ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ & ΓΕΩΡΓΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΩΡΓΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

Transcript

1 ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ & ΓΕΩΡΓΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΩΡΓΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΤΕΧΝΗΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΚΤΗΡΙΩΝ ΣΤΕΓΑΣΗ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ Π. Παναγάκης Επίκουρος Καθηγητής ΑΘΗΝΑ 2015

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Με τη στέγαση των αγροτικών ζώων και πτηνών επιδιώκεται, μεταξύ των άλλων, ο πληρέστερος έλεγχος και η καλύτερη ρύθμιση του τεχνητού περιβάλλοντος των κτηρίων, η συνακόλουθη αύξηση της παραγωγικής τους απόδοσης και η εξασφάλιση της υγιεινής και της ευζωίας τους. Για να μη διαφέρει σημαντικά το εύρος των παραμέτρων του τεχνητού περιβάλλοντος (θερμοκρασία, σχετική υγρασία, ταχύτητα αέρα, θερμική ακτινοβολία, συγκέντρωση επιβλαβών αερίων και σκόνης) από τα ανεκτά όρια των αγροτικών ζώων και πτηνών, επιβάλλεται η εφαρμογή ρυθμιστικών επεμβάσεων κατά τη διάρκεια των διαφόρων εποχών του έτους. Η πιο διαδομένη ρυθμιστική επέμβαση είναι η εφαρμογή αερισμού, μηχανικού ή φυσικού. Στα πλαίσια των σημειώσεων αυτών παρουσιάζονται τα στοιχεία εκείνα που αφορούν στη ρύθμιση του τεχνητού περιβάλλοντος των αγροτικών ζώων με χρήση μηχανικού αερισμού και μερικές βασικές έννοιες, που αφορούν στο φυσικό αερισμό. Δίνεται έμφαση στις ιδιότητες του αέρα ως μέσου που περιβάλλει τα αγροτικά ζώα και πτηνά, καθώς και στις μεταβολές που υφίσταται ο τελευταίος μέσα σε ένα κτήριο στέγασης αγροτικών ζώων και πτηνών. Παρουσιάζονται οι ανταλλαγές θερμικής ενέργειας ανάμεσα στα αγροτικά ζώα και πτηνά και το τεχνητό περιβάλλον τους και αναλύονται οι σχέσεις που διέπουν το μηχανικό αερισμό και τα κριτήρια επιλογής των διαφόρων παραλλαγών του. Ακόμα, παρουσιάζονται διάφορα συστήματα θέρμανσης και δροσισμού και αξιολογούνται ως προς την αποτελεσματικότητά τους. Τέλος, αναλύονται οι βασικές αρχές πάνω στις οποίες στηρίζεται ο φυσικός αερισμός. Εύχομαι οι σημειώσεις 1 αυτές να βελτιωθούν μέσα από τη διαδικασία των συζητήσεων στις αίθουσες διδασκαλίας και να αποτελέσουν ένα εύχρηστο εργαλείο για τους φοιτητές που θα θελήσουν να ασχοληθούν πιο συστηματικά με το τεχνητό περιβάλλον στέγασης των αγροτικών ζώων και πτηνών και γενικότερα των Γεωργικών Κατασκευών. Τελειώνοντας, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Καθηγητή Δ. Γεωργακάκη για την πολύτιμη συμβολή του στην όσο το δυνατόν πληρέστερη παρουσίαση αυτών των σημειώσεων. Βέβαια, τα οποιαδήποτε λάθη με βαρύνουν αποκλειστικά. Αθήνα Σεπτέμβριος 2014 Π. ΠΑΝΑΓΑΚΗΣ Επίκουρος Καθηγητής 1 Τα κείμενα με πλάγια γράμματα αποτελούν παρότρυνση για παραπέρα μελέτη. ii

3 3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ ΣΤΕΓΑΣΗΣ ΤΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ 5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 5 Ορισμοί 5 Ψυχρομετρικές ιδιότητες του αέρα 6 ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ 8 Θέρμανση-Ύγρανση του αέρα 11 Ανάμειξη δύο ρευμάτων αέρα 14 Ψεκασμός νερού μέσα στον αέρα 15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ ΘΕΡΜΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ 16 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 16 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗΣ 16 ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 18 ΑΙΣΘΗΤΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ 22 Αγωγή 22 Συναγωγή (επαγωγή) 23 Ακτινοβολία 25 ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ 25 Δερματική διάχυση 25 Δερματική εφίδρωση 26 Αναπνευστική εξάτμιση 27 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΑΠΟ ΤΑ ΑΓΡΟΤΙΚΑ ΖΩΑ 27 Ζωικές απώλειες θερμότητας σε ατομικό επίπεδο και στους 20 C 28 Ζωικές απώλειες θερμότητας σε επίπεδο χώρου στέγασης 28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ ΣΤΕΓΑΣΗΣ ΤΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ 31 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 31 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ 34 Συστήματα μηχανικού αερισμού με υπερπίεση (θετικής πίεσης) 34 Συστήματα μηχανικού αερισμού με υποπίεση (αρνητικής πίεσης) 35 Συστήματα μηχανικού αερισμού με εξισορρόπηση της πίεσης 36 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ 37 Ανοίγματα εισόδου και εξόδου του αέρα 38 Επιλογή των ανεμιστήρων 40 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΠΑΡΟΧΩΝ ΤΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ 42 Ισοζύγιο αισθητής θερμότητας 42 Ισοζύγιο υδρατμών και παραγόμενων αερίων 46 Εξωτερικές συνθήκες σχεδιασμού 48 Εσωτερικές συνθήκες σχεδιασμού 49 Εισροές αισθητής & λανθάνουσας ζωικής θερμότητας και διοξειδίου του άνθρακα 50

4 ΚΛΙΜΑΚΩΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΟΧΩΝ ΤΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ 51 Ελάχιστος αερισμός πρόσθετη θέρμανση 51 Μέγιστος αερισμός - δροσισμός 57 Ενδιάμεσος αερισμός 59 Προσδιορισμός παροχών με χρήση Η/Υ 63 Πεδίο ροής του αέρα 63 Βαθμός αποτελεσματικότητας 64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ - ΔΡΟΣΙΣΜΟΥ 66 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 66 ΘΕΡΜΑΝΣΗ 66 Εισαγωγή 66 Συστήματα τοπικής θέρμανσης 67 Συστήματα κεντρικής θέρμανσης 71 Στρατηγικές ελέγχου της λειτουργίας 71 ΔΡΟΣΙΣΜΟΣ 72 Εισαγωγή 72 Συστήματα δροσισμού 72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ ΣΤΕΓΑΣΗΣ ΤΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ 77 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 77 ΦΥΣΙΚΟΣ ΑΕΡΙΣΜΟΣ ΕΞΑΙΤΙΑΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΩΣΗΣ 79 Εισαγωγική προσέγγιση 79 ΦΥΣΙΚΟΣ ΑΕΡΙΣΜΟΣ ΕΞΑΙΤΙΑΣ ΤΩΝ ΑΝΕΜΟΠΙΕΣΕΩΝ 79 Εισαγωγική προσέγγιση 79 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 80 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ 4

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ ΣΤΕΓΑΣΗΣ ΤΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ Ως ψυχρομετρική διεργασία μπορεί να οριστεί η μεταβολή της κατάστασης του αέρα εξαιτίας της προσθήκης ή της αφαίρεσης, ανεξάρτητα ή ταυτόχρονα, θερμικής ενέργειας (αισθητής θερμότητας) και/ή υδρατμών (λανθάνουσας θερμότητας). Για παράδειγμα, τα ζώα με την αισθητή θερμότητα και τη λανθάνουσα θερμότητα (υδρατμοί) επηρεάζουν τον εισερχόμενο αέρα και αυξάνουν τη θερμοκρασία και την απόλυτη υγρασία του. Όταν η ηλιακή ακτινοβολία πέφτει πάνω στη στέγη προσθέτει θερμική ενέργεια, που είναι ιδιαίτερα δυσμενής κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, οπότε και μπορεί να χρειαστεί η τοποθέτηση θερμομόνωσης ή ακόμα και η εγκατάσταση ενός συστήματος δροσισμού του εισερχόμενου αέρα, για να ελαττωθεί η θερμική καταπόνηση (heat-stress) των αγροτικών ζώων. Η μελέτη των ψυχρομετρικών διεργασιών αποτελεί τη βάση για το σχεδιασμό των συστημάτων κλιματισμού εσωτερικών χώρων και σε συνδυασμό με τις αρχές μεταφοράς θερμότητας και υγρασίας, παρέχει τα μέσα για τη δημιουργία του επιθυμητού τεχνητού περιβάλλοντος στέγασης των αγροτικών ζώων. Ορισμοί Ατμοσφαιρικός αέρας: Ορίζεται ως το μίγμα ενός μεγάλου αριθμού αέριων συστατικών, υδρατμών και διαφόρων άλλων ουσιών (π.χ. καπνός, γύρη, διάφοροι ρύποι, κ.τ.λ.). Ξηρός αέρας: Ορίζεται ως ο ατμοσφαιρικός αέρας που είναι απαλλαγμένος από τους υδρατμούς και τις διάφορες ουσίες. Εκτεταμένες μετρήσεις έχουν δείξει ότι η σύσταση του ξηρού αέρα είναι σχετικά σταθερή και ότι οι όποιες διαφορές οφείλονται στο χρόνο, στη γεωγραφική θέση και στο υψόμετρο. Η κατά προσέγγιση εκατοστιαία κατ όγκο σύσταση του ξηρού αέρα είναι: 78,08 άζωτο, 20,95 οξυγόνο, 0,03 διοξείδιο του άνθρακα, 0,94 ευγενή αέρια (π.χ. αργό, ήλιο, νέον, κ.τ.λ.). Υγρός αέρας: Ορίζεται ως το μίγμα ξηρού αέρα και υδρατμών. Η συγκέντρωση των υδρατμών στον υγρό αέρα κυμαίνεται από μηδέν (ξηρός αέρας) μέχρι μία μέγιστη τιμή, που εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση. Η τελευταία αυτή συγκέντρωση αναφέρεται στην κατάσταση κορεσμού του αέρα με υδρατμούς. 5

6 Τυπική ατμόσφαιρα: Για τις διάφορες εφαρμογές των ψυχρομετρικών διεργασιών ο ατμοσφαιρικός αέρας θεωρείται ότι ακολουθεί πρακτικά το νόμο των ιδανικών αερίων: PV mrt (1) όπου: P = πίεση του αερίου (N m -2 ) V = όγκος του αερίου (m 3 ) m = μάζα του αερίου (kg) R = παγκόσμια σταθερά αερίων (J kg -1 K -1 ) T = απόλυτη θερμοκρασία του αερίου (K) Η παγκόσμια σταθερά για τον ξηρό αέρα είναι Ra = 287 J kg -1 K -1 και η παγκόσμια σταθερά των υδρατμών είναι Rw = 461 J kg -1 K -1. Η θερμοκρασία και η βαρομετρική πίεση του ατμοσφαιρικού αέρα μεταβάλλονται σημαντικά με το υψόμετρο και τις τοπικές γεωγραφικές και καιρικές συνθήκες. Η τυπική ατμόσφαιρα είναι μία έννοια χρήσιμη για τους υπολογισμούς στα κτηνοτροφικά κτήρια και αναφέρεται στις ιδιότητες του αέρα στο επίπεδο της θάλασσας (υψόμετρο μηδέν), σε θερμοκρασία 15 C και σε πίεση 101,325 kpa. Ψυχρομετρικές ιδιότητες του αέρα Ο ατμοσφαιρικός αέρας χαρακτηρίζεται από ορισμένες ιδιότητες που παρουσιάζουν την εξής ιδιαιτερότητα: η μεταβολή της μίας συμπαρασύρει και τις υπόλοιπες σε αλλαγή. Οι ιδιότητες αυτές, γνωστές ως ψυχρομετρικές ιδιότητες του αέρα, είναι οι εξής: Θερμοκρασία ξηρού βολβού (t): Ορίζεται ως η θερμοκρασία του αέρα, που μετριέται με ένα κοινό θερμόμετρο, το οποίο βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με τον περιβάλλοντα αέρα και είναι αποτέλεσμα του αισθητού θερμικού του φορτίου. Θερμοκρασία υγρού βολβού (tw): Ορίζεται ως η θερμοκρασία ξηρού βολβού του αέρα σε κατάσταση κορεσμού (σχετική υγρασία 100%), στην οποία φτάνει ο τελευταίος με αδιαβατική (1) εξάτμιση νερού. Η θερμοκρασία υγρού βολβού μετριέται πρακτικά με κοινό θερμόμετρο του οποίου ο βολβός έχει καλυφθεί με διαβρεγμένο φυτίλι για τη δημιουργία κορεσμένης ατμόσφαιρας γύρω από αυτό. Στη συνέχεια το θερμόμετρο τοποθετείται σε ρεύμα αέρα ταχύτητας 3 m s -1 περίπου για την επίτευξη θερμικής ισορροπίας μεταξύ του βολβού και του περιβάλλοντα κορεσμένου αέρα. (1) Ως αδιαβατική ορίζεται μία διαδικασία όταν κατά τη διάρκειά της δεν υπάρχει κέρδος ή απώλεια θερμότητας 6

7 Θερμοκρασία δρόσου (td): Ορίζεται ως η θερμοκρασία ξηρού βολβού του αέρα για την οποία φτάνει σε κατάσταση κορεσμού. Στη θερμοκρασία αυτή φτάνει ο υγρός αέρας μετά από απώλεια μόνο αισθητής θερμότητας, χωρίς να μεταβάλλεται η απόλυτη υγρασία του. Το φαινόμενο αυτό μπορεί εύκολα να γίνει αντιληπτό με την τοποθέτηση ενός ποτηριού με παγωμένο νερό ή γενικότερα μίας ψυχρής παρειάς σε ζεστό περιβάλλον. Αισθητή θερμότητα αρχίζει να αφαιρείται από τον υγρό αέρα που περιβάλλει το ψυχρότερο ποτήρι ή την παρειά με αποτέλεσμα να εμφανίζεται ιδρώτας στην εξωτερική επιφάνεια του ποτηριού ή της παρειάς, εξαιτίας της ελάττωσης της θερμοκρασίας του αέρα και τον κορεσμό των περιεχόμενων στον αέρα υδρατμών. Απόλυτη υγρασία (W): Ορίζεται ως ο λόγος της μάζας των υδρατμών προς τη μάζα του ξηρού αέρα που περιέχεται στο μίγμα του αέρα. W m m w a (2) όπου: W = απόλυτη υγρασία (kg [H2O] kg -1 Ξ.Α) mw = μάζα των υδρατμών (kg) ma = μάζα του ξηρού αέρα (kg) Σχετική υγρασία (φ%): Ορίζεται ως ο λόγος της μερικής τάσης των υδρατμών (Pw) που περιέχονται στον αέρα προς την τάση των υδρατμών του ίδιου αέρα με την ίδια θερμοκρασία ξηρού βολβού, αλλά σε κατάσταση κορεσμού (Ps): P P w (%) 100 s Ειδικός όγκος (v): Ορίζεται ως ο όγκος τον οποίο καταλαμβάνει ο αέρας, στον οποίο ο ξηρός αέρας είναι 1 kg για συγκεκριμένη πίεση και θερμοκρασία. Εκφράζεται σε m 3 kg -1 Ξ.Α και υπολογίζεται από τον τύπο: v a marata P a όπου: va = ειδικός όγκος αέρα (m 3 kg -1 ) ma = μάζα του ξηρού αέρα (kg) Ra = παγκόσμια σταθερά του ξηρού αέρα (J kg -1 K -1 ) Ta = απόλυτη θερμοκρασία του ξηρού αέρα (K) Pa = μερική πίεση του ξηρού αέρα (N m -2 ) (3) (4) Ενθαλπία (h): Ορίζεται ως η ενεργειακή κατάσταση ενός συστήματος η οποία συνυπολογίζει την εσωτερική ενέργεια (αφορά στην τυχαία και άτακτη κίνηση των μορίων) και το γινόμενο της πίεσης επί τον όγκο του συστήματος. Η ενθαλπία του μίγματος 7

8 ξηρού αέρα και υδρατμών ισούται με το άθροισμα της ενθαλπίας του ξηρού αέρα (αισθητής θερμότητας) και της ενθαλπίας των υδρατμών (λανθάνουσας θερμότητας). Επειδή η ενθαλπία δεν είναι μετρήσιμο μέγεθος, οι τιμές της ορίζονται ως προς ένα αυθαίρετο επίπεδο αναφοράς. Έτσι, η τιμή μηδέν για τον ξηρό αέρα ορίζεται σε θερμοκρασία ίση με 0 C και η μηδενική τιμή ενθαλπίας για τους υδρατμούς ορίζεται επίσης στους 0 C θεωρώντας ότι σε αυτή τη θερμοκρασία το νερό βρίσκεται ακόμα σε υγρή μορφή. Η σχέση που περιγράφει την ενθαλπία είναι: h h Wh (5) a c όπου: h = ενθαλπία του μίγματος ξηρού αέρα-υδρατμών (kj kg -1 ) ha = ενθαλπία του ξηρού αέρα (kj kg -1 ) W = απόλυτη υγρασία του μίγματος (kg [H2O] kg -1 Ξ.Α) hc = ενθαλπία των κορεσμένων υδρατμών στη θερμοκρασία του μίγματος (kj kg -1 ) Λαμβάνοντας υπόψη (ASHRAE, 1985) ότι ha t και επίσης ότι hc= ,805t προκύπτει τελικά ότι h=t + W( ,805t). ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Η οποιαδήποτε ψυχρομετρική διεργασία παρουσιάζεται στο ψυχρομετρικό διάγραμμα (βλ. επόμενη σελίδα) με μία γραμμή που ενώνει δύο σημεία (καταστάσεις) του αέρα. Η γραμμή αυτή επιτρέπει τον προσδιορισμό της μεταβολής των τιμών των ιδιοτήτων του αέρα, εξαιτίας της αλλαγής της κατάστασής του. Το ψυχρομετρικό διάγραμμα δεν είναι τίποτα άλλο παρά η γραφική απεικόνιση του συνόλου των σχέσεων που εκφράζουν τις ψυχρομετρικές ιδιότητες του αέρα. Με τη χρήση του διαγράμματος αυτού είναι πολύ εύκολος ο προσδιορισμός των τιμών των ιδιοτήτων του αέρα, εφόσον είναι γνωστές δύο από αυτές. Το ψυχρομετρικό διάγραμμα (Σχήμα 1) απαρτίζεται από: 8 Σχήμα 1. Υπόδειγμα ψυχρομετρικού διαγράμματος

9 Τις βασικές γραμμές, που είναι η θερμοκρασία ξηρού βολβού στον οριζόντιο άξονα, η απόλυτη υγρασία στον κάθετο άξονα και η καμπύλη κορεσμού, που περιλαμβάνει τις θερμοκρασίες δρόσου και υγρού βολβού. Τις καμπύλες της σχετικής υγρασίας. Οι καμπύλες αυτές εκφράζουν τη σχετική υγρασία από 0% μέχρι 100% (η τελευταία αφορά στην καμπύλη κορεσμού). Τις γραμμές της ενθαλπίας που είναι παράλληλες μεταξύ τους ευθείες κεκλιμένες προς τα δεξιά. Τα σημεία στα οποία οι γραμμές της ενθαλπίας τέμνονται με την καμπύλη κορεσμού είναι οι αναγνώσεις των θερμοκρασιών υγρού θερμομέτρου. Οι τιμές της ενθαλπίας διαβάζονται πάνω στον κεκλιμένο άξονα της ειδικής ενθαλπίας. Η θερμοκρασία δρόσου διαβάζεται επίσης πάνω στην καμπύλη κορεσμού και συγκεκριμένα στα σημεία τομής της με τις οριζόντιες γραμμές σταθερού υγρομετρικού βαθμού. Τις γραμμές του ειδικού όγκου, που είναι μία ομάδα παράλληλων ευθειών με κλίση προς τα κάτω, από τα αριστερά προς τα δεξιά, μεγαλύτερη από εκείνη των ευθειών της ενθαλπίας. 9

