projekt utvärderar och tar fram underlag för frostfria stallar. Med frostfria stallar menas att byggnadsskalet är semi-isolerat och ventilationen dimensionerad för en innetemperatur strax över o C under vintern. Motivet till att bygga ett frostfritt stall är att byggkostnaden blir lägre jämfört med ett isolerat stall. Jämfört med ett oisolerat stall försvinner problem och kostnader med att stalltemperaturen är under o C under vintern samtidigt som stalltemperaturen blir lägre under soliga sommardagar. Projektet har dels tagit fram dimensioneringsunderlag för frostfria lösdriftsstallar, dels dimensionerat stallar för olika klimatzoner, dels utvärderat termiskt klimat, luftföroreningar samt byggkostnader. Undersökningen har utförts inom institutionens temagrupper klimat- och miljöteknik samt nöt. AgrD Knut-Håkan Jeppsson har planerat och genomfört forskningsarbetet samt författat denna rapport i samråd med Prof Krister Sällvik och undertecknad. Lantmästarstudenten Anna Pettersson har utfört termiska närmiljömätningar i ett frostfritt lösdriftstall som examensarbete. Ett stort tack riktas till de fem mjölkproducenter där fältmätningarna genomförts. Projektet har finansierats av Stiftelsen Lantbruksforskning. Alnarp i juni 25 Gösta Gustafsson Statsagronom

4 INNEHÅLL BETECKNINGAR 6 SAMMANFATTNING 8 SUMMARY 9 1 BAKGRUND OCH MÅLSÄTTNING 1 2 LITTERATUR OCH TEORI 12 2.1 Termisk miljö och luftföroreningar i mjölkkostallar 12 2.1.1 Temperaturreglering 12 2.1.2 Termisk djurmiljö 14 2.1.3 Termisk arbetsmiljö 17 2.1.3 Luftföroreningar 18 2.2 Värme-, fukt- och koldioxidavgivning från mjölkko 19 2.3 Ytkondensation 22 2.4 Frostfrihet på golv och för utgödslingen 24 2.5 Värmebelastning på grund av solinstrålning 25 2.6 Byggkostnad kontra produktionskostnad 27 3 MATERIAL OCH METODER 28 3.1 Termiskt klimat och luftföroreningar i mjölkkostallar 28 3.1.1 Beskrivning av utvärderade mjölkkostallar 29 3.2 Djurens avgivning av fri värme, fukt och koldioxid 29 3.3 Ytkondens 31 3.4 Frostfrihet för golv 31 3.5 Värmebelastning på grund av solinstrålning 31 3.7 Dimensionering och simulering av termiskt klimat i frostfri byggnad 31 3.6 Jämförelse av byggkostnader 32 4 RESULTAT 33 4.1 Termisk miljö och luftföroreningar 33 4.1.1 Termisk djurmiljö 33 4.1.2 Termisk arbetsmiljö 38 4.1.3. Luftföroreningar 41 4.2 Avgivning av värme, fukt och koldioxid 41 4.3 Inverkan av byggnadsskalets U-värde 43 4.3.1 Ytkondens 43 4.3.2 Frostfrihet för golv 44 4.3.3 Värmebelastning på grund av solinstrålning 46 4.4 Dimensionering och simulering av termiskt klimat i frostfri byggnad 47 4.4.1 Frostfri byggnad i klimatzon A 47 4.5 Jämförelse av byggkostnader 56

5 5 DISKUSSION OCH SLUTSATSER 57 5.1 Termiskt klimat och lufthygien i stallar som är frostfria 57 5.2 Avgivning av fri värme, fukt och koldioxid 59 5.3 Inverkan av byggnadsskalets U-värde 62 5.4 Dimensionering och simulering 62 5.5 Jämförelse av byggkostnader 64 5.6 Slutsatser 65 6 FÖRSLAG TILL FORTSATT FORSKNING 66 7 REFERENSER 67 BILAGOR 7 Bilaga 1B: Frostfri byggnad klimatzon B 7 Bilaga 1C: Frostfri byggnad klimatzon C 76 Bilaga 1D: Frostfri byggnad klimatzon D 82 Bilaga 1E: Frostfri byggnad klimatzon E 88

6 BETECKNINGAR a dimensionslös faktor (andelen fri värmeavgivning) k, b och n konstanter (luftens vatteninnehåll) A a arean av bestrålade ytor (m 2 ) A f golvytan (m 2 ) A l arean av ytor i skugga (m 2 ) C koefficient med storleken cirka 2 (konvektiv värmeöverföring) CO 2inne CO 2prod CO 2ute C p F G koldioxidkoncentration inne (ppm) koldioxidproduktion (l/h) koldioxidkoncentration ute (ppm) luftens värmekapacitivitet (J/kgK) avgiven mängd fukt (kg/h) dimensionslös korrektionsfaktor g flödet av fukt till ytan (kg/m 2 s) h e ångbildningsvärme (J/kg) h o värmeöverföringstal för yttre luftskikt (W/m 2 K) I f solinstrålning projicerad mot golvyta (W/m 2 ) K t koefficient mellan -3 och -5 M molekylvikten (kg/kmol) m kroppsvikt (kg) p antalet dräktiga dagar p s mättnadsångtryck (Pa) P tot total värmeavgivning (W/ko) q luftflöde (m 3 /s) e a R r R R i R i,golv R tot,golv R u energitransport till ytan gaskonstanten (8314.3 J/kmol,K) ångbildningsvärme vid 2 o C (68 Wh/kg) väggens värmemotstånd exklusive övergångsmotstånden (m 2 K/W) inre övergångsmotstånd (m 2 K/W) inre övergångsmotstånd för golv (.17 m 2 K/W) golvkonstruktionens värmemotstånd (m 2 K/W) yttre övergångsmotstånd (m 2 K/W)

7 t omgivningstemperatur ( o C) T temperatur (K) t dagg temperatur vid daggpunkten( o C) t db torr temperatur ( o C) t dp våt temperatur ( o C) t golv golvtemperatur ( o C) THI Temperature Humidity Index t i innetemperatur ( o C) t m motstrålande temperatur ( o C) t p plåttemperatur ( o C) t u utetemperaturen ( o C) t uv dimensionerande utetemperatur vinter ( o C) t us dimensionerande utetemperatur sommar ( o C) t yt yttemperatur ( o C) U a värmegenomgångskoefficient för bestrålade ytor (W/m 2 K) U byggnad byggnadens genomsnittliga värmegenomgångskoefficient (W/m 2 K) U f värmegenomgångskoefficient för golvkonstruktion (W/m 2 K) U l värmegenomgångskoefficient för ytor i skugga (W/m 2 K) Y 1 z 1 och z 2 Ø fri Ø tot produktion av mjölk (kg/dag) konstanter (värmebelastning från solinstrålning) fri värmeavgivning (hpu) total värmeavgivning (hpu) c värmeövergångskoefficient för konvektion (W/m 2 K) ce värmeöverföringskoefficient för egenkonvektion (W/m 2 K) p absorbans för plåt r värmeövergångskoefficient för långvågig strålning (W/m 2 K) beräknas enligt Lewis` formel (kondenserad mängd) t absolutvärdet av temperaturdifferensen mellan luft och yta w lufthastighet (m/s) i ånghalten inne (g/m 3 ) s mättnadsånghalt (kg/m 3 ) luftens densitet (kg/m 3 ) c koefficient som är cirka 12 J/m 3 K för luft i relativ luftfuktighet inomhus (%)

