Køling af gylle i slagtesvinestalde med fuldspaltegulve

SAMMENDRAG

I en slagtesvinestald med seks identiske sektioner blev gyllen kølet med 0 m køleslanger udlagt på bunden af gyllekummerne, tilsluttet en 11 kW-varmepumpe. Samtlige sektioner var tilsluttet varmepumpen med lukkehaner og energimålere, hvorfor det var muligt at lave forskellige grader af køling i sektionerne.

Afprøvningen viste, at køling med 10 W pr. m² reducerede ammoniakfordampningen med 10 procent svarende til 7 procent lavere ammoniakfordampning for hver grad gyllens overfladetemperatur nedsættes. Ved den foretagne køling - typisk op til ca. 20 W pr. m² - har reduktionen dog været beskeden. Generelt ville en kraftig sænkning af overfladetemperaturen kunne reducere ammoniakfordampningen væsentligt, men kraftig køling i fuldspaltegulvsstalde vil på et tidspunkt påvirke grisenes komfort negativt, fordi grisene skal ligge over den “kolde” gylleoverflade.

Med baggrund i afprøvningen er det ikke muligt at angive en øvre grænse, men vurderet ud fra energi- og temperaturmæssige overvejelser betragtes køling med op til 20 W pr. m² som problemfrit i fuldspaltegulvsstalde til slagtesvin.

Med henblik på en effektiv reduktion af ammoniakfordampningen vurderes det, at køling af gylle er specielt interessant i forbindelse med delvis spaltegulv, fordi overfladetemperaturen kan sænkes væsentligt mere, uden at det går ud over grisenes komfort i hvilearealet.

BAGGRUND

Målinger har vist, at gylletemperaturen som regel ligger på niveau med staldtemperaturen. En høj gylletemperatur er generelt uheldig af hensyn til luftkvaliteten i staldene, idet den fremmer fordampningen af blandt andet ammoniak.

Formålet var at undersøge, om køling af gylle kunne reducere fordampning af ammoniak i slagtesvinestalde med fuldspaltegulv. Herunder at vurdere temperatur- og energimæssige forhold ved køling af gyllen.

MATERIALE OG METODE

Afprøvningen blev gennemført i to dele: Første del bestod af registreringer i besætning A og B for at indsamle erfaringer med hensyn til opbygning af køleanlæg og gennemførelse af den reelle afprøvning.

Andel del blev blev gennemført i besætning C, hvor der på bunden af samtlige gyllekummer blev udlagt to henholdsvis fire 30 mm PEL-slanger til køling af gyllen. Samtlige slanger var med lukkehaner tilsluttet en dobbeltstrenget hovedledning bestående af to 50 mm PEL-rør. For at øge graden af køling blev kølerørene i en staldsektion på et tidspunkt flyttet til en placering på 20 cm over kummebund.

Produktionsforhold og staldindretning i de tre besætninger er beskrevet i tabel 1 og køleanlæggenes opbygning i tabel 2. I figur 1 er der vist en skitse af køleanlæggets opbygning i besætning C.

Tabel 1.	Produktionsforhold og staldindretning
		Besætning A	Besætning B	Besætning C
Antal sektioner Sektionens mål, m Loftkonstruktion Isoleringsgrad Stidimension, m Antal grise pr. sti Antal stipladser pr. sektion Gulvudformning Gyllesystem Kummedybde Fodringsmetode Fodringsstrategi Ventilation Luftindtag Luftafgang Ydelse, m³/time		1 10,0 x 35,0 x 2,7 ca. 50 grader Uisoleret 4,6 x 3,5 24 480 50 % spaltegulv Rørudslusning 80 cm Vådfoder Ad lib. Undertryk Åbning ml. væg/loft Skorstene i kip -	1 30 x 12,7 x 2,4 20 grader stålbuer Isoleret 5,9 x 2,15 19 510 Fuldspaltegulv Rørudslusning 60 cm Tørfoder Ad lib. Undertryk Vægventiler Skorstene i kip -	6 18 x 10,9 x 2,6 Gitterspær Isoleret 5 x 2,25 17 272 Fuldspaltegulv Rørudslusning 60 cm Vådfoder Restriktiv Undertryk 100 mm Glasuld 42 Skorstene i kip 27.000

