Lämpöeristetyn verhoseinäisen lypsykarjapihaton ilmanvaihdon toimivuus

Abstract

Verhoseinän avulla tapahtuva ilmanvaihdon säätö lypsykarjalle tarkoitetuissa tuotantorakennuksissa edustaa uutta tekniikka maassamme. Kiinnostus on Suomessa lisääntynyt sen vuoksi, että kanadalaisten esimerkkien myötä on saatu tuntumaa tekniikan kelpoisuudesta pohjolan ankarassa talvessa. Tästä johtuen maa- ja metsätalousministeriön rahoituksella on selvitetty, onko verhoseinäratkaisu toimiva ilmanvaihtotapa ja miten pihatto-olosuhteet käyttäytyvät eri vuodenaikoina. Tutkimushanke jakautui kenttämittaukseen ja vuosimallinnukseen. Mittauskohteiksi valittiin ensimmäisten maahamme valmistuneiden lämpöeristettyjen verhoseinäpihatoiden joukosta kolme rakennusta. Mittaukset suoritettiin helmi-maaliskuussa 2006 tuntuvien pakkasjaksojen aikaan. Kohteissa mitattiin ulko- ja sisälämpötilaa, suhteellista kosteutta sekä hiilidioksidi- ja ammoniakkipitoisuutta. Yksi kohde instrumentoitiin lisäksi ilmavirtausmittareilla, säteily- ja lämpövuoantureilla. Kaikkiin kohteisiin asennettiin sääasema. Tiedot kerättiin automaattisiin dataloggereihin. Lisäksi viljelijät pitivät seurantapäiväkirjaa, johon merkittiin verhojen asennot, muutokset eläinmäärissä sekä merkittävät sääilmiöt pihaton sisällä ja ulkona. Vertaamalla kerättyjä mittaustuloksia kehitettyyn tietokonemalliin voitiin todeta, että malli soveltuu verhoseinäpihaton ilmanvaihdon toiminnan arviointiin. Mallilla laskettiin ilmanvaihto, lämpötila, kosteus, hiilidioksidipitoisuus sekä ilmanvaihtoaukkojen tarvittava avaus vuoden jokaisena tuntina erilaisissa toimintaolosuhteissa. Laskennallisen tarkastelun perusteella ilmanvaihto on kaikissa tilanteissa riittävää, kesällä jopa runsasta. Kesäolosuhteissa tyynellä säällä ilma vaihtuu noin 10 kertaa tunnissa, mutta voi vaihtua tuulella jopa 100 kertaa tunnissa. Talvikauden minimi-ilmanvaihto oli lasketussa pihatossa 1 vaihtoa tunnissa. Sen ylläpito talvikauden muuttuvissa sääoloissa edellyttää tarkkaavaista ilmanvaihtoaukkojen säätelyä tai vaihtoehtoisesti automaattista ohjausta esimerkiksi sisälämpötilan perusteella. Pihaton sisälämpötila laskee hieman nollan alapuolelle 66 tuntina vuodessa, tällöinkin vasta -25 °C alapuolella. Tavoitteellisessa 5 °C lämpötilassa pihatto pysyy lähes 60 % vuoden kaikista tunneista. Kesällä sisälämpötila seuraa ulkolämpötilaa ja ylittää 5 °C rajan 40 %:ssa vuoden kaikista tunneista. Kaasupitoisuudet on mahdollista pitää MMM:n ilmanvaihdolle asettamien rajojen alapuolella. Suhteellinen kosteus on verraten korkea läpi vuoden. Talvella ulkolämpötilan laskiessa -20 °C alapuolelle esiintyy kondensiopiikkejä, jolloin pihatossa voi esiintyä sumua. Mahdollista lisälämmitystä tarvitaan -23 °C asteen alapuolella. Verhoseinän toiminta ei vaadi juuri lainkaan energiaa toisin kuin koneellisen ilmanvaihdon puhaltimet. Lisäksi verhoseinä on meluton. Tarkastelun perusteella verhoseinä näyttäisi soveltuvan suomalaiseen ilmastoon kun hyväksytään lievät lämpötilan nollarajan alitukset 3 päivänä sekä yli 85 % suhteellinen kosteus 3 kk vuodessa.

Curtain wall ventilation is a new technology in insulated dairy barns in Finland. The interest into this solution has emerged from Canadian examples where it has been successfully used in harsh winter circumstances. Curtain wall solution is expected to become a challenging option for dairy farmers. The ministry of agriculture and forestry has funded this research in order to get a reliable conception about this new technology and its feasibility in Finnish climate. The research had mainly two sections. A field measurement session was carried out in three selected insulated barns which had been built recently and equipped with curtain walls. The measurements took place between February and March 2006, a period for harsh frost. Instrumentation collected data from inside and outside temperature, relative humidity, wind and air velocity. Carbon dioxide and ammonia were recorded inside the barns as well as radiation and heat flow in the floor. Data was collected into computer run dataloggers. A field measurement data was analysed and compared with a ventilation model, which was created for the project. The model was written into a computer program to calculate energy-, humidity- and carbon dioxide balance simultaneously in a continuous mode for each hour for the entire year. As a result of the modelling the air exchange rate seemed to be acceptable in all situations during a year. In the winter months the temperature may go under 0 C° during 66 hours. The air humidity is comparatively high and it will be over 85 % for 3 months during the year. Carbon dioxide and ammonia remain under regulative limits. The minimum air exchange rate is 1 exchanges per hour in the winter and almost 10 exchanges per hour during a calm summer day. During a windy day there may be even 100 changes/h. An additional heating could be necessary under -23 °C, and it is evitable if the barn is only partly filled with lactating cows. A curtain wall consumes very little energy in daily use compared to traditional fan ventilation. Practically the curtain makes no noise. The curtain wall system appears to be an acceptable and functional ventilation concept for insulated dairy barns in Finnish climate if few inconveniences are accepted. These are slight frost days under 0 °C (varies between -5 - 0 °C) for 3 days and high relative humidity over 3 months a year. These may result as foggy days inside the barn during the winter under -20 °C. In return the ideal temperature + 5 °C can be maintained over 7 months in Finnish climate. Gas emissions are always in control and minimum air exchange is good and maximum exchange very good.