8 SAMMANFATTNING Stallar för lösgående mjölkkor byggs av tradition antingen som en isolerad eller en oisolerad byggnad. Detta projekt utvärderar och tar fram underlag för frostfria stallar. Med frostfria stallar menas att byggnadsskalet är semi-isolerat och ventilationen dimensionerad för en stalltemperatur strax över o C under vintern. Motivet till att bygga ett frostfritt stall är att byggkostnaden blir lägre jämfört med ett isolerat stall. Jämfört med ett oisolerat stall försvinner problem och kostnader med att stalltemperaturen är under o C under vintern dessutom blir stalltemperaturen lägre under soliga sommardagar. Den termiska djurmiljön och arbetsmiljön samt luftmiljön har utvärderats i fem mjölkkostallar under både vinter- och sommarförhållanden. Under tre stallperioder har kontinuerliga mätningar utförts på mjölkkornas fukt och koldioxidproduktion i ett stall för 42 uppbundna mjölkkor. Teoretiska beräkningar på ytkondens, frostfrihet för golv samt värmebelastning på grund av solinstrålning har utförts för klimatzonerna A-E. En frostfri ligghall har dimensionerats för de fem olika klimatzonerna och det termiska klimatet har simulerats. Byggkostnaderna för byggnadsskalet har beräknats. Den termiska djurmiljön i frostfria stallar är bra. Luftfuktigheten och koldioxidkoncentrationen kan tillfälligt bli hög under vinterperioder då luftflödet sänks för att hålla 5 o C i stallet. Under dessa perioder kan luftfuktigheten och koldioxidkoncentrationen sänkas med tillskottsvärme och/eller avfuktning. Hur mycket tillskottsvärme och/eller avfuktning som krävs beror av var stallet är placerat i Sverige och hur mycket det isoleras. Jämfört med ett oisolerat stall blir det lägre värmebelastning under sommaren i ett frostfritt stall med isolerat tak. En lägre dimensionerande innetemperatur vintertid, 5 o C jämfört med 12 o C, medför minskad fuktavgivning från djuren samtidigt som luften får mindre kapacitet att transportera ut fukt från stallet. Resultatet blir ett behov av högre luftflöde för att ventilera ut fukten som avges i stallet. Ett frostfritt stall jämfört med ett oisolerat är lite varmare att jobba i under den kalla årstiden, dessutom är det lite svalare under varma och soliga sommardagar. Stora skillnader i termisk arbetsmiljö under ett arbetspass gör att det blir svårare att anpassa klädseln. Ammoniak- och dammkoncentrationen är generellt låg i lösdriftsstallar med liggbås för mjölkkor. Stalltemperatur omkring 5 o C under vintern påverkar kraven på isolering av byggnadsskalet för att förhindra att det bildas kondens på insidan av väggar och tak. Beräkningar visar att om man önskar hålla 5 o C och 85% luftfuktighet i stallet så krävs ett U-värde i tak och väggar på 1.2 W/m 2o C i södra Sverige och.6 W/m 2o C i norra Sverige för att det inte skall bli kondens. Värdena gäller för utetemperaturen -1 o C i södra Sverige och -24 o C i norra Sverige. En oisolerad golvkonstruktion ger frostfria golv ner till innetemperaturen 4 o C. Risken för köldbryggor motiverar emellertid utvändig grundisolering motsvarande 3 mm cellplast. Ett frostfritt stall har ungefär 2% högre kostnad för byggnadsskalet än ett oisolerat och ungefär 15% lägre kostnad än ett isolerat byggnadsskal. Byggnadsskalets del av de totala byggkostnaderna för ett isolerat lösdriftsstall är ungefär 35%.

9 SUMMARY In Sweden, the traditional way of designing a freestall for dairy cows is either an insulated building (about.4 W/m 2 K) or a non-insulated low-cost building. This project deals with the possibility to design semi-insulated buildings, evaluating and creating design data. A semi-insulated building is defined as a building designed to an indoor temperature of 5 o C during wintertime. The reason for building a semi-insulated building is lower building cost compared with a fully insulated building. Compared with a noninsulated low-cost building, the problems related to indoor temperatures below freezing point are solved and the solar heat load during summer is decreased. Five freestall barns have been evaluated, during both winter and summer conditions, concerning the animal and human thermal environment and the aerial environment. In addition, the carbon dioxide and latent heat production from a dairy house with 42 tied dairy cattle at temperatures between 6 and 2 o C have been determined. Theoretical calculations about condensation, freezing of floors and solar heat load have been done for the five climate zones in Sweden. A semi-insulated freestall barn for each climate zone has been designed and the thermal environment in the buildings has been simulated. Finally, the building costs for the framework and claddings have been estimated. The results show an acceptable animal thermal environment in semi-insulated freestall barns during wintertime. Compared with a fully insulated building, the air humidity and carbon dioxide concentration will be higher during wintertime. Compared with non-insulated freestalls, the semi-insulated ones have a lower freezing point and a lower indoor temperature during summer days. An indoor temperature of 5 o C instead of 12 o C means lower latent heat production from the cows but also a lower capacity in the air to transport moisture out of the building. Thus, in spite of the lower heat production a higher air flow is needed. Compared with a non-insulated freestall barn, the human thermal environment in a semi-insulated freestall barn is warmer during winter and cooler during summer. A large variation in thermal environment during a work cycle makes it difficult to dress appropriately. Generally, the dust concentration is low in cubicles. Indoor temperatures about 5 o C during wintertime affect the need of insulation to prevent condensation. Calculations show that in roof and wall at least 1.2 W/m 2 insulation is needed at 5 o C and 85% relative humidity in the south of Sweden. In the north, at least.6w/m 2 is needed. A non-insulated concrete floor, at -24 o C outdoor temperature, does not freeze down to 4 o C indoor temperature. In spite, the risk of cold leaking through the foundation motivates 3 mm insulation. More insulation in the roof decreases the solar heat load during summer. If the roof insulation is between.4 and 1.2 W/m 2 K the solar heat load is 1% to 3% of the heat load from the animals. The building cost of a semi-insulated freestall barn, for the framework and claddings, are estimated to about 15% lower than a fully-insulated and 2% higher than a non-insulated cubicle.

