1. Zastosowanie kompaktowych biofiltrów do oczyszczania powietrza z budynków inwentarskich.

Transkrypt

1 1. Zastosowanie kompaktowych biofiltrów do oczyszczania powietrza z budynków inwentarskich. dr hab. Jacek Walczak Instytut Zootechniki PIB Kraków Balice Cel i metodyka badań Negatywne środowiskowe oddziaływanie produkcji trzody sprowadza się do czterech zakresów. Pierwszy z nich to nadmierna depozycja w środowisku glebowym i wodnym pierwiastków biogennych, prowadząca do przenawożenia, eutrofizacji, a następnie skażenia tych środowisk. Głównym czynnikiem są tu nawozy naturalne, w postaci obornika i gnojowicy. Trzy kolejne zakresy powiązane są z emisją związków, znanych w zootechnice pod nazwą szkodliwych domieszek gazowych. Są to, tlenki azotu i metan oraz amoniak i tzw. odory. Dwa pierwsze, wyemitowane do troposfery wraz z wentylowanym powietrzem, współdziałają w potęgowaniu efektu cieplarnianego i powstawaniu dziury ozonowej. Emisja amoniaku oddziałuje na ogólne zanieczyszczenie powietrza, powstawanie kwaśnych deszczy, eutrofizację wód oraz uciążliwość odorową. W tym ostatnim zakresie współdziała również ok 210 innych związków zaliczanych do LZO. Bezpośrednio z gazami powiązana jest również emisja pyłów, których działanie ma bardzo szeroki zakres od zdrowia ludzi i zwierząt, po chemiczno-fizyczne oddziaływania z różnymi domieszkami powietrza. Zanim badania potwierdziły szkodliwe oddziaływanie wspomnianych gazów na środowisko naturalne, od dawna znanym był ich negatywny wpływ na same zwierzęta gospodarskie. Długotrwałe przebywanie w przekraczającym normy stężeniu tych domieszek powoduje szereg konsekwencji zdrowotnych i produkcyjnych. Dyskutowane od dłuższego czasu kwestie wprowadzenia ustawy odorowej, a ostatnio także przygotowania do przyjęcia dyrektywy NEC sprawiają, że konieczność redukcji emisji gazów z budynków inwentarskich, staje się realną potrzebą w produkcji zwierzęcej. Istnieje wiele metod redukcji emisji gazowych z budynków inwentarskich, począwszy od żywienia zwierząt, przez systemy ich utrzymania po filtracje i obróbkę powietrza wentylowanego z pomieszczeń. Stosowane dotychczas głównie w badaniach naukowych biofiltry, miały charakter dość znacznych wymiarów płyt pokrytych materiałem organicznym lub budowli z podobnym wypełnieniem. Celem zrealizowanych badań było opracowanie i wdrożenie konstrukcji kompaktowego biofiltra obsługującego pojedynczy kanał wentylacyjny, co ułatwiłoby obsługę i zwiększyło skuteczność urządzenia. Badania przeprowadzono na 150 tucznikach krzyżówek pbz x wbp x duroc, 30 krowach mlecznych rasy cb z 70% dolewem krwi hf oraz 650 kurczętach brojlerach linii Cobb. Zwierzęta żywione były zgodnie z normami i przyjętym na fermie schematem z automatów, przy stałym dostępie do wody. Okres utrzymania każdorazowo obejmował 105 dni. W doświadczeniu wykorzystano ściołowe systemy utrzymania. Każda grupa zajmowała oddzielną komorę klimatyczną o optymalnym, standaryzowanym zgodnie z normami zootechnicznymi mikroklimacie. W każdym powtórzeniu ustalono różnice w składzie i stężeniu gazów emitowanych z badanego gatunku oraz wpływ zastosowania różnego

