Droge koeling in berenstallen – rendement op investering 2 jaar

Inno+ is specialist in het vooraf conditioneren van binnenkomende lucht voor varkens- en pluimveestallen. Ons doel is om het hele jaar door een optimaal klimaat voor de dieren te realiseren. In de winterperiode wordt de binnenkomende lucht voorverwarmd met energie uit luchtwassers en getransporteerd naar luchtinlaatwisselaars voordat deze de ruimte binnenkomt. Voor de zomer hebben we een nieuw concept ontwikkeld, specifiek voor de koeling van beren-, zeugen- en vleesvarkensstallen. De laatste twee zomers in Nederland hebben een grote impact gehad op de varkensproductie door hittestress. Met ons inzicht in het negatieve effect dat traditionele ‘natte’ koelsystemen kunnen hebben, hebben we een koelconcept ontwikkeld om de zomerproblemen echt op te lossen. Dit ‘air conditioning’ systeem koelt niet alleen, maar ontvochtigt ook de binnenkomende lucht, waarbij de buitentemperatuur altijd tot 17°C wordt afgekoeld en de luchtvochtigheid in de comfortzone van minder dan 60% blijft. Wat dit betekent, in landen zoals Nederland waar de zomertemperaturen meer dan 2000 uur per jaar boven 17°C stijgen. We kunnen het verlies in biggenproductie verminderen door een luchtkwaliteit te handhaven waarin de zeugen comfortabel kunnen leven. Dit comfort betekent dat ze zich beter voortplanten.

Hoe werkt het?

Koud water van 10°C wordt geproduceerd met een lucht-water koelmachine en wordt dan via een buizensysteem naar warmtewisselaars gestuurd die de binnenkomende lucht koelen. In tegenstelling tot traditionele natte koelsystemen waar de lucht in contact komt met het water waar hij doorheen stroomt. Dit systeem biedt een ‘droge’ interface in de vorm van dichte leidingen waar koud water doorheen stroomt. Dit betekent dat er geen vochtoverdracht is naar de binnenkomende lucht, in feite heeft het luchtcontact met de koude leidingen het effect van het condenseren van vocht in de lucht en het er in feite uithalen. Dit betekent dat de lucht die het gebouw binnenstroomt minder vocht bevat en daardoor minder energie-inhoud of enthalpie heeft. In regio’s waar de enthalpie van de buitenlucht constant hoog is, kan dit een enorm voordeel hebben. Het verwijderen van alle luchtenergie betekent dat de dieren niet worden uitgedaagd wanneer ze proberen hun warmte-energie over te brengen in lucht die in principe al vol energie zit.

Koele berekening

Dus hoe berekenen we de hoeveelheid koeling die nodig is voor een groep varkens? Welnu, allereerst hebt u enige basisinformatie nodig over het klimaat dat u verwacht te beheren. Bijvoorbeeld, de hoeveelheid lucht die nodig is voor de betreffende dieren. U moet ook een goed idee hebben van de kwaliteit van de lucht die het systeem zal moeten verwerken. Een klimaat dat lucht produceert met een hoge energie of enthalpie zal meer koeling vereisen dan een klimaat met een lagere energie-inhoud van de lucht.

Hoeveel lucht?

Een van de eerste dingen om over na te denken is hoeveel lucht u zult moeten conditioneren. De meeste gesloten systemen hebben dit al berekend bij het ontwerp van het klimaatsysteem. Dit is meestal de hoeveelheid lucht die nodig is per varken op piekmomenten, vermenigvuldigd met het aantal varkens.

Bij wijze van voorbeeld – 500 zeugen in Zuid-Korea

ventilatievoud met koeling van de binnenkomende lucht: 200 m3/uur/zeug
125 zeugen in worp op elk moment
Totale max. ventilatie: 125 x 200 = 25.000 m3/uur

Pieken

Vervolgens moet worden bepaald hoe lang de buitenlucht moet worden behandeld. Ook deze berekening vereist een beetje ingebouwde redenering over wat de ‘piek’ is. Om verkeerde zuinigheid te voorkomen is het niet altijd zinvol het systeem op de maximale enthalpie te ontwerpen. Als de piek bijvoorbeeld slechts van korte duur is en geen dramatisch effect op de productie heeft, is het zinvol het systeem zo te ontwerpen dat het een enthalpie aan kan tot een punt waar het effect kan worden beperkt.

