Gyllekøling BAT-konference

Transkript

1 Gyllekøling BAT-konference Koldkærgård den 15. december 2008 Poul Pedersen

2 Gyllekøling Disposition Hvorfor virker køling af gylle? Diffusions- eller fordampningsstyret ammoniakemission? Teoretiske sammenhænge fra litteraturen Staldtemperaturens indflydelse på gylletemperaturen Afprøvninger DK køleslanger udlagt på bund af gyllekumme NL køling via flydeelementer DK nedstøbte køleslanger + linespil Konklusion Økonomi og effekt Forslag til udformning af BAT-byggeblad

3 Emission af ammoniak og lugt Principskitse Ammoniak til staldluften Ammoniak (gas) Ammoniak (aq) Emission af ammoniak og lugt afhænger af Overfladeareal ph (ammoniak) Koncentration i gylle Koncentration i grænselag Temperatur Lufthastighed Opholdstid (lugt) +/- strøelse Grænselag Ammonium (aq) Gylle

4 Koncentration NH3, % Emission af ammoniak Henrys lov? Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Kuldioxid inde ude, ppm NH3-eks

5 Koncentration NH3, % Emission af ammoniak Henrys lov? Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Kuldioxid inde ude, ppm NH3-eks Vent, m3/t

6 Koncentration NH3, % Emission af ammoniak Henrys lov? Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Kuldioxid inde ude, ppm NH3-eks NH3-køl Vent, m3/t

7 Ammoniak, ppm Drægtighedsstald med biofix Linespil + køling feb mar mar mar mar mar mar apr apr apr 03 Linespil Køling

8 Ammoniak, ppm Linespil + køling Ammoniakmålinger Kuldioxid, inde - ude, ppm Linespil Køling Lineær (Køling) Lineær (Linespil)

9 Ammoniakkonc., ppm Ammoniak Henrys lov Forudsætning: ph = 7,2 & 4 g NH4/NH3 pr. kg gylle Ammoniak ligevægt Temperatur i gylle, C Kilde: Mats Andersson 1995

10 Ammoniakkonc., ppm Ammoniak Henrys lov Forudsætning: Gylletemp. 20 C, 4 g NH4/NH3 pr. kg gylle Ammoniak ligevægt ,5 7 7,5 Surhedsgrad, ph Kilde: Mats Andersson 1995

11 Ammoniakkonc., ppm Ammoniak Henrys lov Forudsætning: ph = 7,2 & gylletemp. = 20 C Ammoniak ligevægt Ammoniak/ammonium i gylle, g/kg Kilde: Mats Andersson 1995

12 Faktorer der påvirker ammoniakfordampning Model udarbejdet af Svend Morsing, DjF Bygholm efter Aarnink, 1997

13 Ammoniakreduktion Faktorer der påvirker ammoniakfordampning 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Gylletemperatur - reduktion fra 20 C Model udarbejdet af Svend Morsing, DjF Bygholm efter Aarnink, 1997

14 V-stald Tværsnit med målepunkter Temperaturmålinger Udetemperatur Gylleoverflade udeareal Gylleoverflade indeareal

15 Gennemsnitlig døgntemperatur, C Gylletemperatur Døgngennemsnit Udetemp Gylle ude vest Gylle ude øst Gylle inde øst

16 Døgngennemsnit af gylletemperatur, C Gylletemperatur Døgngennemsnit y = 0,011x 2 + 0,4159x + 12,203 R 2 = 0, y = 0,0171x 2 + 0,5726x + 4,3248 R 2 = 0, y = 0,0214x 2 + 0,5606x + 3,7887 R 2 = 0, Udetemperatur, C Gylle ude vest Gylle ude øst Gylle inde øst

