Isoleret kontra uisoleret toklimastald til slagtesvin - varme- og kuldestråling

I projekt Råhusdesign under Landskontoret for Bygninger og Maskiner deltog endvidere en række forskningsinstitutioner og firmaer, og havde til formål at udvikle nye typer af råhuse med forskellige materialer og konstruktioner. I projektets sidste fase skulle de nye råhustyper afprøves i fuld skala.

Råhusets isoleringsgrad har betydning for både dimensionering af ventilationen og for grisenes temperaturfornemmelse. Varmestråling skyldes solstråling, mens kuldestråling opstår når bygningsoverflader er koldere end staldtemperaturen. Kuldestrålingen kan på klare kolde vinternætter blive forstærket af, at specielt tagflader bliver væsentlig underafkølet på grund af udstråling mod himmelrummet.

Hvor meget strålingsvarmen påvirker grisenes temperaturfornemmelse kan man få et indtryk af ved at anvende et såkaldt globetermometer, en matsort kugle med en diameter på 15 cm, hvor temperaturen inde i kuglen registreres. “Globetemperaturen” giver et mål for hvor meget dyrene i et staldrum påvirkes af strålingsvarme fra råhusets overflader. Formålet i denne del af råhusprojektet var at vurdere konsekvenserne af varme- og kuldestråling fra en toklimastald til slagtesvin med henholdsvis en let isoleret og en uisoleret tagflade.

Registreringerne blev gennemført i en besætning med en toklimastald til slagtesvin med henholdvis en let isoleret og en uisoleret sektion. I den let isolerede stald var tagfladen isoleret med en 35 mm træbetonplade der har en isoleringsevne svarende til knap 2 cm mineraluld. Efterfølgende benævnes den let isolerede stald som “isoleret”.

Produktionsforhold, stald- og stiindretning fremgår af tabel 1.

Figur 1, 2 og 3 viser et billede henholdsvis af stalden udefra, den isolerede stald set indefra og den uisolerede stald set indefra.

Figur 1. Toklimastald stil slagtesvin med henholdsvis en isoleret og en uisoleret sektion

Figur 2. Den isolerede sektion set indefra

Figur 3. Den uisolerede sektion set indefra

Registreringer

I en sommer- og en vinterperiode blev der hvert 15. minut foretaget temperaturregistreringer på følgende steder:

• udetemperatur
• staldtemperatur målt midt i stalden 2,0 m over gulvniveau i begge stalde
• “globetemperatur” målt midt i stalden 2,0 m over gulvniveau i begge stalde
• tagfladens temperatur i den uisolerede stald

Globetemperaturen er den temperatur der måles inde midt i en matsort messingkugle med en diameter på 15,2 cm. Globetemperaturen giver et fingerpeg om hvor meget grisene påvirkes af henholdsvis varme- og kuldestråling fra tagfladen.

Globetemperatur kan omsættes til en middelstrålingstemperatur, der er et udtryk for den gennemsnitlige overfladetemperatur i stalden. Det kræver, at lufthastigheden omkring globen kendes. Et eksempel på omregning er vist i tabel 2: Hvis det antages, at der har været en lufthastighed på 0,2 m/s omkring globen, har middelstrålingstemperaturen været ca. 6 grader højere end staldtemperaturen.

Tabel 1. Produktionsforhold, stald- og stiindretning

Opgørelse af data

Ud fra målinger over to længerevarende perioder henholdsvis sommer og vinter, blev der udvalgt en periode med de mest ekstreme udeklimaforhold til analyse. For samtlige temperaturmålinger samt forskellen mellem globe- og staldtemperatur blev der beregnet gennemsnit, standardafvigelse og fundet minimums- og maksimumsværdier.

For den udvalgte periode blev døgnvariationen belyst ved at lave et gennemsnit af målingerne for hvert tidpunkt på dagen.