2 rodzaju materiałów biologicznych na skład, stężenie oraz redukcję odorów. Jako złoża filtracyjne wykorzystano: torf, korę, słomę i trociny. Grupę kontrolną stanowiły komory bez biofiltracji powietrza. Badano stężenia następujących odorów w kanałach nawiewnych i wywiewnych oraz na wylocie biofiltra: amoniaku, siarkowodoru, kwasów organicznych: octowego, propionowego, meta butylowego, Izo butylowego, meta walerianowego, izo walerianowego, meta kapronowego, izo kapronowego, heptanowego, octanu amonu, alkoholi, estrów, aldehydów i ketonów: maranolu, butanolu, formaldehydu, acetonu, acetyloaldehydu, eteru etylowometylowego, fenoli: fenolu, 4-etylofenolu, 4-metylofenolu, p-krezolu, 2-amino acetylofenonu, amin: metyloaminy, dimetyloaminy, dietyloaminy, indolu, 3-metyloindolu (skatol) merkaptanów: metanotiolu, etanotiolu, tioeteru dimetylowego, tioeteru dietylowego, Pomiar stężeń poszczególnych domieszek gazowych, przeprowadzono chromatografem gazowym Voyager firmy Photovac. Wszystkie zadania badawcze przeprowadzono przy wykorzystaniu komór klimatycznych, opartych o doświadczenia z tzw. "climatic-respiration chamber". Ich konstrukcja oraz wykonanie, pozwalają na uzyskanie całkowitej szczelności pomieszczeń. Dopływ i usuwanie powietrza odbywa się poprzez komputerowo sterowany, podciśnieniowo-nadciśnieniowy system wentylacji. Przez komorę przepuszczana jest ustalona objętość powietrza, wtłaczanego mechanicznie przez wlot wentylacyjny i usuwanego także mechanicznie przez przewód wentylacyjny wyciągowy. Monitoringowi poddane są zarówno skład powietrza wlotowego jak i wylotowego. Przepływ regulowany jest elektronicznym sterownikiem. Objętość przepływającego powietrza oblicza się z mierzonej jego prędkości ruchu, czasu jego trwania oraz znanego przekroju kanału pomiarowego (wywiewnego), przy wykorzystaniu stosowanego w fizyce równania, opisującego tzw. "prawo przepływu". Integralną część doświadczenia stanowiły oryginalne konstrukcje biofiltrów. Oparto je o metalowy prostopadłościenny szkielet, obudowany blachą. W środku bryły na 1/3 wysokości umieszczono metalowy kosz wypełniony złożem filtrującym. Zużyte powietrze z budynku doprowadzane było do biofiltra mechanicznie, wentylatorem tłoczącym, a następnie zasysane przez złoże wentylatorem wyciągowym i wyprowadzane na zewnątrz. W stosunku do innych konstrukcji, rozwiązanie doświadczalne miało budowę kolumnową i dodatkowy wentylator wyciągowy. Wprowadzone modyfikacje pozwalały na sterowanie wielkością przepływu powietrza oraz łatwą i częstą wymianę złoża filtrującego. Samo złoże o wymiarach 0,9x0,9x0,9 zmieniane było systematycznie co tydzień w przypadku krów, co dwa tygodnie w przypadku tuczników oraz co trzy tygodnie w utrzymaniu brojlerów. Częstotliwości te ustalono eksperymentalnie.

3 Sposób działania biofiltracji opiera się na procesach fizykochemicznych zachodzących przy współudziale mikroflory zasiedlającej złoże filtrujące. Domieszki gazowe zawarte w wentylowanym z budynku powietrzu w trakcie przepuszczania przez filtr, ulegają, adsorpcji, rozpuszczeniu i związaniu przez sam materiał filtrujący, zraszany wodą oraz film mikrobiologiczny powlekający naturalny materiał filtrujący. Następnie osadzone związki mogą być wykorzystywane w procesach metabolicznych mikroflory. Po okresie wysycenia materiału filtrującego i namnożenia się mikroorganizmów, dokonuje się wymiany wkładu filtrującego. Zużyty materiał może być następnie wykorzystany, jako nawóz naturalny. Wyniki przeprowadzonych doświadczeń i ich uogólnienie Analizując efektywność redukcji emisji gazowych na drodze biofiltracji w utrzymaniu tuczników, stwierdzić można dużą skuteczność tej metody, zależną jednak od rodzaju złoża filtrującego. Największą redukcję emisji uzyskano w przypadku złoża torfowego. Różnica ta była wysoko istotna statystycznie w stosunku do wszystkich grup chemicznych odorów. Największą przydatność tego materiału potwierdzono statystycznie także wobec innych rodzajów złóż. Stosunkowo niewiele mniejszą skuteczność wykazywała również rozdrobniona kora drzew iglastych. Najmniejszą efektywnością filtracji cechowała się natomiast słoma w postaci sieczki. Na uwagę zasługuje przeszło 60% redukcja emisji amoniaku i siarkowodoru w złożach torfowych. Prawie identyczne zależności potwierdzono w przypadku utrzymania bydła mlecznego (tab. 4). Ponownie torf okazał się być najbardziej efektywnym materiałem filtrującym. Za wyjątkiem siarkowodoru, alkoholi, merkaptanów, fenoli i estrów, gdzie różnice były nisko istotne, pozostałe emisje ograniczono wysoko istotnie. Zróżnicowanie to dotyczyło tak grupy bez filtracji, jak i pozostałych materiałów filtrujących. W przypadku utrzymania drobiu stwierdzono dwie dodatkowe grupy chemiczne odorantów, jakimi były węglowodory oraz halogenoalkany. Generalnie poziom emisji gazowych był tu stukrotnie mniejszy niż to miało miejsce w przypadku bydła. Jednak i tym razem torf potwierdził najwyższą skuteczność wobec innych materiałów oraz braku filtracji Były to różnice istotne statystycznie. Także słoma okazała się być najmniej skutecznym złożem. Potwierdzono to z prawdopodobieństwem P 0,05. Wnioski Na podstawie uzyskanych wyników postawić można następujące wnioski: 1. Biofiltracja zanieczyszczonego odorami powietrza z budynków inwentarskich jest wysoce skuteczną metodą ograniczenia skażeń środowiskowych z tej działalności. 2. W przeprowadzonych badaniach najlepszymi właściwościami filtracyjnymi cechowały się torf i rozdrobniona kora. Słoma lub trociny zastosowane jako złoża biofiltrów wykazują istotnie mniejsze zdolności wiązania zanieczyszczeń gazowych. 3. Zakres biofiltracji nie wykazuje istotnego powiązania z charakterem chemicznym emitowanych związków, co sugerować może znaczący wpływ właściwości fizycznych materiałów złóż na skuteczność zachodzących procesów redukcji zanieczyszczeń