17 Gyllekøling Historisk udviklingsforløb 1. Første anlæg i DK Placering af slanger på gyllekummens bund i slagtesvinestalde med fuldspaltegulv (medd. 357) Kraftig lagdeling i temperatur Køling med 20 W/m 2 gav 20 pct. reduktion 2. Hollandsk afprøvning af køling af gylle Køling foretages i overfladen med flydende køleelementer tilsluttet et grundvandssystem 3. Anden afprøvning i DK (medd. 694). Flydeelementer fravælges aht. gyllesystemets funktion det vurderes at der er stor risiko for blokering af systemet Vælger i stedet at kombinere nedstøbning af slanger med linespil for at køle i overfladen Køling med 24 W/m 2 gav 31 pct. reduktion

18 1. Køling af gylle Slange udlagt i gyllekummen Kilde: Medd. 357

19 Køling af gylle Slange udlagt i gyllekummen Kilde: Medd. 357

20 Konklusion Køleslanger udlagt i gyllekummen Varmepumpe KH Nordtherm 2035 Gennemsnitlig køling 10 W/m 2 medfører: 1,4 C lavere gylletemperatur 10 % lavere ammoniakemission Varmeafgivelse på ca. 18 måneder: kwh, elforbrug kwh, effektfaktor på 2,94 Meddelelse nr. 357

21 2. Hollandsk afprøvning med køling af gylle med grundvandssystem

22 2. Gyllekøling med grundvandssystem Hollandsk afprøvning af flydeelementer Skitse af flydende kølesystem På den hollandske svineforsøgssstation i Sterksel er der gennemført en række undersøgelser med køling af gyllen for at reducere ammoniakfordampningen. Gyllen blev kølet ved hjælp af 14 cm brede skråtstillede polypropylenelementer med cm s afstand, se figur 4. Der blev kølet med grundvand på C. Efter endt køling blev kølevandet sendt retur til grundvandet. Tabel 10. Temperaturer og reduktion af ammoniakfordampning ved køling af gylle Slagtesvin Smågrise Farestald Drægtighedsstald Antal hold Gylletemperatur, C Kølevand frem, C Kølevand retur, C 2 13, ,0 10,4-11,7 12,6-13,9 4 13,9 9,3-11,7 12,4-13, Ammoniakemission Norm, kg N/stipl./år Målt, kg N/stipl./år Reduktion, pct. 2,5 1, ,6 0, ,3 2,4 71 4,4 2,2 48 Som det fremgår af tabel 10., blev der opnået en kraftig reduktion af ammoniakfordampningen ved køling. Hos slagtesvinene påvirkede køleelementet gyllesystemets funktion, idet gødningen hobede sig op på elementet. I de øvrige staldafsnit var der ikke negative effekter af køleelementet.

23 3. Linespil + køling af gylle Drægtighedsstald 25 mm PEL-slanger nedstøbt i kanalbund

24 3. Linespil + køling af gylle Drægtighedsstald

25 3. Linespil + køling af gylle Drægtighedsstald

26 Linespil + køling Varmepumpe Varmepumpe 15 kw, kølekapacitet kw

27 Linespil + køling Drægtighedsstald 25 mm PEL-slanger nedstøbt i kanalbund

28 Drægtighedsstald med biofix Linespil + køling

29 Linespil + køling Drægtighedsstald

30 Effekt, kw Linespil + køling Drægtighedsstald Afgivet varme Varmeafgivelse drift Køling Elforbrug

31 Effektfaktor Linespil + køling Effektfaktor 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Serie1

32 Gylletemperatur 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5, Køletemp fremløb Køletemp retur Temp køle diff

33 Ammoniak, ppm Drægtighedsstald med biofix Linespil + køling feb mar mar mar mar mar mar apr apr apr 03 Linespil Køling

34 3. Linespil + Køling af gylle Konklusion Gennemsnitlig køling 28,2 kw på 768 m2 gylleoverflade (24 W/m 2 ) Gennemsnitlig varmeafgivelse på 28,2 kw, elforbrug 9,6 kw, effektfaktor på 2,95 Ammoniakreduktion på 31 % (minus 37 dage om sommeren) Kontrol: Timetæller, evt. elmåler eller energimåler Meddelelse nr. 694

35 Kilde:

36 Gyllekøling med varmepumpe Økonomi Eksempel Jens Riis Årlig varmeafgivelse kwh Pris for el 0,66 kr./kwh, olie 4,68 kr./l Pris for varme: Olie 0,52 kr./kwh Varmepumpe 0,22 kr./kwh Forrentet med 6 % og afskrevet over 10 år kan differencen på 0,30 kr./kwh kan betale en merinvestering på kr.

