Vindafskærmning af luftindtag ved undertryksventilation

SAMMENDRAG

For at mindske trækgener fra vindpåvirkning i stalde med luftindtag fra vægventiler er der gennemført et udviklingsarbejde med henblik på at finde retningslinier for udformning af en effektiv vindafskærmning. Udviklingsarbejdet bestod dels af et modelforsøg med afprøvning af forskellige modeller for afskærmninger på et såkaldt vindbord i Luftfysisk Laboratorium på Forskningscenter Bygholm, dels afprøvning af den bedst fungerende vindafskærmning i praksis.

Resultaterne af modelforsøgene viste, at ensidigt luftindtag var mindre vindfølsomt end tosidigt luftindtag, at traditionelt udformede vindafskærmninger med en plade foran luftindtaget kun gav en lille reduktion af vindpåvirkningerne samt at to typer vindafskærmninger, dels en type udviklet i Holland, dels en nyudviklet type, kunne reducere vindpåvirkningerne væsentligt.

Afprøvning i praksis viste, at lufthastigheden gennem ventilerne uden vindafskærmning var stærkt afhængig af vindhastigheden. Ved vindstille vejr var lufthastigheden mellem 1,5 og 2 m/s stigende til 7-8 m/s ved en vindhastighed på 15 m/s. Ved den nyudviklede vindafskærmning var lufthastigheden mellem 1,5 og 2 m/s ved vindstille vejr stigende til 3-4 m/s ved en vindhastighed på 15 m/s.

Der kan opstilles følgende retningslinjer til udformning af en effektiv vindafskærmning:

-	Åbningsarealet fra det fri gennem vindafskærmningen skal udgøre 2 cm² pr.m³/time ved maksimal ventilationsydelse.
-	Overkant af vindafskærmning skal flugte med overkant af tagudhæng.
-	Åbningsarealet i top og bund af vindafskærmningen skal være det samme.

Vindafskærmningens virkning kan finjusteres på følgende vis: Ønskes der en mindre trykforskel over luftindtaget på vindsiden, skal åbningsarealet i toppen øges og samtidig reduceres tilsvarende i bunden. Omvendt hvis trykforskellen ønskes forøget.

BAGGRUND

I Danmark er det hyppigst forekommende ventilationsprincip undertryksanlæg med luftindtag via regulerbare ventiler. Energi- og prismæssigt er dette princip de fleste andre ventilationsprincipper overlegent, men det har én væsentlig ulempe, det er meget følsomt overfor vindpåvirkninger. Problemets omfang er ofte konstateret ved klimaundersøgelser under Den rullende Afprøvning. De viser, at træk forårsaget af vindpåvirkninger af luftindtaget, er en hyppig årsag til sygdoms- og produktionsproblemer som fx halebid.

En mulighed for at reducere vindpåvirkninger er at afskærme luftindtaget. De vindafskærmninger, der anvendes i dag, består typisk af en plade opsat foran luftindtaget. Ofte er denne type ikke tilstrækkelig til at løse et trækproblem. I nogle tilfælde har det været nødvendigt at ændre ventilationsprincippet til et mindre vindfølsomt, men også et mere energikrævende princip, fx ligetryks-anlæg.

Ved at udnytte luftstrømningsmæssige forhold omkring bygningen - at der er forskelligt tryk på væg- og tagflader - er det dog muligt at forbedre virkningen af en vindafskærmning. Vindafskærmninger efter dette princip er bl.a. forsøgt udviklet i Holland, se figur 1. Denne udformning har imidlertid nogle bygningsmæssige ulemper. Regnvand der løber over tagrenden, vil blive ledt ind mod væggen. Desuden vil den kunne “fange” sne, der skrider ned af tagfladen. Endelig vil vindafskærmningen i langt de fleste tilfælde dække for vinduer i stalden.

Det var således projektets formål at udvikle en vindafskærmning, der var bedre end de hidtil anvendte.

Udviklingsarbejdet var opdelt i to faser:

Fase 1:	Modelforsøg med afprøvning af vindafskærmninger på en 1:10 skalamodel af en typisk torækket slagtesvinestald. Modellen blev opstillet på et vindbord i Luftfysisk Laboratorium på Forskningscenter Bygholm.
Fase 2:	Afprøvning af den bedst fungerende vindafskærmning i en sektioneret slagtesvinestald.