4 Tabela 1. Wielkość emisji głównych grup odorantów z utrzymania tuczników (kg/szt./rok). Grupa Grupa związków Bez filtracji Kora Torf Słoma Trociny - amoniak 2,31aA 1,52bB 1,35cB 1,95d 1,83e - siarkowodór 0,084 aa 0,038 bb 0,023 cb 0,067 d 0,049 e - dwutlenek siarki 0,043 aa 0,025 bb 0,017 bb 0,033d 0,03d - aldehydy 2,102* aa 0,934* bb 0,782* cb 0,172* d 0,142* e - alkohole 0,72* aa 0,47* bb 0,35* cb 0,61* d 0,50* e - ketony 1,401* aa 0,612* bb 0,53* bb 1,102* d 0,867* e - kwasy org. 0,586* aa 0,210* bb 0,178* cb 0,397* d 0,278* e - merkaptany 5,606 * aa 2,242* bb 1,972* bb 4,223* d 3,736* e - fenole 20,53* aa 10,23* bb 8,23* cb 17,64* d 13,23* e - aminy 7, 24* aa 3,98* bb 3,12* bb 5,67* d 4,36* e - estry 0,694* aa 0,310* bb 0,289* cb 0,5128* d 0,402* e * -x10-2 kg; ab - różnice istotne przy P 0.05; AB - różnice istotne przy P 0.01 Fot. 1. Widok zewnętrznej części instalacji biofiltra Foto. 2. Wnętrze komory mikroklimatycznej

