Afprøvninger af ventilationsanlæg til stalde 1977-1997

I begyndelsen af halvfjerdserne voksede presset for at få staldventilationsanlægs ydelser dokumenteret.

På denne baggrund er der ved Danmarks JordbrugsForskning opbygget en prøvestand til afprøvning af ventilationsmateriel, se figur 1.

Prøveprocedurerne er frem til 1993 løbende blevet justeret. I 1993 blev afprøvningen ændret på følgende punkter:

Figur 1. Prøvestanden ved Forskningscenter Bygholm

Siden 1993 har afprøvningen været fælles for IMAG-DLO (Holland), DLG (Tyskland) og Danmarks JordbrugsForskning (DJF). Det skal bemærkes, at DLG, IMAG-DLO og DJF prøveproceduren ikke omfatter friskluftventiler, hvorfor disse fortsat afprøves efter tidligere standardprocedure DS 6039 under isoterme forhold. I 1991 blev prøvestanden forsynet med et køleanlæg, hvorved det blev muligt at prøve friskluftventiler, hvor ind-sugningsluften er 20 °C koldere end rumtemperaturen, således at der i dag også kan afprøves friskluftventiler under ikke-isoterme forhold.

Figur 2 viser et eksempel på prøvning af en udsugningsenhed efter DLG, IMAG-DLO og DJF prøveproceduren, og figur 3 viser luftstrålens bane for en ikke-isoterm situation for en vægventil.

Figur 2. Volumestrøm og statisk tryk for en udsugningsenhed. Det stiplede kurvestykker markerer det ustabile stallingsområde

Udviklingen gennem de sidste 20 år

Mens energiforbruget for en snes år siden generelt var højt for alle staldventilationsanlæg, er der i dag meget stor forskel fra de mest energikrævende til de mindst energikrævende anlæg. Forskellen afhænger af enhedernes udformning og hvor meget luft, de presses til at yde. Derfor er det vigtigt at være opmærksom på energiforbruget ved valg af ventilationsanlæg. Mens luftydelsen for tyve år siden lå på 5.000-10.000 m³/h for udsugningsenheder med diameteren 600-650 mm, ligger den i dag typisk på ca. 12.000 m³/h og i enkelte tilfælde på omkring 14.000 m³/h. I den samme periode har den specifikke ydelse, defineret som luftydelse i 1.000 m³/kWh, udviklet sig meget. Dette er vist i figur 6. Den specifikke ydelse var stigende indtil sidst i firserne, hvor ydelsen topper og derefter aftager igen. Stigningen kan forklares ved, at anlæggene i denne periode gradvist er forbedret, dels ved anvendelse af mere effektive ventilatorvinger og motorer, og dels ved stigende anvendelse af afrundede indløb og diffusorer i stedet for taghætter. Efter 1988 falder den specifikke ydelse. Dette skyldes, at udviklingen af enhederne, mht. motorer, vinger og de Strømningsmæssige forhold, ikke har holdt trit med den stigning, der er sket i anlæggenes luftydelse.

Figur 3. Luftstrålens bane for en ikke-isoterm situation

Undertrykkets betydning for energiforbrug og ydelse

Figur 4, 5 og 6 viser den gennemsnitlige luftydelse, energiforbruget og den specifikke ydelse, ved henholdsvis 0 og 20 Pa undertryk, hvor 0 Pa svarer til et ligetryksanlæg, og 20 Pa svarer til forholdene i et undertryksanlæg, der arbejder med et pænt stort undertryk. De fleste undertryksanlæg arbejder ved et undertryk på omkring 10 Pa eller et sted midt imellem kurverne for 0 Pa og 20 Pa.

Figur 5 viser tydeligt, at ventilatorerne sidst i firserne havde et lavt energiforbrug, og derfor fra en brugers synsvinkel faktisk var bedre end i dag. Argumenterne for at acceptere et øget energiforbrug efter 1988 har været, at energibesparende ventilatorer er tryksvage og derfor vindfølsomme. Dette er også rigtigt, hvis vi ser på anlæg med ekstremt lave energiforbrug, men der er et stort spring fra de energimæssigt bedste anlæg fra sidst i firserne og til de nuværende anlæg. Kunne man blot komme op på den rigtige side af 40.000 m³/kWh ved et tryktab på 10 Pa, ville det være fint. Mht. trykstabilitet viser figur 6 også, at selv ved et undertryk på 20 Pa, er det muligt at holde den specifikke ydelse oppe på omkring 40.000 m³/kWh.

