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).

31 3.3 Ytkondens Beräkning av dimensionerande U-värde för att förhindra ytkondens har utförts enligt avsnitt 2.3 för olika inne- och utetemperaturer. Vid beräkningarna har i valts enligt djurskyddsmyndighetens föreskrifter (DFS, 24). I värmeisolerat stall får inte RF överstiga 8% vid innetemperaturen 1 o C och däröver. För innetemperaturer under 1 o C får inte det numeriska värdet av temperatur och RF överstiga 9. Beräkningar har gjorts för klimatzoner A-E samt dimensionerande utetemperaturer, t uv, enligt SS 9515 (1993) (tabell 3). Tabell 3. Dimensionerande utetemperatur (t uv ) i klimatzon A-E (SS 9515, 1993) Zon A B C D E t uv -1-15 -18-2 -24 3.4 Frostfrihet för golv Beräkning av U-värde för att förhindra frysning av golvytan i yttre randzon har utförts enligt avsnitt 2.4 för klimatzonerna A-E och innetemperaturer mellan och +12 o C. Golvtemperaturer har även bestämts vid eventuell köldbrygga i anslutningen mellan golv och vägg. 3.5 Värmebelastning på grund av solinstrålning Soluppvärmingsfaktorn beroende av luftflödet genom byggnaden har beräknats enligt avsnitt 2.5. Beräkningarna har gjorts med horisontell solinstrålning 8 W/m 2, ett byggnadsskal utan ljusgenomsläppliga material samt ett yttertak av svart fibercementskiva (antagen absorbtionsfaktor.94). Även temperaturökningen i en byggnad på grund av solinstrålningen 8 W/m 2 har beräknats med olika värmegenomgångskoefficienter för taket. 3.7 Dimensionering och simulering av termiskt klimat i frostfri byggnad Det termiska klimatet har dimensionerats med utgångspunkt från total, fri och bunden värmeavgivning samt koldioxidproduktion enligt CIGR (22) för mjölkkobesättning där medelkon väger 6 kg, mjölkar 25 kg/dag samt har varit dräktig i 15 dagar (se avsnitt 2.2). Val av byggnadsskalets värmemotstånd har gjorts enligt resultat vid analys av ytkondens, frostfrihet för golv samt värmebelastning på grund av solinstrålning. Simuleringar genom iterering för att samtidigt uppnå värmebalans och fuktbalans har utförts med val och begränsningar av temperatur och luftfuktighet utomhus enligt SS

32 9515 (1993), stalltemperatur och luftfuktighet i stall enligt DFS (24) samt klimat i stall under sommaren enligt SS 9515 (1993). Dimensioneringar och simuleringar har utförts för frostfri byggnad i de fem klimatzonerna A-E. Alla dimensionerings- och simuleringsberäkningar har utförts för stationära system. Riskanalyser för kondens, frysning av golv samt RF och koldioxidkoncentration över djurskyddsföreskrifterna har inte utförts. Simuleringarna har utförts för en ligghall för 14 mjölkkor med byggnadsytan 34.8 x 25.8 m, vägghöjd 3 m samt taklutning 27 grader. 3.6 Jämförelse av byggkostnader Byggkostnader för byggnadsskal med olika isoleringsgrad till ligghallen för 14 mjölkkor har beräknats med kalkylprogrammet BidCon Bygg (Consultec byggprogram AB). I kostnaderna ingår schaktning samt grund-, golv-, vägg- och takkonstruktion. Byggkostnaderna har jämförts med oisolerat byggnadsskal (U byggnad 2.4 W/m 2 K) samt med rekommenderat U-värde för värmeisolerad byggnad enligt SS 9515 (1993) (U byggnad.36 W/m 2 /K med U golv.3 W/m 2 K). Byggnaden som beräknats har trästomme. Den oisolerade golvkonstruktionen består av 1 mm betong och 15 mm dränerande skikt på dränerat grus. I isolerat utförande är grundens utsida försedd med 3 mm styrolit. Vägg- och takkonstruktionerna med olika isoleringsgrad beskrivs i tabell 4. Tabell 4. Beskrivning av vägg- och takkonstruktioner för beräkning av byggkostnader U byggnad (W/m 2 K) U vägg/tak (W/m 2 K) Väggkonstruktion Takkonstruktion ca 2.4 ca 3.8 Lockpanel (22mm) Fibercementplattor ca.8 ca 1.2 Lockpanel (22 mm) Vindskydd av papp Mineralull (2 mm) Mineritskiva (8 mm) ca.6 ca.8 Lockpanel (22 mm) Vindskydd av papp Mineralull (35 mm) Mineritskiva (8 mm) ca.36 ca.4 Lockpanel (22 mm) Vindskydd av papp Mineralull (75 mm) Plastfolie K-plywood (12 mm) Fibercementplattor Vindskydd av papp Mineralull (2 mm) Fiberduk Fibercementplattor Vindskydd av papp Mineralull (35 mm) Fiberduk Fibercementplattor Vindskydd av papp Mineralull (8 mm) Plastfolie TRP-2

33 4 RESULTAT 4.1 Termisk miljö och luftföroreningar Nedan beskrivs resultaten från mätningar i fem lösdriftstallar för mjölkkor. Stallarna är beskrivna i tabell 2 (avsnitt 3.1.1). 4.1.1 Termisk djurmiljö Lufttemperatur I det isolerade stallet med naturlig ventilation och manuellt reglerbara ventilationsluckor (stall A) var temperaturskillnaden ca 1 grader vid o C utetemperatur, stallet klarade ca -17 o C innan det blev minusgrader i stallet och övertemperaturen vid utetemperaturen 21 o C var ca 4 o C (figur 9). Innetemperaturen vid den dimensionerande utetemperaturen -1 o C var 4 o C. För ett semi-isolerat stall (isolerat parallelltak och oisolerade betongväggar) med manuellt reglerbara ventilationsluckor (stall B) var temperaturskillnaden ca 7 grader vid o C utetemperatur, stallet klarade ca - 1 o C innan det blir minusgrader i stallet och övertemperaturen vid utetemperaturen 21 o C var ca 2 o C. Vid den dimensionerande utetemperaturen -1 o C var innetemperaturen ca o C (figur 1). Om det semi-isolerade stallet har automatisk reglering av ventilationsöppningarna samt börvärdet är inställt på 5 o C (stall C) så blir inte innetemperaturen lägre än 5 o C även om utetemperaturen går ner mot -17 o C (figur 11). I de två oisolerade stallarna med glespanel och öppen nock (stall D, E) var temperaturskillnaden ca 5 grader vid o C utetemperatur, stallarna klarade ca -7 o C innan det blev minusgrader i stallet och övertemperaturen vid utetemperaturen 21 o C var 5 o C. Vid -1 o C utetemperatur var innetemperaturen ca -4 o C (figur 12). I figurerna ser man också att innetemperaturen för exempelvis 1 o C utetemperatur varierar ca 5 grader vilket beror på variationer i luftflöde på grund av vindriktning, vindhastighet samt variationer i solinstrålning. Relativ luftfuktighet I alla stallar sjönk den relativa luftfuktigheten vid innetemperatur över ca 15 o C. Inneluftens relativa fuktighet var i medeltal 8% upp till ca 15 o C innetemperatur i det isolerade stallet (figur 13). Relativa luftfuktigheten i det semi-isolerade stallet med manuellt reglerbara ventilationsluckor (stall B) var i medeltal 75% (figur14). I det semiisolerade stallet med automatiskt reglering av ventilationsöppningarna (stall C) var luftfuktigheten högre, i medeltal 87% (figur 15). I de oisolerade stallarna var inneluftens relativa fuktighet i medeltal 85% upp till ca 15 o C innetemperatur (figur 16). På grund av variationer i fuktavgivning vindriktning, vindhastighet, solinstrålning samt uteluftens

34 relativa luftfuktighet så är det en ganska stor variation, 3-6%-enheter, för samma innetemperatur. Figur 9. Inomhustemperaturen i det isolerade stallet med naturlig ventilation, fast nocköppning och manuellt reglerbara ventilationsluckor längs långsidorna (stall A). Figur 1. Inomhustemperaturen i det semi-isolerat stallet med naturlig ventilation, fast nocköppning och manuellt reglerbara ventilationsluckor längs långsidorna (stall B).

35 Figur 11. Inomhustemperaturen i det semi-isolerat stallet med naturlig ventilation och automatisk reglering av ventilationsöppningar samt reglerbara väggar (stall C). Figur 12. Inomhustemperaturen i ett av de oisolerade stallarna med glespanel och öppen nock (stall D).

36 Figur 13. Relativ luftfuktighet i det isolerade stallet med naturlig ventilation, fast nocköppning och manuellt reglerbara ventilationsluckor längs långsidorna (stall A). Figur 14. Relativ luftfuktighet i det semi-isolerade stallet med naturlig ventilation, fast nocköppning och manuellt reglerbara ventilationsluckor längs långsidorna (stall B).

37 Figur 15. Relativ luftfuktighet i det semi-isolerade stallet med naturlig ventilation och automatisk reglering av ventilationsöppningar samt reglerbara väggar (stall C). Figur 16. Relativ luftfuktighet i ett av de oisolerade stallarna med glespanel och öppen nock (stall D).

38 Drag Figur 17 visar hur hög lufthastigheten är i tre av stallarna (stall A, B, D). Resultaten presenteras som medelvärde och maxvärde för lufthastigheter uppmätta vid bakkanten på liggbåsen samt i gödselgångarna. Medelvärdena är från 4 till 6 mättillfällen om vardera 6 till 1 mätningar i respektive stall. Lufthastigheten ligger i medeltal under.3 m/s och max lufthastighet mellan.54 till.89 m/s med det högsta värdet för det oisolerade stallet. Mätningarna ger en indikation på större variation i lufthastigheter för det semi-isolerade stallet och det oisolerade stallet jämfört med det isolerade. 2 1.8 1.6 Lufthastighet, m/s 1.4 1.2 1.8.6.4.2 max medel Isolerat (stall A) Semi-isolerat (stall B) Oisolerat (stall D) Figur 17. Lufthastighet vid bakkant av liggbås samt i gödselgångarna i isolerat, semiisolerat och oisolerat lösdriftsstall för mjölkkor. 4.1.2 Termisk arbetsmiljö Den termiska arbetsmiljön beror av lufttemperatur, luftfuktighet, lufthastighet och värmestrålning på arbetsplatsen men också på klädsel och hur hårt arbete som utförs. Klädseln i följande diagram motsvarar tröja, byxor och overall och arbetet motsvarar att gå i 5.3 km/h. Resultaten av mätningarna i det isolerade stallet (stall A) visas i figur 18. Vid utetemperaturer strax över o C var innetemperaturen ca 1-12 o C i stallet. Detta bedöms vara ett bra klimat att arbeta i med denna typ av klädsel och arbete (PMV-värdet är neutralt). När innetemperaturen var 2 o C var PMV-värdet högre, lite varmt. Här anger PPD-värdet att 16-18% av en grupp människor hade tyckt att klimatet var lite varmt att arbeta i. Ekvivalenttemperaturen, vilken anger en temperatur där även drag och värmestrålning är medräknat, var i medeltal 2 o C lägre än lufttemperaturen. Med andra ord så sänkte lufthastigheten och värmestrålningen i stallet upplevelsen av temperaturen i stallet med ett par grader.