10 10

11 Θέρμανση - Ύγρανση του αέρα Σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή μέσα σε κάθε κτηνοτροφικό κτήριο στέγασης αγροτικών ζώων υπάρχει ισορροπία ενέργειας και μάζας. Αισθητά (π.χ. θερμικές απώλειες από το κέλυφος του κτηρίου, ηλιακά φορτία, ζωικά φορτία αγωγής ή συναγωγής ή ακτινοβολίας, κ.τ.λ.) και λανθάνοντα (π.χ. ζωικά φορτία αναπνευστικής ή δερματικής εξάτμισης, στέγνωμα κόπρου, νερά πλυσίματος, κ.τ.λ.) φορτία επηρεάζουν την ψυχρομετρική του συμπεριφορά. Κάτω από συνθήκες ισορροπίας (Σχήμα 2) η συμπεριφορά αυτή περιγράφεται από τις παρακάτω σχέσεις: mah1 q s (mwh w ) mah 2 (6) maw1 mw maw2 (7) όπου: ma = μάζα του αέρα (kg) m w = μάζα των συμπυκνούμενων υδρατμών (kg) qs = σύνολο των αισθητών φορτίων που προστίθενται στον αέρα (kj) h1,2 = τιμές ενθαλπίας του υγρού αέρα για την αρχική-1 και την τελική κατάσταση-2, αντίστοιχα (kj kg - 1 Ξ.Α) h w = ενθαλπία των συμπυκνούμενων υδρατμών (kj kg -1 υδρατμών) W1,2 = οι απόλυτες υγρασίες του αέρα για την αρχική-1 και την τελική κατάσταση-2, αντίστοιχα (kg [H2O] kg -1 Ξ.Α) Σχήμα 2. Θέρμανση ύγρανση του αέρα Μετασχηματίζοντας καταλήγουμε στην επόμενη εξίσωση: h (h2 h q 1) s (mwh w ) W (W W ) m 2 1 w (2) (8) (2) Η τιμή του λόγου h W ψυχρομετρικού διαγράμματος. 11 εντοπίζεται στο μοιρογνωμόνιο που βρίσκεται στο επάνω αριστερά τμήμα του

12 Χειμώνας: Πολλές φορές στην πράξη, κατά τη διάρκεια του χειμώνα, χρειάζεται να προθερμάνουμε ένα θάλαμο πριν στεγάσουμε κάποια κατηγορία ζώων (π.χ. χοιρίδια πρώτης ανάπτυξης, ορνίθια ηλικίας μίας ημέρας, κ.τ.λ.). Στην περίπτωση αυτή αναφερόμαστε στην αισθητή θέρμανση του αέρα, που γίνεται προσθέτοντας θερμότητα με χρήση συστημάτων θέρμανσης (π.χ. θερμαντικά σώματα, εναλλάκτες θερμότητας, αερόθερμα), χωρίς μεταβολή της απόλυτης υγρασίας (Σχήμα 3). Σχήμα 3. Προθέρμανση χώρων στέγασης αγροτικών ζώων Αυτή η μεταβολή της κατάστασης του αέρα παριστάνεται από μία απλή οριζόντια γραμμή, παράλληλη προς τον άξονα των θερμοκρασιών ξηρού βολβού του ψυχρομετρικού διαγράμματος και πάνω στις γραμμές προσδιορισμού της απόλυτης υγρασίας. Η απαιτούμενη αισθητή θερμότητα q για τη μετάβαση από την αρχική κατάσταση-1 στην τελική κατάσταση-2 του αέρα δίνεται από τη σχέση (9). q m a (h2 h 1) (9) Καλοκαίρι: Κατά τους καλοκαιρινούς μήνες είναι πολλές φορές απαραίτητη η ψύξη ή ο δροσισμός του αέρα, έτσι ώστε να ελαττωθεί η θερμοκρασία του στα ανεκτά για τα αγροτικά ζώα επίπεδα. Ψύξη ή δροσισμός του αέρα γίνονται με : Ελάττωση της αισθητής θερμότητας, μέσω ψυχρής παρειάς ή εναλλάκτη θερμότητας, χωρίς μεταβολή της απόλυτης υγρασίας. Η μεταβολή αυτή παριστάνεται με οριζόντια γραμμή στο ψυχρομετρικό διάγραμμα και είναι πανομοιότυπη με τη θέρμανση του αέρα (σχέση 9), αλλά με αντίθετη φορά. Ελάττωση της αισθητής θερμότητας, μέσω ψυχρής παρειάς ή εναλλάκτη θερμότητας, με μεταβολή της απόλυτης υγρασίας. Εφόσον ο αέρας ψύχεται μέχρι θερμοκρασίες 12

13 χαμηλότερες από τη θερμοκρασία δρόσου, υπάρχει συμπύκνωση υδρατμών και μεταβολή της απόλυτης υγρασίας του αέρα που εκφράζεται με την παρακάτω εξίσωση: W m a (W2 W 1) (10) Οι γενικές σχέσεις, που διέπουν τη διεργασία της ψύξης ή δροσισμού με τελική κατάληξη την απομάκρυνση των συμπυκνούμενων υδρατμών με τη μορφή νερού είναι οι εξής: mah1 mah2 q mwhw (11) (12) (13) maw1 maw2 mw mw m a (W1 W 2) a w q m (h h ) (W W )h (14) όπου: q = συνολική θερμότητα (ενθαλπία) που θα πρέπει να απομακρυνθεί από τον αέρα κατά τη διαδικασία της ψύξης ή δροσισμού (kj kg -1 Ξ.Α) Οι σχέσεις αυτές αφορούν περισσότερο εφαρμογές, στις οποίες η κατάσταση του αέρα φτάνει στον κορεσμό (π.χ. αποθήκες γεωργικών προϊόντων, θερμοκήπια, κ.τ.λ.). Στις περιπτώσεις αερισμού κτηρίων στέγασης αγροτικών ζώων δεν επιδιώκεται η εμφάνιση φαινομένων κορεσμού του αέρα που τα περιβάλλει. Ελάττωση της αισθητής θερμότητας με μετατροπή της σε λανθάνουσα, χωρίς μεταβολή της συνολικής τιμής ενθαλπίας του αέρα (η μεταβολή αυτή παριστάνεται στον ψυχρομετρικό χάρτη με ανοδική κίνηση πάνω στις γραμμές της θερμοκρασίας υγρού βολβού, από δεξιά προς τα αριστερά). Με ανάλυσή της σε δύο συνιστώσες, την οριζόντια και την κατακόρυφη, μπορεί να προσδιοριστεί η ποσότητα αισθητής θερμότητας που καταναλώνεται για την εξάτμιση του νερού και τον εμπλουτισμό του αέρα με υδρατμούς (οριζόντια συνιστώσα; σχέση 9) και η απαιτούμενη ποσότητα νερού εξάτμισης (κατακόρυφη συνιστώσα; σχέση 10). Η περίπτωση αυτή βρίσκει εφαρμογή στην πράξη στα συστήματα δροσισμού του αέρα με διαβρεχόμενες παρειές (Σχήμα 4) σε πτηνοτροφεία, χοιροστάσια, κονικλοτροφεία, θερμοκήπια, κ.τ.λ. Σε όλες τις περιπτώσεις εφαρμογής ψύξης ή δροσισμού του αέρα η διεργασία περιορίζεται από τη βαθμιαία αύξηση της σχετικής υγρασίας του υγρού αέρα και αναγκαστικά διακόπτεται όταν η τιμή της φτάσει σε απαγορευτικά για τα ζώα ή πτηνά επίπεδα (70-80%). Όσο πιο ξηρός (χαμηλής σχετικής υγρασίας) είναι ο αέρας στην αρχική κατάσταση, τόσο μεγαλύτερη ελάττωση της θερμοκρασίας ξηρού βολβού 13

14 μπορεί να επιτευχθεί. Η απόδοση των συστημάτων διαβρεχόμενων παρειών, όσον αφορά την ελάττωση της θερμοκρασίας, κυμαίνεται μεταξύ 0,70 και 0,80. Στην πράξη η απόδοση αυτή χρησιμοποιείται ως εξής: έστω ότι ο αέρας έχει θερμοκρασία ξηρού βολβού ίση με 40 C και σχετική υγρασία 20%. Από το ψυχρομετρικό διάγραμμα βρίσκουμε ότι η θερμοκρασία υγρού βολβού είναι ίση με 22,0 C. Η διαφορά ανάμεσα στους 40 C και τους 22,0 C είναι 18,0 C. Ένα σύστημα διαβρεχόμενων παρειών με βαθμό απόδοσης 0,80 θα έριχνε τη θερμοκρασία του αέρα στους [40 C (0,80*18,0 C)]=25.6 C. Ανάμειξη δύο ρευμάτων αέρα Σχήμα 4. Δροσισμός με χρήση διαβρεχόμενων παρειών Μία ψυχρομετρική διεργασία που λαμβάνει χώρα στα κτήρια στέγασης αγροτικών ζώων που έχουν ατέλειες στην κατασκευή του κελύφους τους, είναι η αδιαβατική ανάμειξη δύο ρευμάτων αέρα με διαφορετική αρχική κατάσταση. Το αποτέλεσμα είναι η εμφάνιση μίας τελικής κατάστασης, η οποία είναι συνδυασμός των δύο αρχικών και εκφράζεται από τις παρακάτω σχέσεις: ma1h1 ma2h2 ma3h3 (15) (16) (17) ma1 ma2 ma3 ma1w1 ma2w2 ma3w3 Με την απαλοιφή του m 3 καταλήγουμε στη σχέση : (h h ) (W W ) m (h h ) (W W ) m a a2 (18) 14

15 Ψεκασμός νερού μέσα στον αέρα Το νερό ψεκάζεται (συνήθως υπό πίεση αρκετών ατμοσφαιρών) μέσα στο κτήριο για να ελαττώσει, απορροφώντας λανθάνοντα φορτία, τη θερμοκρασία του αέρα που περιβάλλει τα ζώα (Σχήμα 5). Συνέπεια αυτής της διαδικασίας είναι η αύξηση της σχετικής υγρασίας του υγρού αέρα. Η αδιαβατική αυτή διεργασία περιγράφεται από τις παρακάτω σχέσεις : mah1 mwhw mah (19) 2 (20) maw1 mw maw2 (h2 h 1) h (W W ) W 2 1 (21) Σχήμα 5. Ψεκασμός νερού μέσα στον αέρα 15

16 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ ΘΕΡΜΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ Τα αγροτικά ζώα κατατάσσονται στους ομοιοθερμικούς οργανισμούς. Προσπαθούν να διατηρήσουν τη θερμοκρασία του πυρήνα (εγκέφαλος, θώρακας και κοιλιακή χώρα) του σώματός τους σχετικά σταθερή, έτσι ώστε να κυμαίνεται μέσα σε ένα μικρό εύρος τιμών, το οποίο να είναι ανεξάρτητο από τις όποιες αλλαγές της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος και το οποιοδήποτε επίπεδο δραστηριότητάς τους (Mount, 1979; Cossins και Bowler, 1987). Η στέγαση σε ψυχρό περιβάλλον έχει ως αποτέλεσμα την ελάττωση της θερμοκρασίας των άκρων και των περιφερειακών ιστών, ενώ σε θερμό περιβάλλον έχει ως αποτέλεσμα η θερμοκρασία του πυρήνα και των περιφερειακών ιστών να είναι παραπλήσια. H θερμοκρασία του πυρήνα του σώματος των αγροτικών ζώων μετριέται στο ορθό ή στην τυμπανική μεμβράνη. Η τιμή της δεν παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια του 24-ώρου. Εμφανίζεται υψηλότερη κατά τη διάρκεια των πρωινών ωρών και χαμηλότερη κατά τη διάρκεια των νυκτερινών ωρών. Μετά από εκτενή βιβλιογραφική ανασκόπηση ο Hahn (1987) συμπέρανε ότι η αναφορά στην ημερήσια διακύμανση της θερμοκρασίας του σώματος κάποιου αγροτικού ζώου πρέπει να γίνεται πολύ προσεκτικά γιατί επηρεάζεται από ένα πλήθος παραγόντων όπως για παράδειγμα το ενεργειακό επίπεδο και το πρωτόκολλο διατροφής (περιορισμένη ή κατά βούληση), η πιθανή εγκυμοσύνη και ο εγκλιματισμός ή μη του ζώου σε κάποιο συγκεκριμένο θερμικό περιβάλλον. Πρακτικά, η μέση θερμοκρασία του σώματος υπολογίζεται από την παρακάτω εξίσωση: tb 0,67t re 0,33t (22) sk όπου: tb = μέση θερμοκρασία του σώματος ( C), tre = θερμοκρασία του ορθού ( C) tsk = μέση θερμοκρασία του δέρματος ( C) ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗΣ Η θερμοκρασία του πυρήνα του σώματος των αγροτικών ζώων είναι χαρακτηριστική του κάθε είδους (π.χ. χοίρος: 39 C, αγελάδα: 38,5 C, πρόβατο: 39 C, κατσίκα: 40 C, όρνιθα: 41,7 C) και προκαθορισμένη σε ένα περίπου σταθερό όριο (set-point) στον υποθάλαμο. Η σταθερή και συνεχής θερμορύθμιση βασίζεται στη συνεχή συλλογή πληροφοριών (ερεθισμάτων θερμότητας), οι οποίες μεταβιβάζονται στον υποθάλαμο από 16

17 θερμοϋποδοχείς (ελεύθερες νευρικές απολήξεις) που είναι κατανεμημένοι στον πυρήνα και στο δέρμα του σώματος. Οι δερματικοί θερμοϋποδοχείς διακρίνονται σε εκείνους που ενεργοποιούνται στις χαμηλές θερμοκρασίες και σε εκείνους που ενεργοποιούνται στις υψηλές θερμοκρασίες. Ως αποτέλεσμα των ερεθισμάτων θερμότητας, η θερμοκρασία-όριο του υποθαλάμου τείνει να αυξηθεί ή να ελαττωθεί με τελικό αποτέλεσμα την ενεργοποίηση των μηχανισμών θερμορύθμισης. Δύο είναι οι πιο αξιόπιστες προσεγγίσεις (Cossins και Bowler, 1987), που προσπαθούν να δώσουν εξήγηση στο πώς λειτουργούν οι μηχανισμοί θερμορύθμισης. 1. Σύμφωνα με την πρώτη προσέγγιση οι πληροφορίες σχετικά με τη θερμοκρασία του πυρήνα του σώματος καταγράφονται και τροφοδοτούνται συνεχώς στον υποθάλαμο όπου και συγκρίνονται με τη σταθερή αναφορά, τη θερμοκρασία-όριο για κάθε ζώο. Η διαφορά ανάμεσα στα δύο σήματα, δηλαδή το σφάλμα, χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσει τα συστήματα ελέγχου, τα οποία με τη σειρά τους προσαρμόζουν το ρυθμό παραγωγής θερμότητας ή το ρυθμό απωλειών θερμότητας μέχρις ότου το σφάλμα μηδενιστεί. 2. Στη δεύτερη προσέγγιση δε χρησιμοποιείται η έννοια της σταθερής αναφοράς. Αντίθετα, συγκρίνονται η αύξηση και η ελάττωση των τιμών της θερμοκρασίας του πυρήνα του σώματος. Το σφάλμα προέρχεται από τη σύγκριση των τιμών της αύξησης και της ελάττωσης. Εφόσον οι τιμές δε διαφέρουν το σφάλμα είναι μηδέν, ενώ όταν διαφέρουν, δηλαδή υπάρχει θερμική ανισορροπία, ενεργοποιούνται τα συστήματα ελέγχου έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί η διαφορά. Η ενεργοποίηση των συστημάτων ελέγχου συνίσταται κυρίως σε φυσιολογικές αντιδράσεις. Όταν η θερμοκρασία-όριο ξεπεραστεί, αυξάνουν οι απώλειες θερμότητας μέσω της δερματικής εφίδρωσης και της αναπνευστικής εξάτμισης, ενώ η ταυτόχρονα παρατηρούμενη αγγειοδιαστολή αυξάνει τη ροή του αίματος προς το δέρμα με αποτέλεσμα την αύξηση της διαφοράς θερμοκρασίας ανάμεσα στο ζώο και το περιβάλλον και τις δυνητικά αυξημένες απώλειες ζωικής θερμότητας. Όταν αντίθετα η θερμοκρασία του πυρήνα του σώματος πέσει κάτω από τη θερμοκρασία-όριο, παρατηρείται αγγειοσυστολή (ελάττωση της ροής του αίματος προς το δέρμα) και/ή ανόρθωση των τριχών ή των πτερών (δημιουργία ενός στρώματος ακίνητου αέρα που δρα θερμομονωτικά) για να ελαττωθούν οι θερμικές 17

18 απώλειες. Ταυτόχρονα η παραγωγή θερμότητας αυξάνει μέσω της τρομώδους θερμογένεσης (3). ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Η παραγωγή θερμότητας είναι αναπόφευκτη συνέπεια των χημικών-μεταβολικών διεργασιών που διεξάγονται μέσα στον οργανισμό των αγροτικών ζώων και οι οποίες οφείλονται στη μεταβολιστέα (4) ενέργεια του καταναλισκόμενου σιτηρεσίου. Η ομοιοθερμική φύση των αγροτικών ζώων απαιτεί την ύπαρξη θερμικής ισορροπίας ανάμεσα στην παραγόμενη θερμότητα και τις θερμικές απώλειες. Η απαίτηση αυτή εκφράζεται μαθηματικά με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής (θερμικό ισοζύγιο): mhp qcd qcv qrd j ehl dt b mcpb d (23) όπου: mhp = ρυθμός παραγωγής ζωικής θερμότητας (W) qcd = ρυθμός ανταλλαγής ενέργειας με αγωγή (W) qcv = ρυθμός ανταλλαγής ενέργειας με συναγωγή (W) qrd = ρυθμός ανταλλαγής ενέργειας με ακτινοβολία (W), j = θερμικό ισοδύναμο του ρυθμού παραγωγής μηχανικού έργου (W) ehl = ρυθμός λανθανουσών απωλειών θερμότητας με εξάτμιση (W) m = βάρος του ζώου (kg) cpb = ειδική θερμότητα του σώματος (J kg -1 C -1 ) tb = θερμοκρασία του σώματος ( C) θ = χρόνος (s) Τα πρόσημα στο αριστερό μέρος της εξίσωσης είναι θετικά εφόσον οι όροι τείνουν να αυξήσουν τη θερμοκρασία του σώματος των ζώων. Τα ποσά θερμότητας που αποβάλλονται με αγωγή, συναγωγή (επαγωγή) και ακτινοβολία αποτελούν τις αισθητές απώλειες θερμότητας γιατί τείνουν να αυξήσουν τη θερμοκρασία του χώρου προς τον οποίο αποδίδονται. Οι λανθάνουσες απώλειες θερμότητας (παθητική διάχυση υδρατμών, δερματική & αναπνευστική εξάτμιση) δε συνοδεύονται από μεταβολή της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος χώρου. Σε συνθήκες σταθερής κατάστασης, όπως εμφανίζονται συνήθως στα σύγχρονα κτήρια στέγασης των αγροτικών ζώων, το μηχανικό έργο θεωρείται αμελητέο και (3) Η τρομώδης θερμογένεση συνίσταται στην ακούσια κίνηση των σκελετικών μυών και είναι ένας ισχυρός τρόπος αύξησης της παραγόμενης θερμότητας. Κατά τη διάρκειά της, η παραγόμενη θερμότητα μπορεί να αυξηθεί 2-5 φορές σε σύγκριση με το βασικό μεταβολισμό (μεταβολισμός διατήρησης της λειτουργίας του αναπνευστικού και του κυκλοφορικού συστήματος). (4) Ως μεταβολιστέα ενέργεια ορίζεται η συνολική ενέργεια του σιτηρεσίου μείον την ενέργεια της κόπρου, των ούρων και των αερίων. 18

19 ο δεξιός όρος της εξίσωσης ίσος με μηδέν (δεχόμαστε ότι η θερμοκρασία του σώματος δε μεταβάλλεται). Στην Εικόνα 1 φαίνονται παραστατικά οι θερμικές ανταλλαγές ανάμεσα στο τεχνητό περιβάλλον ενός κτηνοτροφικού κτηρίου και στα αγροτικά ζώα. Ακόμα, στην Εικόνα 2 παρουσιάζονται η παραγόμενη θερμότητα και οι απώλειες θερμότητας ως συνάρτηση των δραστικών θερμοκρασιών του περιβάλλοντος (θερμοκρασίες που διαμορφώνονται από την ταυτόχρονη επίδραση της θερμοκρασίας ξηρού βολβού, της σχετικής υγρασίας, της ταχύτητας του ανέμου και της θερμικής ακτινοβολίας; Mount, 1979). Εικόνα 1. Θερμικές ανταλλαγές ανάμεσα στα αγροτικά ζώα και στο τεχνητό περιβάλλον ενός κτηρίου στέγασής τους. 19

20 Εικόνα 2. Θερμικές ζώνες αγροτικών ζώων. Εφόσον τα αγροτικά ζώα μεγαλώνουν μέσα στο θερμοκρασιακό εύρος Β-Ε, που ορίζεται ως θερμοουδέτερη ζώνη, η θερμοκρασία του σώματός τους παραμένει σταθερή και η παραγωγικότητα τους θεωρείται μέγιστη. Εάν η δραστική θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι χαμηλότερη ή υψηλότερη από τα όρια της θερμοουδέτερης ζώνης, η παραγόμενη ζωική θερμότητα αυξάνεται ή ελαττώνεται, στα πλαίσια της προσπάθειας που καταβάλλουν τα ζώα να διατηρήσουν σταθερή τη θερμοκρασία του σώματός τους. Δυστυχώς η αυξομείωση αυτή γίνεται σε βάρος της απόδοσης τους. Η ζώνη C-D ορίζεται ως η ζώνη της θερμικής άνεσης και θεωρείται η περιοχή των θερμοκρασιών στις οποίες: (α) τα αιμοφόρα αγγεία δε βρίσκονται ούτε σε πλήρη διαστολή ούτε σε πλήρη συστολή, (β) το τρίχωμα ή το πτέρωμα παρουσιάζουν ελάχιστη ανόρθωση, (γ) η δερματική και αναπνευστική εξάτμιση είναι ελαχιστοποιημένες και (δ) δεν παρατηρούνται κοινωνικές αντιδράσεις προσαρμογής στο κρύο ή τη ζέστη (π.χ. μεγάλος ή μικρός δείκτης συγκέντρωσης). 20

