Fűtési megoldások az állattartásban

Kategória: Állattenyésztés | Szerző: Dr. Tóth László professzor emeritus (SZIE), 2017/09/20

Az állatok számára egyik legfontosabb klímaparaméter az istállótér levegőjének hőmérséklete. A zárttéri sertés- és a baromfitartásra általában mesterséges szellőztetés és a téli fűtési hőpótlás szükséges, viszont a nyitott szarvasmarhatartásnál a nyári hűtési igény a meghatározó

Az állattartó épületekben az állatok számára a klímakövetelményeket általában a hőérzet, a környezettel való termikus kapcsolatot és a levegő összetétele fejezi ki, állatfajonként és korcsoportonként más és más (példa a sertéstartásra 1. táblázat).

1. táblázat. A fiaztató klímajellemzői

Mindenképpen előnyös, ha a zárt istállózásban a CO2, H2S, NH3, CO értékek a táblázatban szereplőket megközelítik.

Magyarország a termelési zóna alsó hőmérséklethatárának fenntartására céljából az év rövidebb-hosszabb szakaszában valamennyi haszonállat számára szükséges a fűtés. Kivétel a felnőtt szarvasmarha: amelynél a termelési zóna alsó hőmérséklethatára már olyan alacsony, hogy azt az állat hőleadása fűtés nélkül is fenntartja.

A fűtési időszak hosszát a fűtési határhőfok alapján határozzuk meg. A fűtési határhőfokon azt a külső hőmérsékletet kell érteni, amely alatti hőmérsékleten fűteni kell az istállóban megkívánt termelési zóna hőmérsékletének kialakításához.

Az állatok frisslevegő-szükségletének kielégítéséhez a mesterséges szellőztetéssel az istállótér levegője óránként többször is kicserélődik, ezért a szellőztetésnek az energiaigényre meghatározó szerepe van. A fűtési időszak alatt az energiafelhasználás mérséklése érdekében a szellőzés mértékét a megengedett értékig célszerű csökkenteni, amelyet a CO2-koncentráció határozza meg. Nyáron a szellőztetésnek épülethűtési funkciója is lehet, amíg a hőmérséklet a termelési zóna felső hőmérsékleti határa fölé nem emelkedik. Végül is szellőzéssel addig lehet hűteni, amíg az állatok által termelt hőt a szellőzőlevegő el tudja szállítani. Ezen túl a hűtés adiabatikusan és géppel végezhető (erről a korábbi számban beszámoltunk).

Az állattartó épületek fűtése

Hazai éghajlati viszonyaink és az állatok genetikai adottságainak kiaknázása érdekében a téli időszakban a legtöbb épületben szükséges és kifizetődő a fűtés.

A baromfiistállókat (a tojóházak kivételével), a sertésistállók közül pedig a fiaztatókat, valamint a malac-utónevelőket fűteni kell.

Nagyon fontos szempont, hogy például sertéshizlalásnál a túlságosan magas hőmérséklet hatására csökken a takarmányfelvétel. A fűtés szükségességét és mértékét az istálló hőegyensúlya alapján lehet meghatározni.

Akkor van egyensúly, ha 

Qa + Qf + Ik + Is = 0,

ahol: 
Qa – az állatok által leadott hő, 
Qf – a fűtési hőleadás, 
Ik – az istálló határolószerkezetein átáramló hő, 
Is – a szellőztetéssel távozó hő.

A fűtéshez felhasználható energiaforrások lehetnek a hagyományos energiahordozók (szén, olaj, gáz), valamilyen megújuló energiaforrás (nap, biomassza, szél, víz, ill. geotermikus energia), illetve valamilyen átalakított energiaforma (pl. villamos energia). A fűtési rendszer hőleadója szerint megkülönböztetünk konvektív, konduktív és sugárzó fűtéseket.

A konvektív fűtéseknél a fűtőberendezés hőjét hőcserélővel a levegőnek adja át, a konduktív fűtésnél a hőleadás formája a közvetlen érintkezés, a sugárzó fűtéseknél (1. ábra) a hőcsere a hőleadó felület és az állat között közvetlenül a levegő felmelegítése nélkül megy végbe.

