Broilerihallin ilmanvaihdon hienosäätö

Abstract

Broilerihallien ilmanvaihdon hienosäätö -hankkeen tavoitteena oli optimoida ilmanvaihdon säätö- ja ohjaustapa huomioiden ilmanvaihtojärjestelmän tyyppi ja mitoitustekijät, Suomen olosuhteet ja kasvatusjaksojen olosuhdevaatimukset. Hanke jakautui kolmeen toiminnalliseen osioon: web-kyselyyn broilerikasvattajille, olosuhdemittauksiin valituissa kasvatushalleissa sekä ilmanvaihdon simulaatiolaskentaan vuoden jaksolle. Ilmanvaihdon toimintaa havainnollistettiin esimerkkihalliin tehdyllä simulointilaskennalla yhden vuoden kuudelle kasvatusjaksolle. Laskennalla kuvattiin ilmanvaihdon ja lämmityksen ohjaustapojen vaikutusta lämmön ja puhallinsähkön kulutukseen sekä hallin sisälämpötilaan, kosteuteen ja epäpuhtauspitoisuuksiin. Esimerkkihallin pinta-ala oli 1600 m2 ja sisätilavuus 5900 m3. Untuvikkojen määränä laskelmissa oli 28000 ja ne kasvoivat 2,4 kg elopainoon 37 vuorokaudessa. Vuoden aikana 1600 m2 halli kulutti noin 200 MWh lämpö- ja 6 MWh sähköenergiaa. Lämmitysenergiakulutus oli noin 0,75 kWh teuraspainokiloa kohden vuodessa. Kyseessä on laskennallinen tulos, joka voidaan saavuttaa Etelä-Suomessa, jos ilmanvaihto ja lämmitys toimivat optimaalisesti. Jyväskylän ilmastossa lämmitysenergiaa kuluu peräti 25 % enemmän kuin Etelä-Suomessa vaikka ulkolämpötila on vain 2,1 astetta alempi kuin Etelä-Suomessa. Ilmanvaihdon lämpöhäviö oli selvästi suurin lämpöhäviön osatekijä broilerihallissa. Lämmitystehon tarpeen ja kosteuden kannalta on ilmeistä, että ilmanvaihtoa kannattaisi pienentää yöllä lintujen aktiviteettia vastaavaksi. Lämmitystehon tarve pienenee tällä tavoin 11 %, lämmitysenergian tarve 12 % ja puhallinenergian tarve 3 %. Muutenkin ilmanvaihdon määrällä ja tarkoituksenmukaisella säädöllä on suuri vaikutus lämmitysenergian kulutukseen. Kulutus lisääntyy laskelmien mukaan 44 %, jos ilmanvaihtoa lisätään niin, että hallin CO2-pitoisuus laskee eläinsuojelulain maksimitasosta 3000 ppm arvoon 2500 ppm. Poistoilman lämmön talteenotolla saavutettiin laskentatapauksissa 27–42% säästö lämmitysenergiankulutuksessa perustapaukseen verrattuna, jos laitteen hyötysuhde on 70 % ja sen ilmavirtakapasiteetti riittää 5 – 10 ensimmäisen kasvatuspäivän tarpeisiin. Lämmön johtumisella rakenteiden läpi oli merkitystä lähinnä kasvatusjakson alussa ja jaksojen välillä. Laskentaesimerkeissä lisäeristämisellä saavutettiin 4–6 % säästö lämmitysenergiankulutuksessa perustapaukseen verrattuna. Rakennusta ei siis kannata ylieristää. Lattian eristyksestä saatetaan saavuttaa se lisähyöty, että pehkun alle ei jää potentiaalisia kondenssipintoja. Rakennuksen ilmatiiviyden parantaminen pienentää lämmitysenergian kulutusta kun käytössä on poistoilman lämmön talteenotto. Kun rakennuksen tiiviyttä parannetaan siten, että ilmavuotojen määrä on 20 % perusarvosta, lämmitysenergian kulutus pienenee 10–16 %. Hyvä rakennuksen ilmatiiviys helpottaa ilmanjaon hallintaa myös kun lämmön talteenottolaitteistoa ei ole. Liikaa vuotavassa rakennuksessa ei saavuteta riittävän suurta alipainetta ensimmäisinä kasvatusviikkoina, jolloin tuloilmasuihkujen heittopituus jää vajaaksi ja ilmanjako ei toteudu tarkoitetulla tavalla. Hallin suunnittelussa kannattaa kiinnittää huomiota lämmitysratkaisun valintaan. Laskelmat osoittivat, että suurin hetkellinen lämmitysteho tarvitaan kun kovat pakkaset osuvat kasvatusjakson loppupäähän Huipputehontarpeet ovat luonteeltaan lyhytaikaisia energiapiikkejä. Lämmityskattilan tehoa ei välttämättä kannata mitoittaa suurimman tehotarpeen mukaan. Pienemmällä kattilalla voidaan hoitaa pääosa lämmitystarpeesta ja huipputehot voitaisiin tuottaa pienemmillä ja myös pienemmän investoinnin vaativilla laitteilla, mutta kalliimman energian lähteillä.

Finetuning of broilerhouse ventilation research targeted optimizing of ventilation control strategies in Finnish climate circumstances. The project had three separate phases. The first one was web enquiry to broiler producers. The enquiry introduced 50 answers and gave general overview of present production buildings and their ventilation technology. The second phase concluded of environmental measurements in chosen production halls with slightly different ventilation techniques. The aim of the measurements was to give benchmark data for the simulations in the third phase. The simulation was done for 6 production batches per year taking Helsinki and Jyväskylä long peri-od climate data into consideration. Simulation program optimized temperature, humidity and gas concentrations according to target values presented in EU directive 2007/43/EY. The main interest was the consumption of energy and it’s saving possibilities. Calculations were made for a building with 1600 m2 floor area and 5900 m3 volume. Each growing batch included 28000 broilers who grew into 2,4 kg in 37 days. The following results are calculations for an ideal situation where ventilation and heating are working optimally in southern Finland climate. The annual energy consumption in the1600 m2 hall was 200 MWh heat and 6 MWh electricity. The total heating energy consumption was 0,75 kWh per each butchered broiler (net weight). In central Finland, where outdoor temperature is 2,1 degrees Celsius lower, the heating energy consumption is no less than 25% higher than in southern Finland. The main heat loss was due to ventilation. The control of CO2-level is crucial and has great impact on energy consumption Lower air flow rate during the nights, according to lower activity levels, would save energy and improve the conditions. The savings in heating power demand is 11 %, in heating energy 12 % and in fan energy 3 %. Decrease of CO2 level from the target value 3000 ppm to 2500 ppm increases the energy consumption by 44 %. The heat recovery from exhaust air to inlet air saved 27–42 % of heating energy, depending on sizing of the heat recovery device. Heat loss through the building envelope was rather small in comparison with the ventilation heat loss. Better insulation summed up to only 4–6 % of heating energy saving. There seems to be no need to increase insulation levels from the present practice. Better air-tightness of the building envelope may improve the supply air distribution performance, especially in the beginning of the growing period when low ventilation rates are not able to maintain sufficient under pressure in the hall. This also has energy saving potential of 10–16 % if ventilation heat recovery is used. Dimensioning of the heating system is important in the preliminary building design phase. The maximum heat demand takes place in Finnish climate during the frost periods and at the end of growing batches. The heating energy peaks are very short in time and it may not be reasonable to size the main heat production system according to these peaks. Extra heat can be produced with more expensive energy form with lower investment in energy system.