5 2. Maty grzewcze dla zwierząt gospodarskich dr hab. Jacek Walczak Instytut Zootechniki PIB Kraków Balice Cel i metodyka badań Postęp hodowlany w produkcji zwierzęcej, konieczność ciągłego obniżania kosztów jednostkowych, przy jednoczesnych wymaganiach zwiększania produkcyjności, ale również komfortu i dobrostanu zwierząt, zmuszają hodowców do sięgania po coraz nowsze, technicznie zaawansowane rozwiązania w zakresie wyposażenia budynków inwentarskich. Jednym z nich są legowiskowe maty grzewcze dla bydła świń i drobiu. Ogrzewania miejsc przeznaczonych do leżenia i odpoczynku zwierząt, pozwala na radykalne obniżenie kosztów ogrzewania całości budynku. W przypadku pomieszczeń nie ogrzewanych, maty grzewcze umożliwiają uzyskanie temperatury optymalnej z punktu widzenia samego zwierzęcia w miejscu, w którym spędza ono najwięcej czasu doby. W efekcie stosowania mat możliwe jest obniżenie zużycia paszy, wzrost produkcyjności, ograniczenie zachorowalności i upadków oraz poprawa dobrostanu zwierząt. Celem badań było opracowanie i wdrożenie mat grzewczych dla świń, krów i drobiu, umożliwiających ogrzewanie miejsc legowiskowych zwierząt dla poprawy ich dobrostanu i produkcyjności. Maty wykonano z gumy, posiadającej atestowaną odporność na agresywne czynniki środowiska, występujące w pomieszczeniach inwentarskich oraz odpowiednią szorstkość i wytrzymałość na rozerwanie. Wewnątrz maty zatopiono elementy grzewcze zasilane płynnym medium grzewczym. Dobór elementu grzewczego zależy od posiadanego przez hodowcę źródła ciepła. Zmieniający w zależności od temperatury wierzchniej warstwy, barwny obszar wskaźnikowy, umożliwia łatwą identyfikację termiki maty i jej szybkie dostosowanie do istniejących potrzeb Konstrukcja mat pozwala na wykorzystanie do ich zasilania fotoogniw lub kolektorów solarnych. Konstrukcja wierzchniej warstwy mat zapewnia jej dużą wytrzymałość i łatwość czyszczenia, także przy użyciu środków dezynfekcyjnych. Rodzaj i wymiar mat dostosowano do stadardowych warunków chowu, a więc stanowisk legowiskowych dla krów, kojców porodowych dla loch, kojców tuczarni oraz kurników ściołowych i brojlernii. Konstrukcja mat umożliwia również ich dopasowanie do nietypowych wymiarów, poprzez bezpieczne docięcie, nie naruszające elementów grzewczych. Maty posiadały obliczoną maksymalną moc grzewczą oraz płynną regulację temperatury do poziomu maksimum temperaturowego każdego z gatunków, poprzez odpowiednie sterowniki, umiejscowione poza zasięgiem zwierząt. W materiałach konstrukcyjnych założono 30% udział odpadów gumowych. Ich udział ograniczał się do warstwy nośnej, natomiast warstwę wierzchnią wykonywano z pełnowartościowego tworzywa. Sposób mocowania mat do podłoża betonowego sprecyzowano, jako kotwy M12 x1,75x800 a do podług rusztowych przy pomocy śrub o identycznych wymiarach. W obu przypadkach, mocowania zaopatrzono w podkładki usztywniające materiał maty w sąsiedztwie łba oraz dodatkową podkładkę i nakrętkę dla mocowań w rusztach. Położenie otworów mocujących określono w odległości 60 mm od każdego z naroży maty w półprofilach wykonywanych mechanicznie w trakcie montażu. W ramach badań wydzielono i zasiedlono łącznie 70 stanowisk legowiskowych w obiektach inwentarskich: po 10 szt. odpowiednio dla prosiąt warchlaków oraz tuczników; po 20 szt. odpowiednio dla krów mlecznych oraz drobiu (nioski i brojlery). Badania realizowano przez okres 2 miesięcy w trzech powtórzeniach. Wyniki przeprowadzonych doświadczeń i ich uogólnienie Zrealizowane w Instytucie Zootechniki PIB, długotrwałe testy na zwierzętach, potwierdziły ich wysoką efektywność w poprawie produkcyjności zwierząt, zdrowotności oraz dobrostanu. Dla bydła potwierdzono dłuższy czas leżenia krów mlecznych na stanowiskach wyposażonych w maty oraz wyższą mleczność tych zwierząt. Wykorzystanie mat skutkowało również podwyższeniem średniej

6 zawartości tłuszczu w mleku oraz niższym poziomem komórek somatycznych. Wykorzystanie mat w utrzymaniu świń skutkowało potwierdzonymi statystycznie wyższymi przyrostami, niższym zużyciem paszy oraz ograniczeniem upadków. Identyczne efekty uzyskano w odchowie kurcząt brojlerów. W przypadku kur niosek wykorzystanie mat powodowało zwiększenie poziomu nieśności oraz niższe zużycie paszy. U zwierząt doświadczalnych obserwowano również niższy poziom agresji, a badania hormonów stresu długofalowego, potwierdziły wyższy poziom ich dobrostanu. Foto. 1. Grzałka wodna do maty dla krów i tuczników. Foto. 2. Mata grzewcza dla bydła Na wyższą produkcyjność zwierząt wpłynęły wyższy komfort termiczny, przejawiający się wyższymi temperaturami skóry zwierząt, czego najlepszym przykładem mogą być wyniki uzyskane dla prosiąt ssących. Wyższe temperatury stref odpoczynku (legowisk) wpłynęły także na niższe poziomy hormonów stresu zwierząt (tab. 9-10), a przez to na ograniczenie zapotrzebowania bytowego energii. W ten sposób pobierana pasza mogła być lepiej wykorzystana dla potrzeb produkcyjnych. Zgromadzone wyniki badań nie wykazały istotnego zróżnicowania między samymi matami. Przy założonych identycznych parametrach technicznych, rodzaj użytego materiału oraz sposób zasilania mat, nie miał istotnego wpływu tak na produkcyjność, jak i zachowanie i fizjologię zwierząt. Średnie wyniki produkcyjne tuczników. Rodzaj maty/ rodzaj zasilania Tabela 1. Wyszczególnienie Bez maty wodne Wodne Przyrosty dzienne masy ciała [kg/szt.] Dzienne zużycie paszy [kg/szt.] Upadki i brakowania [%] 0,778a 0,891 b 0,918 b 0,878 b 0,108b 2,868a 2,487b 2,372b 2,446b 2,485b 1,3a 0,8b 0,7b 0,9b 0,7b ab - różnice statystycznie istotne przy P 0,05;AB różnice statystycznie istotne przy P 0,01; Tabela 2.