1. ábra.
Tetőszerkezetre függesztett sugárzó egységek (A), fűtőegység (B) gáz- vagy elektromos energiával

Egyre nagyobb szerepet kapnak a sugárzó fűtések, és az állattartásban talán a legnagyobb ígéret, a konduktív fűtés. Az a körülmény, hogy az állat a padozaton fekve tölti életének jelentős idejét, lehetővé teszi a közvetlen hőközlést, és ez a konduktív hőközlés jelentős energiamegtakarítási lehetőséget kínál. Az állattartó épületekben ezeket a hőközlési módokat kiegészítő fűtésként már eddig is használták (malacmelegítő lapok, infrasugárzók stb.), de az önálló fűtésként való használat sem technológiailag, sem pedig műszakilag nem teljesen kidolgozott.

A fűtés energiaszükségletét befolyásoló tényezők

Az állattartó épületek fűtési energia-szükséglete két tényezőcsoporttal jellemezhető:

Az első csoport:

• az állatok által objektíve meghatározott jellemzők, a leadott hő és pára mennyisége;
• a külsőlevegő-hőmérséklet és ennek változása adott földrajzi térségben.

A második csoport:

• az épületek hőszigetelése,
• a szellőzés levegőmennyisége,
• az istállótér levegő-hőmérséklete.

Szellőztetési energiaveszteség: A fűtésienergia-felhasználás szempontjából a fűtési időszakban a szellőzőlevegő mennyiségét a lehető legkisebb értékre kell korlátozni, ami még éppen elegendő a megengedett gázkoncentráció és páratartalomszint tartásához. A minimális mennyiségének meghatározása összetett feladat, célszerű a gázkoncentrációt és a páratartalmat külön értékelni.

A megengedett gázkoncentrációk közül elsősorban a szén-dioxid mennyisége a fontos, bár tapasztalatból tudjuk, hogy egyes esetekben más gázok (ammónia, hidrogén-szulfid, metán) mennyisége is veszélyes mértékű lehet az istállótér levegőjében.

A szén-dioxid majdnem kizárólag az állatok légzésével kerül az istálló levegőjébe, és csak igen kis hányada származik az alomban lejátszódó mikrobiológiai folyamatokból.

A levegőben megengedett pára abszolút mennyisége a hőmérséklet függvénye, tapasztalatok alapján általában széles intervalluma megengedett, kritérium viszont, hogy az épület határoló-, valamint szerkezetei elemein ne legyen páralecsapódás.

Megfelelő szellőztetés esetén a bejutó levegőből minden állathoz a szükséges mennyiségben kerül. Mivel ez az elméletileg számított légmennyiséggel nem valósítható meg, ténylegesen több levegőt kell bejuttatni. A tényleges és az elméleti levegőmennyiség hányadosa a légfelesleg-tényező. Értéke többnyire 2 vagy nagyobb, tehát az elméletinek többszörösét kell bevezetni az istálló megfelelő átszellőztetéséhez. E többletlevegővel télen számottevő hőenergia is távozik az istállóból. A konvektív hőveszteség függ az istállók belső levegőjének a hőmérsékletétől, az épület fő méreteitől és a hőszigetelés mértékétől. A jobb hőszigetelésű épületek általában költségesebbek, amelynek a fűtési energia csökkenésében kell megtérülnie.

Az istállóépületekben megkövetelt páratartalom általában 60–80% között változik. A fűtési határhőmérséklet valamely adott állatfajra nézve az istállóba telepített állatlétszámtól, az istálló megkívánt belső léghőmérsékletétől, az istállóépület hőszigetelésétől és a szellőztetés mértékétől függ. A kisebb testtömegű állatoknak relatíve több friss levegőre van szükségük, amit az állatok komfortzónája igényel.

A fűtésienergia-megtakarítás legfontosabb tényezője nem a – beruházási költséget lényegesen megnövelő – hőszigetelés mértéke, hanem a téli üzemelésnél még elfogadható minimális szellőztetés megvalósítása, a szellőzőrendszer gondos beállítása (pl. automatával) és hővisszanyerő rendszer alkalmazása.

