kursus 3: toidu kvaliteet ja ohutus

Soojusvahetus veiselaudas

Kursus 3: Toidu kvaliteet ja ohutus

Teema 6: Seosed looma heaolu – keskkond – toidu kvaliteet: tootmise tagajärjed

Õppetund 6: Soojusvahetus veiselaudas

Eesti Maaülikool

J. PraksV. Poikalainen M. Liiske


Sisukord

1. Sissejuhatus2. Loomapidamishoone soojus- ja

niiskusbilanss. Üldküsimusi3. Loomade soojusvahetus keskkonnaga 4. Loomapidamishoone soojus- ja

niiskusbilanss 5. Veiste soojuse, niiskuse ja gaasi emissioon6. Hoone piirded ja energiakulu7. Kasutatud kirjandus

Täiendav materjal:

Sisekliima1.pdf

Sisekliima2.pdf

Sisekliima3.pdf

Heat.doc


1. Sissejuhatus

Õppetunni teemaks on lehmalautade soojusbilanss.


Loomaruumi sisekliima olulisemad tegurid on:

1) õhu temperatuur,2) suhteline niiskus,3) gaasikoostis,4) tolmusisaldus,5) liikumiskiirus,6) mikroobide ja bakterite sisaldus,7) müra,8) mitmesugused kiirgused9) jt. vähemtähtsad ümbritseva keskkonna mõjurid.

Loomaruumi sisekliimast sõltuvad loomade toodanguvõime, sööda- ja energiakulu.

Sisekliima1.pdf

2. Loomapidamishoone soojus- ja niiskusbilanss. Üldküsimusi


3. Loomade soojusvahetus keskkonnaga

Veised annavad oma elutegevuse tulemusena ümbritsevasse keskkonda soojusenergiat, mis tekib ainevahetuses nende poolt kasutatavast söödast. Loomad annavad jääksoojuse keskkonda vaba- ja peitsoojusena.

Sisekliima 2.pdf

Peitsoojuseritus on soojuse äraandmine organismilt keskkonda veeauru kujul.

Vabasoojuseritus on soojuse ülekanne organismilt keskkonda konvektsiooni, soojusjuhtivuse ja –kiirguse teel.

Kogusoojuseritus on vaba- ja peitsoojuserituse summa.


Loom vabaneb organismis tekkivast või õhult saadud soojusest kiirguse, konvektsiooni, soojusjuhtivuse ja vee aurustamise teel.

Kiirgussoojusvahetus toimub looma ja keskkonna vahel.

Väljas langeb loomale otsene ja hajutatud päikesekiirgus ning pikalaineline atmosfäärikiirgus.

Ruumis paiknevad loomad alluvad hajutatud päikesekiirgusele, atmosfäärikiirgusele ja mõnikord kunstlikule infrapunakiirgusele.

(Livestock Housing 1994, lk. 209…213)

Sisekliima2.pdf


Konvektiivne soojusvahetus, s.o. looma vahetus läheduses oleva õhu liikumisega ülekantav soojusvahetus. Loomalt äraantud soojus on võrdeline õhu liikumiskiirusega ja looma keha ümbritseva ning kaugemal asuva õhu soojussisalduse vahega.

Kui õhk on looma kehapinnast soojem, siis võtab loom õhust soojust. Õhu loomulik liikumine tekib looma keha pinna temperatuuri ja õhu temperatuuri erinevuse tõttu.

Konvektiivne soojusvoog on ligikaudu 30…40 W/m2 neutraalses temperatuuripiirkonnas, kui kehapinna temperatuur on 10 C võrra kõrgem õhu temperatuurist.

Sundkonvektsioon tekib õhu sundliikumise korral (tavaliselt õhu kiirus üle 0,1 m/s).


Soojusjuhtivus tahketes kehades on soojusenergia ülekandmine molekulilt molekulile. Selline soojuse ülekandmine toimub loomalt söödud söödale või joodud joogile, kui need on külmemad looma kehatemperatuurist . Samuti kandub soojus külmale põrandale, kui loom lamab.

Allapanuta pidamisel on soojusülekanne põrandasse eriti suur. Kuiv põhk on parim soojusisolaator.

Noorloomade pidamisel võib kasutada köetavaid põrandaid.


Soojusülekanne vee aurumisega (peitsoojus) toimub vee aurumissoojuse arvel. Vee aurumissoojus on ligikaudu 2450 kJ/kg.

Looma kehast võib veeaur erituda1) difuusselt läbi naha,2) higi aurumisega kehalt,3) hingamisteede limaskestadelt.

Vee difusioon lakkab, kui veeauru osarõhud looma keha lähedal ja ümbritsevas õhus on võrdsed.

Aurumise intensiivsus sõltub õhus oleva veeauru osarõhust (õhu niiskus).Kui keha lähedal olev õhk küllastub veeaurust, vee aurumine lakkab.Hingamisteedes küllastub väljahingatav õhk veeauruga.


Hingamisel erituv soojushulk sõltub välja- ja sissehingatava õhu veeaurusisalduse vahest.

Soojusülekanne aurumise teel loomalt väliskeskkonda on ka siis võimalik, kui õhu temperatuur on kõrgem kehapinna temperatuurist. Õhu veeaurusisaldus peab olema väiksem looma naha lähedase õhu veeaurusisaldusest.

Sisekliima2.pdf

Füsioloogiliselt optimaalne õhutemperatuur on see, mille juures loomade toodang on maksimaalne (põhiainevahetuse tase on kõige madalam.


Majanduslikult optimaalne sisetemperatuur sõltub välisõhu temperatuurist, hoone soojapidavusest, sööda ja toodangu hinnast.

