Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Kostengünstige Alternative zum herkömmlichen EWT Ludo Van Caenegem ALB Fachtagung 28.2.8, Hohenheim Inhalt Rippenrohr-Erdwärmetauscher (EWT) Heiz- und Kühlleistung Bemessung/Investitionen/Wirtschaftlichkeit Alternative Erdwärmenutzung im Hohlraum unter dem Stall Bauliche Aspekte Klimamessungen Stall 1 Klimamessungen Stall 2 Heiz- und Kühlleistung Vergleich Hohlraumlüftung Rippenrohr-EWT Bemessung des Hohlraums Schlussfolgerungen 2
Energiebedarf reduzieren Stalltemperatur absenken Wärmedämmung verbessern Energieverbrauch reduzieren Lüftungsrate anpassen Zulufttemperatur erhöhen Regelung nach CO 2 - Konzentration Wärmerück -gewinnung Erdwärme nutzen 3 Nutzung von Erdwärme: klassischer Rippenrohr-Erdwärmetauscher Dank dem Rippenrohr-Erdwärmetauscher (EWT) kann in Abferkelställen auf Heizung und Kühlung verzichtet werden. EWT erfordern jedoch hohe Investitionen 4
EWT: Heiz- und Kühlleistung 25 3 42 mm, L=39 m, v max = 3.5 m/s 15 53 kwh 1 5-5 -1-15 - -25-3 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Leistung kw Heizleistung Kühlleistung 67 kwh 5 EWT: Bemessung und Investitionen Wirkungsgrad im Sommer: 5 % ln(1 η) x = 4 Abferkelbuchten Kennzahlen β Rohrdurchmesser.2.25.315.4.5 Anzahl Rohre m 5 32 8 Rohrlänge m 24 32 42 Gesante Rohrlänge m 594 57 479 396 333 Rohrabstand a/a m.6.63.68.75.83 Zuluft/Sammelkanal Länge m 29.8 19.9 13.5 9.3 6.6 Aushub m3 1381 94 194 172 Aushub + zudecken Rohre Fr/m3 1 1 1 1 1 Zuluft und SammelKanal Fr/m 6 6 6 6 6 Rippenrohr Fr./m 21 28 42 61 Investitionen Fr. Aushub + zudecken Rohre Fr. 1388 936 1945 1715 Zuluft und SammelKanal Fr. 3576 2388 11 79 RippenrohreRohre Fr. 1549 152 1355 623 193 Investitionen total Fr. 6117 48968 41345 38727 38828 Investitionen Fr./Abferkelbucht 153 24 134 968 971 Investitionen./Abferkelbucht 939 765 646 65 67 6
EWT: Wirtschaftlichkeit Heizenergie / énergie pour le chauffage 3 25 Zuluft direkt/air d'amenée direct Zuluft über EWT/air d'amenée par ECS Energie kwh/jahr, 15 1 5 Vormast/préengraiss. 6 E/U. Abferkelställe/box mise bas 4 E/U. Beispiel Abferkelstall Energieeinsparung: 3 kwh/jahr, Abferkelbucht Kosteneinsparung: 3kWh x.1 /kwh = 3./Jahr, Abferkelbucht Mögliche Investitionen: (1 (1 +.4).4 25 ) 3 47 / Abferkelb. Abschreibung: 25 Jahre Zins : 4.% 7 Alternative zum EWT Zuluft aus dem Hohlraum unter dem Stall Fragen: Bauliche Voraussetzungen Heiz- und Kühlleistung Investitionen im Vergleich zum EWT Dimensionierung (Berechnungsmethode) 8
Bauliche Aspekte (1) Isolierte Bodenplatte Wände + Dach Sandwichpaneele Tragstruktur Stahl 9 Bauliche Aspekte (2) 1
Bauliche Aspekte (3) 11 Stallklimamessungen 2x8 Abferkelbuchten März-Oktober 5 2x1 Abferkelbuchten Juli 5 Juni 6