Tabel 2. Omregning af en målt globetemperatur til middelstrålingstemperatur

Der blev foretaget registreringer i to perioder. Fra sommerperioden den 23/7 til 8/9-1999 blev det valgt at analysere på målingerne fra den 23/7 til 8/8-1999, da det var den varmeste og mest solrige periode. I vinterperioden 1999-2000 blev der foretaget målinger i perioden 17/2 til 16/3-2000. Perioden 17/2 til 29/2-2000 blev valgt til analyse, da dette var den koldeste periode. Vinteren 1999-2000 var dog relativ mild.

Sommerperiode

Gennemsnit, standardafvigelse, minimum og maksimum af de foretagne målinger er vist i tabel 3. Det fremgår, at det var en meget varm sommerperiode, idet gennemsnitstemperaturen for de varmeste sommermåneder er ca. 16,5 °C i Danmark.

Tabel 3. Temperaturmålinger foretaget 23/7 til 8/8-1999

Figur 4. 

Isoleret stald

Figur 4 viser temperaturforskellen mellem føleren i staldrummet og føleren i globen i den isolerede stald. Det fremgår, at temperaturen i globen typisk lå mellem nul og én grad under staldtemperaturen - gennemsnitlig en halv grad under ifølge tabel 3. Desuden var temperaturforskellen upåvirket af udetemperaturen. Det er tegn på at staldtemperaturen og temperaturen på indvendige flader af stalden følges ad. Det var også forventet, da det er formålet ved isolering af en stald.

Den lavere temperatur i globen i forhold til staldrummet skyldes formentligt at gulvfladen har haft en væsentlig lavere overfladetemperatur end staldtemperaturen. Blandt andet overbrusning af gulvfladen medfører en lavere overfladetemperatur.

Uisoleret stald

Figur 5 viser temperaturforskellen mellem føleren i staldrummet og føleren i globen i den uisolerede stald. Det fremgår, at temperaturen i globen typisk lå på samme niveau som staldtemperaturen ved relativt lave udetemperaturer - det vil sige i natperioden. I dagsperioden havde globen en ganske markant højere temperatur end staldtemperaturen, typisk fra nul til godt tre grader over staldtemperaturen.

Figur 5.

Der blev ikke registreret temperatur på tagfladen i sommerperioden. Men fra overfladetemperaturmålinger samt målinger i tilsvarende stalde med uisoleret tagflade blev der registreret tagfladetemperaturer der var op til 30 grader over udetemperaturen. Den forhøjede globetemperatur stammer således hovedsageligt fra strålingsvarme fra den varme tagflade.

Forskel mellem isoleret og uisoleret stald

Figur 6 viser forskellen mellem de målinger, der er foretaget samtidigt i den isolerede stald og den uisolerede stald.

Det fremgår, at temperaturforskellen mellem globe og staldrum typisk var ca. en halv grad højere i den uisolerede end den isolerede stald ved lave udetemperaturer, det vil sige i natperioden. I dagsperioden var forskellen ganske markant mellem de to stalde, typisk fra nul til godt fire grader.

Den registrerede forskel kunne let fornemmes, når man på varme og solrige sommerdage gik fra den isolerede til den uisolerede stald. På trods af samme staldtemperatur betød varmestrålingen fra tagfladen at stalden føltes betydeligt varmere.

For at kunne omsætte den målte globetemperatur til en middelstrålingstemperatur er det nødvendigt at kende den gennemsnitlige lufthastighed omkring globen ( tabel 2). Lufthastigheden omkring globen blev imidlertid ikke registreret kontinuerligt, men som gennemsnit vil lufthastigheden typisk være mindst 0,2 m/s omkring globen. Det betyder at tre grader højere globetemperatur end staldtemperatur vil svare til mindst seks grader højere middelstrålingstemperatur i den uisolerede stald.

Det afgørende ved strålingsvarme fra tagfladen var, at det ikke var muligt at ventilere sig ud af den ekstra varmebelastning dyrene blev udsat for, fordi staldtemperaturen allerede var på niveau med udetemperaturen. Grisene vil derfor alt andet lige føle mere ubehag i den uisolerede stald end i den isolerede stald.