Tabel 2.		Opbygning af køleanlæg
			Besætning A	Besætning B	Besætning C
Varmepumpe¹ Fabrikat Type Køling, kW Strømforbrug, kW Varmeafgivelse, kW Effektfaktor			KH Nordtherm Type KH 2007 5,3 2,2 7,5 3,4	KH Nordtherm Type KH 2012 10,1 4,1 14,2 3,4	KH Nordtherm Type KH 2035 26,3 10,9 37,2 3,4
Kølerør Type Længde, m Placering			25 mm PEL-slange 150 Bunden af kumme	40 mm PEL-slange 400 Bund af kumme	30 mm PEL-slange 0 0 og 20 cm over bund
Afgivelse af varme			Gulvvarme i stald Rumvarme i stald	Stuehus	Staldanlæg Stuehus
Registrering af varmeoptagelse/ -afgivelse			Timetæller	Timetæller	Timetæller Strømmåler Energimålere: 12 stk Grundfos EM 10 4 stk Clorius EPD-5
¹	Varmepumpens ydelse er ifølge SjF Prøverapport nr. 719. Værdierne er gældende ved 10 pct. sprit i det kolde kredsløb, en tilløbstemperatur til varmeoptageren på 5°C og en afgangstemperatur på 45°C. Strømforbruget er inklusiv to cirkulationspumper

I besætning A og B blev registreret følgende ved hvert besøg:

- emperatur inde og ude

- mmoniak- og kuldioxidkoncentration i midten af stalden ved hjælp af Drägerrør

- elægning: antal og vægt af grise

- raden af køling beregnet ud fra varmepumpens timetal

- ylletemperatur ved top og bund.

I besætning C blev sektion 1 til 4 fordelt på to grupper:

1. Kontrol - ingen køling

2. Køling af gyllen.

For at fastlægge ammoniakfordampningen blev ventilationsanlægget sat på maksimal ydelse en halv time, hvorefter følgende blev registreret:

-

-

-

-

-

-

Temperatur og luftfugtighed inde

Belægning: antal og vægt af grise

Graden af køling ved aflæsning af energimålere, bestemt som gennemsnittet af kølingen i den forudgående periode

Gylletemperatur målt 5 cm under gylleoverfladen

Gyllehøjde ved måling af afstand mellem gylle- og spaltegulvsoverflade

Ammoniak- og kuldioxidkoncentration i afkastluften ved hjælp af Drägerrør. For at øge sikkerheden på aflæsning på ammoniakrørene 2-30 ppm blev antal pumpeslag fordoblet.

Registreringen af ammoniakkoncentrationen ved maksimal ventilation var udvalgt til statistisk analyse for at finde forholdsmæssige sammenhænge mellem den samlede ammoniakfordampning og graden af køling, gyllehøjde, antal og vægt af grise. Hver registrering (hold) indgik i analysen som en klassevariabel.

Figur 1

Skitse af køleanlæggets opbygning i besætning C. Sektion 2 og 3 viser opbygning med henholdsvis 4 og 2 kølerør pr. gyllekumme. Sektion 4 og 5 viser henholdsvis gyllekummernes og stiernes orientering

RESULTATER OG DISKUSSION

Erfaringer fra besætning A og B

På baggrund af de gennemførte registreringer i besætning A og B samt beregninger blev det konstateret, at:

-	Placering af kølerør på bunden i gyllekummens længderetning ikke havde nogen negativ indflydelse på udslusning af gylle,
-	der skete en kraftig temperaturmæssig lagdeling af gyllen med en temperaturforskel på 10-15C fra bund til overflade,
-	gylletemperaturen reagerede kun meget trægt på en ændring i graden af køling. Det blev beregnet, at køling af en gyllestand på 0,5 m med fx 20 W pr. m² kun sænkede den gennemsnitlige temperatur med 0,8°C pr. dag. Dette under forudsætning af, at der ikke skete varmeoverførsel med staldluften og at gyllen ikke blev tilført “varm” gødning og urin,
-	der var en stor variation i gylletemperaturen i overfladen afhængig af sidste gødningstilførsel. Det blev derfor bestemt, at “overfladetemperaturen” skulle måles 5 cm under overfladen.

Ammoniakfordampning

Ved den statistiske analyse af data fra besætning C blev det fundet, at grisenes antal og vægt samt graden af køling havde en statistisk sikker effekt på ammoniakfordampningen, se tabel 3.

Derimod blev der ikke fundet en sikker effekt af gyllehøjden. Den anvendte model forklarede 71 procent af den samlede variation.