39 Vid utetemperaturer på o C var innetemperaturen ca 7 o C i det semi-isolerade stallet (stall B). Detta bedöms vara ett lite kyligt klimat att arbeta i med denna typ av klädsel och arbete (PMV-värdet är neutralt). När innetemperaturen var 25 o C var PMV-värdet högre, varmt. Här anger PPD-värdet att 59% av en grupp människor hade tyckt att klimatet var lite varmt att jobba i. Ekvivalenttemperaturen var i medeltal 3 o C lägre än lufttemperaturen vilket visar att lufthastighet och värmestrålning i stallet sänker upplevelsen av temperaturen i stallet med tre grader (figur 19). I det oisolerade stallet (stall D) var innetemperaturer strax över o C vid -7 o C utetemperatur. I detta klimat bedöms klimatet vara kyligt att arbeta i med denna typ av klädsel och arbete (PMV-värdet är neutralt). Här anger PPD-värdet att 6% av en grupp människor hade tyckt att klimatet var kyligt att jobba i. När innetemperaturen var ca 1 o C var PMV-värdet högre, lite kyligt. Vid 26 o C innetemperatur registreras det termiska arbetsklimatet som varmt. Ekvivalenttemperaturen var under vintermånaderna ca 3.5 o C lägre än lufttemperaturen vilket anger att lufthastighet och värmestrålning i stallet sänkte upplevelsen av temperaturen i stallet. Under varma och soliga dagar är emellertid ekvivalenttemperaturen 3 o C högre än lufttemperaturen vilket anger att det oisolerade byggnadsskalet tillför strålningsvärme (figur 2). 3. 5. PMV Predicted Mean Vote (PMV) Varmt 2. Lite varmt 1. Neutralt. Lite kyligt -1. Kyligt -2. Lufttemperatur Ekvivalent temperatur Komfort temperatur PPD 5.8% PPD 7.6% PPD 6.9% PPD 18% PPD 5.7% PPD 16% 4. 3. 2. 1.. Innetemperatur, o C PPD = Predicted percentage of dissatisfied. 1. clo; 3. met -3. -1. 24-jan 13-feb 5-mar 25-mar 14-apr 4-maj 24-maj 13-jun Datum Figur 18. Det termiska arbetsklimatet i det isolerade stallet med naturlig ventilation och manuellt reglerbara ventilationsluckor (stall A).

4 3 5. Predicted Mean Vote (PPM) Varmt Lite varmt Neutralt Lite kyligt Kyligt 2 1-1 -2 PMV Lufttemperatur Ekvivalent temperatur Komfort temperatur PPD 23% PPD 38% PPD 9% PPD 17% PPD 14% PPD 11% PPD 13% PPD 59% 4. 3. 2. 1.. Temperatur, o C PPD = Predicted percentage of dissatisfied. 1. clo; 3. met -3-1. 24-jan 13-feb 5-mar 25-mar 14-apr 4-maj 24-maj 13-jun Datum Figur 19. Det termiska arbetsklimatet i det semi-isolerade stallet med naturlig ventilation och manuellt reglerbara ventilationsluckor (stall B). Predicted Mean Vote (PPM) Varmt Lite varmt Neutralt Lite kyligt Kyligt PPD = Predicted percentage of dissatisfied. 1. clo; 3. met 3. 2. 1.. -1. -2. -3. PPD 6% PMV Lufttemperatur Ekvivalent temperatur Komfort temperatur PPD 24% PPD 18% PPD 12% 13-feb 5-mar 25-mar 14-apr 4-maj 24-maj 13-jun 3-jul Datum Figur 2. Det termiska arbetsklimatet i ett av de oisolerade stallarna med glespanel och öppen nock (stall D). PPD 52% 5. 4. 3. 2. 1.. -1. Temperatur, o C

41 4.1.3. Luftföroreningar Koldioxid- och ammoniakkoncentrationen i stallarna (stall A, B, D, E) har varit låga och vid de flesta mätningarna under gränsvärdena för både djur och människa. Tabell 5 anger medeltal för de olika stalltyperna. Endast vid ett par tillfällen har ammoniakkoncentrationen överstiget 1 ppm i det isolerade stallet. Tabell 5. Medeltal över koldioxid- och ammoniakkoncentration i tre mjölkkostallar Stall Koldioxidkoncentration ppm Ammoniakkoncentration ppm Isolerat (stall A) 125 7.2 Semi-isolerat (stall B) 75 3.7 Oisolerat (stall D) 68 3, Koncentrationen av respirabelt damm och totaldamm i stallarna (stall A, B, D, E) har under fyra mätperioder visat sig vara mycket låga. Både respirabelt och totaldamm var under.3 mg/m 3 luft vilket kan jämföras med de hygieniska gränsvärdena för totaldamm, 1 mg/m 3 för djur och 5 mg/m 3 för människor på arbetsplatser där de vistas i 8 timmar. En uppskattning av mängden ammoniak som avges från de undersökta stallarna har gjorts utifrån mätningar av koldioxid- och ammoniakkoncentrationen. Koldioxidkoncentrationen har använts för att indirekt beräkna luftflödet i stallet. Ammoniakemissionen uppskattades till 38 och 71 g per ko och dag (tabell 6). Om korna producerade.3 kg kväve per ko och dag via träck och urin ger detta en uppskattad kväveförlust mellan 13 och 23%. Tabell 6. Uppskattat medeltal på ammoniakemission och kväveförluster från de undersökta lösdriftsstallarna Stall Luftflöde Ammoniakemission Kväveförluster g/h g/ko, dag % Isolerat (stall A) 38 229 71 23 Semi-isolerat (stall B) 76 6 276 32 11 Oisolerat (stall E) 128 8 33 38 13 4.2 Avgivning av värme, fukt och koldioxid Värme-, fukt- och koldioxidavgivningen från mjölkkor varierar bl.a med omgivningstemperaturen. Resultaten av mätningarna från ett mjölkkostall för 42 uppbundna mjölkkor redovisas i figurerna 21-23. Koldioxidproduktionen ökar med sjunkande omgivningstemperatur från 25 l/ko,h vid 2 o C till 35 l/ko,h vid 6 o C. Avgivningen ökar med 9.6 l/ko,h per o C.

42 1 9 Koldioxidavgivning, l/ko,h 8 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 Lufttemperatur, o C Figur 21. Koldioxidproduktionen från ett stall med 42 uppbundna mjölkkor (resultat från tre stallperioder). Den totala värmeavgivningen har beräknats indirekt från koldioxidproduktionen enligt ekvation 3 (avsnitt 3.2). Även den totala värmeavgivningen ökar med sjunkande omgivningstemperatur från 1.3 kw/ko vid 2 o C till 2 kw/ko vid 6 o C (figur 22). Ökningen är 5 W per o C. Total värmeavgivning, kw/ko 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 5 1 15 2 25 Lufttemperatur, o C Figur 22. Total värmeavgivning från ett stall med 42 uppbundna mjölkkor (resultat från tre stallperioder).

43 Fuktavgivningen minskar med sjunkande omgivningstemperatur. Vid 2 o C är avgivningen ca 1.1 kg/ko,h vilket minskar till.7 kg/ko,h vid 6 o C. Avgivningen minskar med 29 g/ko,h per o C (figur 23). Fuktavgivning, kg/ko, h 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1.8.6.4.2 5 1 15 2 25 Lufttemperatur, o C Figur 23. Fuktavgivning från ett stall med 42 uppbundna mjölkkor (resultat från två stallperioder). 4.3 Inverkan av byggnadsskalets U-värde U-värdet för tak- och väggkonstruktionen avgör vid vilket inneklimat det blir ytkondens vintertid men även hur hög värmebelastning pga solinstrålning det blir under sommardagar. Golvets U-värde avgör vid vilken utetemperatur vintertid golvet fryser. Följande resultat visar hur ytkondens, frostfrihet för golv samt värmebelastning på grund av solinstrålning påverkas av byggnadsskalets U-värde. 4.3.1 Ytkondens Förekomsten av ytkondens på inre byggnadsytor beror av lufttemperatur och luftfuktighet i byggnaden, lufttemperatur utanför byggnaden (klimatzon A-E) samt U- värde för vägg och tak. Figur 24 visar vilket U-värde som maximalt kan användas i tak och väggar för att undvika ytkondens. Exempelvis vid stalltemperaturen 5 o C får U- värdet inte vara större än 1.23 W/m 2 K i klimatzon A (-1 o C utetemperatur). Förändringen av linjernas lutning vid +1 o C beror på valet av luftfuktighet som gjorts enligt djurskyddsföreskrifterna (se avsnitt 3.3). För stalltemperaturer under +1 o C ökar kravet på isolering med sjunkande stalltemperatur.

44 U kondens, W/m 2 K 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1.8.6.4.2 RF Zon A Zon B Zon C Zon D Zon E 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Relativ luftfuktighet, % 2 4 6 8 1 12 14 Stalltemperatur, o C Figur 24. Värmegenomgångskoefficient, U kondens (W/m 2 K), för att undvika ytkondens vid olika stalltemperaturer och dimensionerande utetemperatur enligt klimatzon A-E (SS 9515, 1993). Relativ luftfuktighet enligt djurskyddsföreskrifterna (DFS, 24). 4.3.2 Frostfrihet för golv Förekomsten av frost i golvytan beror av lufttemperaturen i byggnaden, utetemperaturen (klimatzon A-E) samt golvkonstruktionens värmegenomgångskoefficient. Figur 25 visar golvtemperaturen i yttre randfältet för en oisolerad golvkonstruktion med 1 mm golvtjocklek samt 15 mm dräneringslager (U yr =.68 W/m 2 K). Exempelvis blir det frost i golvytan vid stalltemperatur under 1 o C i klimatzon A (-1 o C utetemperatur), och golvtemperaturen är strax över +3 o C vid stalltemperaturen 5 o C.

