Teknologiudredning Version 1 Dato: 11.11.2010 Side 1 af 6 Luftkøling af indblæsningsluft i sostalde Resumé Ammoniakfordampning Lugt fra stald Støv Ingen effekt på ammoniakfordampningen (gennemsnit over året). Evt. mulighed for mindre reduktion i ammoniakfordampning om sommeren. Afprøvning i en farestald viste tendens til 23 % lavere lugtemission som gennemsnit om sommeren. På varme dage 39 % statistisk sikker lavere lugtemission. Ingen effekt påvist resten af året. Dette er ikke undersøgt. Emission af miljøfremmede stoffer Dette er ikke undersøgt. Energi og ressourceforbrug Elforbrug til cirkulationspumpe opvejes af et lavere elforbrug til ventilation. Arbejdsmiljø Staldtemperaturen og luftskiftet holdes mere stabil over døgnet, hvilket giver et mere ensartet staldklima. Der vil som følge af den reducerede ventilationsydelse være en marginal højere koncentration af ammoniak og lugt i luften inde i stalden, men den vurderes dog ikke at være tilstrækkelig til at påvirke arbejdsmiljøet negativt. Smitterisiko Ingen betydning. Dyrevelfærd Dette er ikke undersøgt. Jordkøle-varmeanlægget sikrer en lavere og mere stabil staldtemperatur over døgnet om sommeren, hvilket må forventes at være til fordel for dyrene i stalden. Der vil som følge af den reducerede ventilationsydelse være en marginal højere koncentration af ammoniak og lugt i luften inde i stalden, men den vurderes dog ikke at være tilstrækkelig til at påvirke dyrevelfærden negativt. Affald og spildevand Miljøfremmede stoffer Virkning på lager og mark Teknikken giver ikke anledning til udledning af affald og spildevand. Teknikken giver ikke anledning til udledning af miljøfremmede stoffer. Dette er ikke undersøgt, men forventes uændret. Driftssikkerhed Merinvestering Driftsomkostninger Teknikken vurderes som robust med en forventet lang levetid (>15 år), lav risiko for driftsstop og begrænset behov for vedligeholdelse. Vigtigt at sikkerhedsanordning for åbning af ventil i varmeveksler i tilfælde af strømafbrydelse kontrolleres jævnligt for at hindre frostsprængning af varmeveksler. Det skal sikres, at loftsrum og luftkanaler er tætte for at opnå optimal effekt af anlægget. Anlægget er forbundet med øgede investeringer sammenlignet med referencesystemet. Dog er der en lavere omkostning til etablering af ventilationsanlægget, idet det kan dimensioneres mindre. Omkostninger til elforbrug til cirkulationspumpe opvejes af et lavere elforbrug til ventilation. Denne teknologiudredning er udarbejdet af AgroTech A/S for Miljøstyrelsen. Miljøstyrelsen Strandgade 29 1401 København K Tlf.: 72 54 40 00 Fax: 33 32 22 28 mst@mst.dk 1
Kort beskrivelse af teknologien Ved at køle ventilationsluften med et jordkøle-varmeanlæg kan der ventileres med et mindre luftskifte om sommeren, som potentielt kan reducere lugtemissionen og i nogen grad ammoniakemissionen. Anlægget, som er afprøvet under danske forhold, er fra det hollandske firma INNO+. Princippet fungerer ved, at al den indtagne ventilationsluft til stalden passerer gennem en varmeveksler. Varmeveksleren er via et rør-system forbundet med en cirkulationspumpe og et antal km PEL-slanger, hvori der recirkuleres vand. PEL-slangerne nedgraves i en tilstødende mark i 4 meters dybde. Med jordens relative konstante temperatur i fire meters dybde sker der således en køling af indblæsningsluften ved høje udetemperaturer og en forvarmning af indblæsningsluften ved lave udetemperaturer. Størrelsen på varmeveksleren og længden af PEL-slangesystemet i jorden dimensioneres i forhold til luftskiftebehovet i stalden. I diffust ventilerede stalde monteres varmeveksleren i gavlen af stalden, og det traditionelle luftindtag under tagudhænget blokeres, figur 1. I stalde med vægventiler opbygges en luftkanal på siden/siderne af stalden, hvori varmeveksleren monteres, således at luften først passerer varmeveksleren, inden den indtages via vægventilerne, figur 2. Der er ikke gennemført afprøvning af anlægget i stalde med vægventiler i Danmark. Der er indtil år 2010 kun etableret ét anlæg i Danmark og de resultater og erfaringer, der indgår i denne udredning, beror på Videncenter for Svineproduktions afprøvning af anlægget i en farestald. I