Μελέτη επίδρασης φυσικού αερισμού στο μικρο-περιβάλλον κτηνοτροφικής μονάδας με χρήση τεχνολογίας ανοιχτού κώδικα

Abstract

The concentration of ammonia and carbon dioxide, the internal temperature and relative humidity were monitored in a poultry farm of laying hens with natural ventilation in Northern Greece. The measurements were made at three sampling points two meters above the ground using open source device technology and sensors during a period of 12 days in the spring (March-April 2016). The measurements of the carbon dioxide concentrations resulted in the calculation of the ventilation rate by the indirect method of the carbon dioxide balance and subsequently of the ammonia emission rate. Ammonia concentrations were sometimes high but most of the measurements did not exceed 25 ppm. Ammonia concentration showed a considerable increase with increase in temperature and relative humidity. The daily mean values of ammonia concentration varied between 13.49±4.15 to 28.50±5.71 ppm for sampling point SP1, 9.32±3.49 to 29.55±13.52 ppm for sampling point SP2, both near the side openings, and 7.99±2.97 to 29.82±4.16 ppm for sampling point SP3 in the middle of the livestock building below air vents. Large diurnal variations in ammonia concentrations, temperature and relative humidity were observed between daytime and night time due to a decrease in temperature and animal activity. The diurnal ammonia concentrations among sampling points showed slight differences between SP1 & SP2 whereas a noticeable decrease is observed at SP3. Results illustrate the reliability of open source device technology, rendering it a useful tool to monitor pollutant gas concentrations and various microclimatic parameters within naturally ventilated livestock constructions. The average hourly total ammonia concentration is 19.1 ppm while the corresponding value for carbon dioxide is 814.4 ppm which is below the alert threshold. The average hourly internal temperature and relative humidity are 15.6 οC and 47.1% respectively, which are within the limits of thermal comfort providing an ideal microclimate for laying birds. The average indoor air velocity is 2 m/s with its maximum value within the recommended air inlet velocities ranging from 3,048 to 5,080 m/s. The average value of the ventilation rate by the method of the CO2 balance and gave an average value of 5.48 ± 2.91 m3/h /bird with a range of values between 1.54 and 18.60 m3/h/bird. Increasing the rate of ventilation results in a decrease in internal or relative humidity as well as in concentrations of ammonia and carbon dioxide. The average value of the ammonia emission rate for the housing system of laying hens on the floor is 489.9 ± 244.9 g/ d/AU with a minimum value of 132.9 g/ d/AU and a maximum of 1142.65 g/ d/AU. The concentration of ammonia inside the poultry house is moderately correlated with the internal air velocity (r = 0.494) while the ventilation rate is related to the ammonia emission rate showing a positive moderate correlation of mean statistical significance (r = 0.615). Internal temperature positively affects the emission rate of ammonia (r = 0.430) as well as the concentration of internal ammonia (r = 0.561) and carbon dioxide (r = 0.359).