45 12 Golvtemperatur, o C 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 12 14-2 -4 Stalltemperatur, o C Zon A I Zon E Figur 25. Golvtemperatur i yttre randfält för oisolerad golvkonstruktion beroende av stalltemperatur och vid utetemperaturer enligt klimatzon A-E (SS 9515, 1993). Beräkningar visar också att om utförandet av anslutningen mellan golv och vägg medför risk för köldbrygga ger isolering vertikalt utmed grundens utsida med 3 mm styrolit ingen frost i alla klimatzoner vid stalltemperaturen 5 o C. Tabell 1 visar vilken utetemperatur som krävs vid o C golvtemperatur och 5 o C stalltemperatur. Kontrollberäkningar visar också att vägg med värmegenomgångskoefficient som förhindrar ytkondens även förhindrar köldbrygga som ger frost vid 5 o C stalltemperatur (klimatzon A-E). Tabell 8. Utetemperatur vid o C golvtemperatur för oisolerat golv och eventuell köldbrygga samt med 3 mm styrolit vertikalt utmed grundens utsida. U yr = U-värde för golvets yttre randfält Beskrivning U yr Utetemperatur vid o C golvtemperatur Oisolerat golv,68-38 o C Oisolerat golv med 3 mm styrolit,42-65 o C Eventuell köldbrygga 3,72-3 o C Eventuell köldbrygga med 3 mm styrolit,85-3 o C

46 4.3.3 Värmebelastning på grund av solinstrålning Hur stor del av solinstrålningen mot ett byggnadsskal som övergår till värme i stalluften beror av U-värdet för tak, vägg och golv samt luftflödet genom byggnaden. Figur 26 visar hur soluppvärmningsfaktorn varierar med luftflödet genom byggnaden. Soluppvärmningsfaktorn definieras som den del av den horisontella solinstrålningen mot byggnaden som övergår till värme i byggnadens luftvolym. Exempelvis vid luftflödet 7 m 3 /m 2 h och U tak 1.2 W/m 2 K är soluppvärmningsfaktorn.47. Vid solinstrålningen 8 W/m 2 övergår då 38 W/m 2 golvyta till värme i stalluften. För ett oisolerat byggnadsskal är soluppvärmningsfaktorn omkring.1 och för ett ljusgenomsläppligt material omkring.2 (Jeppsson & Gustafsson, 21). Beräkningarna gäller för parallelltak och byggnadsskal utan ljusgenomsläppliga material. Soluppvärmningsfaktor.7.6.5.4.3.2.1 U tak (W/m 2 K) 1.4 1.2 1..8.6.4 2 4 6 8 1 12 14 16 Luftflöde, m 3 /m 2 h Figur 26. Soluppvärmningsfaktor för olika värmegenomgångskoefficienter för tak, U tak (W/m 2 K), beroende av luftflöde per kvadratmeter golvarea. Beräkningarna gjorda för U golv =.3 W/m 2 K och U vägg = U tak. En möjlighet att påverka temperaturskillnaden mellan stalltemperatur och utetemperatur på grund av solinstrålningen är att ändra isoleringsgraden i taket. Figur 27 visar hur temperaturskillnaden är beroende av U-värdet för taket. Ju högre U-värde desto större temperaturskillnad. På grund av att mjölkor kan bli värmestressade redan vid 21-25 o C kan det vara positivt att isolera taket och få en låg temperaturskillnad. Ett oisolerat tak med soluppvärmningsfaktor omkring.1 ger en temperaturskillnad på 5-6 o C.

47 5 4.5 Temperaturökning, o C 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 Värme från djuren Värme från solen.5.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 U tak, W/m 2 K Figur 27. Temperaturökning beroende av värmegenomgångskoefficient för tak, U tak. Beräkningarna gjorda vid t us (21 o C) för U golv =.3 W/m 2 K, U vägg =1.2 W/m 2 K, 7 m 3 /m 2 h luftflöde samt solinstrålning 8W/m 2. 4.4 Dimensionering och simulering av termiskt klimat i frostfri byggnad Följande dimensionering och simulering av det termiska klimatet gäller för klimatzon A. Resultat och diagram för de övriga klimatzonerna presenteras i Bilaga 1B 1E. Samtliga beräkningar är utförda vid stationära termiska system dvs hänsyn har inte tagits till lagring av värme och fukt i byggnadsmaterial. Hänsyn har inte heller tagits till dygnsvariationer i utomhusklimatet, djurens värmeavgivning och koldioxidproduktion. 4.4.1 Frostfri byggnad i klimatzon A Vid beräkningar av det termiska klimatet vid stationära förhållanden i stallbyggnader upprätthålls värme-, fukt- och koldioxidbalans, dvs mängden värme, fukt och koldioxid som tillförs stalluften är lika med mängden som bortförs med ventilationsluften. Värmebalansen påverkas av tillförd värme från djuren mm, värmetransport genom byggnadsskalet och värmetransport via ventilationsluften. Fuktbalansen påverkas av fuktavgivning från djuren och fuktiga ytor i stallet, fukttransport med ventilationsluften och eventuell kondensering. Koldioxidbalansen påverkas av djurens och eventuellt gödselns koldioxidproduktion samt koldioxidtransporten med ventilationsluften. Figur 28 visar vid vilket luftflöde det är värmebalans, fuktbalans enligt djurskyddsföreskrifterna (DFS, 24) samt koldioxidbalans vid 3 ppm i ett mjölkkostall beroende på val av stalltemperatur under förutsättning att det inte blir ytkondens på tak- och väggytor. Exempelvis vid stalltemperaturen 5 o C krävs det 14

48 m 3 /h (q f ) för att luftfuktigheten skall ligga på 85% RF, 118 m 3 /h (q v ) för att stalltemperaturen skall vara just 5 o C samt 89 m 3 /h (q k ) för att koldixodkoncentrationen skall vara vid 3 ppm. Det aktuella luftflödet, q a, genom ett stall som påverkar temperatur, luftfuktighet och koldioxidkoncentration är emellertid lika stort (q a = q v = q f = q k ). Diagrammet visar alltså att vid exempelvis stalltemperaturen 5 o C behövs det antingen tillskottsvärme eller avfuktning för att hålla fuktbalansen under 85% RF samt koldioxidbalansen under 3 ppm. I ett stall får djur endast tillfälligtvis utsättas för koldioxidkoncentrationer över 3 ppm, dvs luftflödet q k får endast tillfälligt underskridas. 3 1.2 25 U byggnad 1 Luftflöde, m 3 /ko,h 2 15 1 q f.8.6.4 U byggnad, W/m 2 K q k 5 q v.2 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 28. Flöde för att upprätthålla fuktbalans vid RF enligt DFS (24) (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans vid 3 ppm (q k ) beroende på innetemperatur. Byggnadens värmegenom-gångskoefficient, U byggnad, vald för att förhindra ytkondens på väggar och tak. U golv =.3 W/m 2 K. Värmebehovet för att upprätthålla fuktbalans (luftflöde enligt q f ) vid luftfuktighet i stallet enligt DFS (24) visas i figur 29. Värmebehovet minskar med sjunkande innetemperatur och är.11 kw/ko vid 5 o C. Om luftflödet genom stallet väljs för att upprätthålla värmebalans (q v för 7.5 o C) och maximalt 3 ppm koldioxid (q k för 7.5 12 o C) erhålls figur 3 som visar behov av avfuktning och värme beroende av stalltemperatur. Vid exempelvis 5 o C behövs det avfuktning motsvarande.85 kg/ko,h.

49.5 4 Värmebehov, kw/ko.25 Värmebehov CO 2 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 29. Värmebehov och koldioxidkoncentration för olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f figur 28). 1 4 Avfuktning, kg/ko,h Värmebehov, kw/ko.75.5.25 Avfuktning CO 2 Värmebehov 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 3. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 28) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 28).

5 Vid följande beräkningar och simuleringar väljs stalltemperaturen 5 o C som dimensionerande innetemperatur. Valet motiveras av att lägre stalltemperatur ger mindre säkerhet för frost vid utetemperaturer under den dimensionerande utetemperaturen -1 o C (klimatzon A). En möjlighet att åstadkomma 5 o C och 85% RF är att dimensionera byggnadsskalets isolering så att värme- och fuktbalans inträffar vid samma luftflöde. Figur 31 visar att vid U byggnad.5 W/m 2 K ger luftfödet 14 m 3 /h värme- och fuktbalans samtidigt som koldioxidkoncentrationen är lägre än 3 ppm. Val av lägre stalltemperatur gör att punkten då q f och q v korsar varandra förskjuts mot ökat U-värde. Exempelvis vid +3 o C och 87% RF inträffar detta vid 164 m 3 /h och.6 W/m 2 K. Figur 31. Luftflöde för värme- (q v ), fukt- (q f ) och koldioxidbalans (q k ) beroende av byggnadens U-värde vid 5 o C stalltemperatur och 85% RF. Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.9 W/m 2 K. Vid U byggnad över.5 W/m 2 K krävs antingen tillskottsvärme eller avfuktning för att värme- och fuktbalansen skall vara vid 5 o C och 85% RF. Figur 32 visar hur behovet av värme ökar med ökat U-värde om ventilationsflödet följer flöde för fuktbalans (q f ). Vid exempelvis.85 W/m 2 K är värmebehovet.85 kw/ko. Figur 33 visar hur avfuktad mängd och koldioxidkoncentrationen ökar med ökat U-värde vid ventilationsflöde som följer flöde för värmebalans (q v ). Vid exempelvis.85 W/m 2 K är behovet för avfuktning.11 kg/ko,h. Vid följande beräkningar och simuleringar väljs U byggnad till.85 W/m 2 K för att erhålla så låg byggkostnad som möjligt.