Figur 4. Luftydelse ved 0 Pa og 20 Pa, baseret på gennemsnittet af 3 års afprøvninger for tagudsugningsenheder med 600-650 mm vingediameter

Figur 5. Energiforbrug ved 0 Pa og 20 Pa, baseret på gennemsnittet af 3 års afprøvninger for tagudsugningsenheder med 600-650 mm vingediameter

 

 

Figur 6. Specifik ydelse ved 0 Pa og 20 Pa, baseret på gennemsnittet af 3 års afprøvninger for tagudsugningsenheder med 600-650 mm vingediameter

Diffusorens betydning

En af forklaringerne på, at energiforbruget fra 1977 til 1988 har været faldende, ligger først og fremmest i udformningen af udsugningsenhedens afkast, der tidligere omfattede en traditionel taghætte og som i dag er erstattet med en diffusor. Figur 7 viser, hvordan en udsugningsenheds ydelse afhænger af indløbs- og afkastudformningen. I dette eksempel er der anvendt den samme grundenhed, omfattende en 615 mm/5-bladet vinge og en 200 W motor i en 1000 mm lang karm, forsynet med afrundet indløb og forskellige afkasttyper.

Sættes grundenhedens luftydelse til 100%, varierer ydelsen fra 68 til 127%, eller næsten en faktor 2, og den specifikke ydelse varierer fra 70 til 135%, der også næsten er en faktor 2. Det betyder således uhyre meget, hvordan en enhed er bygget op. Med jethætten, vist til venstre, som bl.a. anvendes en del i Tyskland til stalde, der ligger tæt ved boligområder, vil der altid være et forholdsvist højt energiforbrug, idet tryktabet i konussen bliver stort. For enheden helt til højre i figuren er situationen en helt anden, idet hastigheden i afkastet her er lavt på grund af det store tværsnitsareal, hvor luften forlader enheden. Populært sagt, sker der en energigenvinding i diffusordelen, hvor luften får mere plads til at udvide sig på, og derfor bremses ned i fart. Effekten af hastighedsreduktionen, hvor en stor del af hastighedstrykket omdannes til statisk tryk i afkastet, er at enheden yder mere luft og kræver mindre energi, dvs., at både luftydelsen og den specifikke ydelse stiger. Diffusoreffekten er mest effektiv for en diffusor, der udvider sig svagt og går mod nul ved store diffusorvinkler, idet luften ved store diffusorvinkler slipper diffusorvæggen og danner hvirvler. Diffusoren danner typisk en vinkel på 5-7° med ventilationsrøret.

Figur 7. Luftmængden og specifik ydelse for grundenhed med og uden indløb og taghætte/afkastdiffusor

Figur 8 viser mere detaljeret, hvordan luftydelse og specifik ydelse afhænger af diffusorens længde. Generelt falder energiforbruget med stigende diffusorlængde (højere specifik ydelse), men det er dog næppe realistisk, hverken af hensyn til pris eller stabilitet, at diffusoren er meget længere end 1 meter.

Figur 8. Luftydelse ved forskellig diffusorlængde

Vingehældningens betydning

Vingehældningen er en af de variable, som ventilationsfabrikanterne kan variere for at ændre luftydelsen. Figur 9 viser luftydelsen ved vingehældninger fra 25 til 45°, og figur 10 viser det tilhørende energiforbrug og omdrejningstallet.

