Linespilsanlæg med køling i drægtighedsstalde

En række undersøgelser har vist, at en lavere gylletemperatur reducerer emissionen af ammoniak [1], [2]. En lavere gylletemperatur kan opnås på flere måder: De to mest oplagte er at vælge staldsystemer med lav staldtemperatur, der indirekte også sænker gylletemperaturen eller foretage en direkte køling af gyllen.

Historisk er gyllen blevet kølet på mange måder. I en undersøgelse Landsudvalget for Svin gennemførte i midten af 1990’erne, blev gyllen i en slagtesvinestald med fuldspaltegulv kølet ved at placere kølerør på bunden af gyllekummen [5]. Rørene var tilsluttet en varmepumpe. Der blev kun opnået en relativ beskeden reduktion i ammoniakfordampningen, hvilket tilskrives en kraftig temperaturmæssig lagdeling i gyllekummen. Med en temperatur på ca. 5 grader i kølerørene var gylletemperaturen ca. 10 grader i bunden af gyllekummen. I toppen var temperaturen imidlertid fortsat tæt på staldtemperaturen. Det var uheldigt, da det er temperaturen i overfladen, der har afgørende betydning for emissionen af ammoniak.

I en senere hollandsk undersøgelse afprøvede man køleelementer, der lå i gyllens overflade [3], [4]. Disse blev kølet med et grundvandssystem og afhængig af staldafsnit blev der opnået en reduktion af ammoniakfordampningen mellem 50 og 70 pct. Imidlertid havde dette system negative konsekvenser for gyllesystemets funktion, idet flydeelementer vanskeliggjorde udslusning af gylle. Systemet ville heller ikke kunne anvendes i stalde, hvor der bruges halmstrøelse. I en nyere svensk afprøvning nedstøbte man køleslanger i betonen under linespilsanlæg[1]. Fordelen ved dette system er dels at den temperaturmæssige lagdeling i gyllekummen mindskes, dels giver det ingen gener for gyllesystemets funktion.

Formålet med afprøvningen var således at afklare om der kunne opnås ammoniak- og lugtreduktion ved at køle kanalbunden under linespilsanlæg i drægtighedsstalde indrettet til løsgående søer i Biofix system.

I en sobesætning med løsgående søer blev den ene af to drægtighedsstalde med biofix-fodring indrettet med linespilsanlæg med køling af kanalbunden, se appendiks. Denne stald blev sammenlignet med en identisk stald uden køling af kanalbunden. Graden af køling blev styret ud fra varmebehovet til gulvvarme i farestalden, og derfor kunne afprøvningen indirekte bruges til at angive forbruget af gulvvarme i pattegrisehulen i farestier med delvist spaltegulv. Der var i alt seks sektioner med 84 farestier samt en buffersektion med 28 farestier, i alt 532 farestier. Da farestalden kom til at indgå i en ny afprøvning med varmelamper, blev gulvvarme lukket i en sektion fra 17. oktober 2003.

Tabel 1. Indretning af stald og ventilation

Ved måling af ammoniakfordampningen blev der ydermere foretaget målinger i to stalde, henholdsvis en løbeafdeling og en kontrolafdeling. Staldenes indretning fremgår af tabel 1.

Registreringer

De primære registreringsparametre var ammoniak- og lugtemission.

Over en halvårlig periode, der inkluderede en sommer- og en vinterperiode, blev der opsamlet luftprøver til lugtanalyse i 30 liter Teflon^TM poser, se illustration i appendiks. Prøverne blev pr. post sendt til Slagteriernes Forskningsinstituts lugtlaboratorium, Roskilde til lugtanalyse den efterfølgende dag. Lugtkoncentration blev bestemt ved olfaktormetermetoden efter CEN-norm (CEN/TC264/WG2/N222/e – analyseforskrift 66009-ANF-012 – udgave 05). Opsamlingen af luft i poser blev ligeledes foretaget efter CEN-norm (CEN/TC264/WG2/N222/e – analyseforskrift 66009-ANF-016 – udgave 03).

I CEN-normen stilles ingen krav om, hvor hurtigt luftprøverne skal opsamles, men det blev valgt at fylde poserne med 1,0 liter pr. minut, det vil sige at posen blev fyldt i løbet af 30 minutter.

I forbindelse med hver udtagning og analyse af lugtprøve blev følgende supplerende registreringer foretaget:

• Dato og klokkeslæt for start og slut for udtagning af prøve
• Luftydelse ved aflæsning af pct. ventilation i ventilationsstyring. Aflæsning af pct. ventilation blev efterfølgende omsat til luftydelse ud fra firmaets afprøvning af ventilationsenheden på Forskningscenter Bygholms prøvestand.
• Kuldioxidkoncentration inde med prøverør af fabrikatet Kitagawa type 126SF
• Ammoniakkoncentration inde med prøverør af fabrikatet Kitagawa type 105SD
• Ammoniak- og kuldioxidkoncentration målt med VE 18-udstyr, se appendiks
• Temperatur ude og inde, henholdsvis ved start og ved slut for udtagning af prøve

Ud fra lugtkoncentration i OU_E, luftydelse samt antal stipladser blev lugtemissionen beregnet i enheden OU_E/s pr. stiplads. Tilsvarende blev beregnet med udgangspunkt i danske lugtenheder, LE/s pr. stiplads, hvor lugtkoncentrationen blev korrigeret med lugtpanelets følsomhedsfaktor.