51 Figur 32. Behov av värme samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U- värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f figur 31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.9 W/m 2 K. Figur 33. Behov av avfuktning samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U-värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att

52 upprätthålla värmebalans (q v figur 31) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.9 W/m 2 K. Även utetemperaturen påverkar vid vilket luftflöde som värme- och fuktbalansen är vid 5 o C och 85% RF. Figur 34 visar hur luftflödena ändras mellan och -2 o C. Linjerna för q v och q f korsar varandra vid -8 o C utetemperatur vilket ger balans vid 5 o C innetemperatur och 85% RF. Vid lägre utetemperatur än -8 o C krävs avfuktning för att hålla 85% RF och vid högre utetemperatur blir RF lägre än 85%. Figur 34. Flöde för att upprätthålla fuktbalans (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans (q k ) beroende på utetemperatur med vald innetemperatur på 5 o C samt U byggnad.85 W/m 2 K. Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -12 o C. Behovet av tilläggsvärme beroende av utetemperatur då ventilationsflödet följer flödet för fuktbalans (q f figur 33) visas i figur 35. Tilläggsvärme på.11 kw/ko vid -1 o C utetemperatur ger balans vid 5 o C innetemperatur och 85% RF samtidigt som koldioxidkoncentrationen är 2 ppm. Mängden vatten som behöver avfuktas för att hålla 85% RF samt koldioxidkoncentrationen beroende av utetemperaturen visas i figur 36. Figuren visar att om inte koldioxidkoncentrationen skall överskrida 3 ppm krävs tillskottsvärme vid utetemperaturer under -14 o C.

53 Figur 35. Värmebehov samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.85 W/m 2 K samt med flöde för att upprätthålla fuktbalans (q v figur 34). Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -12 o C. Figur 36. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.85 W/m 2 K. Ventilationsflöde följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 34) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 34). Kondens på vägg och tak vid innetemperaturer < -12 o C.

54 Följande två diagram visar simuleringar under stationära förhållanden i en ligghall för 14 mjölkkor med tidigare beskrivna förutsättningar. Figur 37 beskriver hur RF och behovet av luftflöde varierar med sjunkande utetemperatur från till -2 o C. Den streckade linjen (RF a ) anger RF utan tilläggsvärme alternativt avfuktning, linjen (RF b,c ) anger RF vid tilläggsvärme.11 kw/ko alternativt.85 kg/ko,h avfuktning. Lägre utetemperatur ger snabbt ökande RF samt kondens på tak- och väggytor. Kondens börjar bildas vid -1 o C utetemperatur om inte tilläggsvärme eller avfuktning sätts in. Med tilläggsvärme eller avfuktning enligt ovan börjar kondens bildas vid -12 o C utetemperatur. Figur 37. Luftflöde och relativ luftfuktighet beroende av utetemperatur i byggnad med U-värde.85 W/m 2 K och 5 o C stalltemperatur. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.11 kw/ko; (c) med avfuktning.85 kg/ko,h. Koldioxidkoncentrationen ökar med sjunkande utetemperatur eftersom luftflödet genom stallet måste sänkas för att hålla 5 o C stalltemperatur (figur 38). Under -14 o C utetemperatur blir koldioxidkoncentrationen över 3 ppm (CO 2a,c ) om inte tilläggsvärme sätts in. Luftflödet kan då ökas och koldioxidkoncentrationen hålls under 3 ppm. Vid utetemperaturer över o C ökar stalltemperaturen över 5 o C när utetemperaturen överskrider + 2 o C (figur 39). Utan extra värmebelastning på grund av solinstrålning är temperaturskillnaden mellan inne och ute 2.8 o C vid dimensionerande utetemperatur sommartid (t us = 21 o C). Med en horisontell solinstrålning på 8 W/m 2 ökar temperaturskillnaden till 4. o C. Beräkningarna har begränsats av ett maximalt luftflöde på 6 m 3 /h genom stallet.

55 6 Koldioxidkoncentration, ppm 5 4 3 2 1 CO 2b CO 2a,c -25-2 -15-1 -5 Utetemperatur, o C Figur 38. Koldioxidkoncentration beroende av utetemperatur vid stalltemperatur 5 o C. Luftflöde enligt figur 37. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.11 kw/ko; (c) med avfuktning.85 kg/ko,h. 6 q d,e 6. 5 5. Luftflöde, m 3 /ko,h 4 3 2 dt d dt e 4. 3. 2. Temperaturskillnad, o C 1 1.. 5 1 15 2 25 3 35 Utetemperatur, o C Figur 39. Luftflöde samt temperaturskillnad (T ute -T inne ) beroende av utetemperatur. Maximalt luftflöde 6 m 3 /ko,h, U byggnad.85 W/m 2 K; (d) utan solinstrålning; (e) med horisontell solinstrålning 8 W/m 2.

56 Slutresultatet av ovanstående beräkningar och simuleringar är att en frostfri byggnad (5 o C) i klimatzon A skall minst ha U tak = U vägg = 1.2 W/m 2 K, U golv =.3 W/m 2 K (U byggnad =.85 W/m 2 K). Tilläggsvärme (.11 kw/ko) eller avfuktning (.85 kg/ko,h) håller RF på 85% vid t uv = -1 o C. Därmed förhindras ytkondens och frostrisk vid dimensionerande utetemperatur samt övertemperaturen vid 21 o C utetemperatur är 4 o C. 4.5 Jämförelse av byggkostnader Byggkostnaderna för byggnadsskalen med olika isoleringsgrad visas i figur 4. Kostnaderna är uttryckta per kvadratmeter golvyta. De semi-isolerade byggnadsskalen (.8 och 1.2 W/m 2 K) har ungefär 15% lägre kostnad än det isolerade byggnadsskalet och 2% högre kostnad än det oisolerade stallet..36 1468 U byggnad, W/m 2 K.6.8 1261 1251 2.4 116 2 4 6 8 1 12 14 16 Byggkostnad för byggnadsskalet, kr per m 2 Figur 4. Byggkostnad inklusive tak, väggar och golv beroende av U-värde för byggnadsskalet. Golvkonstruktion oisolerad för U byggnad = 2.4 W/m 2 K, övriga golv isolerade med 3 mm styrolit.

57 5 DISKUSSION OCH SLUTSATSER 5.1 Termiskt klimat och lufthygien i stallar som är frostfria Mätningar på termiskt klimat och lufthygien har endast utförts i fem lösdriftsstallar vilket gör att resultaten inte gäller generellt för de olika stalltyperna utan måste betraktas som resultat för de enskilda stallarna. Den termiska djurmiljön var bra i de fem lösdriftsstallar där mätningar utförts. Hur mycket isolering det är i byggnadsskalet påverkar temperaturskillnaden mellan inne- och utetemperatur för stallet. Isoleringen påverkar alltså vid vilken utetemperatur det blir minusgrader i stallet och hur hög övertemperatur det blir under varma dagar (figur 41). 35 3 25 Innetemperatur, o C 2 15 1 Isolerad 5 Semi-isolerad Oisolerad -2-1 1 2 3 4 5-5 Utetemperatur, o C Figur 41. Innetemperaturens variation med utetemperaturen för isolerade, semiisolerade och oisolerade stallar med manuellt reglerad naturlig ventilation. I stallarna med manuellt reglerbar naturlig ventilation (stall A och B) gjordes inga justeringar av ventilationsöppningarnas storlek under mätperioderna vilket också framgår av mätresultaten. Endast om det blev mycket kall utetemperatur justerades öppningarna i det semi-isolerade stallet (stall B) för att hålla det frostfritt. Den relativa luftfuktigheten varierade mycket i samtliga stallar och var periodvis mycket hög. Enligt djurskyddsföreskrifterna (DFS, 24) får RF i ett värmeisolerat stall inte överstiga 8% under vintern om inte stalltemperaturen understiger 1 o C. I sådana fall får den numeriska summan av stalltemperaturen och RF inte överstiga 9. I oisolerade stall får RF inte överstiga uteluftens relativa fuktighet med mer än 1 procentenheter. I det isolerade stallet (stall A) var RF i medeltal under 8% vid låga temperaturer. Att RF var lågt i det semi-isolerade stallet med manuell reglering (stall B) beror förmodligen på ett bra luftflöde genom byggnaden. I det semi-isolerade stallet

58 med automatisk reglering mot 5 o C stalltemperatur vid låga utetemperaturer (stall C), var luftfuktighet hög vilket stämmer med teorin och simuleringarna. Uppskattningen av U-värdet för stall C (ca.4 W/m 2 K) visar att detta egentligen kan räknas som en isolerad byggnad där innetemperaturen styrs mot 5 o C under vinterförhållanden. Detta är ett intressant alternativ i klimatzon A eftersom vid U byggnad.5 W/m 2 K och stalltemperaturen 5 o C ger samma flöde samtidigt värmebalans och fuktbalans (se figur 31). Höga lufthastigheter uppfattas vintertid som drag av både djur och människa. Samtidigt kyler höga lufthastigheter under varma dagar. Resultaten av mätningarna (figur 17) ger en indikation på större variation i lufthastigheter för det semi-isolerade stallet (stall B) och de oisolerade stallarna (stall D, E) jämfört med det isolerade. Mätningarna i de fem stallarna samt simuleringarna av klimatet i semi-isolerade stallar ger inga resultat som pekar mot sämre termisk djurmiljö i frostfria stallar. Mjölkkor har stor tolerans mot låga omgivningstemperaturer men blir värmestressade redan vid 21-25 o C. Ett semi-isolerat byggnadsskal ger lägre övertemperatur vid höga utetemperaturer än ett oisolerat byggnadsskal. Hur mycket isolering det är i byggnadsskalet påverkar även den termiska arbetsmiljön. Figur 42 visar hur PMV-indexet varierar med utetemperaturen med klädsel motsvarande tröja, byxor och overall och arbete motsvarande att gå i 5.3 km/h. I ett oisolerat stall är arbetsmiljön kyligare under vintern och varmare under sommaren än i ett isolerat stall. Den termiska arbetsmiljön i ett semi-isolerat stall är bättre än i det oisolerade stallet men något sämre än i det isolerade. Skillnaderna kan kompenseras med anpassad klädsel för de olika stalltyperna. Stora skillnader i termisk arbetsmiljö under ett arbetspass gör att det blir svårare att anpassa klädseln. Ett semi-isolerat stall med automatisk reglering till 5 o C under vintern ger bättre termisk arbetsmiljö under vinterförhållanden än vad figur 42 anger. Varmt Lite varmt 3. 2. 1. Oisolerad Semi-isolerad PMV-index Isolerad Neutralt. -2-1 1 2 3 Lite kyligt -1. Kyligt -2. -3. Utetemperatur, o C Figur 42. PMV-index beroende av utetemperatur för isolerat, semi-isolerat och oisolerat stall.