1 1 BAKGRUND OCH MÅLSÄTTNING Djurstallar för mjölkkor utformas av tradition antingen med ett isolerat eller ett oisolerat byggnadsskal. Det isolerade stallet är dimensionerat för en innetemperatur av 12 o C under vintern. Ventilationen är antingen automatiskt reglerad mekanisk ventilation eller automatiskt alternativt manuellt reglerad naturlig ventilation. I ett oisolerat stall kan temperaturen bara hållas 3-5 C högre än utetemperaturen under vintern. Stalltemperaturen är under o C under stora delar av vintern. Ventilationen i kalla lösdriftsstallar är naturlig ventilation oftast utan reglering av öppningarna. Det viktigaste argumentet för att bygga ett oisolerat djurstall är lägre byggkostnader. För nötkreatur har ett flertal undersökningar visat att det ur produktions- och djurmiljösynpunkt inte är några problem att tillämpa kalla inhysningsformer (Bruce, 1979, 198, 1981; Bruce & Clark 1979; Mount 1974; Gustafsson 1988; Hahn et al., 1998). Nötkreatur är väl anpassade till låga temperaturer och har låg nedre kritisk temperatur. Dagens höga avkastningsnivåer gör emellertid att mjölkkor är känsliga för värme. Redan vid 21-25 o C kan produktionen påverkas negativt (Baeta et al., 1987; Johnson, 1987; Chiappini & Christiaens, 1992). De problem som kan uppträda i oisolerade stallar är främst: Frysning på golvytor vilket kan ge hala golv med risk för fläkningar Fastfrusna gödselskrapor och frusen gödsel som periodvis gör det omöjligt att använda mekaniska skrapor Frysning i vattenledningar Utfällning av fukt på byggnadsytor vintertid Kall och fuktig arbetsmiljö Hög värmebelastning på grund av solstrålning mot oisolerade byggnadsytor sommartid. Djurskötarens termiska komfortkrav skiljer sig starkt från mjölkkornas. Det termiska klimatet kan för skötaren variera kraftigt mellan olika arbetsmoment. Från arbetstagare och skyddsingenjörer framförs ofta farhågor att oisolerade inhysningsformer kan försämra arbetsmiljön för djurskötare. Problemställningar som särskilt påpekats är: Växlande arbetsmoment mellan kalla och varma miljöer Ökad risk för drag Halkningsrisker på grund av frysning på fuktiga gångytor Värmebelastning på grund av solbestrålning mot tak och väggytor Kallare och fuktigare klimat vid mjölkningsarbete. Detta projekt utvärderar och tar fram underlag för frostfria stallar. Med frostfria stallar menas att byggnadsskalet är semi-isolerat och ventilationen dimensionerad för en stalltemperatur strax över o C under vintern. Genom att bygga ett semi-isolerat byggnadsskal där klimatet hålls frostfritt under vintern kan många av ovanstående

11 problem elimineras eller förbättras. Dimensioneringen av ett semi-isolerat djurstall med frostfria förhållanden under vintern avviker avsevärt från vad som gäller i isolerade stallar enligt Svensk standard (SS 95 1 5). Målsättningen med detta projekt är att: Utvärdera termiskt klimat och lufthygien ur både djur- och arbetsmiljösynpunkt vid inhysning i stallar som är frostfria Ta fram underlag för avgivningen av fri värme, fukt och koldioxid vid inhysningsformer för mjölkkor som är frostfria. Utarbeta anvisningar beträffande isolering och ventilationsbehov för att förhindra fuktutfällning på byggnadsytor Utarbeta byggnadstekniska anvisningar för att garantera frostfrihet på golv, utgödslingsanläggningar och övriga utrustningar vintertid Bestämma krav på isoleringsnivå, materialval och ventilationsbehov för att förhindra värmestress på grund av inläckning av solvärme under sommarhalvåret Göra en ekonomisk utvärdering av byggnadstekniska vinster och kostnader då det klimattekniska kravet främst är att förhindra frost.

12 2 LITTERATUR OCH TEORI Frågeställningarna kring frostfria stallar berör termisk miljö och luftföroreningar, djurens värme-, fukt- och koldioxidproduktion, ytkondensation, frostfrihet för golv och för utgödslingen, värmebelastning på grund av solinstrålning samt byggkostnader. 2.1 Termisk miljö och luftföroreningar i mjölkkostallar Den termiska närmiljön i en byggnad beskrivs med hjälp av lufttemperatur, luftfuktighet, strålningstemperatur och lufthastighet. Hur djur och människa påverkas samt uppfattar den termiska miljön beror av hur mycket värme som de producerar samt värmemotståndet i vävnad, hårrem respektive klädsel. Lufthygienen i djurstallar beskrivs med hjälp av luftens koncentration av ammoniak, koldioxid, svavelväte samt totalt och respirabelt damm. Aktuell koncentration jämförs med gränsvärden enligt Djurskyddsmyndighetens föreskrifter, DFS 24:17 (L1) och Arbetsmiljöverkets hygieniska gränsvärden, AFS 2:3. 2.1.1 Temperaturreglering De konstantvarma djuren har utvecklat en förmåga att hålla en relativt konstant kroppstemperatur oberoende av omgivningstemperaturens växlingar. I början av 197- talet utarbetade Mount (1974) en modell som beskriver de konstantvarma djurens temperaturreglering och som är allmänt vedertagen. Modellen beskriver temperaturregleringen hos konstantvarma djur beroende av omgivningstemperaturen genom att ange total värmeavgivning, fri och bunden värmeavgivning samt kroppstemperatur (figur 1). Övre linjen i diagrammet beskriver kroppstemperaturen vilken kan hållas konstant mellan omgivningstemperaturerna B-E. Vid lägre omgivningstemperatur än B klarar djuret inte att hålla sin kroppstemperatur vilket innebär att den sjunker (hypotermi). Om omgivningstemperaturen överstiger punkten E klarar djuret inte av att avge tillräckligt mycket värme utan kroppstemperaturen stiger (hypertermi) (Mount, 1979). De konstantvarma djuren klarar av att hålla kroppstemperaturen konstant genom att reglera värmeavgivningen och värmeproduktionen. I modellen har den totala värmeavgivningen en konstant nivå inom området C-E. Området kallas den termoneutrala zonen och definieras av Mount (1974) som det område där den metaboliska värmeproduktionen är minimal, konstant och oberoende av omgivningstemperaturen. Inom den första delen av den termoneutrala zonen finns en zon markerad som kallas komfortzon (C-D). Komfortzonen är det område där djuret anstränger sig minst för kroppens temperaturreglering. Den termoneutrala zonen begränsas av den nedre kritiska temperaturen och den övre kritiska temperaturen. Omgivningstemperaturer under den nedre kritiska temperaturen innebär att djuret om

13 möjligt reglerar sin kroppstemperatur genom att ändra ämnesomsättningen och producera mer värme (Mount, 1979). Det finns ingen vedertagen definition av den övre kritiska temperaturen. Den totala värmeavgivningen består av fri värme samt bunden värme (fuktavgivning). Den fria värmeavgivningen beskrivs i figuren av två räta linjer vars lutning anger det termiska värmemotståndet mellan djur och omgivning. Under den nedre kritiska temperaturen är regleringen inställd på maximalt värmemotstånd genom förändringar i blodcirkulation (vasokonstriktion) och om möjligt hårremmens isoleringsförmåga (piloerektion). Över punkten D i figuren har linjen för den fria värmeavgivningen en kraftigare lutning vilket innebär att regleringen är inställd på minimalt värmemotstånd med ökad blodcirkulation ut i de yttre vävnaderna (vasodilatation) (Mount, 1979). Den bundna värmeavgivningen beskriver ett konstant minimivärde vid omgivningstemperaturer under den nedre kritiska temperaturen. När temperaturen stiger över zon C-D ökar den bundna värmeavgivningen kraftigt. Ökningen beror av evaporation från huden samt andningsvägarna (Mount, 1979). Hypotermi Nedre kritisk temperatur Kroppstemperatur Hypertermi Värmeavgivning Total värmeavgivning Fri värmeavgivning Komfortzon Termoneutrala zonen Kroppstemperatur A Bunden värmeavgivning F B C D E Omgivningstemperatur Figur 1. Schematisk figur över de konstantvarma djurens totala, fria samt bundna värmeavgivning beroende av omgivningstemperatur. Temperaturen C anger nedre kritisk temperatur. Område B-E är det område där djuret klarar av att bibehålla en konstant kroppstemperatur, område C-E är den s.k. termoneutrala zonen och område C- D är det område som kräver minst ansträngning i form av temperaturreglering s.k. komfortzon (Mount, 1974).