Η συγκέντρωση της αμμωνίας και του διοξειδίου του άνθρακα, η εσωτερική θερμοκρασία και σχετική υγρασία παρακολουθήθηκαν σε ένα πτηνοτροφείο ορνίθων ωοτοκίας με φυσικό αερισμό στη Βόρεια Ελλάδα. Οι μετρήσεις έγιναν σε τρία σημεία δειγματοληψίας δύο μέτρα πάνω από το έδαφος χρησιμοποιώντας τεχνολογία συσκευής ανοιχτού κώδικα και αισθητήρες κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 12 ημερών την άνοιξη (Μάρτιος–Απρίλιος 2016). Από τις μετρήσεις των συγκεντρώσεων του διοξειδίου του άνθρακα προέκυψε ο υπολογισμός του ρυθμού αερισμού με την έμμεση μέθοδο του ισοζυγίου του διοξειδίου του άνθρακα και του ρυθμού εκπομπών της αμμωνίας. Οι συγκεντρώσεις αμμωνίας ήταν μερικές φορές υψηλές, αλλά οι περισσότερες μετρήσεις δεν ξεπέρασαν τα 25 ppm. Η συγκέντρωση της αμμωνίας παρουσίασε σημαντική αύξηση με την αύξηση της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας. Οι ημερήσιες μέσες τιμές συγκέντρωσης αμμωνίας κυμαίνονταν μεταξύ 13,49±4,15 έως 28,50±5,71 ppm για το σημείο δειγματοληψίας SP1, 9,32±3,49 έως 29,55 ± 13,52 ppm για το σημείο δειγματοληψίας SP2, και τα δύο κοντά στα πλευρικά ανοίγματα, και 7,99 ± 2,97 έως 29,82 ± 4,16 ppm για το σημείο δειγματοληψίας SP3 στη μέση του κτηνοτροφικού κτηρίου κάτω από τους αεραγωγούς. Παρατηρήθηκαν μεγάλες ημερήσιες διακυμάνσεις στις συγκεντρώσεις αμμωνίας, στη θερμοκρασία και στη σχετική υγρασία μεταξύ της ημέρας και της νύχτας λόγω μείωσης της θερμοκρασίας και της δραστηριότητας των ζώων. Οι συγκεντρώσεις της ημερήσιας αμμωνίας έδειξαν μικρές διαφορές μεταξύ των SP1 & SP2, ενώ παρατηρείται αισθητή μείωση στο SP3. Τα αποτελέσματα δείχνουν την αξιοπιστία της τεχνολογίας συσκευών ανοιχτού κώδικα, καθιστώντας την ένα χρήσιμο εργαλείο για την παρακολούθηση των συγκεντρώσεων των αερίων ρύπων και διαφόρων μικροκλιματικών παραμέτρων σε φυσικά αεριζόμενες κατασκευές. Η μέση ωριαία ολική συγκέντρωση αμμωνίας είναι 19,1 ppm, ενώ του διοξειδίου του άνθρακα είναι 814,4 ppm, οι οποίες τιμές είναι κάτω από τα όρια επιφυλακής. Η μέση ωριαία εσωτερική θερμοκρασία και σχετική υγρασία είναι 15,6 οC και 47,1 %, οι οποίες είναι εντός των ορίων θερμικής άνεσης παρέχοντας ιδανικό κλίμα για τα πτηνά ωοπαραγωγής. Η μέση εσωτερική ταχύτητα του αέρα είναι 2 m/s με την μέγιστη τιμή εντός των ορίων των συνιστώμενων ταχυτήτων εισόδου αέρα από 3,048 έως 5,080 m/s. Η μέση τιμή του ρυθμού αερισμού με την μέθοδο του ισοζυγίου του διοξειδίου του άνθρακα CO2 έδωσε μέση τιμή 5,48±2,91 m3/h/bird με ένα εύρος τιμών που κυμαίνεται μεταξύ 1,54 έως 18,60 m3/h/bird. Η αύξηση του ρυθμού αερισμού έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της εσωτερικής σχετικής υγρασίας καθώς επίσης και των συγκεντρώσεων της αμμωνίας και του διοξειδίου του άνθρακα. Η μέση τιμή του ρυθμού εκπομπής αμμωνίας για το σύστημα στέγασης της εκτροφής ορνίθων ωοπαραγωγής σε δάπεδο είναι 489,9±244,9 g/d/AU, με ελάχιστη τιμή τα 132,9 g/d/AU και μέγιστη τα 1142,65 g/d/AU. Η συγκέντρωση της αμμωνίας εντός του πτηνοτροφείου συσχετίζεται μετρίως με την εσωτερική ταχύτητα του αέρα (r =0,494), ενώ ο ρυθμός αερισμού σχετίζεται με τον ρυθμό εκπομπής της αμμωνίας, παρουσιάζοντας μια θετική μέτρια συσχέτιση μεσαίας στατιστικής σημασίας (r =0,615). Η εσωτερική θερμοκρασία επηρεάζει θετικά τον ρυθμό εκπομπής της αμμωνίας (r =0,430) όπως και την συγκέντρωση της εσωτερικής αμμωνίας (r =0,561) και διοξειδίου του άνθρακα (r =0,359).