Klimamessungen Stall 1: März-Okt. 5 34 32 Temperatur 1 8 6 4 2 Stall Zuluft B4 Aussen Zuluft B15 Zuluft B1 Temperatur 3 28 26 24-2 -4-6 -8-1 5.3.5 6.3.5 7.3.5 8.3.5 9.3.5 1.3.5 11.3.5.3.5.6.5 Aussen Zuluft B1 Zuluft B15 23.6.5 24.6.5 Stall Zuluft B4 25.6.5 26.6.5 27.6.5 28.6.5 29.6.5 Winter: dt max =.3 C Sommer: dt max = -11 C 13 Klimamessungen Stall 2: Juli 5 - Juni 6 Temperatur C 1 8 6 4 2-2 -4-1 -8-6 - - 25..5 26..5 Stall Zuluft B4 27..5 28..5 Zuluft B17 Aussen 29..5 3..5 31..5 1.1.6 Temperatur C 34 32 3 28 26 24 25.7.5 Aussen Stall Zuluft B4 Zuluft B17 26.7.5 27.7.5 28.7.5 29.7.5 3.7.5 31.7.5 1.8.5 Winter: dt max =.8 C Sommer: dt max = 1.5 C
Heiz- und Kühlleistung (Stall 2) 3 Wärme-/Kühlleistung kw 1-1 83 kwh - -3 73 kwh Jul 5 Aug 5 Sep 5 Okt 5 Nov 5 Dez 5 Jan 6 Feb 6 Mrz 6 Apr 6 Mai 6 Jun 6 15 Hohlraumlüftung EWT Winter 3: 42 mm L= 39 m Temperatur C 8 4-4 Stall Zuluft Aussen Temperatur C 8 4-4 -8 Stall Zuluft EWT Aussen -8 - - - - 25..5 26..5 27..5 28..5 29..5 3..5 31..5 1.1.6-23.1. 24.1. 25.1. 26.1. 27.1. 28.1. 29.1. 3.1.
Hohlraumlüftung EWT Sommer 3: 42 mm L= 39 m Temperatur C 34 32 3 28 26 24 25.7.5 26.7.5 Aussen Stall Zuluft 27.7.5 28.7.5 29.7.5 3.7.5 31.7.5 1.8.5 Temperatur C 32 3 28 26 24.8. 15.8. Stall Zuluft Aussen.8. 17.8..8. 19.8..8. 21.8. 17 Investitionen Zuluft < Hohlraum Zuluft < EWT Investitionen Fr. ( Abferkelbuchten) Investitionen./Abferkelbucht 3 1 4 65
Bemessung des Hohlraums Eine Zuluftabbkühlung von 6 C erfordert eine Wärmetauschfläche von etwa 25 m 2 pro Lüftungsrate von 1 m 3 /h Stalltyp Verfügbare Fläche Verfügbare Fläche m 2 /kwh m 2 /1 m 3 /h Abferkelstall Krieger. 26. Ferkelaufzucht bis 25 kg 8.4. Mastschweine 1 kg 6.6 9. Galtsauen 25 kg.6. 19 Berechnung der Wärmeleistung Zulufttemperatur C 33 32 31 3 29 28 1 m2/1 m3/h 27 15 m2/1 m3/h m2/1 m3/h 26 25 m2/1 m3/h 25 2 4 6 8 1 Kanallänge m dx dt x dql, x [ P α ( t t )] dx dϑ dt l, x = x l, x w, x dql, x = m dϑ c l l
Empfehlungen für die Praxis Grundfläche (m 2 ) 1/4 maximale Lüftungsrate (m 3 /h) für eine Abkühlung der Zuluft um max. 6 C Luftgeschwindigkeit im Hohlraum: Winter: <.15 m/s Sommer: <.6 m/s Wenn möglich Luft ansaugen von der Südseite im Winter, von der Nordseite im Sommer Seitenwände des Hohlraums frostfrei gründen 21 Schlussfolgerungen Leistung: Die Anwärmung der Zuluft im Hohlraum unter dem Stall ist im Winter mit der im Rippenrohr-Erdwärmetauscher vergleichbar. Die Abkühlung der Zuluft im Hohlraum ist im Sommer deutlich geringer als im Rippenrohr-Erdwärmetauscher. Investitionen: Die Investitionen für die Luftführung unter dem Stall sind bei Systembau weniger als die Hälfte im Vergleich zum Rippenrohr-EWT. Berechnungsgrundlagen: Der Wärmefluss unter dem Stall lässt sich modellieren. Das Berechnungsmodell hat sich als Planungsinstrument für die Dimensionierung von Zuluftkanälen unter dem Stall bewährt.
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