7 Wyszczególnienie Wyniki produkcyjne kur nieśnych Bez maty Rodzaj maty/ rodzaj zasilania wodne Wodne Nieśność (%) 50,1a 57,1b 56,2b 54,5b 53,4b Padnięcia (%) Masa jaja w 38. tyg. (g) 60,8a 61,3b 61,6b 61,1b 63,0b Zużycie paszy/ptaka/dzień (g) Wykorzystanie paszy na 1 jajo (g) Wykorzystanie paszy na 1 kg jaj (g) 115,5a 108,1b 107,7b 108,2b 108,4b 211,2a 192,4b 201,9b 202,3b 203,9b 4,06a 3,72b 3,74b 3,86b 3,65b ab - różnice statystycznie istotne przy P 0,05;AB różnice statystycznie istotne przy P 0,01; Tabela 3. Wyniki produkcyjne kurcząt brojlerów Wyszczególnienie Rodzaj maty/ rodzaj zasilania Bez maty wodne Wodne Masa ciała (g) 2024, , , , ,64 Wykorzystanie paszy (kg/kg m.c.) 2,16 1,69 1,770 1,61 1,56 Padnięcia (%) 3,33 1,76 1,63 1,77 1,69 ab - różnice statystycznie istotne przy P 0,05;AB różnice statystycznie istotne przy P 0,01; Średnie wartości temperatura skóry oraz poziom tyroksyny we krwi prosiąt. Tabela 4. Wyszczególnienie Rodzaj maty/ rodzaj zasilania Bez maty wodne Wodne - 4 dzień 28,7a 32,1b 33,4b 33,2b 32,5b - 14 dzień 31,8a 33,8b 33,7b 33,3b 33,5b Poziom tyroksyny [ng/ml] 41,1a 31,9b 32,9b 31,8b 33,3 b ab - różnice statystycznie istotne przy P 0,05;AB różnice statystycznie istotne przy P 0,01; Poziom wybranych hormonów stresu w plazmie krwi krów. Tabela 5.

8 Rodzaj hormonów Rodzaj maty/ rodzaj zasilania Bez maty wodne Wodne ACTH (pg/ml) 13,48 A 5,82B 6,13B 5,67B 5,13 B Kortyzol (nmol/l) 19,7 b 12,9b 12,38b 11,9b 13,2 b CK (pg/ml) 89,4 a 72,51 b 69,27 b 71,43b 68,2 b ab - różnice statystycznie istotne przy P 0,05;AB różnice statystycznie istotne przy P 0,01; Średni poziom kortykosteronu w plazmie kur i kurcząt brojlerów Tabela 6. Wyszczególnienie Rodzaj maty/ rodzaj zasilania Bez maty wodne Wodne Kury 24,5a 20,3b 19,9b 20,4b 20,7b Kurczęta 18,6a 12,4b 13,2b 12,9b 12,6b ab - różnice statystycznie istotne przy P 0,05;AB różnice statystycznie istotne przy P 0,01; Foto. 3 i 4. Termogram wodnej maty gumowej dla tuczników. Foto. 5 i 6. Termogramy mat zasilanych wodą dla niosek wykonanych z (widoczny obraz ptaków) i gumy.

