Transcript Soojusvahetus veiselaudas

Eesti Maaülikool
J. Praks
V. Poikalainen
M. Liiske
Kursus 3: Toidu kvaliteet ja ohutus
Teema 6: Seosed looma heaolu – keskkond – toidu
kvaliteet: tootmise tagajärjed
Õppetund 6: Soojusvahetus veiselaudas
Soojusvahetus veiselaudas
Sisukord
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Sissejuhatus
Loomapidamishoone soojus- ja
niiskusbilanss. Üldküsimusi
Loomade soojusvahetus keskkonnaga
Loomapidamishoone soojus- ja
niiskusbilanss
Veiste soojuse, niiskuse ja gaasi emissioon
Hoone piirded ja energiakulu
Kasutatud kirjandus
Soojusvahetus veiselaudas
Täiendav materjal:
Sisekliima1.pdf
Sisekliima2.pdf
Sisekliima3.pdf
Heat.doc
1. Sissejuhatus
Õppetunni teemaks on lehmalautade soojusbilanss.
Soojusvahetus veiselaudas
2. Loomapidamishoone soojus- ja
niiskusbilanss. Üldküsimusi
Loomaruumi sisekliima olulisemad tegurid on:
1) õhu temperatuur,
2) suhteline niiskus,
3) gaasikoostis,
4) tolmusisaldus,
5) liikumiskiirus,
6) mikroobide ja bakterite sisaldus,
7) müra,
8) mitmesugused kiirgused
9)
jt. vähemtähtsad ümbritseva keskkonna mõjurid.
Loomaruumi sisekliimast sõltuvad loomade toodanguvõime, sööda- ja energiakulu.
Sisekliima1.pdf
Soojusvahetus veiselaudas
3. Loomade soojusvahetus
keskkonnaga
Veised annavad oma elutegevuse tulemusena ümbritsevasse
keskkonda soojusenergiat, mis tekib ainevahetuses nende poolt
kasutatavast söödast. Loomad annavad jääksoojuse keskkonda
vaba- ja peitsoojusena.
Vabasoojuseritus on soojuse ülekanne organismilt
keskkonda konvektsiooni, soojusjuhtivuse ja –kiirguse teel.
Peitsoojuseritus on soojuse äraandmine organismilt
keskkonda veeauru kujul.
Kogusoojuseritus on vaba- ja peitsoojuserituse summa.
Sisekliima 2.pdf
Soojusvahetus veiselaudas
Loom vabaneb organismis tekkivast või õhult saadud soojusest
kiirguse, konvektsiooni, soojusjuhtivuse ja vee aurustamise teel.
Kiirgussoojusvahetus toimub looma ja keskkonna vahel.
Väljas langeb loomale otsene ja hajutatud päikesekiirgus ning
pikalaineline atmosfäärikiirgus.
Ruumis paiknevad loomad alluvad hajutatud päikesekiirgusele,
atmosfäärikiirgusele ja mõnikord kunstlikule infrapunakiirgusele.
(Livestock Housing 1994, lk. 209…213)
Sisekliima2.pdf
Soojusvahetus veiselaudas
Konvektiivne soojusvahetus, s.o. looma vahetus läheduses oleva õhu
liikumisega ülekantav soojusvahetus. Loomalt äraantud soojus on
võrdeline õhu liikumiskiirusega ja looma keha ümbritseva ning
kaugemal asuva õhu soojussisalduse vahega.
Kui õhk on looma kehapinnast soojem, siis võtab loom õhust soojust.
Õhu loomulik liikumine tekib looma keha pinna temperatuuri ja õhu
temperatuuri erinevuse tõttu.
Konvektiivne soojusvoog on ligikaudu 30…40 W/m2 neutraalses
temperatuuripiirkonnas, kui kehapinna temperatuur on 10 C võrra
kõrgem õhu temperatuurist.
Sundkonvektsioon tekib õhu sundliikumise korral (tavaliselt õhu kiirus
üle 0,1 m/s).