21 Η σημασία των παραπάνω ζωνών είναι προφανής για την ευζωία των αγροτικών ζώων και την κτηνοτροφική παραγωγή. Τα αγροτικά ζώα, που ζουν σε συνθήκες θερμικής καταπόνησης δεν αισθάνονται άνετα. Δυστυχώς, μέχρι σήμερα δεν υπάρχουν επαρκή επιστημονικά δεδομένα, που να στοιχειοθετούν αυτήν τη μάλλον διαισθητική άποψη. Σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος χαμηλότερες από την κατώτερη κρίσιμη τα ζώα αυξάνουν την κατανάλωση τροφής, άρα και το κόστος παραγωγής, χωρίς να βελτιώνεται η ανάπτυξή τους, ενώ σε θερμοκρασίες υψηλότερες της ανώτερης κρίσιμης η ελάττωση της κατανάλωσης τροφής περιορίζει τις παραγωγικές δυνατότητες των αγροτικών ζώων. Τα φαινόμενα αυτά είναι τόσο εντονότερα όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια και ισχυρότερη η ένταση της θερμικής καταπόνησης. Εφόσον οι τιμές της διάρκειας και της έντασης δεν είναι μεγαλύτερες από κάποια, ακόμα όχι πλήρως προσδιορισμένα όρια - κατώφλια, τα αγροτικά ζώα ξεπερνούν την καταπόνηση μέσω της αντισταθμιστικής ανάπτυξης (5). Στον Πίνακα 1 (Hahn, 1985) καταγράφονται όλες οι παράμετροι, που επηρεάζουν τις θερμικές ανταλλαγές, ενώ στον Πίνακα 2 (MWPS-34, 1990), φαίνονται οι πρακτικά ανεκτές θερμοκρασίες για διάφορα αγροτικά ζώα. Πίνακας 1. Φυσικές παράμετροι, που επηρεάζουν τις θερμικές ανταλλαγές ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Ακτινοβολία Συναγωγή Αγωγή Εξάτμιση Επιφάνεια ζώου a + b c Θερμοκρασία επιφάνειας ζώου d Θερμοκρασία επιφανειών περιβάλλοντος + e χώρου Θερμοκρασία αέρα + + Ταχύτητα αέρα + + Τάση υδρατμών αέρα + Εκπεμπτικότητα των επιφανειών του περιβάλλοντος χώρου + Συντελεστής θέας της επιφάνειας του ζώου + Θερμική αγωγιμότητα των επιφανειών του περιβάλλοντος χώρου e Εκπεμπτικότητα της επιφάνειας του ζώου + όπου: a = επιφάνεια του ζώου που άμεσα εκτίθεται στην ακτινοβολούσα πηγή b = ξαπλωμένα ζώα c = υγρές επιφάνειες των ζώων, συμπεριλαμβανομένης της αναπνευστικής οδού d = τάση των υδρατμών (συνάρτηση της επιφανειακής θερμοκρασίας των ζώων) e = ποσοστό που βρίσκεται σε επαφή με τα ζώα (5) Ως αντισταθμιστική ανάπτυξη ορίζεται η ικανότητα των αγροτικών ζώων να επανέρχονται στο γενετικά προκαθορισμένο επίπεδο ανάπτυξης ύστερα από κάποια μορφή καταπόνησης (π.χ. θερμική, διατροφική, κοινωνική), εφόσον αυτή δεν υπερβεί κάποια όρια διάρκειας και έντασης. 21

22 Κατηγορία ζώου Πίνακας 2. Εύρος θερμοκρασιακής ανοχής αγροτικών ζώων Έγκυες χοιρομητέρες & χοιρομητέρες σε γαλουχία & χοιρομητέρες ξηράς περιόδου Θερμοκρασία, o C Κάπροι Τοκετοομάδα Χοιρίδια πρώτης ανάπτυξης Χοιρίδια προπάχυνσης - τελικής πάχυνσης Όρνιθες παραγωγής αβγών Κοτόπουλα κρεοπαραγωγής * 1 ημέρας * 1 εβδομάδας 29,5 * 2 εβδομάδων 27 * 3 εβδομάδων 24 * 4 εβδομάδων 21 * 5 εβδομάδων μέχρι της σφαγής ΑΙΣΘΗΤΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ Όπως είδαμε στην προηγούμενη παράγραφο, οι αισθητές απώλειες ζωικής θερμότητας δε μεταβάλλουν τη θερμοκρασία του περιβάλλοντα χώρου και μπορεί να έχουν τη μορφή της αγωγής, της συναγωγής και της ακτινοβολίας. Αγωγή Τα αγροτικά ζώα ανταλλάσσουν θερμική ενέργεια με αγωγή, εφόσον βρίσκονται σε άμεση επαφή με άλλη επιφάνεια (συνήθως το δάπεδο) χαμηλότερης ή υψηλότερης θερμοκρασίας. Το μέγεθος της θερμικής ανταλλαγής εξαρτάται από: (α) τη διαφορά θερμοκρασίας της επιφάνειας του σώματος του ζώου και του δαπέδου στο οποίο ακουμπάει, (β) την έκταση της επιφάνειας επαφής και (γ) τη θερμική αγωγιμότητα του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένο το δάπεδο. Τα ζώα μπορούν με τη συμπεριφορά τους να μεταβάλλουν τις ανταλλαγές θερμότητας με αγωγή, εάν αλλάξουν την επιφάνεια επαφής με τα άλλα ζώα ή το δάπεδο. Ακόμα, με την αγγειοδιαστολή ή την αγγειοσυστολή διαφοροποιούν τη ροή αίματος προς το δέρμα και κατ επέκταση τη θερμοκρασία της επιφάνειάς τους, άρα και την ανταλλαγή ενέργειας με αγωγή. 22

23 Μία πολύ σημαντική παράμετρος για την τελική τιμή των απωλειών θερμότητας με αγωγή, είναι η θερμοδιαχυτικότητα 2(6) του δαπέδου. Δάπεδα με μικρή θερμοδιαχυτικότητα δε φτάνουν σε θερμική ισορροπία γρήγορα και έτσι προκαλούν έντονα αισθήματα θερμικής δυσφορίας στα ζώα. Η εξίσωση που περιγράφει τις απώλειες θερμότητας με αγωγή είναι: ( tsk tx ) qcd kacd x όπου: qcd = ρυθμός θερμικών απωλειών με αγωγή (W) k = συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του δαπέδου (W m -1 C -1 ) Acd = επιφάνεια του ζώου σε επαφή με το δάπεδο (m 2 ) tsk = θερμοκρασία του δέρματος του ζώου ( C) tx = θερμοκρασία του δαπέδου σε βάθος x από την επιφάνεια του ζώου ( C) x = βάθος από την επιφάνεια του δαπέδου (m) (24) Συναγωγή (επαγωγή) Ανταλλαγή θερμικής ενέργειας ανάμεσα στην επιφάνεια των ζώων και τον αέρα που τα περιβάλλει λαμβάνει χώρα με συναγωγή (βεβιασμένη ή ελεύθερη), όταν οι θερμοκρασίες τους είναι διαφορετικές. Η βεβιασμένη συναγωγή οφείλεται στην αυξημένη (> 0.2 m s -1 ) ταχύτητα κίνησης του αέρα στο επίπεδο των ζώων, ενώ η ελεύθερη συναγωγή εμφανίζεται όταν η ταχύτητα του αέρα είναι πολύ χαμηλή (< 0.1 m s 1 ). Η εξίσωση που περιγράφει τις απώλειες θερμότητας με συναγωγή είναι: qcv hacv ( tsk t ) (25) όπου: qcv = ρυθμός θερμικών απωλειών με συναγωγή (W) h = συντελεστής μετάδοσης της θερμότητας με συναγωγή (W m -2 C -1 ) Acv = επιφάνεια του ζώου σε επαφή με τον περιβάλλοντα αέρα (m 2 ) tα = θερμοκρασία του περιβάλλοντα αέρα ( C) Όσον αφορά στο συντελεστή μετάδοσης της θερμότητας με συναγωγή, για μεν τη βεβιασμένη συναγωγή εξαρτάται από την ταχύτητα του αέρα, για δε την ελεύθερη συναγωγή εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο δέρμα του ζώου και τον περιβάλλοντα αέρα. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν το συντελεστή h είναι τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του ζώου όπως το μέγεθος και το σχήμα, οι ιδιότητες του περιβάλλοντα αέρα όπως η πυκνότητα, το ιξώδες και η θερμική αγωγιμότητα και τέλος τα χαρακτηριστικά του δέρματος του ζώου όπως η τραχύτητά του ή η παρουσία τριχώματος ή φτερών. (6) Ως θερμοδιαχυτικότητα ορίζεται (Incropera και DeWitt, 1981) ο λόγος της θερμικής αγωγιμότητας προς τη θερμοχωρητικότητα ενός υλικού. Μεγάλη τιμή της σημαίνει ότι το υλικό είναι πιο αποτελεσματικό στη μεταφορά ενέργειας με αγωγή παρά στην αποθήκευση ενέργειας. 23

24 Η προσέγγιση που θεωρείται καταλληλότερη για τον προσδιορισμό του h είναι αυτή που χρησιμοποιείται στην κλασσική μετάδοση θερμότητας, με χρήση δηλαδή των αδιάστατων αριθμών. Ο αριθμός Nusselt (7) (Nu) χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του h τόσο στη βεβιασμένη, όσο και στην ελεύθερη συναγωγή. Ειδικότερα, σύμφωνα με τους Scott, DeShazer και Roller (1983) ο αριθμός Nusselt εκφράζεται με τις παρακάτω εξισώσεις για τη βεβιασμένη και την ελεύθερη συναγωγή, αντίστοιχα: Βεβιασμένη συναγωγή: Re m Nu C (26) 1 όπου: C1 = σταθερά που προσδιορίζεται εμπειρικά m = σταθερά που προσδιορίζεται εμπειρικά Re = αριθμός Reynolds (8) Ελεύθερη συναγωγή: n Nu C 2 Gr (27) όπου: C2 = σταθερά που προσδιορίζεται εμπειρικά, n = σταθερά που προσδιορίζεται εμπειρικά Gr = αριθμός Grashof (9) Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η μορφή της συναγωγής εξαρτάται από την τιμή του λόγου (Gr/Re 2 ). Αναλυτικότερα (Incropera και DeWitt, 1981) ισχύει: (Gr/Re 2 )>>1 : Ελεύθερη συναγωγή (Gr/Re 2 ) 1 : Μικτή συναγωγή (Gr/Re 2 )<<1 : Βεβιασμένη συναγωγή Στη διεθνή βιβλιογραφία υπάρχουν εξισώσεις που δίνουν τιμές του αριθμού Nusselt. Ειδικότερα, ο Mount (1979), ο Wiersma (1976) και ο McArthur (1980) κατέληξαν στις παρακάτω εξισώσεις για τους χοίρους, τις αγελάδες και τα πρόβατα, αντίστοιχα: Χοίροι : Nu= 0.60 Re 0.50, βεβιασμένη συναγωγή Nu= 0.50 Gr 0.25, ελεύθερη συναγωγή Αγελάδες: Nu = 0.65 Re 0.53 Πρόβατα: Nu = Re 0.80 (7) hl Ο αριθμός Nusselt ορίζεται ως Nu, όπου L (m) η χαρακτηριστική διάσταση του ζώου (ως τέτοια k f θεωρείται η διάμετρος του σώματος) και kf (W m -1 C -1 ) ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του περιβάλλοντα αέρα. Εκφράζει το λόγο της πραγματικής ροής θερμότητας με συναγωγή από την επιφάνεια του ζώου προς την ροή θερμότητας με αγωγή μέσα από το σώμα του ζώου. (8) Ο αριθμός Reynolds ορίζεται ως Re VL, όπου ρ (kg m -3 ) η πυκνότητα του αέρα, V (m s -1 ) η ταχύτητα του αέρα και μ (mpa s) το δυναμικό ιξώδες του περιβάλλοντα αέρα. Εκφράζει το λόγο των δυνάμεων αδράνειας (σχετίζονται άμεσα με τη ροή της ορμής) προς τις δυνάμεις τριβής. 3 2 g L ( t) (9) Ο αριθμός Grashof ορίζεται ως Gr, όπου g (m s -2 ) η επιτάχυνση της βαρύτητας, β ο 2 συντελεστής διαστολής (β=1/τ για τα ιδανικά αέρια) και Δt ( C) η διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στην επιφάνεια του ζώου και τον περιβάλλοντα αέρα. Εκφράζει το λόγο των δυνάμεων άνωσης (σχετίζονται άμεσα με τη διαφορά θερμοκρασίας, άρα και πυκνότητας) προς τις δυνάμεις τριβής. 24

25 Συναγωγή επίσης λαμβάνει χώρα και από την ανώτερη αναπνευστική οδό εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας ανάμεσα στον εισπνεόμενο και τον εκπνεόμενο αέρα, αλλά είναι αμελητέα για τα αγροτικά ζώα. Ακτινοβολία Για τα στεγασμένα αγροτικά ζώα ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει η ανταλλαγή θερμικής ενέργειας με ακτινοβολία που λαμβάνει χώρα σε μήκη κύματος που βρίσκονται μέσα στη ζώνη της θερμικής ακτινοβολίας, δηλαδή από μm. Η ακτινοβολία που ανταλλάσσεται ανάμεσα στα αγροτικά ζώα και τις περιβάλλουσες επιφάνειες, προσδιορίζεται από την εξίσωση των Stefan-Boltzmann, που είναι διατυπωμένη για την περίπτωση που ένα αντικείμενο-ζώο βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με έναν επαρκώς ορισμένο κλειστό χώρο. Ο ρυθμός ανταλλαγής θερμικής ενέργειας εξαρτάται από: (α) την έκταση των επιφανειών που ακτινοβολούν, (β) τις απόλυτες θερμοκρασίες των επιφανειών, (γ) τις εκπεμπτικότητες των επιφανειών και (δ) τους συντελεστές θέας των επιφανειών του ζώου και του περιβάλλοντος χώρου. Η εξίσωση (στην πράξη πολύ πιο σύνθετη γιατί τα ζώο στεγάζεται μαζί με άλλα ζώα, άρα και η θερμοκρασία των επιφανειών που το περιβάλλουν δεν είναι ενιαία) που περιγράφει τις ανταλλαγές ενέργειας με ακτινοβολία είναι: q rd A rd (Tsk Te ) (28) 1 A rd 1 ( 1) A sk e 4 e 4 όπου: qrd = ανταλλαγή ενέργειας με ακτινοβολία (W) Ard = επιφάνεια του ζώου που ακτινοβολεί (m 2 ) Ard = επιφάνεια των επιφανειών που περιβάλλουν τα ζώα (m 2 ) Tsk = απόλυτη θερμοκρασία του δέρματος του ζώου (K) Te = απόλυτη θερμοκρασία των επιφανειών που περιβάλλουν τα ζώα (K) εsk = εκπεμπτικότητα του δέρματος του ζώου εe = εκπεμπτικότητα των επιφανειών που περιβάλλουν τα ζώα σ = σταθερά των Stefan-Boltzmann (5.67*10-8 W m -2 K -4 ) ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ Οι λανθάνουσες απώλειες θερμότητας υποκαθιστούν τις αισθητές απώλειες όταν αυτές σε συνθήκες υψηλών περιβαλλοντικών θερμοκρασιών ελαχιστοποιούνται. Διακρίνονται στη δερματική διάχυση, στη δερματική εφίδρωση και στην αναπνευστική εξάτμιση. 25

26 Δερματική διάχυση Απώλειες νερού λαμβάνουν χώρα μέσω της παθητικής, μη ελεγχόμενης από το θερμορυθμιστικό σύστημα, διάχυσης των υδρατμών. Ο ρυθμός απωλειών θερμότητας εξαιτίας της παθητικής διάχυσης υδρατμών εξαρτάται από: (α) το συντελεστή υδροπερατότητας του δέρματος, (β) την επιφάνεια του ζώου, (γ) τις μερικές πιέσεις των υδρατμών στις θερμοκρασίες του δέρματος και του περιβάλλοντα αέρα και (δ) τη λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του νερού. Η μορφή αυτή απωλειών μπορεί να θεωρηθεί ως σημαντικό ποσοστό των λανθανουσών απωλειών στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, που συνήθως δεν εμφανίζονται στη σύγχρονη βιομηχανικού τύπου κτηνοτροφία, αλλά γίνεται γρήγορα αμελητέα όσο η θερμοκρασία του περιβάλλοντος αυξάνει. Η εξίσωση που περιγράφει τις απώλειες της δερματικής διάχυσης είναι: edl A(Ps P )l (29) όπου: edl = ρυθμός απωλειών θερμότητας με παθητική δερματική διάχυση (W) A = επιφάνεια του ζώου (m 2 ) Ps = μερική πίεση των υδρατμών στη θερμοκρασία του δέρματος του ζώου (Pa) Pα = μερική πίεση των υδρατμών στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα (Pa) l = λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του νερού (Wh kg -1 ) μ =συντελεστής υδροπερατότητας του δέρματος του ζώου (ng s -1 m -2 Pa -1 ) Δερματική εφίδρωση Ο ρυθμός δερματικής εφίδρωσης, είναι συνάρτηση του ρυθμού έκκρισης των ιδρωτοποιών αδένων. Εφόσον ο ρυθμός εξάτμισης είναι μεγαλύτερος του ρυθμού εφίδρωσης το δέρμα ξηραίνεται και έτσι ο ρυθμός εξάτμισης περιορίζεται από το ρυθμό εφίδρωσης. Εάν η διαφορά της πίεσης υδρατμών δεν είναι τέτοια που να μπορεί να συντηρήσει ένα ρυθμό εξάτμισης ίσο με το ρυθμό εφίδρωσης, υγρασία συσσωρεύεται στο δέρμα και διαφεύγει χωρίς να προκαλέσει εξάτμιση. Η εφίδρωση αποτελεί θερμορυθμιστικό αντιστάθμισμα της αδυναμίας των αγροτικών ζώων να αποβάλλουν θερμότητα με αγωγή, συναγωγή και ακτινοβολία όταν επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Η εξίσωση που περιγράφει τη δερματική εφίδρωση (στην περίπτωση που ισούται με την εξάτμιση) είναι: esl sal sk (30) όπου: esl = ρυθμός απωλειών με δερματική εξάτμιση (W) s = ρυθμός εφίδρωσης (kg m -2 h -1 ) lsk = λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του νερού στη θερμοκρασία του δέρματος (Wh kg -1 ) 26

27 Αναπνευστική εξάτμιση Αποτελεί τη σπουδαιότερη συνιστώσα των θερμικών απωλειών σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών μικροπεριβάλλοντος. Ο ρυθμός της αναπνευστικής εξάτμισης εξαρτάται από: (α) την πυκνότητα του αέρα, (β) το ρυθμό του αναπνευστικού αερισμού και (γ) τον υγρομετρικό βαθμό του εκπνεόμενου και του εισπνεόμενου αέρα. Η αναπνευστική εξάτμιση είναι φυσιολογικά ελεγχόμενη και σε μερικά αγροτικά ζώα (π.χ. βοοειδή, πρόβατα και πτηνά) μπορεί να μεταβληθεί από γρήγορη-αβαθή (ταχύπνοια) σε αργή-βαθειά (υπέρπνοια) κατά τη διάρκεια σοβαρής θερμικής καταπόνησης. Η αλλαγή στον τύπο της αναπνοής εξασφαλίζει τις αυξημένες λανθάνουσες απώλειες θερμότητας, ενώ ταυτόχρονα αποτρέπει την εμφάνιση της αλκάλωσης (υπερβολική συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα). Η εξίσωση που περιγράφει τις απώλειες με αναπνευστική εξάτμιση είναι: 27. rel V(W W )l (31) όπου: rel. ex r = ρυθμός απωλειών θερμότητας με αναπνευστική εξάτμιση (W) V = ρυθμός του αναπνευστικού αερισμού (l min -1 ) Wex = απόλυτη υγρασία του εκπνεόμενου αέρα (g kg -1 Ξ.Α) Wα = απόλυτη υγρασία του εισπνεόμενου αέρα (g kg -1 Ξ.Α) lr = λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του νερού στη θερμοκρασία της αναπνευστικής επιφάνειας (Wh kg -1 ) ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΑΠΟ ΤΑ ΑΓΡΟΤΙΚΑ ΖΩΑ Από τη μεταβολιστέα ενέργεια που παρέχεται στα αγροτικά ζώα, μόνον ένα μικρό ποσοστό μετατρέπεται σε αβγά, κρέας ή γάλα. Όλη η υπόλοιπη ενέργεια αποβάλλεται με τη μορφή θερμότητας προς το περιβάλλον. Οι συνολικές απώλειες θερμότητας είναι το άθροισμα των αισθητών και των λανθανουσών. Όπως έχουμε ήδη εξηγήσει, οι πρώτες συνιστούν τη μορφή θερμότητας που γίνεται άμεσα αισθητή και εκδηλώνεται με την αλλαγή της θερμοκρασίας του περιβάλλοντα αέρα, ενώ οι δεύτερες συνιστούν τη μορφή θερμότητας που καταναλώνεται για τη διατήρηση των υδρατμών σε αέρια κατάσταση και ως εκ τούτου δε γίνονται αισθητές, παρά μόνο έμμεσα από την αύξηση της ποσότητας υδρατμών στον αέρα. Οι δύο μορφές της θερμότητας που αποβάλλονται από τα ζώα επηρεάζουν σημαντικά τη σχεδίαση των συστημάτων αερισμού και θέρμανσης-δροσισμού των κτηρίων στέγασης των αγροτικών ζώων. Ο προσδιορισμός των απωλειών θερμότητας από τα αγροτικά ζώα βασίζεται σε μια διαδικασία που αρχικά προτάθηκε (1984), στη συνέχεια τροποποιήθηκε (1992, 1999) και τελικά οριστικοποιήθηκε (2002) από τη Διεθνή Επιτροπή Γεωργικής