Erinevalt tuleb käsitleda traditsioonilise soojustatud lauda ja tänapäevase soojustamata lauda soojusbilanssi ja sisekliimat.

Majanduslikult optimaalne õhutemperatuur – toodangu vähenemine on korvatud kliima tagamiseks tehtavate kulutuste kokkuhoiuga.


Loomapidamishoonete õhuvahetuse arvutuse aluseks on loomaruumi niiskus- ja soojusbilanss.

Loomapidamisruumi energiakulu arvutamiseks on vaja määrata soojusbilansi üksikkomponendid.

Peamiseks soojusallikaks loomapidamisruumis on loomad.

Soojusenergiat kulub ventileeritava õhu soojendamiseks, piirdekadude katmiseks ja vee aurustamiseks.

(Livestock Housing 1994, lk. 187…199) Sisekliima3.pdf

4. Loomapidamishoone soojus- ja niiskusbilanss


Loomapidamisruumi soojusbilansist on arvutatav liigsoojus soojal ajal:

Kus qvon loomade vabasoojuseritus, W,

qs pidevalt soojust tekitavate tehnoloogiliste seadmete võimsus , W,

qp piirdekaod, W,

qa aurumiskaod, W,

qõ ventileeritava õhuga tekkiv kadu, W.

,õapsvliig qqqqqq


Loomalautade sisekliima analüüsimisel ning kütte-ventilatsioonisüsteemide projekteerimisel on vaja teada loomadelt

ajaühikus erituva:

1) soojuse,2) niiskuse ja3) gaasi koguseid.

Need eritused võib leida vastavatest normidest. Näiteks Rahvusvahelise Põllumajandusinseneride Komisjoni (Commission Internationale du Geine Rural, CIGR) poolt soovitatud normid.

Sisekliima2.pdf

5. Veiste soojuse, niiskuse ning gaasi emisioon


Kogusoojuseritus (qk vattides) arvutatakse 20 ºC juures järgmiste valemitega, arvestades keskmist söötmistaset.Kuni 50 kg vasikad:

kus m on looma mass kg,qk – soojuseritus vattides.

Üle 50 kg vasikad ja mullikad:

,880)150(5,71 5,0 mqk

.mq ,k 80015065 50


Pullid:

Lehmad:

kus t on tiinuse päev,p – päevane piimatoodang, kg.

75,06mqk

,22106,16,5 3575,0 ptmqk


Kogusoojuseritust võib korrigeerida õhutemperatuuri järgi. Keskkonna temperatuuril üle 10 C arvutatakse vabasoojuseritus (qv vattides) kogusoojuserituse qk järgi valemiga

Peitsoojuseritus (qp vattides) on

Arvestades, et ühe kilogrammi vee aurustamiseks kulub 680 W·h/kg (2450 kJ/kg) energiat, leitakse ühe looma poolt eritatud veeauru kogus (kg/h) valemiga

vkp qqq

47 101085180 )(,,qq kv

pq,w 310471


Soojus kandub kõrgema temperatuuriga kehalt madalama temperatuuriga kehale. Soojusülekanne toimub soojusjuhtivuse, konvektsiooni ja kiirguse teel.

Läbi piirde kandub soojus hoonest välja peamiselt soojusjuhtivuse teel, mis on omane tahkele läbipaistmatule materjalile.

Konvektsioon esineb gaasides (õhk) ja vedelikes.

Soojusülekanne kiirguse teel on võimalik soojuskiirgusele (infrapunane kiirgus) läbipaistvas keskkonnas (õhk, klaas jmt).

Sisekliima3.pdf

6. Hoone piirded ja energiakulu


Soojusläbikanne läbi mitmekihilise piirde on avaldatav valemiga

Kus F on piirde pindala, m2,s – siseõhu temperatuur , °C,

v – välisõhu temperatuur, °C,

s – soojusülekandetegur õhult seinale, W/(m2K),

v – soojusülekandetegur seinalt välisõhle, W/(m2K),

– piirdekihi paksus, m, – piirdekihi materjali soojuserijuhtivus, W/(mK).

vi

i

s

vsFq

11


Soojusülekandeteguri väärtused, W/(m2K) on ligikaudu järgmised:

loomulik konvektsioon 10,

sundlaminaarne voolamine = 5…20,

sundturbulentne voolamine = 10…100,

keemine = 500…10 000.

Soojusülekandeteguri pöördväärtust nimetatakse pinna soojustakistuseks.


Soe pind

Turbulentnevoolamine

Laminaarnevoolamine

Joonis 5.1. Konvektsioon seina lähedal


Joonis 5.2. Temperatuuri muutus välispiirdes:1 – tellismüür, 2 – soojusisolatsioon, 3 – betoonseinR-soojustakistus, v –välispinna temperatuur, s –sisepinna temperatuur

10 cm

s=22 ºC

3

12,5 cm 10 cm d1 d2 d3

v=-25 ºC

1

= 0,5 0,04 0,9 W/(m·K)

m2·K/W 0,11 3,13 0,2 R= 0,07 0,13


7. Kasutatud kirjandus

Aerial Environment in Animal Housing. of CIGR Working Group Report Series No 94.1.

Climatization of Animal Houses. Report of Working Group CIGR, Commission Internationale du Gėnie Rural. Aberdeen, 1984.

Livestock Housing. Edited by C. M. Wathes, D. R. Charles. CAB International, 1994, 428 lk.

Liiske, M. 2002. Sisekliima. Tartu: EPMÜ, 188 lk.:ill.

kursus 3: toidu kvaliteet ja ohutus

Documents