Gyllekøling BAT-konference Koldkærgård den 15. december 2008 Poul Pedersen
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
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
Koncentration NH3, % Emission af ammoniak Henrys lov? Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 Kuldioxid inde ude, ppm NH3-eks
Koncentration NH3, % Emission af ammoniak Henrys lov? Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 Kuldioxid inde ude, ppm NH3-eks Vent, m3/t
Koncentration NH3, % Emission af ammoniak Henrys lov? Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (gas) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) Ammoniak (aq) 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 Kuldioxid inde ude, ppm NH3-eks NH3-køl Vent, m3/t
Ammoniak, ppm Drægtighedsstald med biofix Linespil + køling 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 28 feb 03 05 mar 03 10 mar 03 15 mar 03 20 mar 03 25 mar 03 30 mar 03 04 apr 03 09 apr 03 14 apr 03 Linespil Køling
Ammoniak, ppm Linespil + køling Ammoniakmålinger 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Kuldioxid, inde - ude, ppm Linespil Køling Lineær (Køling) Lineær (Linespil)
Ammoniakkonc., ppm Ammoniak Henrys lov Forudsætning: ph = 7,2 & 4 g NH4/NH3 pr. kg gylle Ammoniak ligevægt 70 60 50 40 30 20 10 0 10 15 20 25 30 Temperatur i gylle, C Kilde: Mats Andersson 1995
Ammoniakkonc., ppm Ammoniak Henrys lov Forudsætning: Gylletemp. 20 C, 4 g NH4/NH3 pr. kg gylle Ammoniak ligevægt 40 35 30 25 20 15 10 5 0 6 6,5 7 7,5 Surhedsgrad, ph Kilde: Mats Andersson 1995
Ammoniakkonc., ppm Ammoniak Henrys lov Forudsætning: ph = 7,2 & gylletemp. = 20 C Ammoniak ligevægt 35 30 25 20 15 10 5 0 2 3 4 5 6 Ammoniak/ammonium i gylle, g/kg Kilde: Mats Andersson 1995
Faktorer der påvirker ammoniakfordampning Model udarbejdet af Svend Morsing, DjF Bygholm efter Aarnink, 1997
Ammoniakreduktion Faktorer der påvirker ammoniakfordampning 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 5 10 15 20 Gylletemperatur - reduktion fra 20 C Model udarbejdet af Svend Morsing, DjF Bygholm efter Aarnink, 1997
V-stald Tværsnit med målepunkter Temperaturmålinger Udetemperatur Gylleoverflade udeareal Gylleoverflade indeareal
Gennemsnitlig døgntemperatur, C Gylletemperatur Døgngennemsnit 25 20 15 10 5 0 13-07-02 01-09-02 21-10-02 10-12-02 29-01-03 20-03-03 09-05-03 28-06-03-5 -10-15 Udetemp Gylle ude vest Gylle ude øst Gylle inde øst
Døgngennemsnit af gylletemperatur, C Gylletemperatur Døgngennemsnit 25 20 15 y = 0,011x 2 + 0,4159x + 12,203 R 2 = 0,5772 10 y = 0,0171x 2 + 0,5726x + 4,3248 R 2 = 0,7404 5 y = 0,0214x 2 + 0,5606x + 3,7887 R 2 = 0,8537 0-15 -10-5 0 5 10 15 20 25-5 Udetemperatur, C Gylle ude vest Gylle ude øst Gylle inde øst
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
1. Køling af gylle Slange udlagt i gyllekummen Kilde: Medd. 357
Køling af gylle Slange udlagt i gyllekummen Kilde: Medd. 357
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: 284.000 kwh, elforbrug 97.000 kwh, effektfaktor på 2,94 Meddelelse nr. 357
2. Hollandsk afprøvning med køling af gylle med grundvandssystem
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 10-15 cm s afstand, se figur 4. Der blev kølet med grundvand på 10-12 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 13,6 - - 2 15,0 10,4-11,7 12,6-13,9 4 13,9 9,3-11,7 12,4-13,9 - - - - Ammoniakemission Norm, kg N/stipl./år Målt, kg N/stipl./år Reduktion, pct. 2,5 1,42 43 0,6 0,15 75 8,3 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.
3. Linespil + køling af gylle Drægtighedsstald 25 mm PEL-slanger nedstøbt i kanalbund
3. Linespil + køling af gylle Drægtighedsstald
3. Linespil + køling af gylle Drægtighedsstald
Linespil + køling Varmepumpe Varmepumpe 15 kw, kølekapacitet 30-35 kw
Linespil + køling Drægtighedsstald 25 mm PEL-slanger nedstøbt i kanalbund
Drægtighedsstald med biofix Linespil + køling
Linespil + køling Drægtighedsstald
Effekt, kw Linespil + køling Drægtighedsstald 60 50 40 30 20 10 0 10-12-2002 20-03-2003 28-06-2003 06-10-2003 14-01-2004 23-04-2004 Afgivet varme Varmeafgivelse drift Køling Elforbrug
Effektfaktor Linespil + køling Effektfaktor 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 10-12-2002 20-03-2003 28-06-2003 06-10-2003 14-01-2004 23-04-2004 Serie1
Gylletemperatur 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5,0 10-12- 2002 20-03- 2003 28-06- 2003 06-10- 2003 14-01- 2004 23-04- 2004 01-08- 2004 Køletemp fremløb Køletemp retur Temp køle diff
Ammoniak, ppm Drægtighedsstald med biofix Linespil + køling 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 28 feb 03 05 mar 03 10 mar 03 15 mar 03 20 mar 03 25 mar 03 30 mar 03 04 apr 03 09 apr 03 14 apr 03 Linespil Køling
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
Kilde: www.bmr.dk
Gyllekøling med varmepumpe Økonomi Eksempel Jens Riis Årlig varmeafgivelse 246.883 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 545.000 kr.
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 31-105 kg giver 500 l gylle på 90 dage
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
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
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
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
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
Ammoniakreduktion, pct Fremtidsvision - eksempel Reduktion i forhold køling W/m 2 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Linespil + køling Køleslanger på bund af kumme 0 10 20 30 40 Køling W/m2
Arbejdsgruppe Ammoniak udredning Teknologi Stald Lager Udbringning Fodring + + + Staldsystem + Køling + Forsuring + + + Luftrensning + 0/ 0/