37 Konsekvens af placering af køleslanger Hvad er bedst - et regneeksempel Effekten ved gyllekøling fremkommer ved en sænkning af gyllens overfladetemperatur Forudsætninger for eksempler: Staldtemperatur 20 C Ligevægtstemperatur i gyllens overflade uden køling er 20 C køling med 20 W/m 2 medfører 2,8 C lavere overflade temperatur Slagtesvin kg giver 500 l gylle på 90 dage

38 Konsekvens af placering Et regneeksempel Eksempel 1: Placering af køleslanger i gylleoverflade Køling 20 W/m 2 Gylle sluses ud med en gennemsnitlig temperatur på 17,2 C Eksempel 2: Placering af køleslanger på bunden Gylletemperatur på bunden er 10 C Lineær stigende temperatur profil til toppen Gylle sluses ud med en gennemsnitlig temperatur på 13,6 C

39 Konsekvens af placering Et regneeksempel Eksempel 2 fortsat: Ekstra energi til udslusning af underafkølet gylle pr. slagtesvin 500 kg * 4,18 KJ/kg/K * 3,6 C= 7524 KJ Fordelt på 90 dage: 7524 KJ / (90*24*3600 s) = 0,97 W Ved fuldspaltegulv (0,7 m 2 gyllekumme pr. gris) svarer det til en ekstra køling på 1,38 W/m 2 gylleoverflade

40 Konklusion Placering af køleslanger Gylletemperatur i overfladen er afgørende for fordampning af ammoniak Både placering af køleslanger på bunden og i overfladen giver en køling af overfladen Placering i overfladen giver den mest effektive udnyttelse af køleeffekten Men man sparer kun en ubetydelig køleeffekt på 1,38 W/m 2 ved at placere slanger i overfladen frem for bunden, når man vil opnå samme overfladetemperatur som ved en køling 20 W/m 2 med slanger placeret på bunden af gyllekummen. Hovedparten af køleeffekten bruges til at stjæle varme fra staldrummet både bunden og fri varme Konklusion: Der er kun en marginal forskel i om køleslangerne placeres på bunden eller i overfladen

41 Køling af gylle Effekt og anvendelighed Effekt - 10 pct. ammoniakreduktion kræver køling med 8 W/m 2 ved nedstøbte køleslanger + linespil/skraber 10 W/m 2 ved køleslanger på bund af gyllekumme Økonomi forudsætter at varme fra varmepumpe kan erstatte anden varme Varmepumpe 0,22 kr./kwh Fyringsolie 0,52 kr./kwh Store varmemængder kan som hovedregel kun afsættes i: Farestalde og smågrisestalde med gulvvarme Servicerum og stuehus

42 Kontrol Dokumentation af gns. årlig køling i W/m2 gylleoverflade kan gøres på følgende vis: Aflæsning af timetæller på varmepumpe. Varmepumpens køleeffekt fastlægges herefter ud fra firmadokumentation og kendskab til temperaturer på koldt og varmt kredsløb Særskilt elmåler på varmepumpe. Varmepumpens køleeffekt fastlægges herefter ud fra firmadokumentation og kendskab til temperaturer på koldt og varmt kredsløb Energimåler der måler den årlige køling

43 Ammoniakreduktion, pct Fremtidsvision - eksempel Reduktion i forhold køling W/m Linespil + køling Køleslanger på bund af kumme Køling W/m2

44 Arbejdsgruppe Ammoniak udredning Teknologi Stald Lager Udbringning Fodring Staldsystem + Køling + Forsuring Luftrensning + 0/ 0/