Generelt var ammoniakniveauet lavt i besætningen, gennemsnitligt 4,3 ppm ved maksimal ventilation. I forhold hertil ville 10 procent flere grise (25 pr. sektion) øge fordampningen med 15 procent. En vægtforøgelse på 10 kg ville medføre 19 procent højere ammoniakfordampning, mens en køling på 10 W pr. m² ville reducere ammoniakfordampningen med 10 procent.

Den anvendte metode kan kun anvendes til at påvise relative forskelle mellem sektioner med og uden køling. Det ville have krævet kontinuerlige målinger af luftmængde og ammoniakkoncentration i afgangsluften, hvis ammoniakfordampningen skulle have været angivet i kg N pr. stiplads pr. år.

Tabel 3	Forskellige faktorers indflydelse på ammoniakkoncentration ved maksimal ventilation. Regressionskoefficienten angiver, hvor meget en ekstra enhed af de forskellige faktorer påvirker ammoniakniveauet
Faktor		Regressionskoefficient	Signifikansniveau
Antal grise, stk		0,026	P=0,001
Vægt, kg		0,083	P<0,001
Køling, W/m²		-0,045	P=0,01
Gyllehøjde, cm		-0,021	P>0,05

Gylletemperatur

En analyse af kølingens indflydelse på gylletemperaturen viste, at overfladetemperaturen blev sænket med 1,4°C ved køling med 10 W pr.m² . Sammenholdes dette med den opnåede reduktion i ammoniakfordampning i forhold til graden af køling, betyder det, at én grad lavere gylletemperatur medfører en reduktion på 7 procent i ammoniakfordampningen.

Til sammenligning blev der i en hollandsk undersøgelse fundet 12 procent lavere ammoniakfordampning pr. grad lavere gylletemperatur. Danske beregninger, foretaget på baggrund af en amerikansk undersøgelse viste, at ammoniakfordampningen reduceres med 9 procent ved at sænke gylletemperaturen fra 20 til 19°C.

I figur 2 er der vist et uddrag af de temperaturmålinger, der er foretaget i gyllen og staldrummet, henholdsvis med og uden køling. Der blev registreret en kraftig temperaturmæssig lagdeling af gyllen ved køling. Desuden var det påfaldende, at temperaturen mellem spaltegulv og gylleoverflade - “bund + 60 cm” - var væsentlig højere end staldtemperaturen, henholdsvis ca. 4 og 7°C i sektionen med/uden køling. Dette indikerer, at grise, hvis lejeareal er placeret umiddelbart over gyllekummen, er en væsentlig årsag til "opvarmning" af gyllen. Derudover blev der registreret en døgnvariation således, at lufttemperaturen mellem gylleoverflade og spaltegulv lå ca. 1,5°C over gennemsnittet i natperioden og tilsvarende under gennemsnittet i grisenes aktive dagperiode.

Figur 2

Gennemsnit ± standardafvigelse på gylletemperatur under grisenes lejeareal med og uden køling. Måleperiode på 5 uger, hvor gyllestande var mellem 40 og 60 cm over kummens bund. Udetemperatur var 7,4±3,2°C. Kølerør 20 cm over bund af kumme

Placering af kølerør

Køleeffekten i relation til kølerørenes placering fremgår af tabel 4. Det ses, at kølingen totalt set øgedes ved halvering af kølerørenes afstand fra 1,36 m til 0,68 m. Dog blev kølingen pr. løbende meter reduceret. Ved at hæve kølerørene fra bunden steg køleeffekten markant. Kølingen blev forøget med ca. 70 procent ved at flytte kølerørene 20 cm over kummebund. Dette tillægges den kraftige temperaturmæssige lagdeling af gyllen.

Lagdelingen blev mere udtalt jo højere gyllestanden var. I praksis vil lagdelingen kunne modvirkes ved at reducere gyllestanden ved hyppig udslusning. Den mest effektive placering, set ud fra et energimæssigt synspunkt, vil givetvis være i overfladen, det vil sige et kølesystem, der følger gylleniveauet. Kølesystemer af denne type anvendes i forbindelse med igangværende hollandske afprøvninger.