Figur 1.Udforming af hollandsk vindafskærmning

MATERIALE OG METODE - FASE 1

I Luftfysisk Laboratorium på Forskningscenter Bygholm blev der opbygget et vindbord, det vil sige et bord forsynet med en kraftig ventilator, der kunne skabe en jævn lufthastighed hen over bordet, se figur 2. På dette bord var det muligt at simulere luftstrømninger omkring skalamodeller af bygninger og bygningsdele.

På vindbordet blev der opstillet en 1:10 skalamodel med gavlen mod vindbordets væg og vinkelret på vindretningen med følgende mål:

Længde:	1,40 m
Bredde:	1,08 m
Væghøjde:	0,25 m
Taghældning:	variabel
Tagudhæng:	variabel

Figur 2. Skitse af vindbord og 1:10 skalamodel

Modelbygningens midtersektion var udført i plexiglas. I begge sider af modellen var der en indsugningsspalte med en højde på ca. 7 mm. Disse spalter simulerede indsugningsventiler. Udsugningen skete via en slange placeret i modellens kip.

Der blev foretaget lufthastighedsmålinger i følgende punkter:

-	fri vind, føler placeret 0,4 m over vindbord
-	luftindtag i læ-/vindside 2 cm inde i model.

Der blev målt lufthastigheder over en periode på 300 - 500 sekunder. Data blev opsamlet på en datalogger, og der blev efterfølgende beregnet gennemsnit og spredning på data.

Desuden blev luftbevægelserne omkring og inde i bygningen visualiseret med røgprøver. Luftbevægelserne blev dels optegnet, dels optaget på video og efterfølgende behandlet elektronisk.

MATERIALE OG METODE - FASE 2

En slagtesvinebesætning med flere identiske staldsektioner med luftindtag via vægventiler, placeret tæt på overgang mellem væg og loft, blev udvalgt til afprøvning af den bedst fungerende vindafskærmning fra modelforsøget. Vindafskærmningen var opbygget af plader af hvidmalet vandfast krydsfiner, der blev fastgjort til galvaniseret beslag. Der var 1,2 m mellem beslagene.

Staldindretning og opbygning af ventilationsanlæg fremgår af tabel 2. Bygningens placering i terræn er vist på situationsplanen i figur 3.

Der blev foretaget følgende registreringer:

-	Lufthastighed i vægventil på læ- og vindside af bygning
-	Ventilernes åbningsgrad
-	Temperatur og luftfugtighed i staldene.

Tabel 2. Fuldskalaforsøg: Staldindretning og ventilation

Staldindretning:

Antal sektioner

Sektionens mål,

Loftkonstruktion

Stidimension, m

Antal stipladser pr. sektion

Gulvudformning

Gyllesystem

Fodringsmetode

3

22,0 x 11,0 x 2,8

stålbuer 25 grader

5,0 x 2,2

320

fuldspaltegulv

0,8 m dybe kanaler m. bagskyl

restriktiv vådfodring i langkrybbe

Ventilation:

Fabrikat

Luftindtag

Placering

Luftafgang

Styreenhed, type

Spjældmotor, vægventil

Spjældmotor, spjæld i luftafgang

Skov A/S

36 stk DA 1000

overgang mellem væg og loft

3 stk DA 600 skorstene med ECT 632-8 220 volt ventilator

Euromatic DOL 93

DA 75

Belimo

Desuden blev der opsat en vejrstation til registrering af vindhastighed og -retning, barometerstand samt temperatur og luftfugtighed. Vejrstation samt måleudstyr i staldene blev tilsluttet en datalogger med mulighed for fjernopsamling af data.

Ved regelmæssige besøg blev følgende foretaget:

-	kontrol af måleudstyr, vejrstation og dataopsamling
-	registrering af luftbevægelser omkring vindafskærmning og i stald ved røgprøver

De opsamlede data blev analyseret for at finde sammenhænge mellem vindretning og vindhastighed samt lufthastigheden i luftindtagene i læ-/vindside med/uden vindafskærmning.

Figur 3. Situationsplan: Forsøgsstaldens placering i forhold til det omgivende terræn.

