Calculating air exchange rates from broiler livestock houses
Evaluating different methods for calculating air volume discharges from broiler livestock houses
Kalkulation der Luftwechselraten von Masthühnerställen
Evaluierung von verschiedenen Methoden zur kalkulation des Luftaustausches in Masthühnerställen
von Luke Formosa
Datum der mündl. Prüfung:2005-07-06
Erschienen:2005-09-26
Betreuer:Prof. Dr. Herman van den Weghe
Gutachter:Prof. Dr. Jörg Hartung
Zum Verlinken/Zitieren:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1766
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Description:Dissertation
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Zusammenfassung
Englisch
Air exchange rates (AERs) were calculated from 2 full sized broiler houses. The first broiler house was a Louisiana stall (natural ventilation) and the second a mechanically ventilated stall. The following methods were tested in the naturally ventilated livestock house. Under hot summer conditions the CO2, heat and moisture mass balance models were assessed. Because of the hot temperatures and high AERs, mass balance model results were corrected, reasonable AER estimates were obtained. In the autumn, a tracer gas method was set up with only 6 sampling locations, mass balance models were also tested. The measured ventilation rates were low, but recorded significant correlation coefficients with outside temperatures (r2=0,73), wind speeds (r2=0,47) and were above the minimum recommended winter ventilation rates, except on 1 day when the wind speeds were very low and wind directions random. The tracer gas method results were correlated with the heat and moisture mass balance model results (r2=0,73 and 0,71, respectively) and the calculated AERs were within range of each other. The following methods were tested in a mechanically ventilated broiler house; pressure flow sensor, constant tracer gas injection and the mass balance models. Air volume discharges were accurately quantified with the pressure flow sensor, a high correlation (r2=0,95) between AERs and outside temperatures was recorded. These measured results were validated and considered to be the true AERs. The CO2, heat and moisture mass balance models were validated against the true AERs. The mass balance results were unpredictable, sometimes very accurate and other times out of range. The CO2 mass balance results at times correlated well with the heat and moisture balance results (r2=0,91 and 0,64, respectively). At best, the average 24h CO2 mass balance results were +54% above the true AERs (r2=0,78), the heat balance results -14% below (r2=0,66) and moisture balance +5% above (r2=0,61). To compare the accuracy of the mass balance models on a finer scale, day and night time averages from the true AERs were compared with the mass balance model results, no trends were observed. Methods of improving the mass balance results by incorporating bird activity into the model to account for diurnal variation, and using 2h intervals instead of 1h were tested. The mass balance results improved only sometimes with these amendments. Due to poor tracer gas/air mixing the tracer gas method did not obtain reasonable results. A SF6 sink was identified, located directly beneath the exhaust chimneys this depressed the air exchange rate results.
Keywords: Broiler house; gaseous emissions; mass balance models; tracer gas; air exchange rate
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Es wurden die Luftwechselraten von zwei Masthühnerställen üblicher Betriebsgröße kalkuliert. Bei dem ersten Stall handelte es sich um einen freigelüfteten Louisiana Stall und der zweite untersuchte Stall war ein zwangsbelüfteter Stall. Am freigelüfteten Stall wurden unter warmen Sommerbedingungen die CO2-, Wärme- und Luftfeuchte- Massenbilanzmodelle eingesetzt und bewertet. Die aufgrund hoher Temperaturen und hoher Luftwechselraten korrigierten Massenbilanzmodelle ergaben nachvollziehbare Luftwechselraten. Die Massenbilanzmodelle wurden im darauf folgenden Herbst neben einer Tracergas-Methode, die nur mit sechs Messpunkten im Stall durchgefüht wurde, erneut eingesetzt. Die gemessenen Ventilationsraten waren niedrig, zeigten aber eine signifikante Korrelation mit den Außentemperaturen (r2 = 0,73) und den Windgeschwindigkeiten (r2 = 0,47). Die Ventilationsraten lagen mit nur einer Ausnahme über den Mindestanforderungen für Wintersituationen. An dem Tag an dem die Anforderungen nicht erfüllt wurden herrschten niedrige Windgeschwindigkeiten und wechselnde Windrichtungen. Die Ergebnisse der Tracergas-Methode korrelierten mit der Wärme- und Luftfeuchte- Massenbilanzmethode (r2 = 0,73 bzw. 0,71) und die sich daraus ergebenden Luftwechselraten lagen in der gleichen Größenordnung. Im zwangsbelüfteten Stall wurden die Luftwechselraten mittels Differenzdruckmessung, konstanter Tracergas-Injektion und der Massenbilanzmethode ermittelt. Die mit dem Differenzdrucksensor gemessenen Abluftraten korrelierten hoch (r2 = 0,95) mit den Luftwechselraten und den Außentemperaturen. Die Ergebnisse wurden validiert und als tatsächliche Luftwechselraten zu Grunde gelegt. Die Ergebnisse aus den CO2-, Wärme- und Luftfeuchte- Massenbilanzmodellen wurden mit den tatsächlichen Luftwechselraten verglichen. Die Ergebnisse der CO2 Massenbilanz korrelierte gut mit der Wärme- und Luftfeuchte- Massenbilanz (r2 = 0,91 bzw. 0,64). Die geringsten Abweichungen von der tatsächlichen Luftrate lagen für die CO2-Massenbilanz bei 54%, für die Wärme-Massenbilanz bei -14% und für die Luftfeuchte-Massenbilanz bei 5%. Die Genauigkeit der Massenbilanzmethode wurde durch die Betrachtung der Tages- und Nachtmittelwerte der tatsächlichen Luftwechselraten geprüft. Es konnten keine besseren Übereinstimmungen festgestellt werden. Weiterhin wurde geprüft, inwieweit die Einbeziehung der Aktivität der Tiere und Messungen im Zweistundenintervall die Ergebnisse der Massenbilanzmethode beeinflussen. In einigen Fällen konnten bessere Übereinstimmungen mit den tatsächlichen Luftwechselraten gefunden werden. Die im zwangsbelüfteten Stall eingesetzte Tracergas-Methode ergab keine nachvollziehbaren Ergebnisse. Die geringe Vermischung des Tracergases mit der Luft und ein starker Abfall der SF6 Konzentration direkt unter den Abluftkaminen fühten zu einer Unterschätzung der Luftwechselraten.
Schlagwörter: Masthühnerstall; Gasemissionen; Massenbilanzmethode; tracer gas; Luftwechselrate