28 Μηχανικής (CIGR). Παρακάτω παρουσιάζονται αναλυτικά τα στοιχεία που αφορούν στους χοίρους και τις όρνιθες κρεοπαραγωγής και αβγοπαραγωγής που στη χώρα μας στεγάζονται σε κτήρια με ρυθμιζόμενο τεχνητό περιβάλλον. Ζωικές απώλειες θερμότητας σε ατομικό επίπεδο και στους 20 C Οι παρακάτω εξισώσεις δίνουν τις συνολικές ζωικές απώλειες θερμότητας (Φtot; W). Το πρώτο τμήμα αφορά στις απώλειες θερμότητας που οφείλονται στη συντήρηση και το δεύτερο τμήμα στις απώλειες θερμότητας που οφείλονται στην παραγωγή. Χοίροι: Διακρίνουμε τέσσερις περιπτώσεις 1. Χοιρίδια βάρους μέχρι 20 kg 0,66 0,66 0,66 tot 7,4 m [1 (0,47 0,003 m)][n 7,4 m 7,4 m ] (32) όπου: m = βάρος χοιριδίων n = πολλαπλάσιο συντήρησης 2. Χοίροι βάρους μεγαλύτερου από 20 kg 0,75 0,75 0,75 tot 5,09 m [1 (0,47 0,003 m)][n 5,09 m 5,09 m ] (33) 3. Χοιρομητέρες προς επίβαση ή έγκυες 4,85 m 8 10 P 76 Y (34) 0, tot 2 όπου: P = ημέρα εγκυμοσύνης Υ2 = ημερήσια αύξηση βάρους 4. Χοιρομητέρες μαζί με την τοκετοομάδα 4,85 m 28 Y (35) 0,75 tot 1 όπου: Υ1 = βάρος ημερήσιας παραγωγής γάλακτος Όρνιθες: Διακρίνουμε τρεις περιπτώσεις 1. Όρνιθες κρεοπαραγωγής 0,75 tot 10,62 m (36) 2. Όρνιθες αβγοπαραγωγής σε κλωβούς 6,28 m 25 Y (37) 0,75 tot 2 όπου: Υ2 = βάρος ημερήσιας παραγωγής αβγών (50 g για αβγά κατανάλωσης) 3. Όρνιθες αβγοπαραγωγής σε εναλλακτικά συστήματα εκτροφής 6,8 m 25 Y (38) 0,75 tot 2 28

29 Ζωικές απώλειες θερμότητας σε επίπεδο χώρου στέγασης Η εφαρμογή των παραπάνω σχέσεων δε λαμβάνει υπόψη ότι μέσα στους χώρους στέγασης η θερμοκρασία δε διατηρείται πάντα σταθερή στους 20 C και ότι ένα μέρος των παραγόμενων αισθητών ζωικών φορτίων θερμότητας απορροφάται κατά την εξάτμιση της υγρής κόπρου, του νερού του σιτηρεσίου και του νερού που χάνεται από τις ποτίστρες όταν πίνουν τα ζώα, με αποτέλεσμα τη λάθος εκτίμηση των αναγκών αερισμού. Για το λόγο αυτό θα πρέπει η παραγόμενη αισθητή θερμότητα να διορθώνεται σύμφωνα με τη θερμοκρασία που επικρατεί σε κάθε περίπτωση μέσα στο χώρο. Σύμφωνα με τη CIGR (1999) η διορθωμένη αισθητή ζωική θερμότητα (σε επίπεδο χώρου στέγασης και για θερμοκρασίες από 10 έως 40 C, που συνήθως επικρατούν), δίνεται από την παρακάτω γενική εξίσωση: a bt ct dt (39) * 2 3 s 1000 a a a όπου: ta = η θερμοκρασία που επικρατεί στο χώρο στέγασης Οι συντελεστές της εξίσωσης παρουσιάζονται στον Πίνακα 3. Πίνακας 3. Συντελεστές υπολογισμού των αισθητών ζωικών φορτίων σε επίπεδο χώρου στέγασης και για θερμοκρασίες από C Βοοειδή Χοίροι Όρνιθες αβγοπαραγωγής Όρνιθες κρεοπαραγωγής Συντελεστές Κλωβοί Δάπεδα a b -6,294-42,597-46,984-1,190-39,216 c -0,0324 2,4200 2,6788-0,3111 2,2288 d -0,0070-0,0475-0,0529-0,0021-0,0438 Στη συνέχεια, διαιρώντας με τη διορθωμένη συνολική ζωική θερμότητα, η οποία 5 3 υπολογίζεται από την εξίσωση, βρίσκουμε το λόγο των 1000[ (20 t ) ] * tot 1000 a * * διορθωμένων αισθητών φορτίων ( s 1000 ) προς τα διορθωμένα συνολικά φορτία ( tot 1000 ). Ο λόγος αυτός στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται με τις διορθωμένες συνολικές απώλειες * θερμότητας ( ) όπως αυτές υπολογίζονται από τις παρακάτω (40; 41) ακριβέστερες tot * εξισώσεις ώστε τελικά να εκτιμήσουμε τα πραγματικά διορθωμένα αισθητά φορτία ( ) s * κάθε ζώου. Στη συνέχεια τα πολλαπλασιάζονται με τον αριθμό των στεγαζόμενων ζώων s ώστε να προκύψει η παράμετρος qs της εξίσωσης (42). 29

30 * Οι διορθωμένες συνολικές απώλειες θερμότητας ( ; W) και για τις τέσσερις tot παραπάνω περιπτώσεις χοίρων υπολογίζονται από την εξίσωση: 0,012 (20 t ) (40) * tot tot tot a * ενώ οι συνολικές απώλειες θερμότητας ( ; W) και για τις τρεις παραπάνω tot περιπτώσεις ορνίθων υπολογίζονται από την εξίσωση: 0,020 (20 t ) (41) * tot tot tot a * * * Η διαφορά υπολογίζει τα διορθωμένα λανθάνοντα ζωικά φορτία (W) σε επίπεδο tot s * χώρου στέγασης για κάθε ένα ζώο. Πολλαπλασιάζοντας τα με τον αριθμό των l στεγαζόμενων ζώων και με 3600 (1 h=3600 s), και διαιρώντας με τη λανθάνουσα θερμότητα l εξάτμισης του νερού h ( ,42 t ) 10 3 vap a (J kg -1 ) βρίσκουμε την παράμετρο Mw της εξίσωσης (54 ). 30

31 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ ΣΤΕΓΑΣΗΣ ΤΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ Η συνεχής παροχή καθαρού αέρα στα κλειστά κτήρια στέγασης των αγροτικών ζώων είναι απαραίτητη για τη δημιουργία υγιεινού και άνετου μικροπεριβάλλοντος, όχι μόνο για τα ίδια τα ζώα, αλλά και για τους εργαζόμενους σε αυτά. Ο μηχανικός αερισμός αποτελεί τον έναν από του δύο (ο άλλος είναι ο φυσικός αερισμός) τρόπους ελέγχου του τεχνητού περιβάλλοντος στα βιομηχανικού τύπου σύγχρονα κτήρια στέγασης των αγροτικών ζώων. Με τη χρήση του επιδιώκεται ο έλεγχος: (1) της θερμοκρασίας, (2) της σχετικής υγρασίας και (3) των επιβλαβών αερίων & της σκόνης του αέρα που περιβάλλει τα αγροτικά ζώα. Ο μηχανικός αερισμός βασίζεται στη σταθερή διαφορά πίεσης, που επιτυγχάνεται με τη λειτουργία ανεμιστήρων, μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού χώρου. Με το σύστημα αυτό ανανέωσης του αέρα επιτυγχάνεται συνεχής έλεγχος της λειτουργίας του και προσαρμογή του στις εκάστοτε διαφοροποιούμενες συνθήκες του εξωτερικού αέρα. Ακόμα, παρέχεται η ευχέρεια αυτοματοποίησης της λειτουργίας του αν οι ανεμιστήρες συνδεθούν με χρονοδιακόπτη, θερμοστάτη και/ή υγρόμετρο. Από έρευνα (Owen, 1982) που έγινε για νεαρά χοιρίδια στεγασμένα κάτω από πραγματικές συνθήκες στη διάρκεια του χειμώνα, προέκυψε ότι σε ορισμένες περιπτώσεις είναι πιο σημαντικός ο έλεγχος της συγκέντρωσης του CO2 από τον έλεγχο της σχετικής υγρασίας του αέρα στο εσωτερικό του κτηρίου στέγασης. Πρόσφατα (EuroTier 2004, 2004) παρουσιάστηκε ένας αισθητήρας μέτρησης της συγκέντρωσης του CO2 μέσω του οποίου ελέγχονταν ο αερισμός του χειμώνα και με το οποίο επιτεύχθηκε οικονομία στην απαιτούμενη πρόσθετη θερμότητα της τάξης του 20 30% σε θαλάμους στέγασης νεαρών χοιριδίων βάρους 7 έως 35 kg. Από άλλες μελέτες (Panagakis et al., 1989; Panagakis et al., 1991; Axaopoulos et al., 1992; Panagakis και Axaopoulos, 2004) προέκυψε ότι η θερμική καταπόνηση των ζώων δεν μπορεί να αποφευχθεί με το σύστημα του μηχανικού αερισμού, όταν η θερμοκρασία του εισερχόμενου αέρα είναι υψηλότερη της μέγιστης ανεκτής (ανώτερης κρίσιμης) από τα ζώα. Κρίνεται λοιπόν σκόπιμο το σύστημα μηχανικού αερισμού να συμπληρώνεται, ανάλογα με

32 τις συνθήκες (π.χ. διάρκεια και ένταση θερμικής καταπόνησης των ζώων, οικονομική επιβάρυνση σε σχέση με το μέγεθος της μονάδας, κ.τ.λ.), με ένα από τα διάφορα συστήματα δροσισμού. Με την εφαρμογή του συστήματος μηχανικού αερισμού στα κτήρια στέγασης των αγροτικών ζώων επιδιώκονται τα παρακάτω: - Δημιουργία επιθυμητού τεχνητού περιβάλλοντος στο επίπεδο των ζώων και ιδιαίτερα των νεαρών. - Επίτευξη ομοιόμορφης κατανομής της θερμοκρασίας, της σχετικής υγρασίας και της συγκέντρωσης των επιβλαβών αερίων (π.χ. CO2, NH3, κ.τ.λ.) μέσα στο χώρο στέγασης με την ελάχιστη δυνατή κατακόρυφη και οριζόντια θερμοκρασιακή στρωμάτωση. - Διατήρηση στεγνών δαπέδων (π.χ. σκυρόδεμα, στρωμνή, κ.τ.λ.). - Ελαχιστοποίηση των απότομων μεταβολών και διακυμάνσεων της θερμοκρασίας μέσα στο χώρο στέγασης. - Προστασία από ρεύματα κρύου εισερχόμενου αέρα. Ο μηχανικός αερισμός διακρίνεται σε αερισμό χειμώνα, αερισμό καλοκαιριού και ενδιάμεσο αερισμό. Ο αερισμός χειμώνα είναι ο ελάχιστος και λειτουργεί συνεχώς, κατά κανόνα κάτω από τα αποχετευτικά κανάλια. Απομακρύνει από το χώρο στέγασης των ζώων την περίσσεια υδρατμών καθώς επίσης τα διάφορα επιβλαβή αέρια και τις οσμές, που παράγονται από τη διάσπαση των αποβλήτων. Ο ελάχιστος αερισμός επιτυγχάνεται με ένα από τα δύο παρακάτω βασικά συστήματα: α. Με τη βοήθεια ενός αεραγωγού, που τοποθετείται κατά μήκος του καναλιού συλλογής των αποβλήτων και φέρει μικρές οπές, οι οποίες εξάγουν τον αέρα από το κανάλι. β. Με τη βοήθεια ενός προσαρτημένου θαλαμίσκου στον τοίχο του κτηρίου, στο τέλος του καναλιού, ο οποίος έχει ανεμιστήρα που απομακρύνει τον αέρα από το κανάλι. Και στις δύο περιπτώσεις όταν οι ανεμιστήρες τοποθετούνται κάτω από το εσχαρωτό δάπεδο, θα πρέπει η στάθμη των υγρών στα κανάλια να βρίσκεται cm κάτω από αυτό. O ανεμιστήρας, που βρίσκεται στην άκρη του αεραγωγού με τις οπές θα πρέπει να απέχει τουλάχιστον 1,5 m από την πλησιέστερη οπή. Σε κτήρια με μεγάλα μήκη τοποθετούνται δύο ανεμιστήρες, ένας σε κάθε άκρο του αεραγωγού και, αν κριθεί αναγκαίο, ένας ακόμα στο 32

33 μέσο του μήκους του καναλιού, ώστε να γίνεται καλύτερη απαγωγή του αέρα προς την έξοδο και ελάττωση της απαιτούμενης διατομής του αεραγωγού. Οι ανεμιστήρες ελάχιστου αερισμού χειμώνα είναι μίας ή το πολύ δύο ταχυτήτων. Στη δεύτερη περίπτωση θα πρέπει η μικρή ταχύτητα να είναι τουλάχιστον το 40% της μεγαλύτερης, να έχει την απαιτούμενη αντοχή στη διάβρωση και να λειτουργεί σε συνθήκες στατικής πίεσης τουλάχιστον 50 Pa (5mm H2O). Ο αερισμός καλοκαιριού είναι ο μέγιστος και υπολογίζεται έτσι ώστε να διατηρεί την εσωτερική θερμοκρασία 1-3 C πάνω από την εξωτερική. Εξαιτίας της ήδη υψηλής θερμοκρασίας του εισερχόμενου αέρα κατά το καλοκαίρι τα περιθώρια ελάττωσης της εσωτερικής θερμοκρασίας είναι πολύ μικρά και ως εκ τούτου ο αερισμός καλοκαιριού θα πρέπει, πέραν ενός ορίου εξωτερικών θερμοκρασιών (π.χ. για θερμοκρασίες εξωτερικού αέρα πάνω από τη μέγιστη ανεκτή από τα ζώα), να συνδυάζεται με πρόσθετα μέτρα ελάττωσης της θερμοκρασίας, όπως είναι η διαβροχή του δαπέδου και των τοίχων, η αναγκαστική διέλευση του εισερχόμενου αέρα μέσα από συνεχώς διαβρεχόμενες παρειές, ο ψεκασμός νερού σε μορφή λεπτών σταγονιδίων μέσα στο χώρο των ζώων ή απευθείας πάνω στα ζώα, κ.τ.λ. Η μεγάλη απόκλιση, που παρατηρείται μεταξύ της ελάχιστης παροχής του αερισμού χειμώνα και της μέγιστης παροχής του αερισμού καλοκαιριού, της τάξης 1:5 έως 1:10 περίπου, επηρεάζει καθοριστικά την επιλογή των ανεμιστήρων, γιατί η μετάβαση από τον ελάχιστο στο μέγιστο αερισμό πρέπει να γίνεται βαθμιαία, ανάλογα με το ρυθμό αύξησης της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα. Το σύνολο των ενδιάμεσων αυτών κλιμακωτών παροχών αερισμού από την ελάχιστη στη μέγιστη τιμή συνιστά τον ενδιάμεσο αερισμό. Ο ενδιάμεσος αερισμός παρέχει την απαραίτητη πρόσθετη ποσότητα αέρα για διατήρηση της επιθυμητής θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας μέσα στο χώρο των ζώων, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα. Ο ενδιάμεσος αερισμός λειτουργεί εποχιακά και περιλαμβάνει 2-4 παροχές αέρα, κατανεμημένες κατά το δυνατό ισομερώς, μεταξύ των παροχών ελάχιστου και μέγιστου αερισμού. Οι παροχές αυτές επιτυγχάνονται στην πράξη με πρόβλεψη κλιμακωτών παροχών (ταχυτήτων) στους ανεμιστήρες μέγιστου αερισμού ή με πρόβλεψη πρόσθετων ανεξάρτητων ανεμιστήρων, συμμετρικά εγκατεστημένων στα πλευρικά 33

34 τοιχώματα του κτηρίου, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται ομοιόμορφη κατανομή του εισερχόμενου αέρα στο χώρο στέγασης των ζώων. Στις περιπτώσεις τοποθέτησης ανεμιστήρων κάτω από τα εσχαρωτά δάπεδα, όπως συνιστάται για την απομάκρυνση των επιβλαβών και δύσοσμων αερίων, επιλέγεται να καλύπτεται η ελάχιστη παροχή χειμώνα και το πολύ η πρώτη παροχή του ενδιάμεσου αερισμού, λόγω του κινδύνου κρυολογήματος των ζώων σε περίπτωση χρήσης μεγάλων παροχών και ταχυτήτων αέρα. Οι υπόλοιπες παροχές ενδιάμεσου αερισμού, καθώς και η μέγιστη παροχή θέρους καλύπτονται από άλλον ανεμιστήρα τοποθετημένο στα τοιχώματα του κτηρίου. Χαρακτηριστικό των ανεμιστήρων αυτών είναι η δυνατότητα συνεχούς μεταβολής της παροχής αερισμού από την ελάχιστη στη μέγιστη. Σε όλες τις περιπτώσεις θα πρέπει να λειτουργούν με την ενδεικνυόμενη στατική πίεση ανεξάρτητα επιπέδου παροχής. Σε αντίθετη περίπτωση παρουσιάζουν μη ικανοποιητική λειτουργία για παροχές μικρότερες της μέγιστης. Η πρόβλεψη πολλών ανεξάρτητων ανεμιστήρων μίας ταχύτητας συνεπάγεται την κατανομή των παροχών ελάχιστου, μέγιστου και ενδιάμεσου αερισμού σε μεμονωμένους ανεμιστήρες διάφορου μεγέθους, οι οποίοι αθροιστικά δίνουν τη μέγιστη κάθε φορά προβλεπόμενη παροχή λειτουργίας. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ Ανάλογα με τη θέση, τη διάταξη και τον τρόπο λειτουργίας των ανεμιστήρων και των ανοιγμάτων εισόδου ή εξόδου του αέρα διακρίνονται τρεις κατηγορίες συστημάτων μηχανικού αερισμού 3(11) : Με υπερπίεση (θετικής πίεσης) Με υποπίεση (αρνητικής πίεσης) Με εξισορρόπηση της πίεσης Σύστημα μηχανικού αερισμού με υπερπίεση (θετική πίεση) Κατά τη λειτουργία του συστήματος αυτού οι ανεμιστήρες εισάγουν βίαια τον εξωτερικό αέρα μέσα στο κτήριο, όπου και διαχέεται. Ο εσωτερικός αέρας εξέρχεται μέσα από (11) Συστήματα μηχανικού αερισμού παρουσιάζονται στο Παράρτημα 1. 34

35 ανοίγματα που βρίσκονται στις πλευρές ή και τη στέγη, εξαιτίας της δημιουργούμενης θετικής πίεσης (υπερπίεσης). Τα κύρια πλεονεκτήματα του συστήματος είναι: - Καλύτερος έλεγχος και κατανομή του εισαγόμενου αέρα μέσα στο χώρο στέγασης των ζώων - Μεγαλύτερη ανεξαρτησία από τις εξωτερικές συνθήκες και κυρίως από τη φορά των ανέμων. - Δυνατότητα επεμβάσεων στον εισερχόμενο αέρα (π.χ. θέρμανση, τοποθέτηση φίλτρου, αφύγρανση ή ύγρανση, κ.τ.λ.). - Ευκολία επανακυκλοφορίας του εσωτερικού αέρα. Εικόνα 3. Σύστημα μηχανικού αερισμού με θετική πίεση Σύστημα μηχανικού αερισμού με υποπίεση (αρνητική πίεση) Κατά τη λειτουργία του συστήματος αυτού οι ανεμιστήρες εξάγουν βίαια τον εσωτερικό αέρα από το χώρο στέγασης των ζώων και προκαλούν την είσοδο αντίστοιχης ποσότητας εξωτερικού αέρα από ανοίγματα που βρίσκονται στις πλευρές ή και στη στέγη, λόγω της δημιουργούμενης αρνητικής πίεσης (υποπίεσης). Τα κύρια πλεονεκτήματα του συστήματος είναι: - Η μικρή ταχύτητα του αέρα στον αεριζόμενο χώρο. 35