Az optimális (elfogadható) fűtési hőmérséklet értékénél a termelési eredményt, az energiafelhasználást és ezek arányát kell figyelembe venni. Optimális fűtési hőmérsékletnek nevezhetjük azt az istálló-hőmérsékletet, amelynek alkalmazásával a legjövedelmezőbb termelés realizálható.

A fűtésienergia-szükséglet csökkentése

A fűtésienergia-felhasználás nemcsak a meglevő fűtési rendszer takarékos üzemeltetésével, hanem kifejezetten az energiamegtakarítást szolgáló berendezésekkel is megoldható.

Hővisszanyerő berendezések: Az állattartó épületek fűtésére fordított energia, valamint az állatok által leadott hő télen nagyobb részben a szellőztetéssel, kisebb részben a falakon keresztül a szabadba távozik. Ennek az energiának egy része hővisszanyeréssel visszavezethető az istállóépületbe.

A hővisszanyerők tulajdonképpen hőcserélők, amelyek legtöbbször az istállóból távozó hőt a szellőztetés levegőjének felhasználásával juttatják vissza az istállóba. Attól függően, hogy az istállóból távozó hőt a szellőztetőlevegőnek közvetlenül vagy közvetítő közeggel adja át, megkülönböztetünk:

• levegő-levegő hőcserélőket (2. ábra),
• levegő-közvetítőközeges hőcserélőket.

2. ábra. A hővisszanyerés levegő-levegő hőcserélővel (elvi ábra)

A hővisszanyerők alkalmazásának célja kettős:

• egyrészt csökkentik a közvetlen fűtési­energia-szükségletet, és ezzel jelentősen csökken az üzemeltetés költsége;
• másrészt alkalmazásuk esetén kisebb csúcsteljesítményű fűtőberendezés szükséges, és ezzel a beruházási költség kevesebb lesz.

Elvileg valamennyi hőcserélőtípus alkalmazható az állattartásban annak ellenére, hogy elsősorban a felületi hőcserélők használatával találkozhatunk. A rekuperatív hőcserélőkben a hőáram a készülék két térfelében elválasztva áramló közegek között, a határoló felületen áthalad (3. ábra).

3. ábra. Mennyezetre szerelt levegő-levegő, ún. kürtős hőcserélők, központi vezérléssel

A hőcsere energiaárama a hőmérséklet-különbség hatására valósul meg. Ez a hőcsere alapelvében stacioner és folyamatos. Emiatt a rekuperatív hőcserélők egyszerű felépítésűek. Az egyszerű szerkezeti felépítés következtében a hőcserélőben részt vevő közeg tökéletesen szétválasztható.

A rekuperatív hőcserélők alkalmazásakor az gondot okoz, hogy a gyakorlatban a közegek közötti hőmérséklet-különbség meglehetősen kicsi. Ezért megfelelő hővisszanyerési teljesítmény eléréséhez nagy felületű készülékeket kell építeni (4. ábra).

4. ábra. Nagyméretű központi hővisszanyerő hőcserélő az az istálló mellé telepítve

A felületi hőcserélők szerkezetük szerint lemezes vagy csőköteges kialakításúak. A hőátadó felületek szerkezeti anyaga lehet alumínium, üveg, műanyag és korrózióálló acél.

A lemezes hőcserélők egyszerű szerkezeti kialakításuk, valamint az elfogadható a hővisszanyerési hatás (a hővisszanyerési szám Φ = 0,25–0,45) és emiatt előnyösek az állattartó épületekben is, de a hőátadó felületek tisztítását meg kell oldani.

A lemezes hőcserélők egy sajátos kialakításának tekinthető a szellőztetett épülethéj. A szellőztetett épülethéj az állattartásban lehet az istálló fala vagy a födémé. A szellőztetett fal vagy födém kialakítása esetén a határolószerkezet kettős rétegű. Az istállóba beszívott levegő az egyik, a távozó levegő a másik járaton keresztül halad át. A szellőztetett épülethéj segítségével azonban nemcsak a szellőztetésével távozó hőenergiának egy részét lehet visszavezetni az istállóba, hanem a falon keresztül kialakuló konvektív hőáram is csökkenthető.

