Klimatizált állattartás

Kategória: Állattenyésztés | Szerző: Dr. Tóth László, professzor emeritus Szent István Egyetem, GTK, 2017/06/29

Az állattartó épületek energiafelhasználásában ugyanakkor legnagyobb szerepet az istállóklíma játssza. Az istállóklíma alakításában a hazai éghajlati viszonyaink között legjelentősebb tényező az épületek fűtése. A fűtésre felhasznált energia az állattartás termelési költségeit tetemesen megnöveli, ezért ennek a költségnek a termelés eredményeiben is meg kell jelennie.

A klímaviszonyokat befolyásoló tényezők

Az állattartó épület mikroklímájának alakulásában meghatározó szereppel rendelkeznek:
- meteorológiai jellemzők;
- az állatok faja, fajtája, életkora, testtömege, fiziológiai jellemzői;
- az épület fő méretei, belső kialakítása, az épületszerkezetek anyagai;
- a frisslevegő-bevezetés igénye, a szellőztetés mértéke.

Az állat és környezete között állandó az anyag- és energiakapcsolat, ezek:
- az állatok hőleadása, nedvességleadása;
- a leadott szén-dioxid mennyisége;
- az anyagcsere-folyamat során felvett, illetve leadott anyagok mennyisége; valamint
- azoknak a klímára gyakorolt hatása.

Az állat, ha környezetének hőmérséklete alacsonyabb, mint a bőrfelületé, sugárzással, konvekcióval, vezetéssel képes hőt leadni. Az állat által leadott hőmennyiség mindenképpen növeli a környezet hőtartalmát, de a sugárzással, konvekcióval és vezetéssel leadott hő a környezeti levegő hőmérsékletét is emeli. Ezért beszélünk érzeti és rejtett hőleadástról. A sugárzással, konvekcióval és vezetéssel történő hőleadást érzeti, míg a párolgással történő hőleadást, amely a levegő hőmérsékletét nem növeli, rejtett hőleadásnak is nevezik.
A hőleadás az állat testfelületén és a légzőszervek segítségével megy végbe, az állattartó épületek klímájának legfontosabb tényezője. Az összes és érzeti hőleadás mértéke az egyes állatfajok hőmérsékletének és testtömegének függvénye. Az állattartó épület levegőjébe került nedvesség mértéke a téli időszakban meghatározó szerepet tölt be a szellőztetés intenzitását illetően, így közvetett módon hat a klímaviszonyokra. Az állatok ürülékei párolognak, és terhelik az istálló levegőjét. A haszonállatok néhány fontos paraméterét tartalmazza az 1. táblázat.

1. táblázat. Főbb klímakövetelmények a haszonállattartásban

Az állatok közvetlen nedvességleadásának mértékét a faj, a testtömeg és a környezeti levegő hőmérséklete határozza meg. A különböző állatfajok szén-dioxid-termelése annál nagyobb, minél fiatalabb az állat, és minél élénkebb az anyagcseréje. A rendkívül intenzív anyagcsere miatt a legtöbb szén-dioxidot a baromfi termeli.
Ha az istállóépületen kívüli légtér hőmérséklete és páratartalma megegyezik az istállóéval, gyakorlatilag nincs az épületszerkezeteken keresztül történő hőáramlás. A hőmérséklet-különbség növekedésével azonban a konvektív hőcsere mértéke arányosan nő.

Klímakövetelmények

Az állattartó épületekben az állatok számára a klímakövetelményeket a hőérzet fejezi ki:
- a levegő hőmérséklete;
- a környező felületek sugárzása;
- a levegő relatív nedvességtartalma;
- a levegő mozgása.

Magyarország éghajlati viszonyai miatt valamennyi haszonállat számára szükséges a fűtés az év rövidebb-hosszabb szakaszában. Kivétel a felnőtt szarvasmarha, mivel azt az állat hőleadása fűtés nélkül is fenntartja. A fűtési időszak alatt az állattartó épületek hőenergia-gazdálkodása végett célszerű a szellőzés mértékét minimálisra csökkenteni.