Ammoniakemission i kg NH₃-N pr. stiplads blev fastlagt ud fra forholdet mellem ammoniak- og kuldioxidkoncentration i ppm, hvor ammoniak- og kuldioxidkoncentration var korrigeret for koncentrationen i ude luft. Et forhold på 0,010 svarer til årligt ammoniaktab på 9,43 kg N pr. varmeproducerende enhed, vpe. Antallet af varmeproducerende enheder ved drægtige søer stiger fra 0,25 til 0,33 fra løbning frem mod slutning af drægtigheden [7]. Som gennemsnit over perioden svarer til en drægtig so til 0,30 varmeproducerende enhed, det vil sige det årlige ammoniaktab er 2,83 kg NH₃-N pr. stiplads ved et forhold på 0,010 mellem de korrigerede ammoniak- og kuldioxidkoncentrationer.

Ammoniak- og kuldioxidkoncentration blev målt med et VE 18 multisensor udstyr fra Vengsystem, se appendiks. Dette udstyr bestod af pumper, der via teflonslanger pumpede ca. 2 liter luft pr. minut til en måleenhed med sensorer, der målte indholdet af ammoniak og kuldioxid i luften. Et ventilsystem skiftede hvert tolvte minut mellem de enkelte pumper ved målestederne. Umiddelbart før der blev skiftet målested, blev luftens indhold af ammoniak og kuldioxid registreret.

I VE 18 Multisensor blev ammoniakkoncentration målt med en sensor af fabrikatet Dräger Polytron 1 med måleområdet 0-100 ppm. Kuldioxid blev målt med en sensor af fabrikatet Vaisala med måleområdet 0-5.000 ppm.

Ammoniak og kuldioxid ude og inde blev målt én gang hver time. Kontrollerende målinger med sporgasrør af fabrikatet Kitagawa blev foretaget ved hvert besøg af tekniker hver 2.-3. uge. De elektroniske målinger med VE 18 Multisensor blev korrigeret i forhold til de kontrollerende målinger.

Ud fra ammoniak og kuldioxid målt hver time blev der beregnet et døgngennemsnit og tilsvarende af forholdet mellem de enkelte ammoniak og kuldioxid målinger korrigeret for udekoncentration.

Sekundære registreringer

• Ude- og staldtemperaturer: En måling pr. time
• El-forbrug til varmepumpe
• Afgivet energi fra varmepumpe målt med energimåler

Statistik
Den logaritme transformerede lugtemission blev beskrevet som funktion af behandling og udetemperaturen. Der blev anvendt en generaliseret lineær model med systematisk effekt af behandling og udetemperatur samt tilfældig effekt af måledag. Estimaterne for lugtemission blev beregnet ved en udetemperatur på 20 °C.

Ammoniakemissionen blev som lugtemissionen beskrevet ved en generaliseret lineær model med systematisk effekt af behandling og ude temperaturen, samt tilfældig effekt af måledag. Estimaterne for ammoniakemission blev beregnet ved en udetemperatur på 10 °C. I den statistiske analyse blev 37 dage sommeren 2003 udeladt, da køleanlægget var stoppet.

Køling, strømforbrug og varmeafgivelse

Graden af køling i afprøvningsperioden blev styret ud fra behovet for gulvvarme i farestalden. Derfor varierede graden af køling i løbet af året, som det fremgår af figur 1. I perioden 19. juli til 25. august 2003 var anlægget stoppet, da der var lukket for gulvvarmen i farestalden. Det gennemsnitlige årsforbrug af varme og strøm fremgår af tabel 2. Da varmeafgivelsen udelukkende blev brugt til gulvvarme i farestalden, var det ligeledes muligt at beregne den gennemsnitlige varmeafgivelse pr. faresti. Som det fremgår af figur 1 var varmeforbruget lidt mindre i vinterperioden 2003/04 end året før, da varmen blev lukket af i en sektion fra 17. oktober 2003. Under disse forudsætninger kunne det årlige gennemsnit beregnes til 57 W pr. faresti og ved maks. varmeafgivelse 86 W pr. faresti.

Varmepumpens effektivitet mht. produktion af varme er angivet med effektfaktoren i tabel 2. Som gennemsnit over året var effektfaktoren 2,95 og denne faktor var relativ konstant, idet den kun varierede fra 2,9 til 3,2 – sidstnævnte registreret i sommerperioden. Generelt opnås der en højere effektfaktor jo mindre temperaturforskel der er mellem varmepumpens kolde kredsløb og varme kredsløb. Temperaturindstillingen på varmepumpens varme kredsløb var mellem 40 °C og 44 °C i afprøvningsperioden. I sommerperioden var temperaturen i det kolde kredsløb betydelige højere end i vinterperioden, som det fremgår af figur 2, der viser temperaturen i kølevandet i de slanger, der var støbt ned i gyllekanalen under linespilsanlægget.

