The use of heated models to describe the thermal environment in shelters for farm animals

Abstract

Ilman keskimääräistä lämpötilaa käytetään yleisesti kuvaamaan eläinsuojien termistä ympäristöä. Ilman lämpötila ei sisällä tietoa ilman liikenopeuden eikä lattiamateriaalin vaikutuksesta eläimen lämmönluovutukseen. Eläinmallin luovuttamaa lämpömäärää voi periaatteessa käyttää eläimen termisen ympäristön kuvaamiseen, sillä mallin vapaa lämmönluovutus on samojen fysiikan lakien alainen kuin eläimen vapaa lämmönluovutus. Jotta termisen ympäristön jatkuva mittaaminen olisi mahdollista, rakennettiin lämmitettävä mekaaninen malli, jonka lämpövastus oli 0,11 m2 KW-1. Lämmitettävänä mallina käytettiin etyleeniglykolilla (50 %) täytettyä alumiiniastiaa (125 * 80 * 57,5 mm). Nesteen määrä oli 0,3 kg. Lämmitysvastuksen sisältävä kuparikotelo oli 2 mm alumiiniastian pohjan yläpuolella. Lämmitystä ohjaava termistori kytki käyttöjännitteen aikalaskuriin, joka oli aina kytkettynä päälle lämmitysvastuksen lämmittäessä. Koska teho P = U2 * R-1, niin mallin luovuttama lämpömäärä on lämmitysajan ja tehon tulo, kun vastus ja jännite ovat vakioidut. Mallin luovuttama vapaa lämpö saadaan jakamalla lämpömäärä mittausajalla ja mallin pinta-alalla. Lämmitettävää mallia kokeiltiin käytännön olosuhteissa Suitian koetilalla vasikkakarsinassa, jossa oli puinen rakolattia, ja eristämättömässä olkipohjaisessa makuusuojassa Muurlassa. Lämmönluovutus mitattiin viikon jaksoissa viiden viikon aikana. Olosuhteissa oli selvä ero, kun niitä kuvattiin ympäristön lämpötilalla, sillä karsinassa lämpötila oli 13,5 °C ja makuusuojassa 2,6 °C. Mallin lämmönluovutuksen perusteella ei olosuhteissa ollut eroa, sillä mallin lämmönluovutus karsinassa oli 206,1±11,5 Wm-2 ja makuusuojassa 202,7±22,7 Wm-2. Mallin avulla mitattiin porsituskarsinan termistä ympäristöä kolmessa sikalassa. Vaikka ilman lämpötilan asetusarvo oli kaikissa sikaloissa 19 °C, niin mallin lämmönluovutus oli tilastollisesti merkitsevästi erilainen eri sikaloissa. Ero suurimman ja pienimmän lämmönluovutuksen välillä, noin 50Wm-2, vastaa 0,2ms-1 eroa ilman nopeudessa. Sikalassa C mallin lämmönluovutus varhaisvieroitusosastossa (133 Wm-2) oli suurempi kuin porsituskarsinassa (110 Wm-2), vaikka ilman lämpötila oli 27 °C varhaisvieroitusosastossa. Kun ilmanvaihdon säätöä muutettiin varhaisvierotusosastossa, mallin lämmönluovutus oli yhtä suuri (108 Wm-2) kuin porsituskarsinassa. Mittaukset osoittivat, että ilman lämpötila ei aina anna tarkkaa kuvaa teknisestä ympäristöstä. Lämpöä luovuttavat mallit antavat monipuolisemman kuvan termisestä ympäristöstä kuin ympäristön lämpötila ja mallien avulla voidaan mitata eläinten oleskelualueella tapahtuvat termisen ympäristön muutokset.

The dry bulb air temperature is still the most commonly used parameter to characterize the thermal environment, even though it disregards the effect of air velocity and the thermal properties of the flooring material on the heat loss from the animal. Measurements in the laboratory confirmed that an uninsulated heated model with an overall thermal resistance of 0.11 m2 KW-1 is sensitive enough to differentiate between changes in conduction, convection and radiation conditions. Measurements on farms showed that the heat loss simulated by mechanical models gives a more diversified description of the thermal environment than the dry bulb air temperature. Although the uninsulated mechanical model is not a standardized device, it is a useful method for measuring the thermal environment especially under sheltered winter conditions.