Ha a szellőzési határhőmérsékletnél magasabb a külső hőmérséklet, az istállóban megkívánt hőmérséklet csak hűtéssel tartható fenn.

A hűtés technikai megvalósításakor az állattartásban két lehetőség kínálkozik:
- az adiabatikus hűtés és
- a gépi hűtés.

Az adiabatikus hűtés során a levegőbe permetezett víz elpárolgásával elvont hő mérsékli a szellőzőlevegő hőmérsékletét (erre a későbbiekben visszatérünk).

Az istállóban keletkező, a levegőbe kerülő nemkívánatos anyagok legegyszerűbb módon szellőztetéssel távolíthatók el. Megkülönböztetünk természetes és mesterséges szellőztetést.

Természetes szellőztetés

A természetes szellőzés alapja a hőmérséklet- és szintkülönbség, vagy a külső levegőmozgás hatására létrejövő nyomáskülönbség. A hőmérséklet-különbséget kihasználó szellőzést gravitációs eljárásnak nevezik. A hőmérséklet-különbségből adódóan a levegő sűrűségkülönbsége a különböző szinteken lévő nyílásokon át levegőáramlást hoz létre. A természetes szellőztetés levegőszállításának meghatározására használható egyszerűsített összefüggés: 

ahol: 
- A az áramlási keresztmetszet, m2, 
- pk a levegő sűrűsége a külső hőmérsékletnél, kg/m3, 
- • tb és tk a belső és külső levegő hőmérséklete, °C, 
- H a be- és kiömlőnyílás közötti szintkülönbség, m, 
- p a normál állapotú levegő sűrűsége, kg/m3, 
- Tb a belső levegő hőmérséklete, K.

A szellőztetett helyiség környezetéhez viszonyított nyomása alapján megkülönböztetnek: túlnyomásos, kiegyenlített vagy elszívásos szellőzőrendszert. A túlnyomásos szellőzés esetén a szellőztetett helyiségben a környezethez képest túlnyomás van. A túlnyomás értéke 10–50 Pa értékű szokott lenni. Túlnyomás azáltal jön létre, hogy a ventilátor a szellőző levegőt a helyiségbe befújja, és a használt levegő a rendelkezésére álló nyílásokon távozik. Kiegyenlített szellőzés esetén a helyiségből ugyanannyi levegőt szívnak el, mint amennyit befújnak. Így a helyiségben a nyomás közel azonos a környezeti nyomással. Elszívásos szellőzési rendszer esetén a szellőztetett helyiségben 10–30 Pa depresszió van a környezethez képest. Akkor szükséges, ha a keletkező káros gázok vagy szaganyagok környezetbe jutása nem kívánatos.

A klíma automatizált szabályozása

1. ábra. Több paraméteres PCU klímavezérlés
1. vezérlőegység, 2. szabályozómotor, 3. fűtés, 4. hőmérséklet-érzékelő, 5. páratartalom-érzékelő, 6. ventilátor, 7. frisslevegő-nyílás, 8. használtlevegő-nyílás, 9. frisslevegő-csappantyú, 10. használtlevegő-csappantyú, 10/a és 10/b a csappantyúk állásának szélső értékei