14 Modellen beskriven ovan är generell och förändras beroende av djurslag, djurets ålder, näringsintag, acklimatisering och närmiljön, som t.ex. närheten till andra djur och förekomsten av en ströbädd. För vissa djur är den termoneutrala zonen bred, som t.ex. för människan och nötkreatur. Andra djur, som t.ex. mus och gris, har ett smalt termoneutralt område (Mount, 1979). 2.1.2 Termisk djurmiljö För att ett djur skall bibehålla konstant kroppstemperatur måste de vara i värmebalans, dvs den mängd energi som tillförs djuret i form av foder och eventuellt strålningsvärme måste förbrukas till underhåll, till produktion av mjölk, kött och foster eller avges som värme. Fri värme från huden avges genom strålning, konvektion och värmeledning till liggyta. Bunden värme avges genom avdunstning från huden samt via utandningsluften. Nötkreatur klarar låga temperaturer utan att produktionsförmågan påverkas. Den nedre kritiska temperaturen för nötkreatur har beräknats av Ehrlemark & Sällvik (1996) utifrån modellen ANIBAL. Nedre kritiska temperaturen för mjölkkor, kvigor och kalvar visas i tabell 1. Temperaturen varierar med kroppsvikt, produktion, näringsintag, strålningstemperatur, lufthastighet, hårremmens kondition, liggunderlagets isolering samt antal djur i gruppen. Nötkreatur är känsliga för höga lufttemperaturer som medför stor risk för värmestress. Förutom lufttemperatur påverkar luftfuktighet, lufthastighet samt strålningstemperatur den sammanlagda omgivningstemperaturen som orsakar värmestress. Värmestress innebär att djuret får allt svårare att avge sin värme vilket påverkar produktionen. För nötkreatur försämras tillväxt, mjölkproduktion samt dräktighetsresultat. Mjölkproduktionen kan börja minska redan vid 21-25 o C omgivningstemperatur (Baeta et al., 1987; Johnson, 1987; Chiappini & Christiaens, 1992). Tabell 1. Nedre kritisk temperatur vid.1 m/s lufthastighet samt 1 mm tjock hårrem (Ehrlemark & Sällvik, 1996) Djur Kroppsvikt kg Produktion kg/dag Nedre kritisk temperatur o C Mjölkko 24 dagar dräktig 5 1) - 18 Mjölkko 5 15 1) - 3 Mjölkko 5 35 1) - 5 Kviga 25.55 2) Kviga 24 dagar dräktig 5.5 2) -2 Kalv 5.5 2) 1 1) mjölk; 2) tillväxt

15 Luftens relativa fuktighet påverkar hur mycket fukt som djuret kan avge vid höga temperaturer och har därför stor betydelse för hur stressade djuren blir. Hur lufttemperatur och luftfuktighet påverkar mjölkproduktionen har studerats av Baeta et al. (1987), se figur 2. Relativ luftfuktighet, % 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 +.5-1.5-6.3-13.7-23.7-36.3-51.5 4 18 22 26 3 34 38 42 Lufttemperatur, o C Produktionsminskning, % Figur 2. Lufttemperaturens och luftfuktighetens betydelse för mjölkproduktion vid höga lufttemperaturer (efter Baeta et al., 1987). En metod att sammanväga omgivningstemperatur med relativ luftfuktighet är THI (Temperature Humidity Index) (Thom, 1958). THI t db.36t 41.2 (1) dp där t db är torr temperatur ( o C) och t dp är våt temperatur ( o C). Kor med hög mjölkproduktion börjar att känna värmestress vid THI 72 (Armstrong, 1994). Figur 3 anger stressnivåer för mjölkkor beroende av omgivningstemperatur och relativ luftfuktighet. Vid THI över 72 minskar mjölkproduktionen med.2 kg per THI (West, 23).

16 Lufttemperatur, o C 2 25 3 35 4 45 Ingen stress Lite stress THI 72 78 Mycket stress Svår stress 88 1 Akut stress 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Relativ luftfuktighet, % Figur 3. Stressnivåer för mjölkkor beroende av omgivningstemperatur och relativ luftfuktighet (efter Armstrong, 1994). (THI = Temperature Humidity Index). Lufthastigheten påverkar djurets avkylning genom konvektion. Vid låga omgivningstemperaturer är drag negativt för djurens termiska miljö vilket kan påverka djurhälsa och produktion. Vid höga omgivningstemperaturer är det emellertid positivt med hög lufthastighet som ger större avkylning. Enligt Sällvik (25) bör lufthastigheten vara max.2 m/s vid 5 o C innetemperatur för att mjölkkor skall ha en bra termisk miljö. När innetemperaturen är 25 o C respektive 3 o C är det positivt med 1.5 m/s respektive 3. m/s lufthastighet runt djuret. Enligt Bruce & Clark (1979) kan värmeövergångskoefficienten för konvektion, c (W/m 2 K), beräknas enligt.6 15.7w c (2).132 m där w är lufthastighet (m/s) och m är kroppsvikt (kg). Djurets värmebalans kan påverkas av både långvågig strålning och solstrålning. I en byggnad sker ett utbyte av långvågig strålning mellan djuret och omgivande ytor som golv, väggar och tak men även andra djur. Utomhus, i öppna byggnader och i byggnader med transparenta material påverkas djurets värmebalans av solstrålning. Solstrålningen kan delas upp i direkt strålning, diffus strålning samt solstrålning som träffar djuret efter att det har reflekterats i andra ytor. Vid låga omgivningstemperaturer är kalla byggnadsytor negativa för djurens termiska närmiljö liksom varma byggnadsytor är vid höga omgivningstemperaturer. Enligt Gustafsson (1988) är värmeövergångskoefficienten för långvågig strålning, r, 5.4 W/m 2 K i normala stallförhållanden.