Tabel 4.	Køling i relation til køleslangers længde og placering
Placering		Slange længde m	Afstand ml. rør m	Vandgennem -strømning m³/time	Fremløb °C	Returløb °C	Køling pr. m W/m	Køling pr. m² W/m²
Bund Bund Bund + 20 cm		80 40 80	0,68 1,36 0,68	0,24-0,29 0,22-0,26 0,31-0,36	2 2 2	5 4 6	11,1 13,7 18,9	18,1 11,2 30,8

Varmepumpens funktion

Set over hele afprøvningsperioden på ca. 18 måneder forbrugte varmepumpen 97.000 kWh strøm og afgav 284.000 kWh varme til stald og stuehus. Dette svarede til en effektfaktor på 2,94:1.

I hovedparten af perioden var tilløbstemperaturen på kølesiden ca. 5°C og gennemstrømningen 5,5 m³ pr. time. På den varme side var fremløbstemperaturen typisk 45-50°C og gennemstrømningen 4,5 m³ pr. time. Under disse strømnings- og temperaturforhold skulle effektfaktoren have været lidt højere - ca. 3,1:1 - ifølge afprøvning af varmepumpen.

Varmepumpen fungerede dog ikke problemfrit i afprøvningsperioden. Et olierør til smøring af kompressoren var knækket efter kun et års brug. Dette betød, at kompressoren "brændte" sammen. Senere blev der problemer med lækage af kølemidlet freon på grund af tærede lodninger. Hovedårsagen hertil var formentlig, at varmepumpen var placeret inde i stalden, idet lodningerne blev korroderede i det “skrappe” staldmiljø. Placeret udenfor staldrum har varmepumper erfaringsmæssigt en god holdbarhed.

Undersøgelsen har vist, at ammoniakfordampning fra fuldspaltegulve til slagtesvin kan nedsættes ved at køle gyllen med køleslanger på bunden af gyllekummen. Ved den foretagne køling - typisk op til ca. 20 W pr. m² - har reduktionen dog været beskeden. Alt andet lige vil en kraftigere køling kunne sænke gylletemperaturen og dermed reducere ammoniakfordampningen yderligere, men hårdere køling vil påvirke grisenes komfort negativt: Varmetabet øges dels ved stråling på grund af koldere gylleoverflade, dels ved konvektion på grund af lavere lufttemperatur umiddelbart under spaltegulvet. Desuden reduceres staldens varmeoverskud, hvorved luftskiftet reduceres.

Med baggrund i den gennemførte afprøvning er det ikke muligt at angive en øvre grænse for graden af køling. Det vurderes dog, at køling op til 20 W pr. m² ikke har nogen negativ indflydelse på slagtesvinenes komfort i fuldspaltegulvsstalde. Det kan beregningsmæssigt vises, at nedkøling af gødning og urin til normal gylletemperatur bidrager med ca. 9 W pr. m² og at udslusning af en væsentlig koldere gylle bidrager med yderligere ca. 4 W pr. m². Differencen på ca. 7 W pr. m² stammer formentlig fra reduceret vandfordampning fra gylleoverfladen, mikrobiel omsætning af gyllen og varmeoverskudet i staldrummet. Sidstnævnte er uheldigt for luftkvaliteten, fordi luftskiftet herved reduceres.

Som et system til at reducere ammoniakfordampning vil køling af gylle formentlig være mere interessant i stalde med delvist spaltegulv frem for stalde med fuldspaltegulv, fordi overfladetemperaturen vil kunne sænkes væsentligt mere, da grisene ikke behøver at ligge over den kolde gylleoverflade.

En hollandsk undersøgelse med køling af gyllen i slagtesvinestalde med delvist spaltegulv har vist en markant reduktion i ammoniakfordampningen. Gyllen blev i overfladen kølet ned til ca. 13°C, hvorved fordampningen reduceredes til 1,4 kg N pr. år pr. stiplads. Systemet opfylder således det “grønne mærke”, det vil sige en fordampning under 1,5 kg N pr. år pr. stiplads, hvor normen er 2,5/3,0 kg N pr. år pr. stiplads i henholdsvis delvis-/fuldspaltegulvsstalde til slagtesvin.

REFERENCE

Aarnink, A.J.A. et al. 1993: Factors affecting ammonia emission from housing for weaned piglets. EAAP Publication No. 69, 1993.

Andersen, M. 1994:Arbejdsmiljø i svinestalde, Landsudvalget for Svin, DS 1994

Brok, G.M.d., Verdoes, N. 1996: Effect of manure cooling on ammonia emission from a fattening

pig house. Praktijkonderzoek Varkenshouderij. Proefverslag nummer P 1.155, augustus 1996