Műszaki kivitelét tekintve az istálló légtér állapotának változtatásánál négy főbb megoldásról beszélhetünk:
1. 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 változtatását elősegítik. Ez lehetséges – például nyitott istálló vagy gravitációs szellőztetés esetén – megfelelő nyílások csappantyúinak zárásával, illetve nyitásával. A szabályozás lehet közvetlen vagy villamos áttétel révén.
2. A komplettebb megoldásoknál a belső mellett már 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 (például talajtemperálással).
3. Napjainkban a leggyakoribb megoldás már számítógépes vezérlés. 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 vezérlőegységről (1) a szabályozómotorral (2) működtetett csappantyú (10) a kivezetőnyílást (8) teljesen elzárja (10/b), akkor a ventilátor (6) csak keverést végez. Ha csak részben van nyitva, akkor a levegő egy része eltávozik, másik része a friss levegővel (7) keveredve visszaáramlik a belső légtérbe. A keverési arány a 9. jelű csappantyúval állítható. Ha az átmeneti nyílás zárva van (10/a), akkor a ventilátor által szállított légmennyiség teljes mértékben a szabadba áramlik (8). Természetesen a szabadba kinyomott levegő helyére a külső térből (7) a nyíláson át (7) csappantyúállással (9) meghatározott mennyiségű friss levegő érkezik be. A csappantyúk és a fűtőberendezés (3) a vezérlést a hőmérséklet- (4) és a páratartalom- (5) érzékelők jelei alapján a PCU (1) programja szerint kapják.
4. A legmagasabb szintet a központi, ún. klímakomputer jelenti, amely része lehet az egész telepet vezérlő számítógépnek is. 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.
Ilyen rendszert szemléltet a Big Dutchman International GmbH által ajánlott megoldás (2. ábra).

2. ábra A VIPER-TOUCH jelzéssel ellátott klímavezérlési rendszer baromfiistállók részére

A VIPER-TOUCH jelzésű PCU vezérlőegység a központi telepi vezérlő és adatgyűjtő, valamint feldolgozó PC-hez csatlakozik. Az abban tárolt és feldolgozott termelési in-situ adatok alapján kap parancsokat, miközben figyelembe veszi a környezeti klímát és így ad parancsokat a szellőztető-, a hűtő- és fűtőberendezések részére. Természetesen e rendszer flexibilisen módosítható az adott rendszer igényei szerint.

A jellemzőbb szellőztetési megoldások

A baromfitartó épületek néhány szellőztetési megoldása és a jellemző áramlási képek láthatók a 3. ábrán. Az áramlási kép természetesen a levegő hőmérsékletétől és a levegő mennyiségétől függően változhat.

3. ábra. Levegőáramlás baromfiistállókban különféle szellőztetési megoldások esetén
a) a természetes szellőzés sémája, b) hagyományos szellőzés ventilátorral, c) „cölöpökön” álló istálló szellőztetése (padlócsatorna), d) keresztszellőzés, a tetőt nem terheli a ventilátor, e) fordított légvezetés, f) fordított légvezetés (perforált mennyezet és légcsatorna), g) túlnyomásos szellőzés (perforált mennyezet), h) túlnyomásos szellőzés, i) hosszirányú szellőzés

A sertéstelepek zárt istállóira alapvetően a túlnyomásos és az elszívásos rendszerű szellőzés a jellemző. Az úgynevezett kiegyenlített szellőztetést ritkán alkalmazzák. A szellőztetési megoldások elvi vázlatait a 4. és 5. ábrákon szemléltetjük.

4. ábra. Sertésistálló szellőztetése

5. ábra. Elszívásos szellőztetés perforált álmennyezet alkalmazása esetén

Egyre több istállónál szerepel már a perforált álmennyezet és tetőkürtős elszívás kombinációja. A légtérben kialakuló vákuum következtében a levegő cserélődik, és a friss levegő átöblíti az istálló légterét. A távozó levegő tisztítása az emissziók csökkentése és a szagterheléssel kapcsolatos panaszok elkerülése érdekében fontos. A gyakorlatban megbízhatóan alkalmazható biofilteres tisztító rendszerek az istállóépítés szerves részei. Ma már elfogadható költségszinten lehet természetes eljárással megfelelő tisztaságú távozó levegőt előállítani, elősegítve ezzel az állattartás fenntarthatóságát a vidéki nagyobb népsűrűségű környezetben (6. ábra). Ismertek faforgács, kókuszháncs, tőzegkeverékes és szalmaszűrős biofilterek is.

6. ábra. Az istálló távozó levegőjéből a szennyező anyagok és ammónia megkötése biofilterrel

Az istállók fűtése, hűtése

Sok helyen alkalmazzák a nyitott istállókat, amelyeknél a legkisebb energiaráfordítással oldható meg a friss levegő biztosítása. Az alkalmazásnak számos előfeltétele van az istállókialakítással, a technológiai elemek elrendezésével, a padozat szigetelésével és a nyílások szabályozásával kapcsolatban. Kellő gondosság és szakszerű alkalmazás esetén eredményesen alkalmazható.