59 Ammoniak- och koldioxidkoncentrationen i de undersökta stallarna var under gränsvärdena för både djur och människa. Även koncentrationerna av respirabelt damm och totaldamm var under gränsvärdena. Normalt är det inga problem med luftföroreningar i isolerade och oisolerade mjölkkostallar. Simuleringarna visar emellertid att det kan bli höga koldioxidkoncentrationer i semi-isolerade stallar vid låga utetemperaturer eftersom luftflödet stryps. Tilläggsvärme gör det möjligt att öka luftflödet. En uppskattning av ammoniakemissionen har beräknats från fyra av de utvärderade stallarna. Uppskattningarna visar på ganska höga kväveförluster. Kväveförluster från isolerade lösdriftsstallar med liggbås och mekanisk ventilation har vid mätningar i Holland varit mellan 7 14% (Monteny & Kant, 1997). Skillnaderna mellan det isolerade, semi-isolerade och oisolerade stallarna är mycket osäkra. För att avgöra vilken stalltyp som ger störst ammoniakemission krävs noggranna mätningar i ett större antal stallar. 5.2 Avgivning av fri värme, fukt och koldioxid Den uppmätta koldioxidproduktionen är högre än den beräknade enligt förutsättningarna i avsnitt 2.2. Mjölkproduktionen i stallet där mätningarna utfördes låg i medeltal kring 31-32 kg/dygn och för den beräknade koldioxidproduktionen på 25 kg/dygn. Även efter en justering av mjölkproduktionen är den uppmätta koldioxidproduktionen ca 5 l/ko,h högre än den beräknade (figur 43). 1 9 Koldioxidavgivning, l/ko,h 8 7 6 5 4 3 2 1 CIGR, 22.185 5 1 15 2 25 Lufttemperatur, o C Figur 43. Uppmätt koldioxidproduktion samt beräknad för 6 kg mjölkko som producerar 32 kg mjölk per dygn och har varit dräktig i 15 dygn enligt CIGR (22).

6 Den totala värmeavgivningen har bestämts indirekt från mätningarna av koldioxidproduktionen vilket gör att även den uppmätta totala värmeavgivningen är högre än den beräknade enligt CIGR (22). Figur 44 visar att den uppmätta totala värmeavgivningen är ca.2 kw/ko högre än den beräknade enligt CIGR (22). 4 Total värmeavgivning, kw/ko 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 CIGR, 22 5 1 15 2 25 Lufttemperatur, o C Figur 44. Uppmätt total värmeavgivning samt beräknad för 6 kg mjölkko som producerar 32 kg mjölk per dygn och har varit dräktig i 15 dygn enligt CIGR (22). Den uppmätta fuktavgivningen ligger också högre än den beräknade (figur 45). Vid 6 o C lufttemperatur är fuktavgivningen lika men vid 15 o C ungefär.1 kg/ko,h högre. Att både uppmätt koldioxidproduktion och fuktavgivning är högre än de beräknade enligt CIGR kan betyda att de teoretiska ekvationerna ger något låga värden jämfört med verkligheten. De värden på värmeavgivning, fuktavgivning och koldioxidproduktion som idag används vid dimensionering av ventilation i isolerade mjölkkostallar gäller för en dimensionerande innetemperatur vintertid av 12 o C (SS 9515, 1993). Vid en sänkning av innetemperaturen ökar kons värmeavgivning och koldioxidproduktion samtidigt som fuktavgivningen minskar. Mätningarna visar att fuktavgivningen från kostallet minskar med ca.2 kg/ko,h vid en sänkning av innetemperaturen från 12 o C till 5 o C. Detta överensstämmer med CIGR s ekvationer för fuktavgivning. Vid en sänkning av innetemperaturen minskar samtidigt luftens vattenupptagande förmåga. Figur 46 visar vilket luftflöde som behövs för att ventilera ut en fuktproduktion på 1 kg/h i stallet. Förutom innetemperaturen påverkas den vattenupptagande förmågan av utetemperaturen samt luftfuktigheten både inomhus och utomhus. Vid den dimensionerande utetemperaturen -1 o C behövs det ca 1 m 3 /h extra luftflöde för att ventilera ut 1 kg/h om innetemperaturen sänks från 12 o C till 5 o C. Trots minskningen i fuktavgivning med preliminärt.2 kg/ko,h krävs det ändå ett ökat luftflöde för att få ut tillräcklig mängd fukt.

61 2 1.8 Fuktavgivning, kg/ko, tim 1.6 1.4 1.2 1.8.6.4.2 5 1 15 2 25 Lufttemperatur, o C Figur 45. Uppmätt fuktavgivning samt beräknad för 6 kg mjölkko som producerar 32 kg mjölk per dygn och har varit dräktig i 15 dygn enligt CIGR (22). 5 4 Luftflöde, m 3 /h 3 2 Utetemperatur -1 o C och 85% luftfuktighet 1 Utetemperatur -2 o C och 9% luftfuktighet 5 1 15 2 25 Innetemperatur, o C Figur 46. Luftflöde för att ventilera bort 1 kg/h fuktavgivning vid olika innetemperaturer. Luftfuktighet inomhus 85%.

62 5.3 Inverkan av byggnadsskalets U-värde Beräkningarna på vilken värmegenomgångskoefficient som behövs för att undvika ytkondens har gjorts utan att materialets eventuella fuktabsorberande och fukttransporterande förmåga har beaktats. Ett fuktabsorberande material har förmågan att suga upp ytkondens när det bildas och sedan torka upp igen. I semi-isolerade djurstallar, såväl som oisolerade, kommer det periodvis att bli ytkondens beroende på uteklimatet. En rekommendation är att använda material med fuktabsorberande och fukttransporterande egenskaper. Beräkningarna har inte heller beaktat eventuell nattutstrålning som kan medföra lägre yttemperatur och därmed behov av lägre U- värde. Effekterna av nattutstrålning bedöms som mycket små utom för oisolerade konstruktioner. Simuleringarna visar att ytkondens kommer att bildas vid lägre utetemperatur än dimensionerande utetemperatur vintertid om avfuktning och/eller tilläggsvärme används i stallet. Det semi-isolerade byggnadsskalet bedöms att ge mindre risk för ytkondens än ett oisolerat byggnadsskal på grund av isoleringen. Ytkondens kommer emellertid att förekomma. Möjligheten att kondensera ut fukt på vissa ytor i stallet och ta hand om kondensvattnet är intressant för fortsatt forskning. Beräkningarna av frostfrihet för golv har utförts utan att golvets värmelagring har beaktats. Golvets värmelagrande förmåga gör att temperatursvängningarna utjämnas och buffrar mot korta perioder med låga utetemperaturer. Att inte beakta golvets värmelagring medför att resultaten är på den säkra sidan jämfört med verkligheten. Beräkningarna visar att en oisolerad golvkonstruktion klarar kravet på frostfrihet i alla klimatzoner ner till stalltemperaturen 4 o C. Risken för köldbryggor gör emellertid att det rekommenderas en 3 mm stående styrolitskiva på utsidan av grundkonstruktionen. En teoretisk beräkning av värmebelastningen på grund av solinstrålning har gjorts för ett material med absorbansen.94 (svart fibercement). Hur andra taktäckningsmaterial påverkar värmebelastningen har inte beräknats. Värmebelastningen har beräknats för en horisontell solinstrålning av 8 W/m 2 vilket motsvarar ca 8% av max solinstrålning en solig sommardag. Även vid dessa beräkningar har byggnadsmaterialens, framförallt golvets värmelagrande förmåga inte beaktats. Beräkningarna visar tydligt att värmebelastningen ökar med minskad isolering i byggnadsskalet. Vid U tak.4 W/m 2 K är värmebelastningen från solen 1% av djurens fria värmeavgivning och vid 1.2 W/m 2 K 3% av djurens fria värmeavgivning. En intressant aspekt på solinstrålning att forska vidare på är dess positiva effekt för värmeoch fuktbalansen under vinterhalvåret. 5.4 Dimensionering och simulering Förslaget på 5 o C som den dimensionerande stalltemperaturen i semi-isolerade mjölkkostallar är flexibelt. Under +4 o C stalltemperatur blir risken för frost i golvet större med oisolerade golvkonstruktioner. Med isolering av golvet går detta att förhindra. Förenklat ger en lägre dimensionerande stalltemperatur än 5 o C ett något dyrare byggnadsskal på grund av ökat krav på isolering för att förhindra ytkondens.