Soojusvahetus veiselaudas
Soojusjuhtivus tahketes kehades on soojusenergia ülekandmine
molekulilt molekulile. Selline soojuse ülekandmine toimub loomalt
söödud söödale või joodud joogile, kui need on külmemad looma
kehatemperatuurist . Samuti kandub soojus külmale põrandale,
kui loom lamab.
Allapanuta pidamisel on soojusülekanne põrandasse eriti suur.
Kuiv põhk on parim soojusisolaator.
Noorloomade pidamisel võib kasutada köetavaid põrandaid.
Soojusvahetus veiselaudas
Soojusülekanne vee aurumisega (peitsoojus) toimub vee aurumissoojuse
arvel. Vee aurumissoojus on ligikaudu 2450 kJ/kg.
Looma kehast võib veeaur erituda
1) difuusselt läbi naha,
2) higi aurumisega kehalt,
3) hingamisteede limaskestadelt.
Vee difusioon lakkab, kui veeauru osarõhud looma keha lähedal ja
ümbritsevas õhus on võrdsed.
Aurumise intensiivsus sõltub õhus oleva veeauru osarõhust (õhu niiskus).
Kui keha lähedal olev õhk küllastub veeaurust, vee aurumine lakkab.
Hingamisteedes küllastub väljahingatav õhk veeauruga.
Soojusvahetus veiselaudas
Hingamisel erituv soojushulk sõltub välja- ja sissehingatava õhu
veeaurusisalduse vahest.
Soojusülekanne aurumise teel loomalt väliskeskkonda on ka
siis võimalik, kui õhu temperatuur on kõrgem kehapinna
temperatuurist. Õhu veeaurusisaldus peab olema väiksem
looma naha lähedase õhu veeaurusisaldusest.
Füsioloogiliselt optimaalne õhutemperatuur on see, mille
juures loomade toodang on maksimaalne (põhiainevahetuse
tase on kõige madalam.
Sisekliima2.pdf
Soojusvahetus veiselaudas
Majanduslikult optimaalne õhutemperatuur – toodangu
vähenemine on korvatud kliima tagamiseks tehtavate
kulutuste kokkuhoiuga.
Majanduslikult optimaalne sisetemperatuur sõltub välisõhu
temperatuurist, hoone soojapidavusest, sööda ja toodangu
hinnast.
Erinevalt tuleb käsitleda traditsioonilise soojustatud lauda ja
tänapäevase soojustamata lauda soojusbilanssi ja sisekliimat.
Soojusvahetus veiselaudas
4. Loomapidamishoone
soojus- ja niiskusbilanss
Loomapidamishoonete õhuvahetuse arvutuse aluseks on loomaruumi
niiskus- ja soojusbilanss.
Loomapidamisruumi energiakulu arvutamiseks on vaja määrata
soojusbilansi üksikkomponendid.
Peamiseks soojusallikaks loomapidamisruumis on loomad.
Soojusenergiat kulub ventileeritava õhu soojendamiseks, piirdekadude
katmiseks ja vee aurustamiseks.
(Livestock Housing 1994, lk. 187…199)
Sisekliima3.pdf
Soojusvahetus veiselaudas
Loomapidamisruumi soojusbilansist on arvutatav liigsoojus
soojal ajal:
q liig qv  q s  q p  qa  qõ,
Kus qvon loomade vabasoojuseritus, W,
qs  pidevalt soojust tekitavate tehnoloogiliste seadmete
võimsus , W,
qp piirdekaod, W,
qa  aurumiskaod, W,
qõ ventileeritava õhuga tekkiv kadu, W.
Soojusvahetus veiselaudas
5. Veiste soojuse, niiskuse
ning gaasi emisioon
Loomalautade sisekliima analüüsimisel ning kütteventilatsioonisüsteemide projekteerimisel on vaja teada loomadelt
ajaühikus erituva:
1) soojuse,
2) niiskuse ja
3) gaasi koguseid.
Need eritused võib leida vastavatest normidest. Näiteks
Rahvusvahelise Põllumajandusinseneride Komisjoni
(Commission Internationale du Geine Rural, CIGR) poolt
soovitatud normid.
Sisekliima2.pdf
Soojusvahetus veiselaudas
Kogusoojuseritus (qk vattides) arvutatakse 20 ºC juures
järgmiste valemitega, arvestades keskmist söötmistaset.