Figur 6.

Døgnvariation

Figur 7 viser døgnvariationen i den forskel der er mellem globetemperaturen og staldtemperaturen mellem de målinger, som er foretaget samtidigt i den uisolerede og den isolerede stald. Disse registreringer viser tydeligt, at det er solindstrålingen der er årsag til varmestrålingen fra tagfladen. Varmestrålingen toppede, når solen var højest på himlen.

Figur 7.

Forskellen mellem globe- og staldtemperaturen var relativ konstant i løbet af døgnet i den isolerede stald, mens døgnvariationen var udtalt i den uisolerede stald. Som gennemsnit for perioden var globetemperaturen op til to grader over staldtemperaturen midt på dagen, mens der var ca. samme temperatur i natperioden.

Vinterperiode

Gennemsnit, standardafvigelse, minimum og maksimum af de foretagne målinger er vist i tabel 4. Det fremgår at det var en relativ lun vinterperiode, idet gennemsnitstemperaturen for den periode af vinteren var ca. 0 °C i Danmark.

Tabel 4. Temperaturmålinger foretaget 17/2 til 29/2-2000

Isoleret stald

Figur 8 viser temperaturforskellen mellem føleren i staldrummet og føleren i globen i den isolerede stald. Det fremgår at temperaturen i globen typisk lå mellem nul og én grad over staldtemperaturen, gennemsnitlig 0,4 °C over ifølge tabel 4. Desuden var temperaturforskellen upåvirket af udetemperaturen. Det er tegn på at staldtemperaturen og temperaturen på indvendige flader af stalden følges ad.

Figur 8.

Den højere temperatur i globen i forhold til staldrummet skyldes formentligt, at gulvfladen, som er opvarmet af grise, har haft en højere overfladetemperatur end staldtemperaturen, der gennemsnitlig lå på 8,7 °C.

Uisoleret stald

Figur 9 viser temperaturforskellen mellem føleren i staldrummet og føleren i globen i den uisolerede stald. Det fremgår at temperaturen i globen typisk lå mellem nul og én grad lavere end staldtemperaturen ved lave udetemperaturer, det vil sige i natperioden. I dagperioden var globens temperatur typisk mellem nul og én grad højere end staldtemperaturen.

I vinterperioden blev klimaet i den uisolerede stald påvirket både af varme- og kuldestråling fra tagfladen, selv om det ikke var i nær så udtalt grad som i sommerperioden. I den udvalgte periode havde tagfladen en temperatur svingende fra ti grader under til to grader over staldtemperaturen.

Kuldestråling fra tagfladen vil som regel være mest markant på klare kolde vinternætter. Desværre for de foretagne målinger var der kun få klare kolde vinternætter i vinteren 1999-2000 og derfor må det formodes, at kuldestrålingen i andre vinterperioder kan blive væsentlig mere udtalte end nærværende målinger viser.

Figur 9.

Figur 10.

Forskel mellem isoleret og uisoleret stald

Figur 10 viser forskellen mellem de målinger der er foretaget samtidigt i den isolerede stald og den uisolerede stald. Det fremgår at temperaturforskellen mellem globe og staldrum typisk lå mellem nul og én grad lavere i den uisolerede end i den isolerede stald ved lave udetemperaturer, det vil sige i natperioden. I dagsperioden lå de to staldtyper på niveau med hinanden, typisk svingende fra minus en halv grad til plus en halv grad.

Kuldestrålingen fra den kolde tagflade kunne ligesom varmestrålingen i sommerperioden tydeligt

fornemmes, når man gik fra den isolerede til den uisolerede stald. På trods af stort set samme staldtemperatur betød kuldestrålingen fra tagfladen, at den uisolerede stald føltes væsentlig koldere.