63 Högre dimensionerande stalltemperatur än 5 o C ger större behov av tilläggsvärme som kan växlas om till ett dyrare byggnadsskal med mer isolering. Dimensioneringarna visar att tilläggsvärme och/eller avfuktning krävs i stallarna för samtliga klimatzoner (tabell 8). Om inte tilläggsvärme och/eller avfuktning sätts in stallet kommer RF och koldioxidkoncentrationen överstiga djurskyddsföreskrifternas gränsvärden vid högre utetemperatur än dimensionerande utetemperatur vintertid och det blir oftare problem med ytkondens. Beräkningarna är utförda vid en mjölkavkastning på 25 kg/dag. Mjölkavkastningen kan vid besättningar med hög produktion vara högre än 25 kg/dag. Kon avger mer värme, fukt och koldioxid ju mer mjölk som produceras. Ökningen inverkar på behovet av avfuktning och tilläggsvärme i tabell 8. Vid 35 kg mjölk per dag minskar behovet av tilläggsvärme i zon A till.8 kw/ko alternativt minskar behovet av avfuktning till.62 kg/ko,h. I zon B förändras inte behovet av avfuktning och tilläggsvärme. I zon C till E ökar behovet av tilläggsvärme respektive avfuktning på grund av temperaturskillnaden t i -t uv respektive att CO 2inne maximalt får vara 3 ppm. Tabell 8. Högsta rekommenderade U-värden för golv, väggar och tak samt behov av avfuktning och tilläggsvärme för semi-isolerat mjölkkostall med stalltemperatur 5 o C Zon A Zon B Zon C Zon D Zon E U byggnad, W/m 2 K.85.65.6.55.5 U vägg/tak, W/m 2 K 1.2.9.8.7.6 U golv, W/m 2 K.3.3.3.3.3 t uv, o C -1-15 -18-2 -24 Ventilationsflöde för att upprätthålla fuktbalans vid 85% relativ luftfuktighet Tilläggsvärme vid t uv, kw/ko Behov vid temperatur, o C.11 < -8.25 < -9.34 < -1.37 < -11.53 < -11 Ventilationsflöde för att upprätthålla värmebalans och maximalt 3 ppm CO 2 Avfuktning vid t uv, kg/ko,h Behov vid temperatur, o C.85 < -8.16 < -9.14 < -1.13 < -11.11 < -11 Tilläggsvärme vid t uv, kw/ko Behov vid temperatur, o C - -.11 < -16.15 < -18.32 < -18 Klimatzonerna är framtagna av SMHI och har bestämts med hänsyn till utetemperaturens varaktighet. Den dimensionerande utetemperaturen vintertid är baserad på medelvärdet av lägsta temperaturer för en 7-dygnsperiod (köldknäpp) i januari och februari. Under en 5-årsperiod uppträder i medeltal två köldknäppar (SS 9515, 1993). I tabell 8 framgår att semi-isolerade stallar för lösgående mjölkkor framförallt är ett alternativ för södra Sverige (zon A). Vid kalla vinterperioder under -8 o C krävs tilläggsvärme motsvarande.11 kw/ko. I zon A uppträder i medeltal två köldknäppar

64 under en 5-årsperiod med -1 o C som medeltemperatur för en 7-dygnsperiod. Att RF och koldioxidkoncentrationen kan komma att överstiga djurskyddsföreskrifternas gränsvärden vid ungefär två tillfällen under en 5-årsperiod bedöms vara acceptabelt. I norra Sverige är troligtvis semi-isolerade stallar mindre intressant p.g.a större behov av tilläggsvärme och/eller avfuktning och därmed högre energiförbrukning. 5.5 Jämförelse av byggkostnader Kostnadsberäkningarna visar att de semi-isolerade byggnadsskalen (.8 och 1.2 W/m 2 K) har ungefär 15% lägre kostnad än det isolerade byggnadsskalet och 2% högre kostnad än det oisolerade. Skillnaden mellan oisolerat och isolerat byggnadsskal ligger till viss del på själva isoleringen (inkl arbete) men också på att det för väggarna krävs en innerbeklädnad (inkl arbete) som skyddar isoleringen och som är tvättbar. I taket ställs inte samma krav på tvättbarhet och innerbeklädnaden kan vara enklare. Själva isoleringen är en liten kostnad vilket också inses av en mycket liten skillnad mellan byggnadsskal med U-värde.8 och 1.2 W/m 2 K. Skillnaden mellan semi-isolerade byggnadsskal och värmeisolerat byggnadsskal (SS 9515, 1993) är förutom mer isoleringsmaterial en fuktspärr (inkl arbete) i väggar och tak samt en vanlig innerbeklädnad i tak i form av innertakplåt (TRP-2). Den oisolerade lösdriften kräver att vattenledningar och vattenkoppar klarar temperaturer under noll grader. Enligt Kostnadsdata (23) kostar värmekabel i ledningarna plus eluppvärmda vattenkoppar ca 12:- per kvadratmeter golvyta i ligghallen för 14 mjölkkor. Ett semi-isolerat stall med automatisk reglering till 5 o C under vintern eller ett värmeisolerat stall (12 o C) kräver reglerbara tak- och väggluckor. Enligt Kostnadsdata (23) kostar ventilationsluckorna ca 32:- per kvadratmeter golvyta. Omräknat till kostnad per mjölkko (8.63 m 2 per ko) blir kostnaden för oisolerat byggnadsskal inkl frostsäkrat vatten 98:-/ko, för semi-isolerat byggnadsskal inkl ventilationsluckor 1355:-/ko och isolerat byggnadsskal inkl ventilationsluckor 1543:- per ko. Med årlig avskrivning 4.5% och ränta 3.5% (Agriwise, 25) blir produktionskostnaden 784:-/ko, 184:-/ko och 1234:-/ko för de tre alternativen. Om man antar att tilläggsvärme krävs under 14 dagar i zon A (.11 kw/ko) blir elkostnaden ca 3:- per ko för det semi-isolerade alternativet. I zon E blir elkostnaden för tilläggsvärme 3:- per ko för 1 månads värmebehov. Energibehovet är ungefär lika stort i ett semi-isolerat stall (5 o C,.5 W/m 2 K) som i ett isolerat stall (12 o C,.36 W/m 2 K). Slutsatsen av denna enkla uppskattning är att det semi-isolerade alternativet ger 12:- - 15:- (zon A-E) lägre produktionskostnad per mjölkko och år jämfört med det isolerade alternativet. Produktionskostnaden för det semi-isolerade alternativet är mellan 3:- (zon A) och 6:- (zon E) högre än för det oisolerade alternativet. Dessa skillnader skall ställas i relation till den totala produktionskostnaden för avskrivning och ränta för byggnaden som är omkring 7:- per ko. De produktionsekonomiska aspekterna på ett semi-isolerat alternativ kontra oisolerat och isolerat som gjorts här är bara uppskattningar och bör utredas noggrannare.

65 5.6 Slutsatser Den termiska djurmiljön i semi-isolerade stallar med stalltemperaturen 5 o C vintertid är bra. Jämfört med isolerade stallar blir RF och koldioxidkoncentration högre vid låg utetemperatur under vintern. Jämfört med oisolerade stallar klarar semi-isolerade stallar lägre utetemperatur innan risk för frost och under sommaren blir övertemperaturen lägre vid hög utetemperatur. 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. Det semi-isolerade stallet jämfört med det oisolerade bedöms att vara lite varmare att jobba i under den kalla årstiden, samtidigt bedöms det lite svalare under varma och soliga sommardagar. Skillnaderna kan kompenseras genom anpassad klädsel. Ammoniak- och dammkoncentrationen är generellt låg i lösdriftsstallar med liggbås för mjölkkor. Stalltemperaturer från 1 o C mot o C ökar kraven på isolering av byggnadsskalet för att förhindra ytkondens. En oisolerad golvkonstruktion ger frostfria golv i alla klimatzoner ner till stalltemperaturen +4 o C. Risken för köldbryggor motiverar 3 mm styrolit som utvändig grundisolering i semi-isolerade stallar. Lägre värmegenomgångskoefficient för takkonstruktionen ger minskad värmebelastning på grund av solinstrålning. För U tak från.4 till 1.2 W/m 2 K ökar värmebelastningen på grund av solinstrålningen från 1 till 3% av djurens värmeavgivning. Under kalla vinterperioder kan luftfuktigheten och koldioxidkoncentrationen i stallet 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. I södra Sverige (klimatzon A) är behovet av tilläggsvärme eller avfuktning litet och inträffar vid ungefär två tillfällen under en 5-årsperiod. Ett semi-isolerat byggnadsskal har ungefär 15% lägre kostnad än det isolerade byggnadsskalet och 2% högre kostnad än det oisolerade. Frostfria stallar är framförallt ett alternativ i södra Sverige (klimatzon A). För övriga delar av Sverige är frostfria stallar mindre intressant pga större behov för tilläggsvärme och/eller avfuktning.

66 6 FÖRSLAG TILL FORTSATT FORSKNING Riskanalyser för ytkondens, frysning av golv samt RF och koldioxidkoncentration över djurskyddsföreskrifternas gränsvärden. Ammoniakemission från isolerade, oisolerade och semi-isolerade lösdriftsstallar. Väggkonstruktion för avfuktning av mjölkkostallar. Solinstrålningens betydelse för värme- och fuktbalansen vintertid. Betydelsen av olika egenskaper hos yttertaksmaterial för värmebelastningen på grund av solinstrålning. Uppföljning och mätning av termisk miljö, ytkondens, frysning av golv och värmebelastning på grund av solinstrålning i semi-isolerade stallar. Ekonomisk utvärdering av ett semi-isolerat stall.

67 7 REFERENSER AFS. 2. Hygieniska gränsvärden och åtgärder mot luftföroreningar. Arbetarskyddsstyrelsens författningssamling 2:3, Solna. 115 sidor Agriwise. 25. www.agriwise.org (25-4-18) Anderlind, G & Stadler, C-G. 24. Isolerguiden, en vägledning till Boverkets byggregler och om energihushållning och värmeisolering. Swedisol. Åbergs Tryckeri AB, Tomelilla. 126 pp. Armstrong, D.V. 1994. Heat stress management in freestall barns in westsern U.S. Western dairy management conference. Las Vegas, Nevada, 8-1 April 1999, s 87-98 Baeta, F.C.; Meador, N.F.; Shanklin, M.D. & Johnsson, H.D. 1987. Equivalent temperature index at temperatures above the thermoneutral for lactating cows. ASAE, Paper No. 87-415, St. Joseph, Michigan Beauchamp, R.O.; Bus, J.S.; Popp, J.A.; Boreiko, C.J.; Andjelkovich, D.A. 1984. A critical review of the literature on hydrogen sulfide toxicity. Critical Reviews in Toxicology, 13:25-97 Belotti, C; Eriksson, T; Fredriksson, A & Spörndly, R. 1991. Skifta system i mjölkproduktionen? Aktuellt från lantbruksuniversitetet 398. Allmänt. Sveriges lantbruksuniversitet, Ultuna Bruce, J.M. & Clark, J.J. 1979. Models of heat production and critical temperature for growing pigs. Animal Production, vol 28, s 353-369. Harlow. Bruce, J.M. 1979. Heat loss from animals to floors. Farm Building Progress, nr. 55, s 1-4. The Scottish Farm Buildings Investigation Unit, Craibstone, Bucksburn, Aberdeen. Bruce, J.M. 198. Modelling the climatic energy demand on suckler cows. Animal Production 3:449-45 Bruce, J.M. 1981. Ventilation and temperature control criteria for pigs. I Environmental aspects of housing for animal production, s 197-215. Butterworths. London. Chiappini, U. & Christiaens, J.P.A. 1992. Cooling in animal houses. 2 nd report of working group on climatization of animal houses. Commission Internationale du Génie Rural (CIGR). Published by the Centre for Climatization of Animal Houses - Advisory Services, Faculty of Agricultural Sciences, State University of Ghent. Gent. CIGR. 1984. Report of working group on climatization of animal houses. International Comission of Agricaltural Engineering, Scottaspress Publishers Limited, Aberdeen, Skotland. 72 pp. CIGR. 1999. Handbook of Agricultural Engineering, Volume II, Animal Production & Aquacultural Engineering. ASAE, St Joseph, USA, 359 pp CIGR. 22. 4th report of working group on climatization of animal houses. (eds. S. Pedersen & K. Sällvik). Commission Internationale du Génie Rural (CIGR). www.ucd.ie/cigr/. 46 pp.