den pågældende farestald blev luften kølet i tre sektioner med i alt 90 farestier. Resultaterne blev sammenlignet med tre tilsvarende kontrolsektioner, som var traditionelt diffust ventileret uden køling af indblæsningsluften [1]. Videncenter for Svineproduktion har desuden gennemført en afprøvning i en slagtesvinestald, hvor indblæsningsluften blev kølet med et køleanlæg, når ventilationsbehovet var over 50 % om sommeren [2]. Figur 1. Jordkøle-varmeanlæggets opbygning i en farestald med diffus ventilation. Billedet til venstre viser varmevekslerens placering i gavlen, mens figuren til højre illustrerer anlæggets opbygning med slangerne i jorden. Kanalen i loftsrummet er til samling af afgangsluften fra staldsektionerne, som ledes ud samlet. Miljøstyrelsen Strandgade 29 1401 København K Tlf.: 72 54 40 00 Fax: 33 32 22 28 mst@mst.dk 2
Figur 2. Eksempel på placering af varmeveksler i en stald med vægventiler. Billedet er fra en fjerkræstald i Holland, hvor både indblæsningsluften og gulvet i stalden blev kølet. Billedet til venstre viser den grønne varmeveksler og vægventilerne som er placeret i modsat side af luftkanalen. Billedet til højre viser luftkanalen set udefra. Tilsigtet effekt Ved at anvende jordkøle-varmeanlægget kan der opnås en tilnærmelsesvis konstant luftydelse over døgnet, sammenlignet med traditionel ventilerede stalde, hvor luftydelsen varierer over døgnet i forhold til variation i udetemperaturen. Den mere konstante luftydelse i stalden medfører også en mindre varierende staldtemperatur. Afprøvning af anlægget i en farestald viste, at ved at køle luften var staldtemperaturen op til 4 ºC lavere end udetemperaturen, når udetemperaturen var over 27 ºC, i modsætning til kontrolsektionerne hvor staldtemperaturen fulgte udetemperaturen [1]. Lugtemission Ved afprøvning af anlægget i en farestald medførte jordkøle-varmeanlægget, at den gennemsnitlige lugtemission fra forsøgssektionerne om sommeren var 160 OU E /s/so, jf. tabel 1. Til gengæld varierede lugtemissionen fra kontrolsektionerne afhængigt af luftydelsen, som var påvirket af udetemperaturen. Ved lav luftydelse i kontrolsektionerne, som forekom på tidspunkter med lave udetemperaturer, var der ingen forskel på lugtemissionen fra forsøgs- og kontrolsektioner. Ved den gennemsnitlige luftydelse i staldsektionerne i forbindelse med målinger af lugtemissionen om sommeren var der tendens til 23 % lavere lugtemission fra forsøgssektionerne i forhold til kontrolsektionerne. Til gengæld var der på varme dage med høj luftydelse i kontrolsektionerne statistisk sikker 39 % lavere lugtemission fra forsøgssektionerne. Det var med jordkøle-varmeanlægget dermed muligt at reducere lugtemissionen fra forsøgssektionerne om sommeren i forhold kontrolsektionerne, som blev ventileret traditionelt [1]. Om vinteren vil luftydelsen i staldsektioner til søer generelt være lav som følge af lave udetemperaturer, og derfor vil der ikke kunne forventes lavere lugtemission ved at anvende jordkøle-varmeanlægget, jf. tabel 1. Der blev i afprøvningen i farestalden ikke foretaget lugtmålinger i vinterhalvåret. Miljøstyrelsen Strandgade 29 1401 København K Tlf.: 72 54 40 00 Fax: 33 32 22 28 mst@mst.dk 3
Tabel 1. Gennemsnitlig lugtemission i forhold til luftydelse fra henholdsvis forsøgs- og kontrolsektioner i en farestald om sommeren. Lav luftydelse finder sted ved lave udetemperaturer, mens høj luftydelse finder sted ved høje udetemperaturer. I parentes er angivet 95 % konfidensinterval. Lav luftydelse (25 % fraktilen) Gennemsnitlig luftydelse (50 % fraktilen) Høj luftydelse (75 % fraktilen) Lugtemission fra kontrolsek-16tioner (OU E /s/so) (130 200) Lugtemission fra forsøgssek-16tioner (OU E /s/so) (130 190) 210 (170 260) 160 (130 190) 270 (200 350) 160 (130 190) Reduktion i lugtemission fra~ 0 23 forsøgssektioner i forhold til kontrolsektioner (%) (P=0,06) 39 (P<0,01) Ammoniakemission Afprøvning af anlægget i en farestald viste, at der ved at køle på indblæsningsluften til stalden om sommeren var tendens til 11 % lavere ammoniakemission i forhold til kontrolsektionerne, som var traditionelt diffust ventileret. I sektionerne med køling af indblæsningsluften om