9 3. Wykorzystanie OZE w produkcji zwierzęcej dr hab. Jacek Walczak Instytut Zootechniki PIB Kraków Balice Współczesna energetyka cieplna oparta jest nadal na paliwach kopalnych. Tam gdzie w jednej chwili uwalniane są tysiące kw energii, materiały te jeszcze długo pozostaną niezastąpione. Jeśli idzie o mniejsze moce i obiekty, to alternatywne źródła energii coraz szerszym frontem podbijają rynek. I nie tylko one. Coraz bardziej dostępne stają się specjalistyczne wymienniki i pompy ciepła, rekuperatory i inne urządzenia odzyskujące energię traconą do tej pory w ściekach, czy wentylowanym powietrzu. Wspomniana problematyka, poza nielicznymi wyjątkami, nie znajduje szerszego zainteresowania wśród hodowców, a przecież intensywny chów zwierząt, przy znaczących skali i koncentracji produkcji, jak każda przemysłowa działalność winien rozwijać energooszczędne metody produkcji. Stąd celem naukowym podejmowanych badań, było określenie możliwości zastosowania alternatywnych źródeł energii wraz z ustaleniem ich efektywności w fermowym chowie trzody chlewnej. Celem naukowym podejmowanych badań, było określenie możliwości zastosowania alternatywnych źródeł energii wraz z ustaleniem ich efektywności w fermowym chowie trzody chlewnej. Dla osiągnięcia założonego celu wykonano audyt zużycia energii j fermy oraz praktycznie określono produktywności odnawialnych źródeł energii (OZE) dla ogrzewania, oświetlenia i wentylacji budynków inwentarskich. Doświadczenie przeprowadzono na warchlakach i tucznikach mieszańcach czterorasowych oraz 300 lochach rasy pbz. Zwierzęta utrzymywano łącznie w 12 grupach zajmujących ogrzewane i wentylowane mechanicznie pomieszczenia w systemie ściołowym (tuczniki) i bezściołowym (lochy luźne prośne, lochy karmiące, warchlaki). W doświadczeniu wykorzystano generator wiatrowy o mocy 2,5 kw, słoneczne kolektory próżniowe o mocy 45 kw oraz fotoogniwa o mocy j 8,80 kw. Wymienione źródła energii zostały użyte do zasilania następujących odbiorników: ogrzewania podłogowego w porodówce, zasilania wentylatorów systemu wentylacji wyciągowej, oświetlenia pomieszczenia tuczarni. W doświadczeniu wykorzystano następujące źródła energii odnawialnej: 1. Generator wiatrowy o mocy 2,5 kw, napięciu 24 V usytuowany na wysokości 30 m od poziomu gruntu, na obrzeżu fermy od strony przeważającego kierunku wiatru. Zakres pracy generatora obejmował przedział prędkości ruchu powietrza od 2,5 do 25 m/s. Generator sterowany był elektronicznie poprzez komputerowy sterownik umożliwiający zmianę kierunku pracy łopat, a także ich zatrzymanie przy zbyt silnym wietrze. Instalacja wyposażona była w licznik energii, konwerter i falownik zmieniające prąd stały w prąd zmienny o napięciu znamionowym 230 V i natężeniu 16A. System wyposażony był w 25 akumulatorów żelowych

10 równoważących nadmiar i niedobór mocy wynikający z prędkości wiatru poruszającego generator. 2. Słoneczne kolektory próżniowe o mocy 45 kw o powierzchni czynnej 5,0 m 2 wyposażony w wymiennik ciepła o pojemności 300 l, rezerwowy zbiornik akumulacyjny o pojemności 300 l, układ pompowy, grzałkę rezerwową o mocy 2 kw, licznik energii cieplnej, sterownik trójdrożny ograniczający temperaturę roboczą cieczy do 45 0 C. 3. Fotoogniwa o mocy j 8,80 kw i napięciu 16V. Instalacja wyposażona była w licznik energii, konwerter i falownik zmieniające prąd stały w prąd zmienny o napięciu znamionowym 230 V i natężeniu 16A. System wyposażony był w 10 akumulatorów żelowych równoważących nadmiar i niedobór mocy wynikający z nasłonecznienia. Wymienione źródła energii zostały użyte do zasilania następujących odbiorników: 1. Ogrzewanie podłogowe w porodówce obejmujące 10 mat podłogowych o mocy 300 W, sterowanych zaworami termostatycznymi i zabezpieczonych przed przegrzaniem układem trójdrożnym. 2. Wentylator systemu wentylacji wyciągowej, o średnicy 0,8 m, napędzany silnikiem asynchronicznym o mocy 500 W, zainstalowany w warchlakarni. 3. Oświetlenie pomieszczenia tuczarni, wyposażone w 6 odbiorników luminescencyjnych (świetlówki) o łącznej mocy 240 W. W trakcie prowadzonych badań zrealizowano trzy zadania. Zadanie 1 Zastosowanie odnawialnych źródeł energii do zasilania instalacji ogrzewania podłogowego porodówki. Zadanie obejmowało badania pomiarowe ilości energii cieplnej jaka może być dostarczona do systemu ogrzewania podłogowego w porodówce, zasilającego maty grzewcze dla prosiąt z odnawialnych źródeł. Jednocześnie zastosowano wszystkie dostępne rodzaje energii. Maty o powierzchni 1,5 m 2 i mocy 300 W zasilane były bądź ciepłą wodą o temperaturze do 45 0 C z kolektora lub prądem z fotoogniwa lub generatora podłączonym do grzałki zatopionej w macie. Grupę kontrolną stanowiły kojce ogrzewane z elektrycznych promienników podczerwieni o mocy 300 W zawieszone 80 cm nad podłogą. Całość doświadczenia zrealizowano w pomieszczeniu ogrzewanym nagrzewnicą, sterowaną termicznie przez system wentylacji podciśnieniowej. Łącznie doświadczeniem objęto 22 kojce porodowe i 198 mioty. Zadanie 2 Wykorzystanie fotoogniw i generatora wiatrowego do zasilania wentylacji pomieszczeń. Badania objęły możliwość zasilania energią elektryczną powstałą w ogniwach fotogalwanicznych i generatorze wentylatorów w pomieszczeniach dla warchlaków. Do każdego ze źródeł podłączono poprzez licznik energii, identyczne wentylatory o mocy 500 kw i średnicy 0,8 m zamocowane w