36 - Η προθέρμανση του εισερχόμενου κρύου αέρα κατά τον χειμώνα, ιδιαίτερα αν η είσοδός του γίνεται από ανοίγματα κοντά ή πάνω στην οροφή, πριν έρθει σε επαφή με τα ζώα. - Η απομάκρυνση των επιβλαβών αερίων και υγρασίας, χωρίς να έρθουν σε επαφή με τα ζώα, αν η έξοδος του αέρα γίνεται κοντά στο δάπεδο πάνω από τα αποχετευτικά κανάλια ή κάτω από τα εσχαρωτά δάπεδα. - Το μικρότερο κόστος τοποθέτησης. Εικόνα 4. Σύστημα μηχανικού αερισμού με αρνητική πίεση Σύστημα μηχανικού αερισμού με εξισορρόπηση της πίεσης Με το σύστημα αυτό η πίεση του αέρα μέσα στο κτήριο στέγασης των αγροτικών ζώων διατηρείται περίπου ίση με την ατμοσφαιρική. Παραλλαγές που έχουν δοκιμαστεί στην πράξη: α. Είσοδος και έξοδος του αέρα από τη στέγη. Στην παραλλαγή αυτή η είσοδος και η έξοδος μπορεί να γίνει με χρήση ενός ή δύο ανεμιστήρων οροφής. Με τη χρήση δύο ανεμιστήρων είναι δυνατή η επανακυκλοφορία του εσωτερικού αέρα. β. Είσοδος του αέρα με χρήση ανεμιστήρα τοποθετημένου στη στενή πλευρά του κτηρίου, διανομή του αέρα κατά μήκος του κτηρίου με διάτρητο αγωγό και έξοδός του στο τέλος του κτηρίου πάλι με χρήση ανεμιστήρα. Με την παραλλαγή αυτή είναι δυνατή η επανακυκλοφορία του εσωτερικού αέρα. Στα περισσότερα κτήρια στέγασης αγροτικών ζώων έχει επικρατήσει σήμερα το σύστημα μηχανικού αερισμού με υποπίεση, παρά το γεγονός ότι ευνοείται η ανεξέλεγκτη είσοδος 36

37 εξωτερικού αέρα σε περιπτώσεις κατασκευαστικών ατελειών (π.χ. ρωγμές, κ.τ.λ.) του κτηρίου. Το κύριο πλεονέκτημα του συστήματος παραμένει η ευκολία εισαγωγής και ομοιόμορφης κατανομής του εξωτερικού αέρα μέσα στο κτήριο από συνεχή πλευρικά ανοίγματα στα τοιχώματα και στην οροφή. Αντίθετα, το σύστημα μηχανικού αερισμού υπερπίεσης και το σύστημα μηχανικού αερισμού ουδέτερης πίεσης προϋποθέτουν την πρόβλεψη αεραγωγών με οπές ή ανοίγματα, για την ομοιόμορφη κατανομή του εισερχόμενου αέρα, τα οποία αυξάνουν την πολυπλοκότητα και το κόστος της εγκατάστασης. Εικόνα 5. Σύστημα μηχανικού αερισμού με εξισορρόπηση της πίεσης ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ Ένα πλήρες σύστημα μηχανικού αερισμού αποτελείται από: Ανεμιστήρες, μίας ή πολλών παροχών (ταχυτήτων), συνδεδεμένους με θερμοστάτες, οι οποίοι συγκρίνουν την εσωτερική θερμοκρασία με το όριο λειτουργίας τους (set-point) και αυτόματα ρυθμίζουν την απαιτούμενη παροχή αερισμού. Συστήματα ελέγχου του αερισμού (ηλεκτρονικοί πίνακες), που αντλούν συνεχώς πληροφορίες από ευαίσθητα θερμόμετρα και υγρόμετρα τοποθετημένα στον εξωτερικό και στον εσωτερικό χώρο. 37

38 Από τη σύγκριση των στοιχείων αυτών προκύπτουν δεδομένα, με βάση τα οποία δίνονται εντολές στους ανεμιστήρες, στα ανοίγματα εισόδου του αέρα και στα συστήματα θέρμανσης. Ανοίγματα εισόδου και εξόδου του αέρα Η ποσότητα του αέρα που εισέρχεται σε ένα κτήριο στέγασης αγροτικών ζώων με ένα σύστημα μηχανικού αερισμού καθορίζεται πρωταρχικά από τους ανεμιστήρες, ενώ η ομοιομορφία της κατανομής του εισερχόμενου αέρα εξαρτάται από τη θέση, τη σχεδίαση και τη ρύθμιση της λειτουργίας των ανοιγμάτων εισόδου. Στα συστήματα μηχανικού αερισμού με υπερπίεση ο εισερχόμενος αέρας κατανέμεται στο χώρο με δύο τρόπους: α. Με τοποθέτηση διαφράγματος μπροστά από τον ανεμιστήρα. β. Με αεραγωγό, ο οποίος έχει οπές σε όλο του το μήκος. Για κτήρια μικρών διαστάσεων χρησιμοποιείται το διάφραγμα, ενώ για μεγάλα κτήρια ο αεραγωγός με οπές. Ο αριθμός των οπών υπολογίζεται με βάση την υψηλότερη παροχή αέρα. Για τις μικρότερες παροχές προβλέπεται το κλείσιμο ορισμένων οπών. Στα συστήματα μηχανικού αερισμού με υποπίεση οι ανεμιστήρες απορροφούν αέρα από το εσωτερικό του κτηρίου δημιουργώντας αρνητική πίεση. Η διαφορά πίεσης μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού χώρου, αναγκάζει το φρέσκο αέρα να εισχωρήσει στο κτήριο μέσα από τα ανοίγματα εισόδου. Αν τα ανοίγματα εισόδου έχουν την απαιτούμενη διατομή και βρίσκονται στην κατάλληλη θέση, ο φρέσκος αέρας κατανέμεται ομοιόμορφα μέσα στο χώρο. Στα συστήματα ουδέτερης πίεσης με την τοποθέτηση διαφράγματος αυτόματης λειτουργίας στον αεραγωγό εισόδου του αέρα, επιτρέπεται να εισχωρεί η απαιτούμενη ποσότητα. Οι ανεμιστήρες εξόδου αέρα λειτουργούν μόνο όταν το διάφραγμα είναι ανοικτό, ενώ όταν είναι κλειστό, ο ανεμιστήρας του αεραγωγού επανακυκλοφορεί τον εσωτερικό αέρα του κτηρίου. Το σύστημα αυτό του αερισμού, συνήθως παρέχει ομοιόμορφη κατανομή του αέρα. Δημιουργούνται όμως προβλήματα, τα οποία οφείλονται στην επανακυκλοφορία του αέρα, όπως είναι η συγκέντρωση σκόνης στον αεραγωγό, η μετάδοση βακτηρίων και ασθενειών από το ένα ζώο στο άλλο και το πάγωμα του διαφράγματος σε πολύ κρύο καιρό. Το πρόβλημα της σκόνης μπορεί να αντιμετωπιστεί μόνο με περιοδικό καθάρισμα του 38

39 αεραγωγού. Το πάγωμα του διαφράγματος συμβαίνει όταν στο κτήριο δεν παρέχεται συμπληρωματική θέρμανση. Σε μια τέτοια περίπτωση θα πρέπει να προβλέπεται η θέρμανση του διαφράγματος. Για την επίτευξη ομοιόμορφης κατανομής του αέρα με ένα σύστημα μηχανικού αερισμού (υποπίεσης ή υπερπίεσης) τα ανοίγματα εισόδου και εξόδου του αέρα δε θα πρέπει να απέχουν μεταξύ τους περισσότερο από 22,5 m. Η συνολική επιφάνεια των ανοιγμάτων εισόδου του αέρα θα πρέπει να είναι ανάλογη της συνολικής παροχής του αερισμού. Ως πρακτικός κανόνας για τον υπολογισμό των ανοιγμάτων εισόδου αναφέρεται το 1 m 2 για κάθε m 3 h -1 παροχής αέρα. Τα ανοίγματα εισόδου του αέρα κατασκευάζονται εξαρχής μεγαλύτερα σε σχέση με την παροχή αερισμού και τη στατική πίεση λειτουργίας των ανεμιστήρων γιατί με τη συνεχή λειτουργία τους γεμίζουν με σκόνη, η οποία περιορίζει τελικά το μέγεθός τους. Έτσι μπορεί να υπερφορτιστεί ο ανεμιστήρας εάν τα ανοίγματα εισόδου του αέρα δεν είναι από την αρχή σχεδιασμένα μεγάλα. Ο σωστός σχεδιασμός και η κατάλληλη τοποθέτηση των ανοιγμάτων εισόδου μειώνει την πιθανότητα συμπύκνωσης υδρατμών στις γωνίες του κτηρίου. Ένα από τα αποτελεσματικότερα ανοίγματα εισόδου είναι το συνεχές με ρυθμιζόμενο διάφραγμα, το οποίο δημιουργεί ομοιόμορφη κατανομή του αέρα στο εσωτερικό του χώρου στέγασης και δεν προκαλεί περιοχές ακίνητου αέρα ή ρευμάτων. Οι πόρτες και τα παράθυρα του κτηρίου θα πρέπει να είναι κλειστά, ιδιαίτερα σε περιόδους χρήσης χαμηλών παροχών, για τη σωστή λειτουργία των ανοιγμάτων. Για κτήρια πλάτους μέχρι 10,5 m το συνεχές άνοιγμα εισόδου τοποθετείται κατά μήκος της μίας πλευράς της στέγης. Για πλατύτερα κτήρια προστίθεται μία ακόμη σειρά ανοιγμάτων στην άλλη πλευρά της στέγης. Ανοίγματα εισόδου, τα οποία απέχουν λιγότερο από 2,5 m από τους ανεμιστήρες θα πρέπει να αποφεύγονται γιατί δημιουργείται πρόβλημα επανακυκλοφορίας ( βραχυκύκλωμα ) του εισερχόμενου στο χώρο αέρα. Οι διαστάσεις των ανοιγμάτων εισόδου του αέρα πρέπει να είναι τέτοιες ώστε να διατηρείται μία μέση ταχύτητα εισόδου του αέρα από 3 έως 6 m s -1. Έτσι εξασφαλίζεται η καλή ανάμειξη του ζεστού εσωτερικού με τον κρύο εξωτερικό αέρα. Αν η ταχύτητα του αέρα είναι μικρότερη, τότε ο κρύος αέρας πέφτει απότομα πάνω στα ζώα και μπορεί να τους 39

40 προκαλέσει κρυολογήματα. Αντίθετα, αν είναι μεγαλύτερη, η υψηλή στατική πίεση μειώνει την αποτελεσματικότητα των ανεμιστήρων. Τα ανοίγματα εισόδου του αέρα είναι σημαντικό στοιχείο για την επίτευξη αποτελεσματικού αερισμού. Η ενεργή επιφάνειά τους πρέπει να ακολουθεί τη μεταβολή της παροχής αερισμού. Αυτό επιτυγχάνεται με ρυθμιζόμενο διάφραγμα, χειροκίνητα ή αυτόματα μέσω σύνδεσής τους με μανόμετρο. Το τελευταίο υπολογίζει κάθε στιγμή τη στατική πίεση, η οποία με τη σειρά της εκφράζει την αντίσταση που πρέπει να υπερνικήσουν οι ανεμιστήρες, ώστε να μετακινήσουν τον αέρα μέσα από το κτήριο. Επιλογή των ανεμιστήρων Η επιλογή ενός ανεμιστήρα πρέπει να στηρίζεται στον προσεκτικό συνδυασμό των παρακάτω χαρακτηριστικών: (1) τύπος, (2) παροχή σε συνδυασμό με τη στατική πίεση λειτουργίας, (3) επίπεδο θορύβου και (4) βαθμός απόδοσης. Όσον αφορά στον τύπο, υπάρχουν οι φυγοκεντρικού και οι αξονικού τύπου ανεμιστήρες. Οι φυγοκεντρικοί ανεμιστήρες είναι λιγότερο θορυβώδεις και αντιμετωπίζουν πιο εύκολα υψηλότερες τιμές στατικής πίεσης συγκριτικά με τους αξονικούς. Για το λόγο αυτό είναι πιο κατάλληλοι για τον αερισμό των καναλιών αποχέτευσης κάτω από εσχαρωτά δάπεδα. Παρόλα αυτά, οι αξονικού τύπου ανεμιστήρες χρησιμοποιούνται περισσότερο στην πράξη, λόγω χαμηλότερου κόστους και καλύτερης λειτουργίας τους σε μη καθαρό αέρα (π.χ. αέρα με υπολείμματα φτερών, τροφής, κ.τ.λ.). Όσον αφορά στην παροχή και στη στατική πίεση η επιλογή γίνεται με βάση τα στοιχεία του κατασκευαστή για την προβλεπόμενη παροχή. Λαμβάνοντας υπόψη την πτώση της στατικής πίεσης, εξαιτίας της διέλευσης του αέρα μέσα από τα ανοίγματα εισόδου και πάνω από τα ζώα, οι παροχές επιλέγονται για στατική πίεση τουλάχιστο 30 Pa (3 mm H2O) για τους ανεμιστήρες στα πλευρικά τοιχώματα του κτηρίου και τουλάχιστο 50 Pa (5 mm H2O) για τους ανεμιστήρες κάτω από τα εσχαρωτά δάπεδα και πάνω από τα αποχετευτικά κανάλια. Οι ανεμιστήρες πολλαπλών ταχυτήτων λειτουργούν συνήθως με μικρότερη στατική πίεση στις χαμηλές ταχύτητες σε σχέση με τη μέγιστη παροχή τους και έτσι δεν μπορούν να αντιμετωπίσουν ικανοποιητικά τις πτώσεις στατικής πίεσης, οι οποίες εμφανίζονται, λόγω των διαφόρων εμποδίων στη ροή του αέρα. Για το λόγο αυτό θα πρέπει οι ανεμιστήρες πολλαπλών ταχυτήτων να ελέγχονται ως προς την στατική τους πίεση και το βαθμό 40

41 απόδοσης, για όλο το εύρος των επιθυμητών παροχών (ταχυτήτων) λειτουργίας τους. Ο έλεγχος συνίσταται στην επιλογή της κατάλληλης τάσης λειτουργίας σε κάθε επί μέρους παροχή με βάση το διάγραμμα πίεσης-παροχής του κατασκευαστή. Τα αυξημένα επίπεδα θορύβου σημαίνουν σπατάλη ενέργειας και μικρότερο βαθμό απόδοσης του ανεμιστήρα. Ο βαθμός απόδοσης εκφράζεται ως m 3 W -1 h -1. Όσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός απόδοσης, τόσο φτηνότερη είναι η λειτουργία του ανεμιστήρα και ως εκ τούτου η απόσβεσή του. Εξαιτίας του έντονα διαβρωτικού περιβάλλοντος, που επικρατεί μέσα στα κτηνοτροφικά κτήρια θα πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικά κατασκευασμένοι ανεμιστήρες, ανθεκτικοί στη διάβρωση και εφοδιασμένοι με γειωμένο διακόπτη για προστασία τους σε περίπτωση υπερφόρτωσης, ειδικά όταν το σύστημα του αερισμού ρυθμίζεται αυτόματα. Επίσης πρέπει να τοποθετούνται σε ανεξάρτητα ηλεκτρικά κυκλώματα, έτσι ώστε αν γίνει υπερφόρτωση του ενός, να μη σταματήσουν όλοι οι ανεμιστήρες του συστήματος. Ακόμα, θα πρέπει να είναι τελείως κλειστοί και στεγανοί για προστασία τους από τη σκόνη και για να μπορούν να λειτουργούν συνεχώς. Τέλος, οι ανεμιστήρες υποπίεσης είναι γενικά ευπαθείς στις πιέσεις, που ασκούνται από τον προσπίπτοντα σε αυτούς άνεμο, με αποτέλεσμα την ελάττωση της απόδοσής τους. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να τοποθετούνται στην υπήνεμη πλευρά του κτηρίου ή σε αντίθετη περίπτωση να προστατεύονται από κατάλληλα καλύμματα (Εικόνα 6). Όπως έχει ήδη αναφερθεί η απαιτούμενη παροχή αερισμού θα πρέπει να αλλάζει ανάλογα με τη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα, αφού ουσιαστικά επηρεάζει τη θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα που περιβάλλει τα αγροτικά ζώα. Για το λόγο αυτό οι ανεμιστήρες πρέπει να ανταποκρίνονται στις αλλαγές αυτές. Αυτό επιτυγχάνεται στην πράξη με την τοποθέτηση στο εσωτερικό των κτηρίων, θερμοστατών οι οποίοι ελέγχουν τη λειτουργία των ανεμιστήρων και επιτρέπουν τη σταδιακή αύξηση της παροχής αερισμού με την άνοδο της θερμοκρασίας. Οι θερμοστάτες πρέπει να τοποθετούνται στο κέντρο του κτηρίου, μακριά από τους κρύους τοίχους, τον ήλιο και τα ανοίγματα εισόδου και εξόδου του αέρα, αλλά κοντά στα ζώα, χωρίς βέβαια αυτά να μπορούν να τους καταστρέψουν. Για τον έλεγχο της απόδοσης του μηχανικού αερισμού μπορούν να προβλεφθούν θερμόμετρα μεγίστουελαχίστου σε κάθε θάλαμο για την παρακολούθηση της διακύμανσης της θερμοκρασίας του αέρα γύρω από τα ζώα και τη διαπίστωση του αν και πότε ξεπερνιόνται τα επιθυμητά-ανεκτά 41

42 όρια θερμοκρασίας για τα ζώα. Το ίδιο θα μπορούσε να γίνει με την τοποθέτηση απλών υγρομέτρων, τα οποία όμως είναι πολύ ευπαθή στη σκόνη, δίνοντας αναξιόπιστες μετρήσεις. Εικόνα 6. Προστατευτικό κάλυμμα ανεμιστήρων υποπίεσης ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΠΑΡΟΧΩΝ ΤΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ Ισοζύγιο αισθητής θερμότητας Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας και της μάζας, κάτω από σταθερές συνθήκες, εάν ένα χιλιόγραμμο μάζας αέρα ή νερού σε μορφή υδρατμών μπει σε έναν κλειστό χώρο η ίδια ποσότητα αέρα ή νερού θα βγει από αυτόν. Για τον έλεγχο της διακίνησης της αισθητής θερμότητας χρησιμοποιείται παρακάτω η αρχή της διατήρησης της ενέργειας, ενώ για τη διακίνηση της λανθάνουσας θερμότητας ή της μάζας των διακινουμένων υδρατμών και των άλλων αέριων ρύπων η αρχή της διατήρησης της μάζας σε κατάσταση ισορροπίας. Αν θεωρηθεί ότι ο κλειστός χώρος είναι ο χώρος στέγασης των αγροτικών ζώων, τότε η ισορροπία της αισθητής θερμότητας, σύμφωνα με το νόμο διατήρησης της ενέργειας μπορεί να περιγραφεί με τη σχέση: 42