A hulladékhő hőszivattyúzása (HMV előállításához, ill. fűtéshez): A hőszivattyús üzem energiaforrásaként a különböző technológiai hulladékhő is felhasználható. A hőszivattyúzás általában gazdaságos, ha a hulladékhő hasznos hőforrásból, például hűtőberendezésből származik. Az állattartásban ilyen a tejhűtésből származó hőenergia.

A hőszivattyús üzem akkor tekinthető gazdaságosnak, ha az energiamegtakarítás eredménye fedezi, illetve meghaladja a hőszivattyús beruházás költségtöbbletét. Ez azt jelenti, hogy a hőszivattyús üzem éves átlagos teljesítménytényezője a hazai árviszonyok mellett általában akkor tekinthető gazdaságosnak, ha a teljesítménytényező értéke nagyobb (COP) 3,5-nél, ami csak 45–50 °C-nál nem nagyobb hőmérséklet-különbség esetén teljesíthető.

Termoventilátorok: A hagyományos radiátoros és lapradiátoros légfűtést egyre gyakrabban váltják fel az elektromos- és meleg vizes fűtésű termoventilátorok. Előnyük, hogy fűtési energiaként felhasználható geotermikus forrásból nyert meleg víz, vagy a hőszivattyúzással nyert hulladék energia. Elhelyezésük igen változatos, de leggyakoribb a fali konzolra szerelt kivitelek, mivel itt oldható meg legolcsóbban a vezetékezés. Magas, nagylégterű épületeknél gyakran kombinálják középen elhelyezett elektromos vagy gázos sugárzó fűtőtestekkel (5. ábra).

5. ábra. Oldalfali vizes termoventilátorok teremfűtéshez és mennyezeti sugárzó fűtés, gerinc mentén a használt levegő elszívása

Néhány gyártó ajánlja az istálló közepére függesztett meleg víz és elektromos fűtésű termoventilátorokat (6. ábra).

6. ábra. Meleg vízfűtésű termoventilátor

Fokozottan felhívják a figyelmet a friss levegő bevezetésének és a használtlevegő elvezetésének helyeihez viszonyított magassági elhelyezésre. Azt kívánják elérni, hogy a tartózkodási zónában terjedjen a fűtött levegő, lehetőleg kis sebességgel, majd a falak mentén kivezetik az elhasznált levegőt. A friss levegőt az így kialakult zóna fölött vezetik a légtérbe, így kedvező és egyenletes légeloszlás alakul ki (7. ábra). Az ábrán „m” a komfortzóna magassága, V-V a villamos vezérlés, VF a meleg vizes kazán.

7. ábra. Fűtés meleg vizes termoventilátorral

Energiatakarékos sugárzó fűtési megoldások

A fűtésienergia-szükséglet csökkentésének egyik ilyen lehetősége a sugárzó fűtés. A jelenleg általánosan alkalmazott légfűtéshez viszonyítva a sugárzó fűtéssel elérhető energiamegtakarításnak három forrása van: az állatok tartózkodási helyén alacsonyabb istálló-hőmérsékleten is kialakítható a megfelelő hőérzet (konfort); az istállólevegő hőmérsékletének változása függőleges irányban kisebb mértékű; az istállólevegő alacsonyabb hőmérséklete miatt a szellőztető levegő által elszállított hőenergia lényegesen kevesebb. Sugárzó fűtés esetén (8. ábra) az istálló belső tere és a külső tér között kisebb lehet a hőmérséklet-különbség, és ennek következtében mindhárom felsorolt tényező hőenergiát „takarít meg”. A sugárzó fűtést helyi melegítésre (infralámpával) mint kiegészítő fűtést már régebben is alkalmazták, de önálló fűtésként csak az energiamegtakarítással összefüggésben vetődött fel.