Kuni 50 kg vasikad:
qk  71,5(m  150) 0,5  880,
kus
m on looma mass kg,
qk – soojuseritus vattides.
Üle 50 kg vasikad ja mullikad:
qk  65m  150  800.
0 ,5
Soojusvahetus veiselaudas
Pullid:
q k  6m 0,75
Lehmad:
qk  5,6m 0,75  1,6 10 5 t 3  22 p,
kus
Soojusvahetus veiselaudas
t on tiinuse päev,
p – päevane piimatoodang, kg.
Kogusoojuseritust võib korrigeerida õhutemperatuuri järgi.
Keskkonna temperatuuril üle 10 C arvutatakse vabasoojuseritus (qv
vattides) kogusoojuserituse qk järgi valemiga

qv  qk 0,8 1,85 107 (   10 )4

Peitsoojuseritus (qp vattides) on
q p  qk  qv
Arvestades, et ühe kilogrammi vee aurustamiseks kulub 680 W·h/kg
(2450 kJ/kg) energiat, leitakse ühe looma poolt eritatud veeauru kogus
(kg/h) valemiga
w  1,47 103 q p
Soojusvahetus veiselaudas
6. Hoone piirded ja energiakulu
Soojus kandub kõrgema temperatuuriga kehalt madalama
temperatuuriga kehale. Soojusülekanne toimub soojusjuhtivuse,
konvektsiooni ja kiirguse teel.
Läbi piirde kandub soojus hoonest välja peamiselt soojusjuhtivuse teel,
mis on omane tahkele läbipaistmatule materjalile.
Konvektsioon esineb gaasides (õhk) ja vedelikes.
Soojusülekanne kiirguse teel on võimalik soojuskiirgusele (infrapunane
kiirgus) läbipaistvas keskkonnas (õhk, klaas jmt).
Sisekliima3.pdf
Soojusvahetus veiselaudas
Soojusläbikanne läbi mitmekihilise piirde on avaldatav valemiga
qF
Kus
Soojusvahetus veiselaudas
 s  v

1
1
 i 
s
i  v
F on piirde pindala, m2,
s – siseõhu temperatuur , °C,
v – välisõhu temperatuur, °C,
s – soojusülekandetegur õhult seinale, W/(m2K),
v – soojusülekandetegur seinalt välisõhle, W/(m2K),
 – piirdekihi paksus, m,
 – piirdekihi materjali soojuserijuhtivus, W/(mK).
Soojusülekandeteguri väärtused, W/(m2K) on ligikaudu
järgmised:
loomulik konvektsioon   10,
sundlaminaarne voolamine  = 5…20,
sundturbulentne voolamine  = 10…100,
keemine  = 500…10 000.
Soojusülekandeteguri  pöördväärtust nimetatakse pinna
soojustakistuseks.
Soojusvahetus veiselaudas
Turbulentne
voolamine
Soe pind
Laminaarne
voolamine
Joonis 5.1. Konvektsioon seina lähedal
Soojusvahetus veiselaudas
d1
d2
d3
10 cm 12,5 cm 10 cm
s=22 ºC
1
3
v=-25 ºC
R=
= 0,5
0,04
0,9
0,07 0,2
3,13
2
0,11 0,13 m ·K/W
W/(m·K)
Joonis 5.2. Temperatuuri muutus välispiirdes:
1 – tellismüür, 2 – soojusisolatsioon, 3 – betoonsein
R-soojustakistus, v –välispinna temperatuur, s –sisepinna temperatuur
Soojusvahetus veiselaudas
7. Kasutatud kirjandus
Aerial Environment in Animal Housing. of CIGR Working Group
Report Series No 94.1.
Climatization of Animal Houses. Report of Working Group CIGR,
Commission Internationale du Gėnie Rural. Aberdeen, 1984.
Livestock Housing. Edited by C. M. Wathes, D. R. Charles. CAB
International, 1994, 428 lk.
Liiske, M. 2002. Sisekliima. Tartu: EPMÜ, 188 lk.:ill.
Soojusvahetus veiselaudas