43 q q q q q q 0 (42) vo s e b f vi όπου: qvo = αισθητή θερμότητα που περιέχεται στον εισερχόμενο αέρα (W) qs = αισθητά φορτία θερμότητας που παράγονται από τα αγροτικά ζώα σε επίπεδο χώρου στέγασης (W) qe = αισθητή θερμότητα που παράγεται από το μηχανολογικό εξοπλισμό (π.χ. κινητήρες των ανεμιστήρων, φώτα, κ.τ.λ.) (W) qb = αισθητή θερμότητα που ανταλλάσσεται (απομακρύνεται ή εισέρχεται) μέσα από το κέλυφος (π.χ. τοιχώματα, στέγη, παράθυρα, πόρτες, κ.τ.λ.) του κτηρίου (W) qf = αισθητή θερμότητα που απομακρύνεται από το δάπεδο προς το έδαφος ή το κανάλι αποχέτευσης (W) qvi = αισθητή θερμότητα που περιέχεται στον εξερχόμενο αέρα (W) H παραπάνω σχέση μπορεί να γραφτεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε στο πρώτο σκέλος της να εμφανίζεται τα κέρδη και στο δεύτερο οι απώλειες αισθητής θερμότητας: q q q q q q vo s e (43) f b vi Ορισμένοι όροι της σχέσης (43) μπορούν πρακτικά να απαλειφθούν, όπως: (α) η αισθητή θερμότητα (qe) που παράγεται από το μηχανολογικό εξοπλισμό (εκτός από την περίπτωση εκτροφής ορνίθων αβγοπαραγωγής σε συνθήκες πλήρως ελεγχόμενου περιβάλλοντος, στο οποίο τα θερμικά φορτία είναι σημαντικά), (β) Η αισθητή θερμότητα (qf) που απομακρύνεται από το δάπεδο προς το έδαφος στην περίπτωση ύπαρξης αποχετευτικών καναλιών. Σύμφωνα με τα παραπάνω, η σχέση (43) μετασχηματίζεται ως εξής : q vi q q q q (44) vo s b f όπου: qvi-qvo = η απομακρυνόμενη με το μηχανικό αερισμό περίσσεια αισθητής θερμότητας από το κτήριο Αισθητές απώλειες ζωικής θερμότητας σε επίπεδο κτηνοτροφικού κτηρίου (qs): * Αντιστοιχούν στα του Κεφαλαίου ΙΙ. s Ανταλλαγές θερμότητας δια μέσου του κελύφους (qb): Η θερμότητα, η οποία ανταλλάσσεται δια μέσου του κελύφους του κτηρίου υπολογίζεται από τη σχέση: q b n A j 1 j U j (t a t o ) όπου: n = αριθμός των διαφορετικών δομικών στοιχείων (εκτός του δαπέδου) δια μέσου των οποίων ανταλλάσσεται θερμότητα με το εξωτερικό περιβάλλον Αj = επιφάνεια του n-ιοστού δομικού στοιχείου (m 2 ) Uj = συντελεστής θερμοπερατότητας (12) του n-ιοστού δομικού στοιχείου (W m -2 C -1 ) to = θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα ( C) Στην περίπτωση που κάποιο δομικό στοιχείο δέχεται την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας (όπως συνήθως συμβαίνει στη χώρα μας), η θερμοκρασία του εξωτερικού (45) (12) Στοιχεία που αφορούν στον υπολογισμό του συντελεστή θερμοπερατότητας υπάρχουν στο Παράρτημα 2. 43

44 αέρα (to) αντικαθίσταται από τη θερμοκρασία ηλίου-αέρα (tsa). Συνήθως υπάρχει θερμικό κέρδος επειδή tsa > ta. Θερμοκρασία ηλίου-αέρα (tsa): Η αρχική εξίσωση υπολογισμού της ήταν: t s ai R to (46) h h o o όπου: a = απορροφητικότητα της επιφάνειας στην οποία προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία, ε = εκπεμπτικότητα της επιφάνειας στην οποία προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία, Ι (13) = προσπίπτουσα στην επιφάνεια ολική ηλιακή ακτινοβολία (W m -2 ) ΔR (14) = διαφορά ανάμεσα στη θερμική ακτινοβολία που προσπίπτει στην επιφάνεια και στη θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται από την ίδια (W m -2 ) hο (15) = συντελεστής μετάδοσης της θερμότητας με μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία και συναγωγή της εξωτερικής πλευράς της επιφάνειας, στην οποία προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία (W m -2 K -1 ) Η εξίσωση (46) δεν μπορεί να υπολογίσει τη θερμοκρασία ηλίου-αέρα για όλες τις κλίσεις των επιφανειών (βλ. υποσημείωση 13) και επίσης δε λαμβάνει υπόψη της την πιθανή συννεφιά. Για τους λόγους αυτούς η εξίσωση η οποία προτείνεται (Albright, 1990) είναι: t s [ai 6 (10 )] to (47) h o όπου: φ = κλίση της επιφάνειας (0 η γωνία για την οριζόντια θέση και 90 η γωνία για την κατακόρυφη θέση) Ω = συντελεστής συννεφιάς (0 η τιμή του για καθαρό ουρανό, και 10 η τιμή του για ολικά συννεφιασμένο ουρανό) Απώλειες προς το έδαφος (qf): Oι απώλειες αισθητής θερμότητας προς το έδαφος, μέσω του δαπέδου του κτηρίου δεν είναι πάντα αμελητέες. H θερμότητα που χάνεται προς το έδαφος μπορεί να προσδιοριστεί με τη σχέση: q f FP(t t ) (48) o όπου : F = P = εμπειρικός συντελεστής απωλειών θερμότητας από την εξωτερική περίμετρο του δαπέδου του κτηρίου, που προσδιορίζεται πειραματικά (W m -1 C 1 ) εξωτερική περίμετρος του δαπέδου (m) (13) Τιμές για την παράμετρο I υπάρχουν στο Παράρτημα 3. (14) Η παράμετρος ΔR παίρνει την τιμή 0 W m -2 για τις κατακόρυφες επιφάνειες και την τιμή 63 W m -2 για τις οριζόντιες. (15) Σύμφωνα με τους Albright και Timmons (1978) ο συντελεστής υπολογίζεται από την παρακάτω αλληλουχία εξισώσεων: 0,605 h o 2,38Y Y 0,3 0,05W στις υπήνεμες πλευρές, Y 0,25W στην προσήνεμη πλευρά για W>2 Y 0,50 στην προσήνεμη πλευρά για W 2 W 15,886U όπου: Uα = ταχύτητα του ανέμου (m min -1 ), W = εμπειρική ταχύτητα του ανέμου (m min -1 ), Y = εμπειρική ταχύτητα του ανέμου (m min -1 ) 44

45 Η τιμή του συντελεστή F για μη θερμαινόμενο συμπαγές δάπεδο και χωρίς ιδιαίτερη θερμομόνωση κυμαίνεται ενδεικτικά μεταξύ 1,4 και 1,6 Wm -1 K -1, ανάλογα με την ένταση του χειμώνα. Ο συντελεστής αυτός μπορεί να μειωθεί στο 0,8-0,9 Wm -1 K -1, όταν το δάπεδο έχει μόνωση με συντελεστή θερμοπερατότητας U πάνω από 1,0 Wm -2 K. Για πρακτικούς λόγους η σχέση (48) μπορεί να εκφραστεί με την ισοδύναμη σχέση: q f ' ' FP(t t o ) k f Sf (t t o ) k f Sf (t t o ) (49) ' FP ' (t i t o ) όπου: k f k f = ισοδύναμος συντελεστής θερμοπερατότητας του δαπέδου (W m -2 C -1 ) Sf (t i t o ) ' k f = πραγματικός συντελεστής θερμοπερατότητας του δαπέδου (W m -2 C 1 ) ' t o = θερμοκρασία του εδάφους κάτω από το δάπεδο ( C) Sf = επιφάνεια του δαπέδου (m 2 ) και να ενσωματωθεί (16) στη σχέση (50) για τις ανάγκες των υπολογισμών Στην περίπτωση ύπαρξης αποχετευτικών καναλιών ο υπολογισμός γίνεται εξαιρετικά πολύπλοκος (Axaopoulos κ.ά., 1992). Το ευτύχημα είναι ότι πρακτικά μπορούν να θεωρηθούν αμελητέες (Αξαόπουλος, 2001). Η παροχή φρέσκου εξωτερικού αέρα, που απαιτείται για την απομάκρυνση της αισθητής θερμότητας q q με ένα σύστημα αερισμού υποπίεσης προσδιορίζεται με μία από τις vi παρακάτω σχέσεις: vo V ή V s s v (q vi q vo) 1000 (h h ) v (q 1000 c p tp vi (t o q vo ) t o ) (50) (51) όπου: Vs = παροχή φρέσκου αέρα (m 3 Ξ.Α s -1 ) vα = ειδικός όγκος του εσωτερικού αέρα (m3 kg -1 Ξ.Α) htp = ενδιάμεση τιμή ενθαλπίας του αέρα, με βάση τη θερμοκρασία του περιβάλλοντα τα ζώα αέρα και τον υγρομετρικό βαθμό του εξωτερικού αέρα (kj kg -1 Ξ.Α) ho = ενθαλπία του αέρα, με βάση τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία του εξωτερικού αέρα (kj kg - 1 Ξ.Α) cp = ειδική θερμότητα του ξηρού αέρα (1,006 kj C -1 kg -1 Ξ.Α) Οι σχέσεις (50) και (51) δε δίνουν ακριβώς τα ίδια αποτελέσματα. Ανά βαθμό διαφοράς θερμοκρασίας η σχέση (50) είναι πιο ακριβής κατά 0,002 kj. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της (16) Η μεγάλη δυσκολία είναι ότι η θερμοκρασία του εδάφους κάτω από το δάπεδο είναι συνήθως άγνωστη. 45

46 θερμοκρασίας των υδρατμών που περιέχονται στον εισερχόμενο αέρα η οποία δε λαμβάνεται υπόψη στη σχέση (51). Ισοζύγιο υδρατμών και παραγόμενων αερίων Το ισοζύγιο μάζας σε συνθήκες ισορροπίας δίνεται από τη σχέση: mp mo mi (52) όπου : mp = ρυθμός παραγωγής υδρατμών ή άλλων συστατικών μέσα στο χώρο (kg [H2O] h -1 ) mo = ρυθμός μεταφοράς των υδρατμών ή άλλων συστατικών μέσα στο χώρο (kg [H2O] h -1 ) mi = ρυθμός μεταφοράς των υδρατμών ή άλλων συστατικών έξω από το χώρο (kg [H2O] h -1 ) Η σχέση (52) προϋποθέτει ότι: (α) Η μεταφορά συστατικών του αέρα μέσα στο χώρο με διάχυση δια μέσου της κατασκευής είναι πρακτικά αμελητέα, (β) Οι πηγές παραγωγής των συστατικών μέσα στο στάβλο μπορεί να είναι διαφορετικές, αλλά για τους υπολογισμούς θεωρούνται ως ένα ενιαίο σύνολο, (γ) Δε γίνεται μετασχηματισμός των συστατικών (π.χ. μετατροπή των υδρατμών σε ομίχλη εξαιτίας συμπύκνωσής τους, κ.τ.λ.) και τέλος (δ) Το μόνο μέσο διακίνησης των συστατικών είναι ο εισερχόμενος αέρας, για τον οποίο γίνεται αποδεκτό ότι αναμιγνύεται ομοιόμορφα μέσα στο χώρο. Παρά το γεγονός ότι η σχέση του ισοζυγίου μάζας ισχύει για κάθε συστατικό που παράγεται ή διακινείται μέσα στο χώρο, εν τούτοις πρακτικά μπορεί να εφαρμοστεί μόνο για τα συστατικά των οποίων η συγκέντρωση στον αέρα μπορεί να υπολογιστεί. Τέτοια συστατικά είναι οι υδρατμοί και το διοξείδιο του άνθρακα. Η παραγωγή των συστατικών αυτών έχει βρεθεί ότι είναι ανάλογη του αριθμού, του βάρους και του είδους των αγροτικών ζώων. Ο ρυθμός παραγωγής των υπόλοιπων συστατικών σε ένα στάβλο, όπως της αμμωνίας, της σκόνης και των άλλων επιβλαβών αερίων και οσμών εξαρτάται περισσότερο από το σύστημα διατροφής των αγροτικών ζώων και της διαχείρισης των αποβλήτων τους μέσα στο κτήριο. Στην πράξη έχει γίνει αποδεκτό ότι η παροχή αερισμού που επαρκεί για την απομάκρυνση των υδρατμών ή του διοξειδίου του άνθρακα επαρκεί και για την απομάκρυνση των άλλων συστατικών. Θα πρέπει βέβαια η συγκέντρωση της αμμωνίας να μην ξεπερνά τα 20 ppm και του υδρόθειου τα 5 ppm (MWPS-32, 1990). Για τη διατήρηση της επιθυμητής σχετικής υγρασίας ή λανθάνουσας θερμότητας μέσα στο χώρο, η παροχή αερισμού υπολογίζεται από τις σχέσεις: V L 46 v ql 1000 (h h tp ) (53)

47 και v M w VL 3,6 (W W o ) όπου: VL = παροχή φρέσκου αέρα για διατήρηση της επιθυμητής σχετικής υγρασίας (m 3 Ξ.Α s -1 ) ql = ποσότητα λανθάνουσας θερμότητας που παράγεται σε επίπεδο κτηρίου (W) hα = ενθαλπία του εσωτερικού αέρα (kj kg -1 Ξ.Α) Mw = ποσότητα των υδρατμών που παράγεται μέσα στο κτήριο στέγασης (kg [H2O] h -1 ) Wα = απόλυτη υγρασία του εσωτερικού αέρα (g [H2O] kg -1 Ξ.Α) Wo = απόλυτη υγρασία του εξωτερικού αέρα (g [H2O] kg -1 Ξ.Α) Για τη διατήρηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα σε ασφαλή επίπεδα μέσα στο κτήριο, για τα ζώα και το προσωπικό, η παροχή αερισμού υπολογίζεται από τη σχέση: V v MCO2 2 (CO CO CO 2 2o ) όπου : V CO 2 = παροχή του αερισμού που εξασφαλίζει τη διατήρηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα σε ασφαλή επίπεδα (m 3 Ξ.Α s -1 ) Μ CO 2 = ποσότητα CO2 που παράγεται μέσα στο κτηνοτροφικό κτήριο (kg [CO2] s -1 ) CO2α = η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση του CO2 (3.000 ppm) στον εσωτερικό αέρα (kg [CO2] kg -1 Ξ.Α) CO2o = η μέση συγκέντρωση του CO2 (380 ppm) στον εξωτερικό αέρα (kg [CO2] kg -1 Ξ.Α) Η παραγωγή του ασφυξιογόνου CO2 είναι αναπόφευκτο αποτέλεσμα των μεταβολικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στο σώμα των αγροτικών ζώων. Η παραγωγή του έχει διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια της ημέρας και μάλιστα η αυξημένη παραγωγή συνδέεται (Ouwerkerk και Pedersen, 1994) με την αυξημένη δραστηριότητα που παρουσιάζεται κατά τη διάρκεια της διανομής της τροφής. Η CIGR (2002) δέχεται ότι η μέση 24-ώρη παραγωγή CO2 ισούται με 18,5 l [CO2] h -1 για κάθε 100 W συνολικά παραγόμενης ζωικής θερμότητας (στο επίπεδο χώρους στέγασης). Για τη μετατροπή των l [CO2] h -1 σε kg [CO2] s -1, (54) (55) χρησιμοποιείται η πυκνότητα του CO2, η οποία ισούται (CIGR, 1984) με 539,99 t 273,15. Έτσι έχουμε ότι: 1.0 h lco 2 = 3 0,001m CO2 539,99 kgco s t 273,15 3 m CO 2 (π.χ. στους 20 C το 1 l [CO2] h -1 ισούται με 5, kg [CO2] s -1 ). 47

48 Το CO2 είναι 1,524 φορές βαρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα και θεωρητικά η συγκέντρωσή του πρέπει να υψηλότερη στο επίπεδο του δαπέδου. Για συγκεντρώσεις από ppm, δεν υπάρχει κίνδυνος για την υγεία των ζώων και των εργαζομένων και για αυτόν το λόγο η μέγιστη συγκέντρωση CO2 στο εσωτερικό των κτηρίων θεωρείται (CIGR, 1994) ότι δεν πρέπει να ξεπερνάει τα ppm, ενώ η μέση αντίστοιχη συγκέντρωση στον εξωτερικό αέρα είναι 380 ppm. Στον Πίνακα 4 (MWPS-11, 1983) παρατίθενται οι εποχιακά συνιστώμενες ασφαλείς τιμές παροχών αερισμού που θα πρέπει να χρησιμοποιούνται αν οι υπολογιζόμενες ελάχιστες παροχές είναι μικρότερες. Για την εφαρμογή των σχέσεων (50), (51), (53), (54) και (55) θα πρέπει να είναι γνωστοί οι παρακάτω βασικοί παράγοντες: - Εξωτερικές συνθήκες σχεδιασμού - Εσωτερικές συνθήκες σχεδιασμού - Εισροές αισθητής και λανθάνουσας ζωικής θερμότητας και διοξειδίου του άνθρακα Σύμφωνα πάλι με τη CIGR (2002) η ωριαία παραγωγή CO2 εξαρτάται από τη σχετική δραστηριότητα των αγροτικών ζώων όπως αυτή περιγράφεται από το απλό ή διπλό ημιτονοειδές μοντέλο της μίας ή των δύο κορυφών (σχέση 56 και 57, αντίστοιχα) 2 A 1 a sin( ( h 6 h min )) (56) A a sin( ( h 6 min )) sin( ( )) 24 h b h d (57) c όπου: Α = η σχετική δραστηριότητα των ζώων (εφόσον ισούται με 1 σημαίνει ότι τα ζώα είναι συνεχώς δραστήρια) a, b, c, d = σταθερές που προσαρμόζουν τη σχετική δραστηριότητα ανάλογα με την ώρα της ημέρας h = η ώρα του 24-ώρου hmin = η ώρα του 24-ώρου στην οποία εμφανίζεται η ελάχιστη δραστηριότητα Εξωτερικές συνθήκες σχεδιασμού Οι εξωτερικές συνθήκες σχεδιασμού αναφέρονται στον προσδιορισμό του εύρους των θερμοκρασιών (ελάχιστη και μέγιστη) του εξωτερικού αέρα, κάτω από τις οποίες θα λειτουργήσει το σύστημα του μηχανικού αερισμού. Ως ελάχιστη θερμοκρασία θεωρείται η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα που έχει πιθανότητα εμφάνισης τουλάχιστο 97,5% κάθε χρόνο στην περιοχή της μονάδας και όχι η απόλυτη ελάχιστη τιμή που δίνουν οι πίνακες της 48

49 μετεωρολογικής υπηρεσίας για την περιοχή. Αν από τα υπάρχοντα δεδομένα στην περιοχή δεν είναι δυνατό να προσδιοριστεί η τιμή της θερμοκρασίας με την παραπάνω πιθανότητα εμφάνισης, τότε πρακτικά μπορεί να επιλεγεί η μέση ελάχιστη τιμή της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα για μία δεκαετία, από τα αντίστοιχα δεδομένα της μετεωρολογικής υπηρεσίας. Ως μέγιστη θερμοκρασία θεωρείται, για οικονομικούς κυρίως λόγους, η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα που είναι μικρότερη κατά 1-3 C από τη μέγιστη ανεκτή των ζώων, σύμφωνα με τα ζωοτεχνικά δεδομένα. Κατά την επιλογή των εξωτερικών συνθηκών είναι απαραίτητη και η γνώση της διακύμανσης της σχετικής υγρασίας του εξωτερικού αέρα, κατά τη διάρκεια εμφάνισης των προαναφερθεισών εξωτερικών θερμοκρασιών. Αν η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα φτάνει ή υπερβαίνει τη μέγιστη θερμοκρασία ανοχής των αγροτικών ζώων, φαινόμενο συνηθισμένο κατά την καλοκαιρινή περίοδο στη χώρα μας, τότε ο παραγωγός θα πρέπει να εφαρμόσει κάποιο από τα υπάρχοντα σήμερα συστήματα δροσισμού. Εσωτερικές συνθήκες σχεδιασμού Οι εσωτερικές συνθήκες θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας, οι οποίες διαμορφώνονται από το σύστημα μηχανικού αερισμού, επηρεάζουν άμεσα την παραγωγικότητα των ζώων. Παρά το γεγονός ότι τα κρίσιμα (ανεκτά) όρια ποικίλλουν ανάλογα με το είδος, το βάρος και την ηλικία των αγροτικών ζώων, και το ενεργειακό περιεχόμενο του σιτηρεσίου, εν τούτοις ως γενικός κανόνας μπορεί να θεωρηθεί ότι αυτά θα πρέπει να βρίσκονται μέσα στα πλαίσια, που καθορίζει ο παρακάτω Πίνακας 5 (CIGR, 1984). Κατά τη διάρκεια του χρόνου η εσωτερική θερμοκρασία δεν παραμένει σταθερή, αλλά μεταβάλλεται ακολουθώντας τις μεταβολές της εξωτερικής θερμοκρασίας. Η σχεδίαση και η λειτουργία ενός συστήματος μηχανικού αερισμού αποσκοπεί στη διατήρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας μέσα στο επιθυμητό εύρος διακύμανσης (ανεκτό από τα ζώα), ανεξάρτητα από τη διακύμανση της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα, χωρίς παράλληλα το κόστος να είναι υπερβολικό για τον παραγωγό. Η εσωτερική σχετική υγρασία κατά το χειμώνα δεν πρέπει να ξεπερνά την τιμή του 70-80%, για να αποφεύγεται η επιφανειακή συμπύκνωση στους τοίχους και την οροφή. Επίσης τιμές σχετικής υγρασίας πάνω από 80% αυξάνουν την πιθανότητα εμφάνισης διαφόρων ασθενειών στα αγροτικά ζώα, επειδή ευνοείται η ανάπτυξη των παθογόνων μικροοργανισμών. 49