68 DFS. 24. Djurskyddsmyndighetens föreskrifter och allmänna råd om djurhållning inom lantbruket m.m. Djurskyddsmyndighetens författningssamling, DSF 24:17, Saknr L1, Skara. 51 sidor DIN. 1979. Wärmeschutz im Hochbau, Berechnungsverfahren. [Thermal insulation in buildings, calculation method.] Deutsches institut für normung, Beuth Verlag GmbH, Berlin, Tyskland, 14 pp Dolby, C-M. & Ekelund, K. 199. Enklare byggnader för mjölkproduktion. Aktuellt från lantbruksuniversitetet 39. Teknik. Sveriges lantbruksuniversitet, Ultuna Ehrlemark, A.G. & Sällvik, K. 1996. A model of heat and moisture dissipation from cattle based on thermal properties. Transaction of ASAE 39(1):187-194 Fanger. P.O., 197. Thermal comfort. Danish Technical Press, Copenhagen Gavhed, D.; Fredriksson, K.; Kuklane, K.; Holmér, I. & Norén, O., 21. Arbete i kyla i mjölkproduktionsanläggningar. JTI-rapport 29, Institutet för jordbruks- och miljöteknik, Uppsala Geng, Q.; Jonsson, C.; Bergström, J.; Norén, O. 24. Höjning av fingertemperaturen vid mjölkning. JTI-rapport 324 (Lantbruk & Industri). Institutet för jordbruksoch miljöteknik, Uppsala Groot Koerkamp, P.W.G.; Metz, J.H.M.; Uenk, G.H.; Phillips, V.R.; Holden, M.R.; Sneath, R.W.; Short, J.L.; White, R.P.; Hartung, J.; Seedorf, J.; Schröder, M.; Linkert, K.H.; Pedersen, S.; Takai, H.; Johnsen, J.O.; Wathes, C.M. 1998. Concentrations and emissions of ammonia in livestock buildings in northern Europe. Journal of agricultural Engineering Research 7, 79-95. Gustafsson, G. 1988. Luft- och värmebalanser i djurstallar. Dissertation. Sveriges lantbruksuniversitet, Institutionen för lantbrukets byggnadsteknik, Rapport 59, Lund Hahn, G.L., Nienaber, J.A & Eigenberg, R.A. 1998. Responses of livestock to thermal environments as a basis for rational management. Proceedings: AgEng98. International conference on agricultural engineering. Norges lantbrukshögskola, Norge Hammer, K. 1983. Vergiftungsunfälle bei der Gulleentnahme vermeiden. Landtechnik 1, s 423-426 ISO-EN-773. 1995. Moderate thermal environments Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort. International Standards Organisation, Geneva Jeppsson, K-H. & Gustafsson, G. 21. Solar heat load in uninsulated livestock buildings. J. Agric. Engng Res. 78(2): 187-197 Jeppsson, K-H. 1992. Klimatförhållanden i en transparent stallbyggnad för ungnöt i norra Sverige. Sveriges lantbruksuniversitet, Inst för lantbrukets byggnadsteknik, Specialmeddelande nr 191, Lund Johnson, H.D. 1987. Bioclimate effects on growth, reproduction and milk production. In Bioclimatology and the Adaptation of Livestock (ed. H.D. Johnson), 35-57. Amsterdam, Holland: Elsevier Publ. B.V. Kostallplan. 25. www.jbt.slu.se/kostallplan/ (25-5-18)

69 Monteny, G.J. & Kant, P.P.H. 1997. Ammonia emission and possibilities for its reduction in dairy cow houses: A review of Dutch developments. I Ammonia and Odour Emissions from Animal Production Facilities, Volume 1 (eds. J.A.M. Voermans & G.J. Monteny), 355-364. NVTL, Rosmalen, The Netherlands Mount, L.E. 1974. The concept of thermal neutrality. In Heat Loss from Animals and Man (ed. J.L. Monteith & L.E. Mount), 425-44. Proceedings of the twentieth Easter School in agricultural science, London, U.K.: Butterworths Mount, L.E. 1979. Adaptation to thermal Environment - Man and his productive animals. Edward Arnold (Publishers) Ltd., London Nevander, L-E. & Elmarsson, B. 1994. Fukthandbok praktik och teori. AB Svensk Byggtjänst. Svensk Tryck AB, Stockholm Nilsson, C. 1982. Dammundersökningar i svinstallar. Sveriges lantbruksuniversitet, Inst för lantbrukets byggnadsteknik. Rapport 25. Lund Nordstrom, G.A. & McQuitty, J.B. 1976. Manure gases in the animal environment. University of Alberta. Research bulletin, 76-1. Dep of agricultural engineering. Kanada Pedersen, S.; Takai, H.; Johnsen, J.O.; Metz, J.H.M.; Groot Koerkamp, P.W.G.; Uenk, G.H.; Phillips,V.R.; Holden, M.R.; Sneath, R.W.; Short, J.L.; White, R.P.; Hartung, J.; Seedorf, J.; Schroeder, M.; Linkert K.H. & Wathes, C.M. 1998 A comparison of three balance methods for calculating ventilation flow rates in livestock buildings. J. Agric. Engng. Res. 7 (1): 25-37 SS 9515. 1992. Lantbruksbyggnader - Ventilation, uppvärmning och klimatanalys i värmeisolerade djurstallar - Beräkningsregler. SIS - Standardiseringskommissionen i Sverige, Svensk standard SS 95 1 5. Stockholm. 17 pp. Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark. Strøm J.S., 1978. Heat loss from cattle, swine and poultry as basis for design of environmental control systems in livestock buildings (in Danish). SBI- Landbrugsbyggeri 55 Sällvik, K. 25. Husdjurens värmebalans och termiska närmiljö. Undervisningskompendium. SLU, Inst f jordbrukets biosystem och teknologi (JBT), Alnarp. 76 sidor Takai, H., Pedersen, S., Johnsen, J.O., Metz, J.H.M., Groot Koerkamp, P.W.G., Uenk, G.H., Phillips, V.R., Holden, M.R., Sneath, R.W., Short, J.L., White, R.P., Hartung, J., Seedorf, J., Schröder, M., Linkert, K.H., & Wathes, C.M., 1998. Concentrations and emission of airborne dust in livestock buildings in Northern Europe. J. Agric. Engng. Res., 7 (1), 59-77 Thom, E.C. 1958. Cooling degree-days. Air conditioning, heating and ventilating 55(7), s 65-72 Tuure, V-M. 23. Cold working environments on dairy farms in Finland. Int J Cirumpolar Health 62(2): 19-23 West, J.W. 23. Effects of heat stress on production in dairy cattle. J. Dairy Sci. 86, s 2131-2144

7 BILAGOR Bilaga 1B: Frostfri byggnad klimatzon B 3 1.2 25 1 Luftflöde, m 3 /ko,h 2 15 1 U byggnad.8.6.4 U byggnad, W/m 2 K 5 q f q k.2 q v 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1B:28. Flöde för att upprätthålla fuktbalans vid RF enligt DFS (24) (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans vid 3 ppm (q k ) beroende på innetemperatur. Byggnadens värmegenomgångskoefficient, U byggnad, vald för att förhindra ytkondens på väggar och tak. U golv =.3 W/m 2 K..5 4 Värmebehov, kw/ko.25 Värmebehov CO 2 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1B:29. Värmebehov och koldioxidkoncentration för olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f ) enligt figur 1B:28.

71 1 4 Avfuktning, kg/ko,h Värmebehov, kw/ko.75.5.25 Avfuktning CO 2 Värmebehov 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1B:3. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1B:28) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1B:28). Figur 1B:31. Luftflöde för värme- (q v ), fukt- (q f ) och koldioxidbalans (q k ) beroende av byggnadens U-värde vid 5 o C stalltemperatur och 85% RF. Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.7 W/m 2 K.

72 Figur 1B:32. Behov av värme samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U- värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f figur 1B:31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.7 W/m 2 K. Figur 1B:33. Behov av avfuktning samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U-värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1B:31) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1B:31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.7 W/m 2 K.

73 Figur 1B:34. Flöde för att upprätthålla fuktbalans (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans (q k ) beroende på utetemperatur med vald innetemperatur på 5 o C samt U byggnad.65 W/m 2 K. Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -18 o C. Figur 1B:35. Värmebehov samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.65 W/m 2 K samt med flöde för att upprätthålla fuktbalans (q v figur 1B:34). Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -18 o C.

74 Figur 1B:36. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.65 W/m 2 K. Ventilationsflöde följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1B:34) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1B:34). Kondens på vägg och tak vid innetemperaturer < -18 o C. Figur 1B:37. Luftflöde och relativ luftfuktighet beroende av utetemperatur i byggnad med U-värde.65 W/m 2 K och 5 o C stalltemperatur. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.25 kw/ko; (c) med avfuktning.16 kg/ko,h.

75 Koldioxidkoncentration, ppm 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 CO 2b CO 2a,c -25-2 -15-1 -5 Utetemperatur, o C Figur 1B:38. Koldioxidkoncentration beroende av utetemperatur vid stalltemperatur 5 o C. Luftflöde enligt figur 1B:37. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.25 kw/ko; (c) med avfuktning.16 kg/ko,h. 6 6 q d,e 5 5 Luftflöde, m 3 /ko,h 4 3 2 dt d dt e 4 3 2 Temperaturskillnad, o C 1 1 5 1 15 2 25 3 35 Utetemperatur, o C Figur 1B:39. Luftflöde samt temperaturskillnad (T ute -T inne ) beroende av utetemperatur. Maximalt luftflöde 6 m 3 /ko,h, U byggnad.65 W/m 2 K; (d) utan solinstrålning; (e) med horisontell solinstrålning 8 W/m 2.