sommeren var ammoniakemissionen gennemsnitlig 0,40 g NH 3 -N/time/so, mens den fra kontrolsektionerne var gennemsnitlig 0,46 g NH 3 - N/time/so. Set over året som gennemsnit var der ingen statistisk sikker forskel på ammoniakemissionen fra henholdsvis sektioner med jordkøle-varmeanlægget og kontrolsektionerne. Over hele året som gennemsnit var ammoniakemissionen fra forsøgssektionerne 0,34 g NH 3 -N/time/so, mens den fra kontrolsektionerne var 0,36 g NH 3 -N/time/so [1]. Resultater fra en afprøvning i en slagtesvinestald viste tilsvarende, at det var muligt at reducere lugt- og ammoniakemissionen ved at køle indblæsningsluften med et køleanlæg, når ventilationsbehovet var over 50 % af den maksimale ventilationsydelse. I slagtesvinestalden blev lugtemissionen reduceret mellem 33 % og 47 % i forhold til en kontrolsektion, som var traditionelt diffust ventileret. Ammoniakemissionen i slagtesvinestalden blev reduceret mellem 8 % og 11 % ved at køle indblæsningsluften [2]. Resultaterne fra slagtesvinestalden var dermed på niveau med resultaterne fra afprøvningen i farestalden. Det forventes ligeledes, at der kan opnås tilsvarende resultater i andre staldtyper til søer. Utilsigtede effekter Ved at køle indblæsningsluften kan der ventileres med en mindre luftmængde for at opretholde ønsket temperatur i stalden. Det betyder samtidig, at koncentrationen af ammoniak og lugt i luften inde i stalden typisk vil stige. Resultater fra afprøvning af jordkøle-varmeanlægget i en farestald viste, at der på grund af den lavere luftydelse i forsøgssektionerne om sommeren blev målt en statistisk sikker højere ammoniakkoncentration i forhold til kontrolsektionerne. Ammoniakkoncentrationen målt inde i forsøgssektionerne om sommeren var gennemsnitlig 3,4 ppm og statistisk sikker højere end kontrolsektionerne, hvor den gennemsnitlig var 2,3 ppm. Gennemsnitlig over året var ammoniakkoncentrationen målt i forsøgssektionerne 3,7 ppm og numerisk højere end i kontrolsektionerne, hvor den gennemsnitlig var 3,2 ppm [1]. Generelt viste målingerne, at ammoniakkoncentration i staldrummet med og uden køling af indblæsningsluften var på et lavt niveau. Til sammenligning er Arbejdstilsynets grænseværdi for ammoniak 20 ppm [3], og ammoniakkoncentrationen målt i staldrummet er dermed formentlig uden betydning for dyrene og personalet, der arbejder i staldene. Driftssikkerhed Ved etablering af et jordkøle-varmeanlæg er det meget vigtigt, at loftsrummet (ved diffus ventilation) eller luftkanalen (ved vægventiler) er tæt, idet der er et tryktab over varmeveksleren (15-20 Pa). Såfremt at der forekommer utætheder i loftsrummet eller i luftkanalen, vil den indtagne luft kunne passere uhindret forbi varmeveksleren med nedsat effekt af jordkøle-varmeanlægget. I forbindelse med afprøvning af jordkøle-varmeanlægget i en farestald betød en strømafbrydelse om vinteren, at jordkøle-varmeanlægget også blev afbrudt, hvormed vandet i varmeveksleren ikke blev cirkuleret. Det resulterede i, at plastikrørene i varmeveksleren frostsprængte. Ved varmeveksleren var monteret en batteridrevet sikkerhedsventil, som skulle lukke vandet af varmeveksleren i tilfælde af strømafbrydelse. Batteriet var imidlertid fladt, da strømafbrydelsen indtraf [1]. Episoden understreger vigtigheden af at have et velfungerende alarmanlæg, som også fanger eventuelle strømafbrydelser på ejendommen. Lige- Miljøstyrelsen Strandgade 29 1401 København K Tlf.: 72 54 40 00 Fax: 33 32 22 28 mst@mst.dk 4
ledes er det vigtigt, at sikkerhedsanordninger er korrekt monteret, og at driften af dem kontrolleres med jævne mellemrum. Dyrevelfærd Jordkøle-varmeanlægget sikrer en lavere og mere stabil staldtemperatur over døgnet om sommeren, hvilket må forventes at være til fordel for dyrene i stalden. Der vil som følge af den reducerede ventilationsydelse være en marginal højere koncentration af ammoniak og lugt i luften inde i stalden, men den forventes ikke at være tilstrækkelig til at påvirke dyrevelfærden negativt. Energi og ressourceforbrug Jordkøle-varmeanlægget kræver et el-forbrug primært til cirkulering af vandet i slangerne i jorden og gennem varmeveksleren monteret i luftindtaget til stalden. Desuden