50 Εισροές αισθητής & λανθάνουσας ζωικής θερμότητας και διοξειδίου του άνθρακα Ο υπολογισμός των εισροών αυτών έγκειται στην εφαρμογή των σχέσεων που αφορούν στην παραγωγή αισθητής θερμότητας, υδρατμών και διοξειδίου του άνθρακα. Πίνακας 4. Συνιστώμενες εποχιακές τιμές ασφαλείας μηχανικού αερισμού Κατηγορία ζώου Χειμώνας Άνοιξη- Φθινόπωρο Καλοκαίρι Χοιρινά m 3 h -1 ζώο -1 Χοιρομητέρα με τοκετοομάδα, 200 kg 34,0 136,0 850,0 Χοιρίδια πρώτης ανάπτυξης, 8-30 kg 3,5-5,0 17,0-25,5 42,5-59,6 Χοιρίδια προπάχυνσης, kg 12,0 41,0 127,5 Χοιρίδια τελικής πάχυνσης, kg 17,0 59,5 204,0 Έγκυες χοιρομητέρες, 185 kg 20,5 68,0 255,0 Κάπροι, 200 kg 24,0 85,0 510,0 Βοοειδή m 3 h -1 ζώο -1 Μοσχίδες 0-2 μηνών 25,5 85,0 170,0 Μοσχίδες 2-12 μηνών 34,0 102,0 221,0 Μοσχίδες μηνών 51,0 136,0 306,0 Ενήλικες αγελάδες m 3 h -1 (ζώο 500 kg) -1 51, ,5 Mοσχάρια σε κλειστά κτήρια m 3 h -1 (ζώο 500 kg) -1 25,5 170,0 340,0 Πρόβατα σε κλειστά κτήρια m 3 h -1 (ζώο 500 kg) ,5 340,0 Πτηνά m 3 h -1 πτηνό -1 Κοτόπουλα κρεοπαραγωγής Όρνιθες αβγοπαραγωγής 0,9 3,4 6,8 Πίνακας 5. Εύρος ανεκτών συνθηκών περιβάλλοντος για τα αγροτικά ζώα Εσωτερική θερμοκρασία, C Εύρος σχετικής υγρασίας, %

51 ΚΛΙΜΑΚΩΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΟΧΩΝ ΤΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ Τρία είναι τα επίπεδα που θα πρέπει να προσδιορισθούν σε ένα σύστημα μηχανικού αερισμού, όπως ήδη έχει αναφερθεί: Ο ελάχιστος αερισμός Ο μέγιστος αερισμός και Ο ενδιάμεσος αερισμός Οι δύο πρώτες περιλαμβάνουν από μία τιμή παροχής αέρα, ενώ ο τελευταίος συνήθως 3 ή 4 επί μέρους τιμές παροχών, κατανεμημένων κατά το δυνατό ομοιόμορφα μεταξύ των τιμών της ελάχιστης και της μέγιστης παροχής αερισμού. Ελάχιστος αερισμός πρόσθετη θέρμανση Ο ελάχιστος αερισμός αφορά στην τελείως απαραίτητη συνεχή παροχή για την απομάκρυνση της υγρασίας και των επιβλαβών ή δύσοσμων αερίων που παράγονται από τα αγροτικά ζώα, από τον αέρα των κτηρίων στέγασής τους. Εξαιτίας της χαμηλής θερμοκρασίας που έχει ο εισερχόμενος αέρας, αφαιρεί σημαντική ποσότητα θερμότητας από το εσωτερικό περιβάλλον γύρω από τα ζώα. Με τον ελάχιστο αερισμό ή αερισμό χειμώνα είναι δυνατόν η συνεπαγόμενη αφαίρεση θερμότητας από το εσωτερικό των κτηρίων να επιβάλλει την εφαρμογή πρόσθετης τεχνητής θέρμανσης με ανάλογη οικονομική επιβάρυνση. Για το σκοπό αυτό γίνεται προσπάθεια να: Διατηρείται ο αερισμός αυτός στα ελάχιστα δυνατά αναγκαία επίπεδα Εφαρμόζονται κατάλληλες στρατηγικές ελέγχου της λειτουργίας των συστημάτων αερισμού και θέρμανσης με τελικό σκοπό την αποδοτική συνεργασία τους (CPS, 1985; Berckmans και Goedseels, 1986; Zhang και Barber, 1993; Zhang και Barber, 1995; Lambert et al., 2001 ) Για τον προσδιορισμό της παροχής του ελάχιστου αερισμού χρησιμοποιείται (18) πρώτα η σχέση (50) ή (51) που αναφέρεται στην αισθητή θερμότητα. Το αποτέλεσμά της συγκρίνεται με αυτό που προκύπτει από τις σχέσεις (53) ή (54) ή (55), που αφορούν στον προσδιορισμό της παροχής του ελάχιστου αερισμού για έλεγχο της σχετικής υγρασίας και της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα, αντίστοιχα. Ως παροχή ελάχιστου (18) Η θερμοκρασία του περιβάλλοντα τα ζώα αέρα επιλέγεται ίση με την κατώτερη τιμή του θερμοκρασιακού εύρους ανοχής των αγροτικών ζώων. 51

52 αερισμού επιλέγεται τελικά η μεγαλύτερη από τις τρεις τιμές. Όπως είδαμε παραπάνω η τιμή αυτή πρέπει να συγκρίνεται με τις τιμές του Πίνακα 4. Αν υπερισχύει η παροχή της σχέσης (51) ή (54) ή (55) αυτόματα υποδηλώνεται και η ανάγκη πρόσθετης θέρμανσης του κτηρίου αφού η απώλεια θερμότητας είναι μεγαλύτερη από την παραγόμενη από τα ζώα, με συνέπεια την ελάττωση της θερμοκρασίας του χώρου πέραν των κατώτερων ανεκτών ορίων. Ο προσδιορισμός της πρόσθετης θέρμανσης, που είναι απαραίτητη για το σκοπό αυτό δίνεται από τη σχέση: q q q sup b s c (t t ) V p o 3,6 v (58) όπου η παροχή V θα είναι είτε η VL είτε η VCO2 εκφρασμένη σε m 3 h -1. Η κυριότερη πηγή έκλυσης δύσοσμων αερίων σε ένα κλειστό κτήριο είναι τα απόβλητα, που παραμένουν μέσα στα αποχετευτικά κανάλια κάτω από τα εσχαρωτά δάπεδα των ζώων. Είναι φυσικό λοιπόν να επιδιώκεται η απομάκρυνση των αερίων αυτών απευθείας από τα κανάλια και όχι μέσα από τα κελιά στέγασης των ζώων, όπως συμβαίνει αν οι ανεμιστήρες βρίσκονται τοποθετημένοι στην οροφή ή τα πλευρικά τοιχώματα του κτηρίου. Για την επίτευξη του στόχου αυτού, ο ελάχιστος αερισμός συνιστάται να γίνεται μέσω αεραγωγών ή ανοιγμάτων στα τοιχώματα των αποχετευτικών καναλιών αμέσως πάνω από την ανώτερη στάθμη των αποβλήτων μέσα σε αυτά. Πλήρως ή μερικώς εσχαρωτά δάπεδα ευνοούνται ιδιαίτερα από ένα καλοσχεδιασμένο τέτοιο σύστημα αερισμού, ακόμη και αν τα απόβλητα απομακρύνονται τακτικά με φυσική ροή ή με μηχανικά μέσα. Ο αερισμός στο επίπεδο των καναλιών μπορεί να γίνει με δύο βασικούς τρόπους : Με διάτρητο αεραγωγό κατά μήκος των αποχετευτικών καναλιών ορθογωνικής διατομής από οπλισμένο σκυρόδεμα ή κυκλικής διατομής από σκληρό πλαστικό σωλήνα PVC με ανεμιστήρα στο ένα ή και στα δύο άκρα κάθε αεραγωγού Με θαλαμίσκους εφοδιασμένους με ανεμιστήρες πλευρικά των αποχετευτικών καναλιών Οι ανεμιστήρες στο επίπεδο των αποχετευτικών καναλιών λειτουργούν κάτω από έντονα διαβρωτικές συνθήκες και θα πρέπει για το λόγο αυτό να είναι κατασκευασμένοι από υλικά ανθεκτικά στη διάβρωση, π.χ. ανοξείδωτο χάλυβα ή πλαστικό. Επίσης, θα πρέπει να λειτουργούν κάτω από συνθήκες υψηλών τιμών στατικής πίεσης (50-60 Pa ή 5-6 mm νερού) 52

53 για να είναι σε θέση να αντλούν αέρα μέσω των αεραγωγών από τα κανάλια αποχέτευσης, ιδιαίτερα μέσω σωληνωτών αεραγωγών από σκληρό πλαστικό. Η λειτουργία ανεμιστήρων μεταβλητής ταχύτητας για την κάλυψη των αναγκών του ελάχιστου αερισμού συνιστάται να γίνεται με προσοχή για λόγους υπερκάλυψης της πτώσης της στατικής πίεσης στις χαμηλές στροφές και μόνον εφόσον η ελάχιστη απαιτούμενη παροχή αερισμού είναι τουλάχιστον 40% της μέγιστης παροχής λειτουργίας του ανεμιστήρα και υπάρχει αντιανεμικό κάλυμμα ή καμινάδα. Αντίθετα, οι ανεμιστήρες των πλευρικών τοιχωμάτων ή της οροφής μπορεί να λειτουργούν σε συνθήκες χαμηλότερης στατικής πίεσης, λόγω μικρότερων αντιστάσεων στην κίνηση του αέρα (30-40 Pa ή 3-4 mm νερού). Στην περίπτωση ανεμιστήρων συνεχούς λειτουργίας (αερισμός χειμώνα) το προστατευτικό κάλυμμα ή η καμινάδα βοηθά στη διατήρηση περισσότερο ομοιόμορφου αερισμού. Για ανεμιστήρες μεταβλητής ταχύτητας λειτουργίας, το προστατευτικό κάλυμμα γίνεται ιδιαίτερα χρήσιμο όταν οι τελευταίοι λειτουργούν με ταχύτητα μικρότερη από το μισό της δυναμικότητάς τους. Σύστημα διάτρητου αεραγωγού κατά μήκος ενός αποχετευτικού καναλιού: Οι αεραγωγοί είναι συνήθως ακριβότεροι, αλλά αποδίδουν καλύτερα από τους θαλαμίσκους αερισμού. Είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικοί σε εσχαρωτά δάπεδα από μεταλλικό πλέγμα και γενικά δάπεδα που διαθέτουν μεγάλο ποσοστό ανοιγμάτων. Οι αεραγωγοί κατασκευάζονται συνήθως από σκληρό πλαστικό σωλήνα κυκλικής διατομής ή σε περιπτώσεις μεγαλύτερων μεγεθών, από σκυρόδεμα ή κόντρα πλακέ ορθογωνικής ή κυκλικής διατομής. Οι διάτρητοι αεραγωγοί ορθογωνικής διατομής (Εικόνες 7 και 8) κατασκευάζονται κάτω από τον κεντρικό διάδρομο ενός πλήρως εσχαρωτού δαπέδου ή πλευρικά του εσχαρωτού αποχετευτικού καναλιού. Οι σωληνωτοί αεραγωγοί κυκλικής διατομής από σκληρό πλαστικό (Εικόνα 9) τοποθετούνται κάτω από πλήρως ή μερικώς εσχαρωτά δάπεδα σε αποστάσεις μέχρι 9,0 m μεταξύ τους. Στο Παράρτημα 4 υπάρχουν λεπτομέρειες για τον υπολογισμό των διαστάσεων των αγωγών ορθογωνικής διατομής, ενώ στο Παράρτημα 5 υπάρχουν λεπτομέρειες για τον υπολογισμό των διαστάσεων των διάτρητων σωληνωτών αεραγωγών κυκλικής διατομής. Σύστημα θαλαμίσκων αερισμού: Το σύστημα αυτό του αερισμού στο επίπεδο των καναλιών, βρίσκει εφαρμογή κύρια σε πλήρως εσχαρωτά δάπεδα. Απορροφά τον αέρα 53

54 πάνω από τα κανάλια λιγότερο ομοιόμορφα από το σύστημα του διάτρητου αεραγωγού, αλλά είναι φθηνότερο. Ακόμα, έχει το πλεονέκτημα ότι τοποθετείται ευκολότερα, σε σύγκριση με τους αεραγωγούς, σε υπάρχοντα κτήρια. Το σύστημα των θαλαμίσκων αποδίδει καλύτερα σε εσχαρωτά δάπεδα από οπλισμένο σκυρόδεμα με διάκενα της τάξης του 15-20% της συνολικής επιφάνειας, λόγω της συμπεριφοράς των ράβδων της εσχάρας ως αεραγωγών. Η θέση του θαλαμίσκου αερισμού πρέπει να είναι τέτοια, ώστε κανένα σημείο του αεριζόμενου καναλιού να μην απέχει περισσότερο από 15 m (Εικόνα 10). Κάθε θαλαμίσκος εφοδιάζεται με ένα ανεμιστήρα υποπίεσης για αναρρόφηση του αέρα από το κανάλι αποχέτευσης. Στον ίδιο θαλαμίσκο μπορεί να εγκατασταθεί και ο ανεμιστήρας απομάκρυνσης του ζεστού αέρα από το χώρο στέγασης των ζώων (αερισμός καλοκαιριού). Το άνοιγμα εξόδου του αέρα από το θαλαμίσκο αερισμού συνιστάται να τοποθετείται ψηλά στο ύψος των τοιχωμάτων του στάβλου ή ακόμα ψηλότερα με πρόβλεψη καμινάδας μέχρι ύψους 1,5-2,0 m πάνω από τη στέγη. Το πλάτος της καμινάδας θα πρέπει να είναι κατά 50% περίπου μεγαλύτερο από τη διάμετρο του ανεμιστήρα, για να διατηρείται η ταχύτητα του εξερχόμενου αέρα μέσα στην καμινάδα ίση ή μικρότερη από 5 m s -1. Αν ο θαλαμίσκος αερισμού βρίσκεται στην προσήνεμη πλευρά του κτηρίου, συνιστάται η τοποθέτηση προστατευτικού καλύμματος στο άνοιγμα εξόδου του αέρα, όπως χαρακτηριστικά φαίνεται στην Εικόνα

55 Εικόνα 7. Διάτρητοι αεραγωγοί ορθογωνικής διατομής Εικόνα 8. Σύστημα αερισμού υποπίεσης με αεραγωγό ορθογωνικής διατομής 55

56 Εικόνα 9. Διάτρητοι σωληνωτοί αεραγωγοί κυκλικής διατομής Εικόνα 10. Θέση και λεπτομέρειες κατασκευής θαλαμίσκου αερισμού 56

57 Εικόνα 11. Καμινάδα αερισμού (συνιστάται η τοποθέτησή της στην προσήνεμη πλευρά του κτηρίου) Για την απομάκρυνση της υγρασίας και των νερών βροχής, συνιστάται η πρόβλεψη οπής στράγγισης στη βάση της καμινάδας αερισμού και η αντιδιαβρωτική επένδυση τυχόν μεταλλικών επιφανειών του τοιχώματος στη θέση της καμινάδας. Στo Παράρτημα 6 δίνονται (MWPS, 1983) οι ελάχιστες διαστάσεις των ανοιγμάτων, στο τοίχωμα των αποχετευτικών καναλιών, για έξοδο του αέρα προς το θαλαμίσκο αερισμού, ανάλογα με την παροχή αερισμού χειμώνα. Μεγαλύτερα ανοίγματα δεν επηρεάζουν τη λειτουργία και την απόδοση του ανεμιστήρα. Μέγιστος αερισμός - δροσισμός Με το μέγιστο αερισμό ή αερισμό καλοκαιριού αφαιρείται η περίσσεια αισθητής θερμότητας από το κτήριο στέγασης των ζώων. Λόγω της μικρής διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του εισερχόμενου και εξερχόμενου αέρα απαιτείται σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα αέρα για την αφαίρεση της αισθητής θερμότητας που παράγεται από τα ζώα, συγκριτικά με εκείνη κατά τη χειμερινή περίοδο. Πρακτικά ο μέγιστος αερισμός καθορίζεται από την ανώτερη ανεκτή τιμή θερμοκρασίας για τα στεγαζόμενα ζώα και μπορεί να εφαρμοστεί μέχρι μία εξωτερική θερμοκρασία 1-3 C χαμηλότερη από εκείνη της μέγιστης επιθυμητής του εσωτερικού αέρα. Πέραν του ορίου αυτού κάθε άνοδος της εξωτερικής θερμοκρασίας θα συμπαρασύρει ανάλογα και τη θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα. Εμμονή στη διατήρηση της θερμοκρασίας του εσωτερικού αέρα μέσα στα επιτρεπτά για τα ζώα όρια προϋποθέτει την εφαρμογή κάποιου συστήματος δροσισμού του εισερχόμενου αέρα. 57

58 Το πιο συνηθισμένα συστήματα, για τους κλειστούς θαλάμους στέγασης χοίρων ή πτηνών είναι: (1) συστήματα διαβρεχόμενων παρειών εξάτμισης (evaporative pads) και (2) συστήματα άμεση διαβροχής των ζώων (misting) ή υδρονέφωσης (fogging). Με τη χρήση των πρώτων επιτυγχάνεται έμμεση θερμική ανακούφιση των ζώων αφού ελαττώνεται η θερμοκρασία του εισερχόμενου αέρα μέσω της εξάτμισης του νερού που συνεχώς διαβρέχει την κυψελοειδή επιφάνεια των παρειών. Με τη χρήση των δεύτερων είτε επιτυγχάνεται άμεση θερμική ανακούφιση αφού το νερό εξατμίζεται από την επιφάνεια του σώματος των ζώων, είτε επιτυγχάνεται έμμεση θερμική ανακούφιση με την ελάττωση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντα αέρα. Για την αποδοτική λειτουργία του συστήματος των διαβρεχόμενων παρειών, ο εισερχόμενος αέρας πρέπει να εισέρχεται στο θάλαμο στέγασης με τη βοήθεια ανεμιστήρων που λειτουργούν σε συνθήκες υψηλών τιμών στατικής πίεσης (30-60 Pa). Οι ανεμιστήρες αυτοί δημιουργούν είτε υποπίεση, είτε υπερπίεση. Για συνθήκες πολύ χαμηλής σχετικής υγρασίας του εξωτερικού αέρα τα συστήματα αυτά μπορούν να επιτύχουν ελάττωση της θερμοκρασίας του εισερχόμενου αέρα πάνω από 10 ο C. Για τον προσδιορισμό του μέγιστου αερισμού καλοκαιριού, χωρίς τη χρήση των διαβρεχόμενων παρειών, εφαρμόζεται μόνο η σχέση (50) ή (51), χωρίς να είναι απαραίτητος ο έλεγχος της συγκέντρωσης των υδρατμών ή της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα. Όταν χρησιμοποιούνται οι διαβρεχόμενες παρειές η εξίσωση υπολογισμού του μέγιστου αερισμού γίνεται: v (qvi q vo ) Vs 1000 c p (t ma t oe ) (59) όπου: tma = μέγιστη ανεκτή (19) από τα ζώα θερμοκρασία ( C) toe = θερμοκρασία του αέρα (20) όπως διαμορφώνεται αφού περάσει από τις διαβρεχόμενες παρειές ( C) (19) Η θερμοκρασία του αέρα που περιβάλλει τα ζώα αέρα επιλέγεται ίση με τη μέγιστη ανεκτή (tma). Για την τιμή αυτή υπολογίζεται η διαφορά qvi - qvo. Εφόσον toe tma, τότε θα πρέπει η tma να αντικατασταθεί με μία υψηλότερη (toe C), έστω και εάν αυτή είναι πάνω από το θερμοκρασιακά ανεκτό όριο (ουσιαστικά τα ζώα θα υποστούν θερμική καταπόνηση, αλλά αυτή θα είναι μικρότερη συγκριτικά με τη μη χρήση διαβρεχόμενων παρειών). (20) Η θερμοκρασία toe υπολογίζεται από το ψυχρομετρικό διάγραμμα με βάση τις εξωτερικές κλιματικές συνθήκες και το βαθμό απόδοσης των διαβρεχόμενων παρειών (βλέπε σελ. 13). Δεχόμαστε ότι η εσωτερική σχετική υγρασία μπορεί να φτάσει μέχρι το 80% κατά τη χρονική διάρκεια που χρησιμοποιούνται οι διαβρεχόμενες παρειές. 58