76 Bilaga 1C: Frostfri byggnad klimatzon C 3 1.2 25 1 Luftflöde, m 3 /ko,h 2 15 1 q f U byggnad.8.6.4 U byggnad, W/m 2 K q k 5 q v.2 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1C:28. Flöde för att upprätthålla fuktbalans vid RF enligt DFS (24) (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans vid 3 ppm (q k ) beroende på innetemperatur. Byggnadens värmegenomgångskoefficient, U byggnad, vald för att förhindra ytkondens på väggar och tak. U golv =.3 W/m 2 K..75 4 Värmebehov, kw/ko.5.25 Värmebehov CO 2 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1C:29. Värmebehov och koldioxidkoncentration vid olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f ) enligt figur 1C:28.

77 1 4 Avfuktning, kg/ko,h Värmebehov, kw/ko.75.5.25 Avfuktning Värmebehov CO 2 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1C:3. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1C:28) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1C:28). Figur 1C:31. Luftflöde för värme- (q v ), fukt- (q f ) och koldioxidbalans (q k ) beroende av byggnadens U-värde vid 5 o C stalltemperatur och 85% RF. Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K.

78 Figur 1C:32. Behov av värme samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U- värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f figur 1C:31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K. Figur 1C:33. Behov av avfuktning samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U-värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1C:31) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1C:31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K.

79 Figur 1C:34. Flöde för att upprätthålla fuktbalans (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans (q k ) beroende på utetemperatur med vald innetemperatur på 5 o C samt U byggnad.6 W/m 2 K. Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -2 o C. Figur 1C:35. Värmebehov samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.6 W/m 2 K samt med flöde för att upprätthålla fuktbalans (q v figur 1C:34). Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -2 o C.

8 Figur 1C:36. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.6 W/m 2 K. Ventilationsflöde följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1C:34) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1C:34). Kondens på vägg och tak vid innetemperaturer < -2 o C. Figur 1C:37. Luftflöde och relativ luftfuktighet beroende av utetemperatur i byggnad med U-värde.6 W/m 2 K och 5 o C stalltemperatur. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.34 kw/ko; (c) med avfuktning.14 kg/ko,h och tilläggsvärme.11 kw/ko.

81 6 Koldioxidkoncentration, ppm 5 4 3 2 1 CO 2 CO 2b CO 2a -3-25 -2-15 -1-5 Utetemperatur, o C Figur 1C:38. Koldioxidkoncentration beroende av utetemperatur vid stalltemperatur 5 o C. Luftflöde enligt figur 1C:37. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.34 kw/ko; (c) med avfuktning.14 kg/ko,h och tilläggsvärme.11 kw/ko. 6 q d,e 6 5 5 Luftflöde, m 3 /ko,h 4 3 2 dt dt d 4 3 2 Temperaturskillnad, o C 1 1 5 1 15 2 25 3 35 Utetemperatur, o C Figur 1C:39. Luftflöde samt temperaturskillnad (T ute -T inne ) beroende av utetemperatur. Maximalt luftflöde 6 m 3 /ko,h, U byggnad.6 W/m 2 K; (d) utan solinstrålning, (e) med horisontell solinstrålning 8 W/m 2.

82 Bilaga 1D: Frostfri byggnad klimatzon D 3 1.2 25 1 Luftflöde, m 3 /ko,h 2 15 1 q f U byggnad.8.6.4 U byggnad, W/m 2 K q k 5.2 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1D:28. Flöde för att upprätthålla fuktbalans vid RF enligt DFS (24) (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans vid 3 ppm (q k ) beroende på innetemperatur. Byggnadens värmegenomgångskoefficient, U byggnad, vald för att förhindra ytkondens på väggar och tak samt U golv =.3 W/m 2 K. q v.75 4 Värmebehov, kw/ko.5.25 Värmebehov CO 2 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1D:29. Värmebehov och koldioxidkoncentration vid olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f ) enligt figur 1D:28.

83 1 4 Avfuktning, kg/ko,h Värmebehov, kw/ko.75.5.25 Avfuktning CO 2 Värmebehov 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1D:3. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1D:28) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1D:28). Figur 1D:31. Luftflöde för värme- (q v ), fukt- (q f ) och koldioxidbalans (q k ) beroende av byggnadens U-värde vid 5 o C stalltemperatur och 85% RF. Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K.

84 Figur 1D:32. Behov av värme samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U- värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f figur 1D:31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K. Figur 1D:33. Behov av avfuktning samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U-värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1D:31) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1D:31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K.

85 Figur 1D:34. Flöde för att upprätthålla fuktbalans (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans (q k ) beroende på utetemperatur med vald innetemperatur på 5 o C samt U byggnad.55 W/m 2 K. Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -26 o C. Figur 1D:35. Värmebehov samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.55 W/m 2 K samt med flöde för att upprätthålla fuktbalans (q v figur 1D:34). Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -26 o C.

86 Figur 1D:36. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.55 W/m 2 K. Ventilationsflöde följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1D:34) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1D:34). Kondens på vägg och tak vid innetemperaturer < -26 o C. Figur 1D:37. Luftflöde och relativ luftfuktighet beroende av utetemperatur i byggnad med U-värde.55 W/m 2 K och 5 o C stalltemperatur. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.37 kw/ko; (c) med avfuktning.13 kg/ko,h och tilläggsvärme.15 kw/ko.

87 6 Koldioxidkoncentration, ppm 5 4 3 2 1 CO 2c CO 2b CO 2a -3-25 -2-15 -1-5 Utetemperatur, o C Figur 1D:38. Koldioxidkoncentration beroende av utetemperatur vid stalltemperatur 5 o C. Luftflöde enligt figur 1D:37. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.37 kw/ko; (c) med avfuktning.13 kg/ko,h och tilläggsvärme.15 kw/ko. 6 6 q d,e 5 5 Luftflöde, m 3 /ko,h 4 3 2 dt e dt d 4 3 2 Temperaturskillnad, o C 1 1 5 1 15 2 25 3 35 Utetemperatur, o C Figur 1D:39. Luftflöde samt temperaturskillnad (T ute -T inne ) beroende av utetemperatur. Maximalt luftflöde 6 m 3 /ko,h, U byggnad.55 W/m 2 K; (d) utan solinstrålning; (e) med horisontell solinstrålning 8 W/m 2.

88 Bilaga 1E: Frostfri byggnad klimatzon E 3 1.2 25 1 Luftflöde, m 3 /ko,h 2 15 1 U byggnad.8.6.4 U byggnad, W/m 2 K 5 q k q f.2 q v 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1E:28. Flöde för att upprätthålla fuktbalans vid RF enligt DFS (24) (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans vid 3 ppm (q k ) beroende på innetemperatur. Byggnadens värmegenomgångskoefficient, U byggnad, vald för att förhindra ytkondens på väggar och tak samt U golv =.3 W/m 2 K. 1 4 Värmebehov, kw/ko.75.5.25 CO 2 Värmebehov 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1E:29. Värmebehov och koldioxidkoncentration vid olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f ) enligt figur 1E:28.

89 1 4 Avfuktning, kg/ko,h Värmebehov, kw/ko.75.5.25 Avfuktning CO 2 Värmebehov 3 2 1 Koldioxidkoncentration, ppm 2 4 6 8 1 12 14 Innetemperatur, o C Figur 1E:3. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika innetemperaturer då ventilationsflödet följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1E:28) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1E:28). Figur 1E:31. Luftflöde för värme- (q v ), fukt- (q f ) och koldioxidbalans (q k ) beroende av byggnadens U-värde vid 5 o C stalltemperatur och 85% RF. Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K.

9 Figur 1E:32. Behov av värme samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U- värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla fuktbalans (q f figur 1E:31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K. Figur 1E:33. Behov av avfuktning samt koldioxidkoncentration beroende av byggnadens U-värde. Innetemperaturer 5 o C och ventilationsflöde som följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1E:31) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1D:31). Kondens på vägg och tak vid U byggnad >.6 W/m 2 K.

91 Figur 1E:34. Flöde för att upprätthålla fuktbalans (q f ), värmebalans (q v ) och koldioxidbalans (q k ) beroende på utetemperatur med vald innetemperatur på 5 o C samt U byggnad.5 W/m 2 K. Kondens på vägg och tak inträffar vid -26 o C. Figur 1E:35. Värmebehov samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.5 W/m 2 K samt med flöde för att upprätthålla fuktbalans (q v figur 1E:34). Kondens på vägg och tak vid utetemperaturer < -26 o C.

92 Figur 1E:36. Behov av avfuktning och värme samt koldioxidkoncentration vid olika utetemperaturer med vald innetemperatur på 5 o C, U byggnad.5 W/m 2 K. Ventilationsflöde följer flödet för att upprätthålla värmebalans (q v figur 1E:34) och maximal koldioxidkoncentration på 3 ppm (q k figur 1E:34). Kondens på vägg och tak vid innetemperaturer < -26 o C. Figur 1E:37. Luftflöde och relativ luftfuktighet beroende av utetemperatur i byggnad med U-värde.5 W/m 2 K och 5 o C stalltemperatur. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.53 kw/ko; (c) med avfuktning.11 kg/ko,h och tilläggsvärme.32 kw/ko.

93 6 Koldioxidkoncentration, ppm 5 4 3 2 1 CO2 c CO2 CO2-3 -25-2 -15-1 -5 Utetemperatur, o C Figur 1E:38. Koldioxidkoncentration beroende av utetemperatur vid stalltemperatur 5 o C. Luftflöde enligt figur 1E:37. (a) utan tilläggsvärme eller avfuktning; (b) med tilläggsvärme.53 kw/ko; (c) med avfuktning.11 kg/ko,h och tilläggsvärme.32 kw/ko. 6 q d,e 6 5 5 Luftflöde, m 3 /ko,h 4 3 2 dt e dt 4 3 2 Temperaturskillnad, o C 1 1 5 1 15 2 25 3 35 Utetemperatur, o C Figur 1E:39. Luftflöde samt temperaturskillnad (T ute -T inne ) beroende av utetemperatur. Maximalt luftflöde 6 m 3 /ko,h, U byggnad.5 W/m 2 K; (d) utan solinstrålning; (e) med horisontell solinstrålning 8 W/m 2.