kan der forventes et mindre elforbrug til styringen af anlægget. Ved afprøvningen af jordkøle-varmeanlægget i farestalden blev der gennem et helt år registreret et el-forbrug svarende til 47 kwh pr. faresti pr. år. Udbredelse af teknikken Der er etableret ét anlæg i Danmark (april 2010). I Holland er der etableret ca. 80 anlæg. Anlægget forhandles i Danmark af MHJ ScanAirclean A/S, Baldersvej 7, 8850 Bjerringbro. Helhedsvurdering af teknikken Der er på nuværende tidspunkt kun etableret ét anlæg i Danmark, hvilket gør, at der er begrænsede erfaringer med teknikken i Danmark. Køling af indblæsningsluften er kun afprøvet i stalde med diffus ventilation. Det er uvist, om der kan opnås samme reduktion i stalde med vægventiler, og ligeledes kendes energiforbruget ikke ved disse staldtyper. Brugen af vægventiler er meget udbredt i løbedrægtighedsstalde. Køling af indblæsningsluften forventes dog at have tilsvarende effekt på lugt- og ammoniakemissioner i andre staldtyper. Anlægget, der er afprøvet i en farestald, blev etableret i et område med meget lerholdig jord, og hvor grundvandet forekom allerede i en meters dybde. Anlægget er således ikke afprøvet i forbindelse med andre og eksempelvis mere sandholdige jordtyper. Der er således behov for flere afprøvninger af anlægget, der kan dokumentere anlæggets reduktionseffektiviteter for lugt og ammoniak i andre staldtyper og i områder med andre jordtyper. Teknikken vurderes som robust med en forventet lang levetid (>15 år), lav risiko for driftsstop og begrænset behov for vedligeholdelse. Dog viser erfaringer fra afprøvning i en farestald, at det er ekstremt vigtigt, at sikkerhedsanordning for åbning af ventil i varmeveksler i tilfælde af strømafbrydelse kontrolleres jævnligt for at hindre frostsprængning af varmeveksleren. Anlægget er forbundet med øgede investeringer sammenlignet med referencesystemet. Dog er der en lavere omkostning til etablering af ventilationsanlægget, idet det kan dimensioneres mindre. Omkostninger til elforbrug til cirkulationspumpe opvejes af et lavere elforbrug til ventilation. Etableringsomkostninger Anlægget er kun etableret på én ejendom i Danmark. Det er derfor vanskeligt at estimere eksakte omkostninger til etablering af anlæggene. I den pågældende farestald, hvor anlægget er etableret, blev luften til 90 farestier kølet. Såfremt anlægget af tilsvarende størrelse blev etableret i dag (år 2010), ville det kræve en anlægsinvestering på 540.000 kr. (Kilde: MHJ ScanAirclean A/S). Forrentes og afskrives denne anlægsinvestering over 10 år med 5 % i rente, vil det svare til en årlig omkostning på 7.640 kr. pr. faresti. Driftsøkonomi Målingerne i den gennemførte afprøvning i en farestald viste, at besparelsen i energiforbrug til mindre ventilation blev opvejet af energiforbruget til jordkøle-varmeanlæggets cirkulationspumpe. I den gennemførte afprøvning blev der over året totalt set anvendt 45 kwh pr. faresti mindre til ventilation i forsøgssektionerne i forhold til kontrolsektionerne svarende til en besparelse på 34 kr. pr. faresti pr. år ved en el-pris på 75 øre/kwh. Modsat krævede jordkøle-varmeanlægget et elforbrug over året på 47 kwh pr. faresti svarende til 35 kr. pr. faresti pr. år og var således højere end besparelsen vedrørende ventilationen. Forbrugsomkostninger ved at anvende jordkøle-varmeanlægget udgjorde således 1 kr. pr. faresti pr. år, idet der ingen varmebesparelse var ved at anvende jordkøle-varmeanlægget i den pågældende undersøgelse. Miljøstyrelsen Strandgade 29 1401 København K Tlf.: 72 54 40 00 Fax: 33 32 22 28 mst@mst.dk 5
Litteratur [1] Riis, A.L., Jensen, T.L. & Pedersen, P. (2010): Temperering af ventilationsluften i en farestald med et jordkøle-varmeanlæg. Meddelelse nr. 866, Videncenter for Svineproduktion. [2] Lyngbye, M., Riis, A.L. & Feilberg, A. (2006): Luftskiftets betydning for lugt- og ammoniakemission fra slagtesvinestalde. Meddelelse nr. 756, Dansk Svineproduktion. [3] Arbejdstilsynet (2007): At-Vejledning stoffer og materialer C.0.1 Grænseværdier for stoffer og materialer. Arbejdstilsynet, København. Miljøstyrelsen Strandgade 29 1401 København K Tlf.: 72 54 40 00 Fax: 33 32 22 28 mst@mst.dk 6