17 Någon metod att bedöma djurens termiska närmiljö (komfort) där lufttemperatur, luftfuktighet, strålningstemperatur samt lufthastighet sammanvägs till ett gemensamt index finns inte. 2.1.3 Termisk arbetsmiljö Den termiska arbetsmiljön ska dels ge förutsättningar för kroppens värmebalans, dels motverka ohälsa orsakad av t ex lokal avkylning. Klimatet kan delas upp i tre områden: kyla, neutralt klimat och värme. Det neutrala klimatområdet är ungefär inom intervallet 1-3 o C lufttemperatur. Små avvikelser under den idealiska temperaturen försämrar muskelfunktionen och särskilt då fingerfärdigheten vilket kan påverka risken för olycksfall. Vid avvikelser över den idealiska temperaturen påverkas koncentration, uppmärksamhet och omdöme gradvis vilket kan leda till ökat riskbeteende. Fanger (197) utvecklade en metod genom vilken termisk upplevelse kan förutsägas på gruppnivå för kombinationer av klädsel, aktivitetsnivå och klimatbetingelser. Mätinstrument har utvecklats enligt metoden och metoden har accepterats som en internationell, europeisk och svensk standard (ISO-EN-773, 1995) för neutralt klimat. Metoden innebär att fyra klimatindex bestäms; operativ temperatur, ekvivalent temperatur, PMV (predicted mean vote) och PPD (predicted percent dissatisfied). Operativ temperatur är ett i jämförelse med människokroppen sammanvägt värde av lufttemperatur och medelstrålningstemperatur från exempelvis ett kallt fönsterglas. Ekvivalent temperatur är ett värde där lufttemperatur, medelstrålningstemperatur men även luftrörelsens inverkan vägs samman. PMV är en beräknad och förväntad medelbedömning av arbetsklimatet av en grupp människor. PPD anger hur stor andel av gruppen som förväntas vara missnöjda med arbetsklimatet. I Finland har Tuure (23) utfört en intressant undersökning om termisk arbetsmiljö i mjölkkostallar. Undersökningen visade att största problemet är det stora temperaturintervall olika arbetsmoment utförs i under en arbetsdag. För isolerade mjölkkostallar utförs arbetsmomenten inom ett temperaturintervall större än 15 o C vid utetemperaturer under o C. Vid utetemperaturer under -2 o C utförs arbetsmomenten inom ett intervall större än 3 o C. Lufthastigheten var i medeltal.2.6 m/s i ligghallarna och.1.23 m/s i mjölkningsavdelningen. Högsta uppmätta lufthastighet var 2.5 m/s i ligghall och.9 m/s i mjölkningsavdelning. I Sverige har JTI tillsammans med Arbetslivsinstitutet gjort en studie kring Arbete i kyla vid mjölkproduktion klimatets påverkan på arbetsmiljön (Gavhed et al., 21). Undersökningen beskriver problem vid arbete i kyla och visar att händer och fötter är det största problemet inom mjölkproduktionen. I kombination med kyla är det väta, fukt, kontaktkyla samt drag som försämrar den termiska arbetsmiljön. Geng et al. (24) tränger djupare in i problemen med kalla fingrar vid mjölkning.

18 2.1.3 Luftföroreningar Luftföroreningar är enligt Arbetsmiljöverket (AFS, 2) ett ämne eller en blandning av ämnen som finns i luft i en halt som kan medföra besvär eller ohälsa. Luftföroreningar kan, efter upptag via lungorna, verka på olika organ i kroppen. De kan också verka på hud och slemhinnor exempelvis i ögon och övre luftvägar. Ohälsa kan vara såväl bestående (exempelvis allergi, cancer och nervskador) som övergående (exempelvis illamående och ögonirritation). Enligt djurskyddsföreskrifterna (DFS, 24) får djur i ett stall endast tillfälligt utsättas för luftföroreningar som överskrider 1 ppm ammoniak, 3 ppm koldioxid,.5 ppm svavelväte samt 1 mg/m 3 organiskt damm. Arbetsmiljöverket (AFS, 2) anger hygieniska gränsvärden som gäller vid exponering under åtta timmars arbetsdag. Dessa värden är 25 ppm för ammoniak, 5 ppm för koldioxid, 1 ppm för svavelväte samt 5 mg/m 3 organiskt totaldamm. Ammoniak är en irriterande gas som absorberas i de övre andningsvägarna och kan ha en förlamande effekt på flimmerhåren i slemhinnorna. Människors lukttröskel för ammoniak är ca 15 ppm. Över 3 ppm uppträder irritationer i ögon och slemhinnor (Hammer, 1983). Koldioxid är en kvävande gas. Hög koldioxidkoncentration leder till försämrat gasutbyte av både syre och koldioxid. Kroppen motverkar syrebristen med ökad andningsfrekvens (Hammer, 1983). Vid 3 ppm CO 2 är andningsfrekvensen fördubblad och vid 4 ppm uppträder huvudvärk och dåsighet. Svavelväte är både en irriterande gas och en kemiskt kvävande gas som passerar längre ned i andningsvägarna än ammoniak. Förutom att gasen irriterar ögon och slemhinnor påverkar den nervsystemet så att andningen upphör (Beauchamp et al., 1984.) Vid 1 ppm uppträder irritation i ögon, vid 2 ppm irriteras slemhinnor och lungor och vid 5-6 ppm inträffar medvetslöshet efter 3 minuters exponering. (Nordstrom & McQuitty, 1976). Huvuddelen av dammet i djurstallar är organiskt och består av hudepitel och hårfragment från djuren. De flesta dammpartiklar är respirabla, dvs mindre än 5 m, och tränger ned i de finare andningsvägarna. Dammpartiklar fungerar dessutom som bärare av luftburna mikroorganismer (Nilsson, 1982). Halten av luftföroreningar i mjölkkostallar är låg i både isolerade och oisolerade byggnader. En undersökning av ammoniak- och dammkoncentrationen i lösdriftsstallar (liggbås) i norra Europa (England, Holland, Danmark och Tyskland) visade att medeltalen för ammoniakkoncentrationen i de fyra länderna var mellan 1.3 och 7.1 ppm och maxvärdena mellan 5.7 och 2.1 ppm. Ammoniakemissionen var mellan.98 och 2. g/djur och timme (Groot Koerkamp et al., 1998). Totala dammkoncentrationen i stallar för nötkreatur var.38 mg/m 3 och respirabelt damm.7 mg/m 3 (Takai et al., 1998).