In sommige landen kan dit 10% van het totale aantal benodigde dagen zijn, maar in andere landen kan dit minder dan 4% zijn. De sleutel tot het ontwerpen van een efficiënt droog koelsysteem is een goed gevoel te hebben over hoe het plaatselijke klimaat de luchtkwaliteit kan beïnvloeden en wat het werkbare bereik is buiten de ‘optimale zone’ waarin de dieren comfortabel kunnen blijven. Uiteindelijk is de wetenschap eenvoudig, maar de systeemontwerper moet wel een goede kennis hebben van klimaat en dierlijke productie.

Voor het onderstaande voorbeeld hebben we 10% gebruikt als waarde om van de piek af te gaan, in de veronderstelling dat het niet bereiken van de beoogde 17°C bij 60% RV gedurende 260 uur per jaar aanvaardbaar is. Zolang de enthalpie maar veilig blijft.

Regio Zuid-Korea

Enthalpie voor de regio: 94 kJ/kg
Piekwaarde bij: 80 kJ/kg (35°C/50 % RH)
Afkoeling tot: 17°C/100% RH (47,8 kJ/kg)

Dit betekent dat we een systeem ontwerpen op 80kJ/kg en niet op 94kj/kg, waardoor er 260 uur overblijven waarin het systeem niet optimaal draait, van de 17°C / 60 % RV doelstelling. De beoordeling is gebaseerd op de vraag of deze periode boven de comfortzone een kritiek punt kan bereiken. Bijvoorbeeld, de RV komt boven 75% met een significante impact op de dieren. Hoewel het natuurlijk de wens is te investeren in een systeem dat 100% van de koelbehoefte dekt, zullen de extra kosten ons waarschijnlijk naar een compromispositie leiden. Aan het eind van de dag moet het systeem nog steeds renderen. Dit gezegd zijnde, is het de moeite waard te bedenken dat 260 uur in dit geval slechts 3% is van de totale productieperiode van een jaar. Terwijl 2580 uur 30% is.

Daarom Koeluren:

Koeluren (>17°C): 2.580 uren
Uren tussen 47,8 kJ en 80 kJ: 2.320 uur
Uren boven 80 KJ/kg: 260 uur

Berekening van de energie die nodig is om 1000m3 af te koelen met 15kj/kg als gemiddelde.

Gemiddelde waarde enthalpie over de 2.580 uur 62, 5 kJ/kg tussen 47,8 – 94 KJ/kg
Gemiddelde over 2.580 uur naar boven afgerond 65 kJ/kg
We koelen tot een niveau van 47,8 kJ/kg: Dit betekent 15 kJ/kg koelen gedurende 2.580 uur = ave 5,38 kW per 1.000 m3 ventilatie capaciteit.

Totale energie om te koelen

Om het aantal kW/h voor 1000m3 te berekenen, moet u berekenen hoeveel energie er in 1000m3 zit (massa van de lucht x energie per kilo gram) en dan omrekenen naar hoeveel er per uur nodig is. Bijv. 1000m3 x 1,21kg/m3 x 15kj/kg / 3600 sec = 5,38 kW/h

De gemiddelde enthalpie wordt berekend met een klimaatcalculator en is specifiek voor de regio. In dit geval wijst 62,5kj gemiddeld voor een bereik van 47, 8 tot 94 op een klimaat met een scherpe piek. Dit betekent dat de maximale enthalpie maar kort duurt in verhouding tot het grootste deel van de tijd. Dit verlaagt het gemiddelde tot onder het middelpunt van 72kj/kg

Met het doel van 80 kj/kg kunnen we nu het maximaal benodigde koelvermogen berekenen.