Figur 9. Luftydelse ved forskellig vingehældning for samme grundenhed

Figur 10. Energiforbrug og omdrejningstal for samme grundenhed

Økonomi

Energiforbruget til staldventilation er en væsentlig post både for den enkelte landmand og for landbruget som helhed. Sættes prisen for en udsugningsenhed med 600-650 mm vingediameter til 7.000 kr., forrentning og afskrivning til 15% og energiprisen til 0,50 kr./kWh, bliver de årlige omkostninger pr. 1000 m³/h installeret kapacitetsudsugning, som vist i figur 11, når der regnes med, at ventilatorerne i gennemsnit yder 70% af maksimumkapaciteten, og undertrykket er 10 Pa. Hertil kommer endvidere forrentning og afskrivning af ventiler og styringer, der beløber sig til ca. 200 kr. om året pr. 1000 m³ installeret kapacitet. Figuren er baseret på afprøvningsdata fra 1985 til 1997, dvs., for en periode, hvor de fleste udsugningsenheder er forsynet med diffusorer, som vist i figur 7.

Eksempel

For en slagtesvinestald med 300 slagtesvin, dimensioneret efter 100 m³/h pr. slagtesvineplads, dvs., i alt 30.000 m³/h, bliver de årlige omkostninger til ventilation i alt ca. 5.500 kr., hvis der vælges ventilatorer med en specifik ydelse på 40-50.000 m³/kWh. Ved 3½ hold slagtesvin om året svarer dette til godt 5 kr. pr. produceret gris. Hertil kommer forrentning og afskrivning af vægventiler og styringer, der også beløber sig til ca. 5 kr. pr. leveret gris eller 10 kr. i alt. Med et gennemsnitsanlæg i praksis, hvor den specifikke ydelse næppe ligger meget over 15.000 m³/kWh, vil omkostningerne være godt 2 kr. højere pr. produceret gris end ved en specifik ydelse på 40-50.000 m³/kWh.

Figur 11. Årlig omkostning i kr. pr. 1.000 m³/h i installeret ydelse (ekskl. Ventiler og styring), når anskaffelsesprisen sættes til 7.000 kr. pr. udsugningsenhed, forrentning og afskrivning sættes til 15% og el-prisen til 0,50 kr./kWh

Det ses af figuren, at de mest økonomiske anlæg har en ydelse på ca. 40-45.000 m³/kWh ved et undertryk på -10 Pa, under de her angivne betingelser. Hvis prisrelationerne ændres, flyttes optimum også. Stiger forrentning og afskrivning, enten fordi anskaffelsesprisen eller renten stiger, så rykkes optimum nedad. Det samme sker, hvis strømprisen falder. Tilsvarende rykkes optimum opad, hvis strømprisen stiger.

Støj

Ventilatorstøjen kan være til gene for personale og dyr inde i stalden og for naboer til stalden.

Figur 12 viser støjniveauet ude, som funktion af den specifikke ydelse. Det ses, at jo mere energirigtige anlæggene er (mange kubikmeter luft pr. kWh), jo lavere er støjniveauet.

Støjniveauet inde er meget identisk med støjniveauet ude ved en specifik ydelse på mellem 30.000 og 75.000 m³ pr. kWh., mens støjniveauet ved lavere værdier ligger noget højere (5-10 dB(A)).

Yderligere oplysninger:

For ventilationsmateriale, afprøvet fra 1977-1986, henvises til ”Afprøvning af staldventilationsmateriale”, SjF-Beretning nr. 30, 1987. En samlet oversigt over materiel prøvet efter 1986 kan rekvireres ved henvendelse til: Danmarks JordbrugsForskning, Forskningscenter Bygholm, tlf. 75602211.

Figur 12. Støjniveau ude

******

Grøn Viden indeholder informationer fra Danmarks JordbrugsForskning.

Grøn Viden udkommer i en mark-, en husdyr- og en havebrugsserie, der alle henvender sig til konsulenter og interesserede jordbrugere. Abonnement tegnes hos Danmarks JordbrugsForskning Forskningscenter Foulum Postboks 50, 8830 Tjele Tlf. 89 99 10 10 / www.agrsci.dk

Prisen for 1998: Markbrugsserien kr. 200, husdyrbrugsserien kr. 200 og havebrugsserien kr. 110.

Anders Correll (ansvarshavende redaktør)
ISSN 0903-0719