19 2.2 Värme-, fukt- och koldioxidavgivning från mjölkko Alla konstantvarma djur avger värme. Mjölkkon avger värme som bildas dels vid underhåll av livsuppehållande funktioner, dels vid produktion av mjölk och/eller foster. Den totala värmeavgivningen vid termoneutrala förhållanden beror av vikt, produktion, fördelning mellan kött- och fettansättning samt foderstatens energiinnehåll. Den totala värmeavgivningen för en mjölkko vid 2 o C omgivningstemperatur kan uttryckas som (SS 9515, 1993; CIGR, 22) P tot.75 5 3 5.6 m 22Y1 1.6 1 p (3) där P tot är total värmeavgivning (W/ko); m är kroppsvikt (kg); Y 1 är produktionen av mjölk (kg/dag) och p är antalet dräktiga dagar. Den totala värmeavgivningen ökar respektive minskar med omgivningstemperaturen. Enligt Ström (1978) ändras den totala värmeavgivningen med omgivningstemperaturen enligt ekvation 4. 3 G 1 4 1 5 2 t (4) där G är en dimensionslös korrektionsfaktor och t är omgivningstemperaturen ( o C). Enligt ekvationen ökar den totala värmeavgivningen med 13.5% när omgivningstemperaturen sänks från 2 o C till 5 o C. Den totala värmeavgivningen från djuren delas upp i fri värme (P fri ) och bunden värme (P bund ). Den bundna värmen är fukt som avges med utandningsluften samt från huden. Andelen fri värme har tidigare beräknats enligt (SS 9515, 1993; CIGR, 1999); P fri 4 Ptot.8 a t Kt (5) där K t är en koefficient mellan -3 och -5 och a är en dimensionslös faktor som bestäms enligt.8 a (6) 36 4 K t Mängden bunden värme beräknas som differensen mellan total och fri värmeavgivning. I frånluften från byggnaden är fördelningen mellan fri och bunden värme annorlunda än från djuren på grund av att en del av den fria värmen förbrukas då vatten förångas från fuktiga ytor och foder (CIGR, 1984). Detta har tidigare korrigerats med en faktor som betecknas K s. I mjölkkostallar övergår 15% av den fria värmen till bunden värme (Pedersen et al., 1998).

2 CIGR (22) anger en ny ekvation för beräkning av den totala värmeavgivningen, Ø tot, utanför den termoneutrala zonen samt en ny ekvation för beräkning av den fria värmeavgivningen, Ø fri, från byggnader för mjölkkor i uppbundet och liggbåssystem. Ekvationerna anger här värmeavgivningen uttryckt i hpu (heat producing unit), vilket är 1 W vid 2 o C omgivningstemperatur. tot 1 4 2 t (7) 2 1 4 2 t.48.71 t (8) fri För att erhålla den verkliga värmeavgivningen multipliceras de beräknade värdena med den totala värmeavgivningen vid 2 o C enligt ekvation 3 och produkten divideras med 1. Enligt ovanstående formler varierar den totala värmeavgivningen samt fördelningen mellan fri och bunden värme i frånluften för en 6 kg mjölkko som producerar 25 kg mjölk per dag och har varit dräktig i 15 dygn enligt figur 4. Den värmeenergi som åtgår för att förånga 1 kg vatten är 68 Wh vid 2 o C. Djurens bundna värmeavgivning, P bun, kan räknas om till avgiven mängd fukt, F, enligt (CIGR, 1984), Värmeavgivning, kw/ko 1.8 1.6 1.4 1.2 1.8.6.4.2 P fri P bun P tot CIGR, 1984 K s.85 5 1 15 2 25 3 35 4 Omgivningstemperatur, o C CIGR, 1984 CIGR, 22 CIGR, 22 Figur 4. Total, fri och bunden värmeavgivning, beroende av omgivningstemperatur, från mjölkko som väger 6oo kg, producerar 25 kg mjölk per dag och har varit dräktig i 15 dygn.

21 Pbun F (9) r där r är ångbildningsvärmen vid 2 o C (68 Wh/kg). Bunden värmeavgivning enligt figur 4 omräknat till fuktavgivning visas i figur 5. Vid 5 o C är fuktavgivningen ca.3 kg/ko,h högre med beräkningarna enligt CIGR (1984) och K s =.85 än med beräkningarna enligt CIGR (22). 1.8 Fuktavgivning, kg/ko,h 1.6 1.4 1.2 1.8.6.4 CIGR, 22 CIGR, 1984 K s 1. CIGR, 1984 K s.85.2 5 1 15 2 25 3 35 4 Omgivningstemperatur, o C Figur 5. Fuktavgivning beroende av omgivningstemperatur från mjölkko som väger 6 kg, producerar 25 kg mjölk per dag och har varit dräktig 15 dygn. Koldioxidproduktionen från en mjölkko varierar över dygnet och beror av den respiratoriska kvoten (förhållandet mellan CO 2 produktion och O 2 konsumtion), foderintag, omgivningstemperatur samt aktivitet. Koldioxidproduktionen, CO 2prod, beräknas från djurets totala värmeavgivning och beräknas enligt ekvation 1 (SS 9515, 1993; CIGR, 1984). Pedersen et al. (1998) har vid mätningar i djurstallar konstaterat att konstanten.185 l/h och W är ett bättre medelvärde för normalt foderintag. CO. 163 2 prod P tot (1) Figur 6 visar hur koldioxidproduktionen varierar med omgivningstemperaturen.

22 Koldioxidavgivning, l/ko,h 3 25 2 15 1 5 CIGR, 22.185 CIGR, 1984.163 5 1 15 2 25 3 35 4 Omgivningstemperatur, o C Figur 6. Koldioxidproduktion beroende av omgivningstemperatur från mjölkko som väger 6 kg, producerar 25 kg mjölk per dag och har varit dräktig i 15 dygn. 2.3 Ytkondensation Daggpunkten är den lägsta temperatur som en yta kan ha utan att det bildas kondens. Villkoret för att ytkondensation inte skall inträffa på insidan av en yttervägg eller fönster är t yt t dagg (11) där t yt ( o C) är yttemperaturen och t dagg ( o C) är temperaturen vid daggpunkten för den aktuella fuktiga inomhusluften. Om t yt är under o C fryser den fukt som kondenserar. Alternativt kan mättnadsånghalt, s, eller mättnadsångtryck, p s, användas som villkor s ( t yt i s i p ) ( t ) (12) s ( t yt i s i ) p ( t ) (13) där i är relativ luftfuktighet inomhus (%) och t i är innetemperaturen ( o C). Följande beräkningsmodell för ytkondens härleds i Nevander & Elmarsson (1994). Vid kondensation avges ångbildningsvärmet till ytan vilket gör att värmeenergi tillförs ytan och dämpar kondensationen. Motsvarande inträffar vid avdunstning från fuktiga ytor då energi tas från ytan och reducerar avdunstningen.

23 En beräkning av ytkondens kan utföras genom att börja med en energibalans för innerytan enligt t u t yt R R u ti t R i yt e a (14) där t u är utetemperaturen ( o C); R u och R i är yttre och inre övergångsmotstånd (m 2 K/W); R är väggens värmemotstånd exklusive övergångsmotstånden. e a betecknar energitransporten till ytan och beräknas enligt e a h g (15) e där h e är ångbildningsvärme (J/kg) och g är flödet av fukt till ytan (kg/m 2 s). Ångbildningsvärmen varierar med temperaturen enligt h e 3 25 1 1. 1 t (16) Flödet av fukt till ytan beräknas enligt i s t yt g (17) där i är ånghalten inne (g/m 3 ). kan beräknas enligt Lewis` formel ce (18) c där ce är konvektiv värmeövergångskoefficient samt c är en koefficient som är cirka 12 J/m 3 K för luft. Den konvektiva värmeöverföringskoefficienten på grund av egenkonvektion beror av de luftrörelser som uppstår på grund av temperaturdifferenser mellan yta och omgivande luft. Koefficienten kan beräknas enligt.25 ce C t (19) där C är en koefficient med storleken cirka 2 och t är absolutvärdet av temperaturdifferensen mellan luft och yta. t yt löses ut ur energibalansekvationen 2