Lufthastigheden omkring globen blev ikke registreret kontinuerligt. Som gennemsnit vil lufthastigheden typisk være mindst 0,2 m/s omkring globen, det vil sige at én grad lavere globe- end staldtemperatur vil svare til mindst to grader lavere middelstrålingstemperatur i den uisolerede stald.

Døgnvariation

Figur 11 viser døgnvariationen i den forskel, der er mellem globe- og staldtemperaturen. Disse registreringer viser at der i natperioden var en kuldestråling fra tagfladen.

Igen lå forskellen globe- og staldtemperaturen rimelig konstant i løbet af døgnet i den isolerede stald, mens døgnvariationen var udtalt i den uisolerede stald. Som gennemsnit for perioden var globetemperaturen det samme som staldtemperaturen midt på dagen, mens den var ca. en halv grad under staldtemperaturen i natperioden.

Figur 11.

Det fremgår af globemålingerne, at grisene i den uisolerede stald blev udsat for markant varmestråling i solrige sommerdage og i mindre grad kuldestråling - specielt på klare kolde vinternætter. I den isolerede stald var globetemperaturen i forhold til staldtemperaturen stort set upåvirket af udeklimaforhold.

Hvordan varme- og kuldestrålingen påvirker grises termiske komfort er ikke så godt beskrevet som ved mennesker. Ved mennesker fokuserer man på to forhold:

• middelstråling
• asymetrisk stråling

Middelstrålingstemperatur

Middelstrålingstemperaturen fortæller hvor meget temperaturfornemmelsen ændres ved henholdsvis varme- og kuldestråling. Hvis middelstrålingstemperaturen er seks grader højere end rumtemperaturen vil man også føle, at der er ca. seks grader varmere. Og det er en ganske markant forøgelse af den termiske belastning ved en udetemperatur på fx 25°C.

Asymmetrisk stråling

Ved beskrivelse af termisk komfort for mennesker er der lavet en række sammenhænge mellem forskellige klimaparametre og i hvor høj grad man føler diskomfort, angivet som procent utilfredse. Med hensyn til strålingsvarme føles det ubehageligt, når overfladerne i et rum ikke har samme temperatur. Det kaldes asymmetrisk stråling, og i figur 12 er det vist hvordan forskellig grad af asymmetrisk varme- og kuldestråling påvirker mennesker. Specielt et varmt loft vil føles generende. Allerede ved en loftsflade der er 10 grader varmere end lufttemperaturen vil 20 procent være utilfredse med klimaforholdene.

Fra målinger ved besøgene og tilsvarende målinger fra andre stalde kan tagfladen blive op til 30 grader varmere end staldtemperaturen.

Varme- og kuldestråling fra tagfladen kan effektivt modvirkes selv ved ringe isolering. Allerede med en isoleringsevne svarende til 1-3 cm mineraluld - som i den undersøgte stald - vil problemet med varme- og kuldestråling stort set være elimineret. Hvis stalden samtidig skal sikres imod kondensdannelse på indvendige overflader, anbefales det at anvende materialer med en isoleringsevne svarende til mindst 5 cm mineraluld.

Varmestråling fra tagfladen kan til en vis grad modvirkes ved at vælge lyse og blanke tagplader, der er dårligere til at optage sollys end mørke og matte tagplader. Problemet er bare at i takt med at lyse og blanke plader ældes og bliver beskidte, forøges pladernes evne til at optage sollys. Desuden sikrer lyse og blanke tagplader ikke mod kondens.

Forhold omkring forskellige tagpladers evne til optage sollys og udsende varmestråling bliver undersøgt på Forskningscenter Bygholm i forbindelse med projekt “Åben stald”.

Figur 12. Procent utilfredse som funktion af strålingsasymmetrien

Deltager
Thomas Ladegård Jensen

DANVAK, 1987. Grundbog i varme og klimateknik. Redaktion H. E. Hansen, P. Kjerulf-Jensen og Ole B. Stampe