11 wentylacyjnych kanałach wywiewnych i sterowane przez centralny sterownik. Pomiarom poddano ilości pobranej energii i efektywność zasilanych urządzeń. Jako układ kontrolny posłużył wentylator zasilany energią pobraną z sieci j. Zadanie 3 Wykorzystanie fotoogniw i generatora wiatrowego do zasilania oświetlenia pomieszczeń. Badania objęły możliwość zasilania energią elektryczną powstałą w ogniwach fotogalwanicznych i generatorze oświetlenia pomieszczeń dla tuczników. Do każdego ze źródeł podłączono poprzez licznik energii, identyczne sektory tuczu, każdy wyposażony w oświetlenie o mocy 240 kw w postaci 6 lamp świetlówek zamocowanych identycznie pod sufitem. Pomiarom poddano ilości pobranej energii i efektywność zasilanych odbiorników. Jako układ kontrolny posłużyło oświetlenie zasilane energią pobraną z sieci j. Wyniki przeprowadzonych doświadczeń i ich uogólnienie Jednym z najbardziej newralgicznych miejsc zużycia energii jest ogrzewanie pomieszczeń. W tabeli 1 zawarto wyniki zastosowania energii słonecznej oraz wiatrowej do dogrzewania prosiąt w porodówce. W celu lepszej prezentacji wyników mają one formę procentowego pokrycia zapotrzebowania w różnych miesiącach roku przez użyte w doświadczeniu instalacje, różniące się mocą. Niestety z przyczyn technicznych, nie było możliwe ujednolicenie tego parametru. Nie wyklucza to natomiast dokonania w razie potrzeby odpowiednich przeliczeń. Z tabeli wynika średnio czterokrotne przewymiarowanie mocy generatora wiatrowego. Oznacza to, że dla potrzeb pokrycia zapotrzebowania energii dla mat podłogowych wystarczyłby generator o mocy 0,5 kw. Co ważne, pokryłby on zapotrzebowanie w pełnym przedziale czasowym, bez ryzyka dogrzewania z innych źródeł. Stwierdzenie to, jest niestety uprawnione tylko dla opisanej lokalizacji fermy i wysokości masztu turbiny. W gorszych warunkach wietrzności, generator wiatrowy może okazać się kompletnie nieskuteczny. Nieco inaczej przedstawia się możliwość wykorzystania energii z solarnych kolektorów próżniowych. Wprawdzie w miesiącach letnich dają one prawie dwukrotnie więcej energii, lecz zimą pokrycie może spadać zaledwie do kilku procent zapotrzebowania. W przypadku fotoogniw średnie pokrycie zapotrzebowania wynosi 58,9%, jednak w praktyce oznacza to wahania od 91,3% w miesiącu czerwcu do 7,8 % w grudniu. W obu przypadkach możliwe jest pokrycie całości zapotrzebowania, lecz wiązałoby się to z prawie 10 krotnym zwiększeniem powierzchni czynnej kolektorów i ogniw. Opłacalność takiego posunięcia stoi pod znakiem zapytania w kontekście znaczącego nadmiaru mocy latem i konieczności jej okresowego zagospodarowania, choćby do suszenia ziarna. Jak wskazują dane zawarte w tabeli 2, zróżnicowanie pokrycia zapotrzebowania na energię, podobnie jak rodzaj dogrzewania, nie miały wpływu na uzyskiwane wyniki produkcyjne. Deficyt mocy został bowiem pokryty z klasycznej energii j, przez układ automatycznego sterowania. Uzyskiwane wyniki nie należą generalnie do najlepszych, zwłaszcza jeśli idzie o liczbę prosiąt żywo urodzonych. W całości danych widoczne jest sezonowe zróżnicowanie, wynikające z wahań parametrów mikroklimatycznych w pomieszczeniu. Pod względem możliwości zasilania elementów wentylacji pomieszczeń, ponownie najlepsza okazała się być energia wiatrowa (tab. 3). Moc posiadanego generatora wystarczyłaby do zasilenia średni 15 takich jak użyty, wentylatorów wyciągowych. Jednak praktycznie naddatek mocy w okresie letnim pokryłby jedynie zapotrzebowanie trzech takich silników. Wiąże się to ze znacznym poborem mocy przy zwiększonej wymianie powietrza w czasie upałów. Fotoogniwa pokrywały zapotrzebowanie średnio w 122%, jednak w okresie od listopada do stycznia zaznaczył się blisko 50% deficyt mocy, związany ze spadkiem nasłonecznienia. Także w okresie największego obciążenia wentylatorów w czasie letnich upałów deficyt wynosił od 11 do 35%. Zapotrzebowanie energii na oświetlenie pomieszczeń należy do najmniejszych pod względem wielkości pozycji wykonanego audytu energetycznego fermy. Stąd energia pozyska z generatora