8. ábra. Elletőkutricában a meleg vizes „matrac” és sugárzó fűtés megfelelő szabályozással ideális megoldást nyújt

A leválasztott malacoknál az alsó vízcsöves és felső sugárzó fűtés ideális légteret képez (nagyon fontos a megfelelő szabályozása, a sugárzó fűtés gyors reakciója). Az ilyen rendszer az első 10 napban igen előnyös. A lassú szabályozási reakciók esetén gyakoribbak a légúti megbetegedések. Talán a legenergiatakarékosabb fűtési megoldás a konduktív fűtés. A konduktív fűtésnek az állattartásban kedvező hőérzeti alkalmazási lehetősége van. A konduktív fűtés az állattartásban a padozatfűtés. Ilyen megoldások a 9. ábrán bemutatott a malacok alatt lévő vizes vagy elektromos fűtésű matracok.

9. ábra. Alsó és felső vízfűtés is kiváló, de a reakcióidő általában nagyobb

Automatizálás

Műszaki kivitelét tekintve az istálló légtér állapotának szabályozására több megoldás is van. Egyszerű megoldás, amikor a hőmérséklet-szabályozást belső termosztát végzi. A termosztát gyakorlatilag az épület belső hőmérsékletét érzékeli és a beállított értéknek megfelelően hozza működésbe azokat a szerkezeti elemeket, amelyek a hőmérséklet-változtatást elősegítik. Ez lehetséges – például nyitott istálló, vagy gravitációs szellőztetés esetén – megfelelő nyílások csappantyúinak zárásával, illetve nyitásával. A szabályozás lehet közvetlen vagy villamos áttétel révén.

A komplettebb megoldásoknál már a belső mellett a külső hőmérsékletet is mérik. Előre meghatározott értéket kiválasztva az érzékelők jelei alapján, például a külső alacsonyabb hőmérsékletű levegőt úgy vezetik az épületbe, hogy közben megfelelő keverést is végeznek (lehet pl. a talajhő is). Napjainkban a leggyakoribb megoldásoknál már számítógépes vezérlést is jelen van. Ekkor már többféle paraméter mérésére is lehetőség nyílik, így például a külső- és a belső levegő páratartalma, hőmérséklete és valamelyik káros gáz koncentrációja. Ezek alapján a PCU egység az előre szoftveresen meghatározott, „kitüntetett” értéket figyeli és annak megfelelően működteti a rendszert. Természetesen mindhárom fentebbi megoldásnál a beállítást el kell végezni kézi úton is meghatározott alapszintekre. A legmagasabb szintet a központi, ún. klímakomputer jelenti, amely rendszerint része az egész telepet vezérlő számítógépnek is (10. ábra).

10. ábra. A PC-hez csatolt vezérlőegységgel ellátott klímavezérlés baromfitartó istállók részére

Az előzőhöz hasonlóan itt is mérik a különféle paramétereket, s szoftverparancsok alapján végzi a PCU a szabályozást és a vezérelést. A komplett klímakomputer szoftveresen már kiértékeléseket is végez, illetve meghatározott optimalizálási feladatokat is ellát, vagyis azon értékeket választja ki, amelyek adott időpontban a leggazdaságosabbak, vagy technikailag a legegyszerűbben kivitelezhetők.

A klímavezérlő egység önállóan is képes működni (alkalmas adatok módosítására, egyes paraméterek lekérdezésére), de a programozása, adatainak feltöltése és lekérdezése a központi telepi PC segítségével történik. A PC által tárolt és feldolgozott termelési „in situ” adatok alapján kap parancsokat, miközben figyelembe veszi a környezeti klímát is. Természetesen a rendszer flexibilisen módosítható az adott állatállomány, illetve istállóépület igényei szerint. Nagy előnye, hogy a távvezérlése internetről is végezhető (pl. okostefonról).

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználásaHarasztiné Lajtár Klára:
A borkezelés, palackozás, csomagolás és szállítás berendezései - Borászati technológiák II.

Ez is érdekelhetiA káposztafélék gépi betakarításaParlament előtt a 2025. év adózását meghatározó őszi adócsomagA lovak jólléte: a gondos lótartás eszközei és szabályai