7. ábra. Nyitott oldalfalú istálló, fólia lezárási lehetőséggel

Istállók fűtése: A fűtési rendszer hőleadói 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 a hőcsere a hőleadó felület és az ember, illetve állat között közvetlenül, a levegő felmelegítése nélkül megy végbe.

Az állattartó épületek fűtésienergia-szükségletét befolyásoló tényezők:
- az állat által leadott hő és pára mennyisége;
- a külsőlevegő-hőmérséklet átlagos értékei és ezek évi gyakoriságai;
- az épületek hőszigetelése;
- a szellőzés levegőmennyisége;
- az istállótér levegő-hőmérséklete.

A szellőzőlevegő minimális mennyiségének meghatározása azonban összetett feladat, a megoldáshoz célszerű a gázkoncentrációt, illetve a páratartalmat különválasztva számítani.
Az istállóépület hőszigetelésének előnyei:
- csökken az istállóépület konvektív hő­vesztesége;
- hatással van az istálló páratartalmára,
- a szellőzéssel együtt kihat a fűtési időszak hosszára.

A fűtésienergia-szükséglet csökkentése érdekében mindenekelőtt a megengedhető legalacsonyabb istállólevegő-hőmérsékletre kell törekedni. A mértékét az energiafelhasználás szempontjából optimális fűtési hőmérséklet fejezi ki.
Istállók hűtése: Forró, meleg időszakokban az állattartásban a hőstressz elkerülése végett léghűtés szükséges. Egyre sikeresebben alkalmazzák, az ún. adiabatikus (más szóval evaporatív) hűtést, mind a zárt, mind a nyitott rendszerekben. E hűtés előnyei:
- csökkenti a levegő portartalmát,
- energiatakarékos,
- költséghatékony,
- hatékonyan csökkenti a hőmérsékletet (a legnagyobb kánikulásban is 4–15 °C-kal)

E vízporlasztásos hűtéstechnika berendezésnek a lelke a magas nyomású szivattyú. A nagy nyomással szállított víz ködképző szórófejeken (fúvókákon) keresztül kerül a kültérbe (3–7 mikronos vízcseppek). A hűtéstechnikai rendszer által keletkezett párától, akármennyire hihetetlen számunkra, de abszolút nem leszünk vizesek, kizárólag a friss és hűvös levegőt fogjunk érezni.

A szivattyú a 2–6 bar nyomású hálózati vizet 70–100 bar nyomásra fokozza. Ezt követően a már nagy nyomáson folyó víz a magasnyomású csöveken, tömlőkön folyik tovább a beporlasztást végző fúvókák felé (8. ábra).

8. ábra. A beépített rendszerű ventilátoros és fúvókás rendszer elvi felépítése
(Forrás: http://masterkool.hu/hutestechnika)

A vízpára a levegőbe kerülve azonnal elpárolog, s a ködhűtés eredményeképpen az adott terület levegőjének hőmérséklete 5–15 °C-kal csökken. E hűtéstechnika növeli a páratartalmat, rovartaszító, szagtalanító és pormegkötő tulajdonsággal rendelkezik.

9. ábra. A vízporlasztó ventilátorok az istálló mennyezete alá telepítve

A fűtésienergia-szükséglet csökkentésének technológiai lehetőségei közé azokat a megoldásokat soroljuk, amelyek külön berendezések alkalmazása nélkül energiamegtakarítást tesznek lehetővé. Mint az istállóépületek karakterisztikus görbéiből látható, a fűtésienergia-szükséglet legérzékenyebben az istállólevegő hőmérsékletének változására reagál, ennél kisebb mértékben az istálló túlszellőztetésére, és még ennél is kisebb mértékben az istállóépület hőszigetelésének javítására.

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaDr. Bai Attila (szerk.):
A biogázBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználása

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