Buitenenthalpie bereikt piek bij 80kj/kg

Ontwerp punt enthalpie van binnenkomende lucht = 47,8kj/kg
Geïnstalleerd koelvermogen per 1000m3/h = 10,75 kW
Geïnstalleerd koelvermogen: 10, 75 kW / 1.000 m3 ventilatiecapaciteit (80-47,8kJ/kg – 30kJ verschil)
Totaal geïnstalleerd koelvermogen voor deze woning: 25 x (1000m3) x 10,75kW = 268kW

Geïnstalleerd koelvermogen per 1.000 m3/uur ventilatievermogen (koelvermogen)

Enthalpy Outside condition [kJ/kg]	Design point enthalpy incoming air [kJ/kg]	Installed Cooling capacity per 1.000 m³/hour ventilation rate in [kW]
100	47,8 (=17˚C / 100% RH)	17,4
95	47,8 (=17˚C / 100% RH)	15,8
90	47,8 (=17˚C / 100% RH)	14,1
85	47,8 (=17˚C / 100% RH)	12,4
80	47,8 (=17˚C / 100% RH)	10,7
75	47,8 (=17˚C / 100% RH)	9,1
70	47,8 (=17˚C / 100% RH)	7,4
65	47,8 (=17˚C / 100% RH)	5,7
60	47,8 (=17˚C / 100% RH)	4,1
55	47,8 (=17˚C / 100% RH)	2,4

In de wetenschap dat we 2,7kW koelvermogen per kW elektriciteit nodig hebben (EER – energy efficiency rate), kunnen we berekenen hoeveel elektriciteit er nodig is om gedurende deze hete periode van 2580 uur voor koeling te zorgen.

Energieverbruik per 1.000 m3/uur ventilatie: 5, 38kW/2.7 = 2kW/h x 2.580 uur = 5.160 kW gemiddeld.

Energiekosten per jaar voor 500 zeugen (125 werpen)

Dimensionering Max. Ventilatie nodig 25.000 m3/uur *(200m3/h/varken?)
Betekent geïnstalleerd koelvermogen = 268,5kW
Gemiddeld energieverbruik: 25 x 5, 38 = 135 kW gemiddeld koelvermogen
Water/lucht machine: Rendement 2, 7, betekent 49, 3 kW elektriciteit
Jaarlijks elektriciteitsverbruik: 49, 3 kW x 2,580 = 128.500 kWh x € 0, 08 = € 10.281,- per Jaar

Energiekosten per big – zonder zonnepanelen

Uitgaande van biggenproductie van 25 biggen per zeug x 500 = 12.500 per jaar
Energiekosten per big = € 0, 82 (€ 10.281/12.500 biggen)

Tot slot, werkt het?

Vorig jaar hebben we jaar op jaar (2019-2020) verbeteringen gemeten op verschillende locaties en onze conclusies waren:

Over de zomerperiode – zagen we een verbetering van 3% in biggenproductie.
Tijdens de warmste maanden tot 9% verbetering in productie.
In de warmste week op één locatie behaalden we een kraampercentage van 94,5%, wat in feite de hoogste score was voor de hele zomerperiode op dat bedrijf.
De totale prestatie berekende we een winst van ongeveer 0,45 biggen per zeug.

De combinatie van deze koeloplossing met zonnepanelen is ideaal. Op momenten in de zomer dat er een piek is in de productie van zonne-energie, is er ook een piek in de energie die door de koelmachine wordt opgenomen. De energiekosten van de koelmachine vallen dan weg door de eigen energieproductie van het bedrijf.

Goede koeling essentieel in varkensproductie

Koeling wordt meer en meer een essentieel onderdeel van een goede varkensproductie. Naast een direct economisch voordeel, in de zin van meer geproduceerde biggen per zeug en een lagere zeugensterfte. Er is ook een algemene belangstelling voor dierenwelzijn en -welzijn. En zeker niet te vergeten, het welzijn van de mensen die in de stallen werken onder extreem warme oncomfortabele omstandigheden.

Voor meer informatie kunt u het onderstaande formulier invullen of contact met ons opnemen: +31 (0) 77 – 4657360