24 t yt t t u i e R Ru Ri (2) 1 R R u g h 1 R i och används med villkoret i ekvation 12 för att bestämma vid vilket RF inomhus då kondens börjar bildas. Kondensflödet enligt ekvation 17 beräknas iterativt i kombination med ekvation 2. Om ytmaterialet är kapillärsugande kommer vattnet att sugas upp och lagras i materialet tills det avdunstar. Ett oisolerat plåttak kan ibland få lägre temperatur än omgivningen på grund av så kallad nattutstrålning. Energibalansen för plåten blir då ( t t ) ( t t ) ( t t ) / R q (21) p m p ce u p i p i a där p är absorbansen för plåten; t m är motstrålande temperatur ( o C) och t p är plåtens temperatur ( o C). Plåtens temperatur blir då t p t r m ti cet u g h Ri 1 p ce R i e (22) vilken används tillsammans med vilkoret i ekvation 12 och kondensflödet enligt ekvation 17. Ytkondens i stallbyggnader förekommer framförallt nattetid under vinterhalvåret. Jeppsson (1992) undersökte kondensutfällning i ett transparent stall i Jämtland och fann att förutsättningarna för ytkondens fanns vissa dygn mellan klockan 19. på kvällen till 8. på morgonen. Störst risk för kondens var det mellan klockan 23. och 1.. Risken för kondens i ett stall beror av lufttemperatur och luftfuktighet i stallet, byggnadens värmemotstånd samt utetemperatur och nattutstrålning. 2.4 Frostfrihet för golv och för utgödslingen En enkel beräkning av golvtemperatur, t golv, kan göras utifrån ute- och innetemperatur samt golvkonstruktionens värmemotstånd efter Anderlind & Stadler (24) t golv R ti R i, golv tot, golv t t i u (23)

25 där R i,golv är inre övergångsmotståndet för golv (.17 m 2 K/W) och R tot,golv är hela golvkonstruktionens värmemotstånd (m 2 K/W). Beräkningen utförs för yttre randzonen. Denna beräkning är en förenkling eftersom den görs för ett stationärt system och ingen hänsyn tas till golvkonstruktionens förmåga att lagra värme. Golvet är en tung konstruktion som jämnar ut snabba temperaturväxlingar. Förenklingen gör att beräkningsresultaten hamnar på den säkra sidan. Att gödsel och urin fryser på gödselgångarna och att eventuella utgödslingar fryser fast är ett problem i oisolerade byggnader. En mätning från ett oisolerat köttdjurstall i Jämtland med transparenta väggar visar att golvtemperaturen går under noll grader när utomhustemperaturen är lägre än -1 o C (Jeppsson, 1992). Vid vilken utetemperatur golvytan fryser i ett stall beror av stalltemperatur och golvets värmemotstånd med eller utan köldbrygga i konstruktionen. 2.5 Värmebelastning på grund av solinstrålning En del av solinstrålningen mot en byggnad övergår till värme i byggnaden vilket kan bidra till värmestress för djuren under sommarförhållanden. Hur stor del av solinstrålningen som övergår till värme beror av luftflödet genom byggnaden, byggnadsskalets egenskaper samt byggnadens utformning, orientering och placering. Jeppsson & Gustafsson (21) definierar soluppvärmningsfaktorn som den del av den horisontella solinstrålningen mot byggnaden som övergår till värme i luftvolymen. Soluppvärmningsfaktorn,, beräknas enligt q C p t (24) A I f f där q är luftflödet (m 3 /s); är luftens densitet (kg/m 3 ); C p är luftens värmekapacitivitet (J/kgK); A f är golvytan (m 2 ) samt I f är solinstrålning projicerad mot golvytan (W/m 2 ). Soluppvärmningsfaktorn ökar med ökande värde för byggnadsskalets absorbans, transmittans och värmegenomgångskoefficient samt ökar med ökande luftflöde genom byggnaden. Figur 7 visar mätningar av soluppvärmningsfaktorn för en oisolerad byggnad med tak av svart fibercement. Soluppvärmningsfaktorn ökar med ökat luftflöde genom byggnaden. Enligt mätningarna krävs ett extra luftflödet på 12 m 3 /m 2 h genom byggnaden för att temperaturökningen skall vara 4 o C vid 1 W/m 2 horisontell solinstrålning (Jeppsson & Gustafsson, 21).

26.3 Soluppvärmningsfaktor.2.1 y = -3E-5x 2 +.41x R 2 =.98 y = -3E-5x 2 +.39x R 2 =.97 kl 14-15 kl 13-14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Luftflöde, m 3 /m 2 h Figur 7. Uppmätt soluppvärmningsfaktor för oisolerad byggnad med tak av svart fibercement. Soluppvärmningsfaktorn kan teoretiskt beräknas utifrån ekvationen 25 (Jeppsson & Gustafsson, 21). C pu a q A f (25) ho U a U l z U f C pq A f z hou a 2 1 där U a är värmegenomgångskoefficient för bestrålade ytor (W/m 2 K), h o värmeövergångstal för yttre luftskikt (W/m 2 K), U l är värmegenomgångskoefficient för ytor i skugga (W/m 2 K) och U f är värmegenomgångskoefficient för golvkonstruktionen (W/m 2 K). z 1 och z 2 beräknas enligt z 1 A a / A f (26) z 2 A l / A f (27) där A a är arean av bestrålade ytor (m 2 ) och A l är arean av ytor i skugga (m 2 ). Beteckningarna förklaras i figur 8. I en byggnad kan djurens värmebelastning dessutom påverkas av långvågig strålning från omgivande ytor och i transparenta byggnader av solstrålning.

27 I f tt o o Exposed Bestrålad area Unexposed Area i skugga area tt a a h o k a h i A a tt i i q A l U l A f U f Figur 8. Schematisk figur över värmebelastning mot byggnad på grund av solinstrålning. A a är bestrålad area, A l är area i skugga och A f är golvarean. U l och U f är värmegenomgångskoefficient för väggkonstruktion i skugga respektive för golv. I f är solinstrålning uttryckt per golvarea. är det bestrålade materialets absorbans. t o, t i och t a är temperatur på ute- och inneluft samt temperatur för bestrålad yta. h o och h i är värmeövergångstal för yttre och inre luftskikt. K a är värmegenomgångskoefficient för den bestrålade konstruktionen och q är luftflödet genom byggnaden. 2.6 Byggkostnad kontra produktionskostnad Under början av 199-talet gjordes ett antal beräkningar och jämförelser mellan kall och varm lösdrift för mjölkkor. Jämförelser av de totala byggkostnaderna (inkl ligg-, ät- och serviceavdelning) visade att en kall lösdrift var 25 4% billigare beroende av utformning (Dolby & Ekelund, 199; Belotti et al., 1991). De totala byggkostnaderna för en isolerad byggnad för 195 mjölkkor inkl rekrytering är idag kring 54:- per ko eller ca 4:- per m 2. Byggnadsskalets del av de totala kostnaderna är 34-37% inklusive markarbeten eller ca 14:- per m 2 (Kostallplan, 25). Enligt områdeskalkylerna 25 i Agriwise (25) utgör ränta och avskrivning för byggnaden 2-23% av produktionskostnaderna (särkostnader 3) eller 676:- - 7168:- per mjölkko.