RESULTATER OG DISKUSSION - FASE 1

Fra forsøg med forskellige udformninger af vindafskærmninger og bygningsudformninger blev der uddraget, at:

-	traditionelt udformede vindafskærmninger med en plade foran luftindtaget kun gav en lille reduktion af vindpåvirkningen
-	ensidigt luftindtag var mindre vindfølsomt end tosidigt luftindtag
-	lufthastighederne omkring bygningen ændredes proportionalt med vindhastigheden
-	40 cm tagudhæng contra 80 cm tagudhæng havde ikke væsentlig betydning for vindpåvirkningen på læ- og vindside af bygningen
-	en vindafskærmning udformet som vist på figur 4 fungerede bedst.

Vindafskærmningen vist i figur 4 var udformet på følgende vis:

-	Åbningsarealet fra det fri gennem vindafskærmningen udgjorde 2 cm² pr. m³/time ved maks. ventilation
-	På vindafskærmningens underside var der fastgjort en svagthældende plade til vægfladen. Pladen var lukket på nær åbningen ved den lodrette plade.
-	Vindafskærmningens overkant flugtede med overkant af tagudhæng.
-	Åbningsarealet i top og bund af vindafskærmningen var det samme.

Figur 4. Udformning af den nyudviklede vindafskærming.

RESULTATER OG DISKUSSION - FASE 2

Afprøvningen af den nyudviklede vindafskærmning viste, at den var i stand til at reducere vindpåvirkningerne af ventilationsanlægget markant. Til analyse af data blev der udvalgt en periode på cirka fire dage, hvor luftretningen fortrinsvis var vestlig ved vindhastigheder over 5 m/s, se appendiks A.

Figur 5 viser den målte lufthastighed gennem ventilerne i vindsiden i forhold til vindhastigheden målt over kippen (fri vind). Ved vindstille vejr afhang lufthastigheden gennem ventilerne kun af undertrykket i stalden. For de to staldsektioner medførte undertrykket en lufthastighed på 1,5-2 m/s.

Ved vindhastigheder op til 8-9 m/s var lufthastigheden gennem ventilen med vindafskærmning fortsat kun 1,5-2 m/s. Derimod steg lufthastigheden gennem ventilen uden vindafskærmning til 4-5 m/s.

Ved endnu højere vindhastigheder steg lufthastigheden gennem ventilerne i såvel sektionen uden vindafskærmning som sektionen med vindafskærmning. Ved en vindhastighed på 16 m/s var vindhastigheden gennem ventilen uden vindafskærmning således ca. 7 m/s, mens den var 3,5-4 m/s for ventilen med vindafskærmning.

Det kan konkluderes, at den nyudviklede vindafskærmning giver en markant reduktion af vindpåvirkninger af luftindtaget i forhold til ingen vindafskærmning. En udbredt anvendelse af den nyudviklede vindafskærmning vil kræve en væsentlig billigere afskærmning end den etablerede prototype, der kostede 18.000 kr i materialer plus 9.000 kr i opsætning til én sektion med 320 stipladser.

Ved optimering af materialer og konstruktion samt design - gerne en konstruktion, hvor tagudhæng og vindafskærmning udgør en helhed - skulle det være muligt at udforme en pæn, prisbillig og effektiv vindafskærmning. Afskærmningen skal udformes som vist i figur 4 og overholde følgende retningslinjer:

-	Åbningsarealet fra det fri gennem vindafskærmningen skal udgøre 2 cm² pr. m³/time ved maksimal ventilationsydelse.
-	Overkant vindafskærmning skal flugte med overkant af tagudhæng.
-	Åbningsarealet i top og bund af vindafskærmningen skal som udgangspunkt være det samme.

Vindafskærmningens virkning kan finjusteres på følgende vis: Ønskes der en mindre trykforskel over luftindtaget på vindsiden, skal åbningsarealet i toppen øges og samtidig reduceres tilsvarende i bunden. Omvendt hvis trykforskellen ønskes forøget.

Figur 5. Lufthasitghed gennem ventil i vestsiden med/uden vindafskærmning i forhold til vindhastighed

REFERENCE

Brandsma, C. 1976. Influence of the outside climate on the ventilation of piggeries. Publikatie 7 4. Instituut voor Mechanisatie, Arbeid en Gebouwen, IMAG Wageningen.

¹	Svend Morsing er seniorforsker ved Statens Husdyrbrugsforsøg, Forskningscenter Bygholm, Afdelingen for Jordbrugsteknik og produktionssystemer.

APPENDIKS

Figur 6. Registreringer foretaget i uge 34.