Tabel 2. Årligt energiforbrug, køling og varmeafgivelse marts 2003 til marts 2004

Figur 2. Temperatur i kølesystem i afprøvningsperioden

Ammoniak- og lugtemission

Ammoniakemissionen fremgår af tabel 3, hvor emissionen blev angivet pr. varmeproducerende enhed, vpe, det vil sige en total varmeproduktion på 1.000 W. For at finde den årlige ammoniakfordampning pr. stiplads skal emissionen i tabel 3 ganges med 0,30. [7]. 

Der blev fundet en statistisk signifikant forskel i ammoniakemissionen mellem de fire stalde. I forhold til stalden med linespil uden køling, lå stalden med køling 31 pct. lavere, løbeafdelingen med insemineringsbokse og delvist spaltegulv 9 pct. lavere, mens kontrolafdelingen med bokse og fuldspaltegulv havde 39 pct. højere ammoniakemission.

Den daglige brug af linespilsanlægget mellem 8.00 og 9.00 gav anledning til relativ høj koncentration af ammoniak den efterfølgende time, hvis kanalbunden ikke var kølet, som det fremgår af figur 3. Den forhøjede koncentration, blev derimod ikke observeret, hvis kanalbunden var kølet.

Tabel 3. Koncentration og emission af ammoniak og lugt

 

Figur 3. Ammoniakkoncentration i drægtighedsstalde henholdsvis med og uden køling af kanalbunden

De målte lugtkoncentrationer og beregnede lugtemissioner er vist på figur 4 og 5 samt angivet i tabel 3. Der blev foretaget lugtmålinger både i perioder med køling og uden køling i sommerperioden. Normalt opgøres lugtemissionen ved en udetemperatur på 20 °C, men det har ikke være muligt ved sammenligning af drægtighedsstalde med og uden køling, da der ikke blev kølet nævneværdigt i sommerperioden. Den beregnede lugtemission i den statistiske analyse blev derfor gennemført ved en udetemperatur på gennemsnitlig 3,3 °C. Der blev ikke fundet nogen statistisk sikker effekt af at køle gyllen, selvom lugtemission var 19 pct. lavere ved køling. Ved dimensionering af afprøvninger med lugtreduktion kræver det mindst 10 gentagelser at kunne teste en reduktion på 50 pct. og 24 gentagelser for at kunne teste en reduktion på 30 pct. [8].

Til brug for beregning af lugtemission fra drægtighedsstalde med delvist spaltegulv og linespilsanlæg var det muligt med de foreliggende data at beregne et normtal samt 95 pct. konfidensinterval ved 20 °C, se tabel 3. I disse beregninger indgår lugtmålingerne den 9. september 2003, hvor der var en måling med uforklarlig høj lugtkoncentration. Udelades målingerne den 9. september ville normtallet ved 20 °C have været 18 OU_E/s pr. stiplads med et konfidensinterval på 7 til 47 OU_E/s pr. stiplads baseret på 14 målinger.

Som det fremgår af de beregnede lugtemissioner, så var lugtemissionen væsentlig lavere ved en udetemperatur på 3,3 °C end ved 20 °C for samtlige lugtmålinger uden køling. Der var således også en årstidsvariation i lugtemissionen på en faktor 2 mellem sommer og vinter. Denne årstidsvariation var dog ikke så udtalt som registreret i slagtesvinestalde, hvor den var op til en faktor 5 mellem vinter og sommer [9].

Figur 4. Lugtkoncentration i drægtighedsstalde henholdsvis med og uden køling af kanalbunden

Figur 5. Lugtemission i drægtighedsstalde henholdsvis med og uden køling af kanalbunden 

Afprøvningen har vist, at køling af kanalbunden under linespilsanlæg kan begrænse fordampningen af ammoniak fra drægtighedsstalde med delvist spaltegulv. Desuden forhindrer kølingen forhøjede koncentrationer af ammoniak i perioden efter brug af anlægget. Til gengæld blev der ikke fundet nogen statistisk sikker reduktion i lugtemissionen.

Forudsætning for god økonomi ved systemet er, at varmen fra varmepumpen kan erstatte anden varmekilde i produktion. Aktuelt koster strøm ca. 60 øre pr. kWh. Med en effektfaktor 3:1 vil man kunne producere varme til ca. 20 øre pr. kWh med en varmepumpe. Ved et oliefyr med 85 pct. udnyttelsesgrad og en oliepris på 2,76 kr. liter vil varme kunne produceres for ca. 33 øre pr. kWh [10]. I den aktuelle besætning var der således en besparelse på ca. 13 øre pr. kWh eller ca. 32.000 kr. årligt. Dette beløb kan forrente en investering på ca. 250.000 kr. med en rente på 5 pct. og en afskrivningsperiode på 10 år.

Afprøvning: Afprøvning 702