28 3 MATERIAL OCH METODER 3.1 Termiskt klimat och luftföroreningar i mjölkkostallar Den termiska djurmiljön och arbetsmiljön samt luftmiljön har utvärderats i fem mjölkkostallar under både vinter- och sommarförhållanden. En kort beskrivning av stallarna följer i kommande avsnitt. Luftens temperatur och relativ fuktighet har registrerats kontinuerligt utanför och inne i stallarna med miniloggrar (Gemini Data Loggers, Tinytag Plus). Utanför stallarna har loggrarna placerats på väl ventilerad plats i skydd av regn och sol. Inne i stallarna har loggrarna placerats i en sektion i stallets mitt samt en logger vid vardera gaveln. Loggrarna har registrerat ett värde var 15 minut och har en mätosäkerhet på,6 o C och 3% RF (relativ luftfuktighet) enligt tillverkaren. Under sommarhalvåret har solinstrålningen mot stallen registrerats kontinuerligt med pyranometer (Kipp & Zohnen, Modell CM 6) kopplad till minilogger för registrering av spänning (Gemini Data Loggers, Tinytag Plus). Pyranometern ger den horisontella solinstrålningen i W/m 2. På grund av miniloggerns prestanda erhölls solinstrålningen med en upplösning av 6 W/m 2. Luftrörelser i anslutning till kornas liggplatser har undersökts med rökgas och lufthastigheter har bestämts med varmtrådsanemometer (Alnor, GGA-65P). Mätningarna har gjorts i framkant och bakkant av liggbås samt i gödselgångarna vid besök i stallarna. Ammoniak- och koldioxidkoncentrationer har registrerats momentant med reagensrör (Kitagawa 15SD och 126SF) samt med långtidsverkande diffusionsrör under 2-3 dagar (Dräger, ammoniak 2/a-D, koldioxid 1%/a-D). Den totala och den respirabla dammhalten i stalluften har mätts gravimetriskt med filtermetod (Millipore). Dammpumparna programmerades för att mäta med jämna intervaller under 6 dygn. Luftflödet var 1.9 l per minut, filterkasetthållarna 37 mm och det respirabla dammet erhölls med en SKC cyklon (avskiljning vid 5. m). Analyser av dammfilter har skett vid institutionen för laboratoriemedicin, Lunds universitetssjukhus. En grov uppskattning av luftflödet genom stallarna har beräknats utifrån koldioxidkoncentrationen och koldioxidproduktionen i stallet enligt ekvation 28. Koldioxidproduktionen, CO 2prod, uppskattades utifrån antalet djur per djurkategori i stallarna. CO2 prod q CO CO 2inne 2ute (28) där CO 2prod är koldioxidproduktionen (l/h), CO 2inne och CO 2ute är koldioxidkoncentrationen inne respektive ute (ppm).

29 Den termiska arbetsmiljön har registrerats med en komfortmätare (Bruel & Kjær Thermal Comfort Meter, Type 1212). Mätningar har utförts i gödselgångarna, på foderbord och i mjölkgrop enligt ISO-EN-773 (1995). 3.1.1 Beskrivning av utvärderade mjölkkostallar Av de fem utvärderade stallarna var två oisolerade, ett isolerat och två semi-isolerade. Ett av de semi-isolerade stallarna hade manuellt reglerad naturlig ventilation. Det andra hade automatiskt reglerad naturlig ventilation där innetemperaturen var 5 o C vintertid. En beskrivning av stallarna ges i tabell 2. Samtliga stallar var belägna i klimatzon A. Tabell 2. Beskrivning av de utvärderade lösdriftsstallarna Isoleringsgrad Reglering av ventilation Antal djur Väggar Tak A Isolerat Manuell 1) 65 kor + rekr Isol. betongelement 145 mineralull B Semi-isolerat Manuell 1) 65 kor + rekr 2) Oisol. betongelement 13 mineralull C Semi-isolerat Automatisk 3) (5 o C) 25 kor Transp dubbel plast 17 mineralull D Oisolerat Ej reglering 123 kor Plåttak Glespanel + plåt E Oisolerat Ej reglering 54 kor Cembonittak Glespanel U-värde W/m 2 K ca.3 ca 1. ca.4 4) ca 2.4 ca 2.4 1) reglerbara väggluckor (UBA); 2) alla kvigkalvar; 3) reglerbara väggar (De Boer) samt reglerbara takluckor (UBA); 4) vid stängda väggar. 3.2 Djurens avgivning av fri värme, fukt och koldioxid Under tre stallperioder har kontinuerliga mätningar utförts på mjölkkornas fukt och koldioxidproduktion i ett stall för 42 uppbundna mjölkkor. Stallet är isolerat och har styrd mekanisk ventilation. Genom att ändra börvärdet i reglersystemet under kalla perioder har mätningarna kunnat utföras ner till 6 o C innetemperatur i stallet. Lufttemperatur och relativ luftfuktighet registrerades i från- och tilluften. Samtidigt registrerades luftflödet genom stallet. Registreringarna gjordes kontinuerligt med en datalogger genom mätningar varje minut och medelvärdesbildning var 1 minut. Lufttemperaturen i till- och frånluft registrerades med fyra termotrådar av typ T

3 (koppar-konstantan) på respektive plats. Relativa luftfuktigheten registrerades med 2 st elektroniska fuktgivare (Rotronic MP-1) placerade på respektive plats. Stallets ventilationsflöde bestämdes med hjälp av två impellrar (medföljande fläktar) av fabrikatet Fancom (Fancom BV) som monterats i en mätkammare efter stallets frånluftsfläktar. Impellrarna kalibrerades innan och efter mätningarna i en mätkanal där ventilationsflödet bestämdes i ett gitter (9 punkter) med en varmtrådsanemometer (Alnor, GGA-65P). Koldioxidproduktionen, CO 2prod (l/h), från stallet har beräknats med ekvation 29. CO2 prod q CO2inne CO2ute (29) Avgivning av total värme har indirekt beräknats ur koldioxidproduktionen enligt ekvation 3 (se avsnitt 2.2). CO2 prod Ptot (3).185 Fuktavgivningen från stallet har beräknats genom att först beräkna luftens maximal vatteninnehåll för inne- samt utetemperaturen enligt DIN (1979) och allmänna gaslagen. n M t s a b (31) RT 1 där M är molekylvikten (kg/kmol), R är gaskonstanten (8314.3 J/kmol,K), T är temperaturen (K). Konstanterna k, b och n erhålls ur villkoren o t 3 C : k 288.68Pa, b 1.98, n 8.2 o 2 t C : k 4.689Pa, b 1.486, n 12.3 Fuktavgivningen, F (g/h), från stallet beräknades därefter enligt F i i u u q 1 (32) och räknades även om till bunden värme, P bun (W), enligt ekvation 9 (avsnitt 2.2).