59 Ενδιάμεσος αερισμός Ο ενδιάμεσος αερισμός επιτρέπει τη βαθμιαία μετάβαση από τον ελάχιστο στο μέγιστο αερισμό ακολουθώντας το ρυθμό αύξησης της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα. Η ορθολογική επιλογή των παροχών του ενδιάμεσου αερισμού προϋποθέτει επανειλημμένη εφαρμογή των σχέσεων (50 ή 51), (53 ή 54) και (55) για κάθε θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα, μεταξύ της ελάχιστης (από μετεωρολογικά στοιχεία) και της μέγιστης (κατά 1-3 ο C χαμηλότερη από τη μέγιστη επιθυμητή για τα ζώα) για όλο το εύρος των ανεκτών θερμοκρασιών του εσωτερικού αέρα από τα ζώα. Ο τρόπος αυτός, που είναι και ο ακριβέστερος, απαιτεί τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή ώστε να είναι δυνατή η κατασκευή μίας συνεχούς καμπύλης αερισμού (Εικόνα 12). Εικόνα 12. Καμπύλη αερισμού Ανάμεσα στις τιμές του ελάχιστου και του μέγιστου αερισμού, καθορίζεται ένας αριθμός ενδιάμεσων σταδίων τέτοιος που να μη δημιουργεί έντονες αλλαγές στις παραμέτρους του τεχνητού περιβάλλοντος (π.χ. θερμοκρασία, σχετική υγρασία, ταχύτητα του αέρα). Έτσι, για παράδειγμα, ένα σύστημα με δύο μόνο στάδια θα οδηγούσε σε γρήγορη μετάπτωση από το ένα στο άλλο σε συνθήκες ήπιου χειμώνα, ενώ θα δημιουργούσε πιθανόν δυσμενή για τα ζώα ρεύματα αέρα όποτε άλλαζε η παροχή από την ελάχιστη στη μέγιστη. Στην πράξη χρησιμοποιούνται 4 έως 6 στάδια αερισμού, αφού περισσότερα δε φαίνεται να επηρεάζουν προς το καλύτερο την τελική ρύθμιση του τεχνητού περιβάλλοντος. Ο έλεγχος του τεχνητού 59

60 περιβάλλοντος ενός μικρού θαλάμου στέγασης αγροτικών ζώων επιβάλει τη χρήση λιγότερων σταδίων αερισμού. Έχει δε ως αποτέλεσμα τη λειτουργία λιγότερων ανεμιστήρων μικρής παροχής, των οποίων η απόδοση είναι χαμηλότερη από αυτή των ανεμιστήρων μεγάλης παροχής. Ένα ακόμα ζήτημα που προκύπτει όταν πρόκειται να μελετηθεί το πρόγραμμα κλιμάκωσης των παροχών του αερισμού (Εικόνα 13) είναι ο προσδιορισμός του μεγέθους κάθε σταδίου. Εικόνα 13. Κλιμάκωση παροχής αερισμού Ένας τρόπος είναι η διαίρεση του εύρους των παροχών ανάμεσα στον ελάχιστο και στο μέγιστο αερισμό σε ίσες παροχές. Στην περίπτωση αυτή (Εικόνα 14) θα υπάρχει αφενός μεν μεγάλη διαφορά στην εξωτερική θερμοκρασία ανάμεσα στο στάδιο 1 και 2, αφετέρου δε η αλλαγή στην παροχή μεταξύ του σταδίου 1 και 2 θα είναι μεγάλη σχετικά με την παροχή του σταδίου 1. Όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή ώστε να διατηρηθεί η παροχή του σταδίου 1, αλλά επίσης και αρκετά χαμηλή ώστε να διατηρηθεί η παροχή του σταδίου 2, η συνεχής αλλαγή της παροχής του αερισμού (1-2) θα μπορούσε να προκαλέσει ανεπιθύμητες μεταπτώσεις της θερμοκρασίας μέσα στο κτήριο. 60

61 61 Εικόνα 14. Κλιμάκωση με βάση τις ίσες παροχές αερισμού

62 Μία μέθοδος για να αποφευχθεί αυτό το πρόβλημα είναι η κλιμάκωση των παροχών του αερισμού χρησιμοποιώντας ίσες υποδιαιρέσεις του εύρους της εξωτερικής θερμοκρασίας (Εικόνα 15). Η πρακτική εμπειρία έχει δείξει ότι στην περίπτωση αυτή για 4, 5 ή 6 στάδια αερισμού ο προσδιορισμός των παροχών (εκφρασμένων ως ποσοστό του μέγιστου και με την προϋπόθεση ότι το στάδιο 1 αποτελεί το 10% του σταδίου 4) μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω Πίνακα 6. Πίνακας 6. Προσδιορισμός παροχών ενδιάμεσου αερισμού Αριθμός σταδίων αερισμού Εικόνα 15. Κλιμάκωση του αερισμού με βάση ίσα διαστήματα της εξωτερικής θερμοκρασίας Όμως, επειδή ο ελάχιστος αερισμός δεν είναι πάντοτε το 10% του μέγιστου, θα πρέπει τα ποσοστά του Πίνακα 6 να διορθώνονται με βάση την αναλογία που προκύπτει ύστερα από τον αναλυτικό προσδιορισμό του ελάχιστου και του μέγιστου αερισμού. Έτσι, για παράδειγμα, εφόσον το ποσοστό είναι 15%, ένα σύστημα αερισμού με 5 στάδια θα κλιμακώνεται ως εξής: στάδιο 1: 15%, στάδιο 2: 21%, στάδιο 3: 28,5%, στάδιο 4: 52,5%, 62

63 στάδιο 5: 100%. Τα όρια ενεργοποίησης της λειτουργίας των ανεμιστήρων καθορίζονται με βάση το θερμοκρασιακό εύρος της θερμοουδέτερης ζώνης των αγροτικών ζώων. Το στάδιο 1 είναι συνεχώς ενεργοποιημένο, το στάδιο 2 ενεργοποιείται στην κατώτερη κρίσιμη θερμοκρασία, το στάδιο 5 ενεργοποιείται συνήθως στην ανώτερη κρίσιμη θερμοκρασία, ενώ τα υπόλοιπα στάδια ενεργοποιούνται σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες που συνήθως αυθαίρετα επιλέγονται να διαιρούν το θερμοκρασιακό εύρος σε ίσα διαστήματα. Προσδιορισμός παροχών με χρήση Η/Υ Ο επισταμένος έλεγχος του τεχνητού περιβάλλοντος των κτηρίων στέγασης των αγροτικών ζώων και η κατ επέκταση ικανοποιητική ρύθμισή του, επιβάλλει τη συστηματική μελέτη όλων των παραμέτρων που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Κάτι τέτοιο μπορεί εύκολα και γρήγορα να γίνει με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού σε προσωπικό υπολογιστή. Ο Axaopoulos et al., (1994) και οι Panagakis και Axaopoulos (2004, 2006) έχουν αναπτύξει τέτοιο λογισμικό για τη μελέτη του τεχνητού περιβάλλοντος των χοιροστασίων σε συνθήκες μη στάσιμης κατάστασης. Πεδίο ροής του αέρα Το πεδίο ροής, που δημιουργείται από ένα σύστημα μηχανικού αερισμού με υποπίεση χαρακτηρίζεται από τα παρακάτω (Randall, 1975): Ο εισερχόμενος αέρας ακολουθεί στροβιλώδη ροή μέσα στο χώρο στέγασης των ζώων. Η κύρια ροή του εισερχόμενου αέρα είναι από το άνοιγμα εισόδου προς τον ανεμιστήρα υποπίεσης. Η σχεδίαση του ανοίγματος εισόδου έχει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση της ροής του αέρα, ενώ η θέση του ανεμιστήρα έχει αμελητέα επίδραση. Αρκεί όμως (όπως έχει ήδη αναφερθεί) ο τελευταίος να είναι τοποθετημένος τουλάχιστο 2,5 m μακριά από το άνοιγμα εισόδου. Οποιαδήποτε, ακόμα και τα πιο μικρά, εμπόδια στη ροή του εισερχόμενου αέρα επηρεάζουν σημαντικά την κατεύθυνσή του, ιδιαίτερα στις μικρές παροχές αερισμού χειμώνα. Για τις μεγάλες παροχές του αερισμού καλοκαιριού η ροή του εισερχόμενου αέρα επηρεάζεται κύρια από τη σχεδίαση των ανοιγμάτων εισόδου και πολύ λιγότερο από τα τυχόν εμπόδια που παρεμβάλλονται στην κίνηση του αέρα. Για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης της ροής του αέρα που εισέρχεται οριζόντια (παράλληλα προς την οροφή) από τα ανοίγματα εισόδου και κάθετα προς τα πλευρικά τοιχώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν: (1) ο αδιάστατος διορθωμένος αριθμός του Αρχιμήδη (Arc) και (2) ο αδιάστατος συντελεστής ορμής του εισερχόμενου αέρα (J). 63

64 Αδιάστατος διορθωμένος αριθμός του Αρχιμήδη: Η διαδικασία ανταλλαγής του αέρα ενός κτηρίου συνίσταται στην ανάμειξη και αραίωση του εσωτερικού αέρα με φρέσκο εξωτερικό αέρα. Στις περισσότερες περιπτώσεις ο εισερχόμενος αέρας είναι πιο κρύος από τον εσωτερικό, ο οποίος έχει υψηλότερη θερμοκρασία εξαιτίας των ζωικών φορτίων. Η μορφή, που θα έχει το πεδίο ροής εξαρτάται (Awbi, 1991) από το λόγο των δυνάμεων της θερμικής άνωσης προς τις δυνάμεις αδρανείας, που εξασκούνται σε κάθε στοιχειώδες σωματίδιο του αέρα. Ο λόγος αυτός εκφράζεται με τον αριθμό του Αρχιμήδη. Οι Randall και Battams (1979) απέδειξαν ότι ο διορθωμένος αριθμός του Αρχιμήδη, όπως αυτός δίδεται από την παρακάτω σχέση, περιγράφει πληρέστερα τη μορφή του πεδίου ροής: gc abbh(b H)(t t ) Ar V [(273 t ) (273 t )] d sk o c 2 sk o όπου: Arc = διορθωμένος αριθμός του Αρχιμήδη g = επιτάχυνση της βαρύτητας (m s -2 ) Cd = συντελεστής παροχής a = δραστική κατακόρυφος διάσταση του ανοίγματος (m) b = οριζόντια διάσταση του ανοίγματος (m) B = πλάτος της πλευράς του κτηρίου που βρίσκεται το άνοιγμα εισόδου (m) H = μέσο ύψος του κτηρίου (m) tsk = θερμοκρασία του δέρματος των ζώων ( C) V = παροχή του αέρα μέσα από το άνοιγμα του αερισμού (m 3 s -1 ) Πειράματα σε πραγματικές συνθήκες στέγασης ζώων (Berckmans κ.ά., 1993), απέδειξαν ότι ο Arc μπορεί να χρησιμοποιηθεί ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό του πεδίου ροής του αέρα μέχρι του ύψους των 0,60 m από το δάπεδο. Η παρουσία των ζώων στα κελιά δημιουργεί σύνθετες συνθήκες ροής που δεν μπορούν να περιγραφούν επαρκώς από έναν και μόνον αριθμό. Εφόσον η τιμή του Arc είναι μικρότερη από 30 το πεδίο ροής του αέρα είναι σταθερό. Εάν η τιμή αυτή ξεπεράσει το 75 το πεδίο ροής γίνεται ασταθές. Για τιμές ανάμεσα στο 30 και στο 75, επικρατεί μία ενδιάμεση κατάσταση. Για ταχύτητα εισόδου 5 m s -1, το πεδίο ροής του αέρα παραμένει σταθερό μέχρι τους 0 C. Αδιάστατος συντελεστής ορμής του εισερχόμενου αέρα: Οι ερευνητικές προσπάθειες των Leonard και McQuitty (1987) κατέδειξαν ότι η σταθερότητα του πεδίου ροής του αέρα έχει άμεση σχέση και με την ελάχιστη τιμή του συντελεστή ορμής. Αυτός ορίζεται ως: VU e J gq όπου: J = συντελεστής ορμής του εισερχόμενου αέρα V = παροχή του αέρα μέσα από το άνοιγμα του αερισμού (m 3 s -1 ) Ue = μέση ταχύτητα εισόδου του αέρα στο κτήριο (m s -1 ) Q = όγκος του κτηρίου (m 3 ) (61) Η σταθερότητα του πεδίου ροής εξασφαλίζεται εφόσον ο συντελεστής ορμής του εισερχόμενου αέρα είναι μεγαλύτερος από Jmin=7, για εξωτερική θερμοκρασία -20 ºC. Η πρακτική αξία αυτού του συντελεστή δεν έχει πιστοποιηθεί από ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών αερισμού στα κτήρια στέγασης των αγροτικών ζώων. (60) 64

65 Βαθμός αποτελεσματικότητας Η συνολική αξιολόγηση ενός συστήματος μηχανικού αερισμού γίνεται συχνότατα με χρήση του βαθμού αποτελεσματικότητας. Ο βαθμός αυτός προσδιορίζει το κατά πόσο ανανεώνεται ο αέρας σε ένα συγκεκριμένο σημείο μέσα στο κτήριο στέγασης των ζώων κάθε χρονική στιγμή και ορίζεται (van Wagenberg και Smolders, 2000) από την παρακάτω εξίσωση: C C i,t o,t VE p,t (62) Ca,t Co,t όπου: VEp.t = βαθμός αποτελεσματικότητας σε κάποιο σημείο p του κτηρίου τη χρονική στιγμή t Ci,t = συγκέντρωση οποιουδήποτε ρύπου ή θερμοκρασία του εξερχόμενου αέρα τη χρονική στιγμή t Co,t = συγκέντρωση οποιουδήποτε ρύπου ή θερμοκρασία του εισερχόμενου αέρα τη χρονική στιγμή t Ca,t = συγκέντρωση οποιουδήποτε ρύπου ή θερμοκρασία στο επίπεδο των ζώων τη χρονική στιγμή t Ο βαθμός αποτελεσματικότητας είναι πάντοτε θετικός και μπορεί να είναι μεγαλύτερος από τη μονάδα (Maghirang et al., 2001). Εφόσον είναι ίσος με τη μονάδα δεχόμαστε ότι μέσα στο κτήριο το σύστημα του μηχανικού αερισμού δημιουργεί συνθήκες πλήρους ανάμειξης του αέρα. Όσο μεγαλύτερος από τη μονάδα είναι ο βαθμός αποτελεσματικότητας τόσο καλύτερο θεωρείται το σύστημα του αερισμού, ενώ το αντίθετο ισχύει όταν είναι μικρότερος από τη μονάδα. 65

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ IV ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ-ΔΡΟΣΙΣΜΟΥ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αναφέρθηκε ήδη ότι ο μηχανικός αερισμός αποτελεί έναν καθιερωμένο τρόπο ελέγχου του τεχνητού περιβάλλοντος στα σύγχρονα κτήρια στέγασης των αγροτικών ζώων. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα οπότε και χρησιμοποιείται ο ελάχιστος αερισμός, τα παραγόμενα ζωικά φορτία συνήθως (εκτός των περιπτώσεων στέγασης νεαρών ζώων) επαρκούν για τη διατήρηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό των κτηρίων στα όρια της θερμοουδέτερης ζώνης. Όμως, όταν οι εξωτερικές θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά χαμηλές τότε η ανάγκη ελέγχου της σχετικής υγρασίας ή της συγκέντρωσης του CO2 στο εσωτερικό των κτηρίων, καθιστά απαραίτητη τη θέρμανση (Κεφάλαιο ΙΙΙ) ακόμα και για τα ενήλικα ζώα. Αντίθετα, όταν οι εξωτερικές θερμοκρασίες είναι πολύ υψηλές, είναι απαραίτητος ο δροσισμός έτσι ώστε τα αγροτικά ζώα να μην υποστούν θερμικό στρες, αφού η θερμοκρασία στο εσωτερικό των κτηρίων στέγασης είναι πάντα υψηλότερη από την εξωτερική κατά 1-3 C. Το ενδιαφέρον πρέπει να εστιαστεί στα συστήματα θέρμανσης και δροσισμού και στην αποδοτική τους συνεργασία με τα όποια συστήματα μηχανικού αερισμού μέσω των στρατηγικών ελέγχου της λειτουργίας τους με τελικό σκοπό την εξοικονόμηση ενέργειας. ΘΕΡΜΑΝΣΗ Εισαγωγή Η απαιτούμενη θερμότητα για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης παράγεται είτε τοπικά (με επιτόπια παροχή) μέσα στους θαλάμους, είτε κεντρικά (με παροχή μέσω σωληνώσεων) σε κάποιο βοηθητικό χώρο των κτηρίων στέγασης των αγροτικών ζώων. Η θερμότητα παρέχεται με το νερό ή τον αέρα, ενώ ως πηγή θερμότητας χρησιμοποιούνται είτε οι ηλεκτρικές αντιστάσεις, είτε τα συμβατικά καύσιμα (πετρέλαιο, προπάνιο). Οι δύο κύριοι τρόποι μετάδοσης της θερμότητας είναι η επαγωγή και η ακτινοβολία. 66

67 Συστήματα τοπικής θέρμανσης Ως τοπικά συστήματα θέρμανσης θεωρούνται τα συστήματα στα οποία το θερμαντικό στοιχείο βρίσκεται μέσα στο χώρο που είναι απαραίτητη η θερμότητα. Συστήματα θέρμανσης του εσωτερικού αέρα: Τα βασικά εξαρτήματα του οποιουδήποτε συστήματος (Εικόνα 16) είναι το θερμαντικό στοιχείο και ο ανεμιστήρας (αξονικός ή φυγοκεντρικός). Συμπληρωματικά μπορεί να υπάρχουν ο θερμοστάτης, οι περσίδες οι οποίες καθορίζουν τη ροή του αέρα και τα φίλτρα του αέρα. Συνήθως αναρτώνται από Κρίνεται ως πλεονεκτικότερο (MWPS-34, 1990) η ροή του αέρα να κατευθύνεται παράλληλα προς τα ανοίγματα εισόδου του αέρα (Εικόνα 17) έτσι ώστε να επιτυγχάνονται πιο ομοιόμορφες συνθήκες θερμοκρασίας μέσα στο χώρο στέγασης. Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούν 100% εσωτερικό αέρα ο οποίος ανακυκλοφορεί (PIH-57). Εικόνα 16. Σύστημα θέρμανσης του εσωτερικού αέρα 67

68 Εικόνα 17. Προτεινόμενη κατανομή συστημάτων θέρμανσης Α: Μήκος μέχρι 9,0 m, Πλάτος μέχρι 4,0 m Β: Μήκος μέχρι 36,6 m, Πλάτος μέχρι 5,5 m Γ: Μήκος από 18,3 μέχρι 36,6 m, Πλάτος από 5,5 m μέχρι 11,0 m Δ: Μήκος από 18,3 μέχρι 36,6 m, Πλάτος από 11,0 m μέχρι 15,0 m Συστήματα θέρμανσης του εισερχόμενου αέρα: Σε αντίθεση με ότι αναφέρθηκε παραπάνω, τα συστήματα αυτής της κατηγορίας χρησιμοποιούν και κατ επέκταση θερμαίνουν 100% φρέσκο εξωτερικό αέρα, ο οποίος εισέρχεται σε ένα κτήριο για να καλύψει τις ανάγκες του ελάχιστου αερισμού. Εφόσον τα συστήματα παρέχουν όλη την απαιτούμενη ποσότητα αέρα, συνδυάζονται με ένα σύστημα αερισμού υπερπίεσης. Εάν αντίθετα (όπως συνήθως) τα συστήματα παρέχουν μέρος της απαιτούμενης ποσότητας αέρα, τότε συνδυάζονται με ένα σύστημα αερισμού υποπίεσης. Επειδή συνήθως στα συστήματα αυτά χρησιμοποιούνται φυγοκεντρικοί ανεμιστήρες οι οποίοι είναι ικανοί να λειτουργήσουν υπό καθεστώτα υψηλών απωλειών στατικής πίεσης, επιδιώκεται η παροχή του αέρα μέσα από δίκτυο σωληνώσεων (Εικόνα 18) ώστε να επιτυγχάνεται ομοιόμορφη κατανομή του αέρα μέσα στο χώρο στέγασης 68

69 Εικόνα 18. Σύστημα θέρμανσης του εισερχόμενου αέρα Λαμπτήρες θέρμανσης - Θερμομητέρες: Μεταδίδουν τη θερμότητα με ακτινοβολία και για το λόγο αυτό μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κλειστά (όρνιθες κρεοπαραγωγής, νεαρά χοιρίδια) και σε ανοικτά κτήρια στέγασης αγροτικών ζώων (νεογέννητα αρνιά, χοίροι προπάχυνσης και πάχυνσης). Συνήθως λειτουργούν με ηλεκτρικό ρεύμα (λαμπτήρες θέρμανσης; Εικόνα 19) ή με προπάνιο (θερμομητέρες; Εικόνες 20 και 21). Στα κλειστά κτήρια προσοχή πρέπει να δοθεί απαραίτητα στην παράλληλη χρήση του ελάχιστου αερισμού όταν χρησιμοποιούνται συστήματα που λειτουργούν με προπάνιο, αφού τα καυσαέρια απελευθερώνονται μέσα στο χώρο στέγασης των ζώων. Επίσης απαραίτητος κρίνεται ο έλεγχος της λειτουργίας τους με χρήση θερμοστατών (τοποθετημένων στο επίπεδο των ζώων) έτσι ώστε η θερμοκρασία του χώρου στέγασης να μην υπερβαίνει τα επιθυμητά όρια. Εικόνα 19. Λαμπτήρες θέρμανσης τοκετοομάδων χοιριδίων 69