12 wiatrowego mogłaby bez problemów zasilić średnio 23 takie instalacje (tab. 4). Dla fotoogniw średnie pokrycie wynosi 320%, jednak w okresie od listopada do lutego, waha się ono od 35,5% do 96,1%. Ponownie dało tu o sobie znać niskie nasłonecznienie w tych miesiącach, przy jednoczesnym wydłużonym czasie używania oświetlenia w budynku. Przy oświetleniu żarowym różnice te byłyby z pewnością jeszcze większe. Niemniej wydaje się, że zastosowanie fotoogniw do zasilania oświetlenia jest najprostszym i najmniej zawodnym rozwiązaniem. Wnioski Na podstawie uzyskanych wyników badań postawić można następujące wnioski: 1. Największą efektywnością i uniwersalnością zastosowania w produkcji energii dla potrzeb ferm świń posiada generator wiatrowy. Jego zastosowanie uzależnione jest jednak silnie od lokalnych warunków topograficznych i pogodowych. 2. Solarne kolektory próżniowe w pełni efektywnie mogą znaleźć zastosowanie dla dogrzewania pomieszczeń inwentarskich lub wspomagania w tym względzie istniejących systemów co. 3. Dla energii słonecznej stwierdza się zbyt małą dostępną moc czynną kolektorów i ogniw w okresie zimy, uzależnioną od małego nasłonecznienia. 4. Największe nadzieje wiązać należy w przyszłości z zastosowanie fotoogniw. Już na obecnym etapie mogą one jednak efektywnie wspomagać konwencjonalne źródła energii nawet w zakresie kilkudziesięciu procent zapotrzebowania mocy czynnej urządzeń. Bilans energii niezbędnej do zasilania systemu ogrzewania podłogowego porodówki. Tabela 1. Miesiąc Zapotrzebowanie Pokrycie (kwh) Generator Kolektor Fotoogniwo (%) (%) (%) I 412,3 410,3 3,23 10,4 II 372,4 453,5 26,2 22,5 III 412,3 405,2 54,5 41,7 IV 399,0 410,5 178,9 52,6 V 412,3 380,8 173,1 77,6 VI 399,0 373,6 191,7 91,3 VII 412,3 344,9 185,5 89,0 VIII 412,3 368,9 156,4 89,0 IX 399,0 434,5 95,4 74,4 X 412,3 430,0 36,0 45,8 XI 399,0 431,5 4,9 14,2 XII 412,3 424,2 1,8 7,8 Średnio 405,6 92,3 58,9 Wszystkie różnice wysoko istotne statystycznie

13 Tabela 2. Bilans energii niezbędnej do zasilania systemu wentylacji. Miesiąc Zapotrzebowanie Pokrycie (kwh)/wentylator Generator (%) Fotoogniwo (%) I 72, ,5 II 68, ,8 III 72, ,9 IV 119, ,5 V 180, ,5 VI 199, ,7 VII 412, ,0 VIII 462, ,2 IX 379, ,4 X 112, ,2 XI 89, ,8 XII 70, ,9 Średnio ,1 Wszystkie różnice wysoko istotne statystycznie Tabela 3. Bilans energii niezbędnej do zasilania systemu oświetlenia tuczarni. Miesiąc Zapotrzebowanie Pokrycie (kwh)/pomieszczenie Generator (%) Fotoogniwo (%) I 86, ,9 II 87, ,1 III 82, ,9 IV 69, ,3 V 59, ,6

14 VI 54, ,0 VII 57, ,4 VIII 58, ,4 IX 64, ,3 X 72, ,6 XI 82, ,1 XII 91, ,5 Średnio ,9 Wszystkie różnice wysoko istotne statystycznie Fot. 1. Kolektory solarne Fot. 2. Montaż generatora wiatrowego.