ENERGIAN KULUTUS JA SÄÄSTÖ KARJATALOUDESSA. AHOKAS J. (toim.) MAATALOUSTIETEIDEN LAITOS JULKAISUJA

Transkriptio

1 ENERGIAN KULUTUS JA SÄÄSTÖ KARJATALOUDESSA AHOKAS J. (toim.) 27 MAATALOUSTIETEIDEN LAITOS JULKAISUJA HELSINGIN YLIOPISTO MAATALOUS-METSÄTIETEELLINEN TIEDEKUNTA

2

3 2 Yhteistyössä HELSINKI 2013 ISSN X (Online) ISBN (Online)

4 3 Johdanto Helsingin yliopiston Maataloustieteiden laitos - Agroteknologia, Seinäjoen ammattikorkeakoulun maa- ja metsätalouden yksikkö ja Jyväskylän ammattikorkeakoulun teknologiayksikkö ovat saaneet Maaseudun energiaakatemia -nimiselle hankkeelle rahoituksen EU:n maaseuturahastosta. Hankkeen tutkimuskohteita ovat: maatalouden energian käyttö, energiatehokkuuden parantaminen sekä uusiutuvien energioiden käyttöönotto. Hanke on tuottanut kattavan maatalouden energiainformaatioaineiston ja tämä raportti on yksi hankkeen raporteista. Raportit on saatavissa pdf-muotoisina sivustolta. Suomen maatalouden energian kulutus on 10 TWh luokkaa ja se vastaa liki kolmea prosenttia koko maan energian kulutuksesta. Maatalouden energian säästö ei siten vaikuta paljoakaan koko maan energian kulutukseen. Tämä maatalouden kulutus on suoraa energian kulutusta, tämän lisäksi tulee epäsuora energian kulutus. Suora energia ostetaan tilalle suoraan, esimerkiksi polttoaineina tai sähkönä. Epäsuoralla energialla tarkoitetaan energiaa, joka on käytetty esimerkiksi koneiden ja lannoitteiden valmistuksessa. Esimerkiksi peltokasvituotannossa lannoitteiden valmistus kuluttaa eniten energiaa. Tilastoissa tämä on teollisuuden energian kulutusta. Maatalouden menoista energian osuus on ollut jatkuvasti kasvussa ja oletettavaa on, että sen osuus kasvaa tulevaisuudessakin. Maataloustuotannossa käytetään yhä enemmän koneita ja laitteita, joten energian kulutus kasvaa ja toisaalta fossiilisen energian hinta on jatkuvasti kallistunut. Yksittäinen viljelijä voi säästää energiaa helposti kymmeniä prosentteja ja tällä on jo taloudellista merkitystä tilalle. Ennen kuin energiansäästötoimenpiteitä voidaan arvioida, pitää tietää nykyinen kulutus ja pitää tietää normaali kulutus. Tämä tarkoittaa energian käytön seurantaa ja vertailua muihin vastaavanlaisiin tuotantoihin. Lisäksi seurantatietoa pitää olla usealta vuodelta, koska vuotuiset vaihtelut maataloustuotannossa ovat suuria. Osa säästöistä on helppo ja halpa toteuttaa, tarvitaan vain tietoa miten työ voidaan tehdä energiatehokkaasti. Oikeat traktorin ja työkoneiden käyttötavat ja koneiden ja laitteiden kunnossapidot ja huollot voivat säästää reilusti energiaa. Energian kulutus ja säästö karjataloudessa osassa tarkastellaan energian käyttöä karjataloudessa ja mahdollisuuksia energian säästöön. Karjataloutta voidaan harjoittaa eri tavoin ja erilaisilla koneilla. Tämä aikaansaa haastavan kohteen ja yksiselitteisiä säästötoimenpiteitä on vaikea antaa. Energian käyttö liittyy läheisesti eläinten hyvinvointiin. Energiaa voidaan säästää, mutta se on tehtävä niin, ettei eläinten hyvinvointi kärsi. Tämä tulee erityisesti esiin ilmanvaihtomäärissä mutta myös valaistuksessa. Pääosa karjatalouden energian kulutuksesta käytetään rehun tuotantoon. Tällöin pitää huolehtia myös energiatehokkaasta peltokasvintuotannosta. Sitä on käsitelty Polttoaineen kulutus peltotöissä oppaassa. Energian kulutuslukemia ja energia-analyysin tekemistä käsitellään Energian käyttö ja seuranta oppaassa. Nämä oppaat on ladattavissa pdf-muotoisina sivustolta.

5 Sisältö 1 Karjatalousrakennukset ja -koneet Ilman ominaisuudet Kaasulaki Kuivan ilman tiheys Ilman kosteus Ilman entalpia Kastepistelämpötila Ilman virtaus Ilmanvaihtokanavisto Ilmanvaihtotavat ja -laitteet Koneellinen ilmanvaihto Luonnollinen ilmanvaihto Ilmanvaihtopuhaltimet Ilmanvaihdon energiatehokkuus Puhaltimien moottorit Ilmanvaihdon säätö ja ohjaus Asennus ja huolto Karjasuojien olosuhteet ja eläinten hyvinvointi Eläinten lämmöntuotto Eläinten kosteuden tuotto Eläinten hiilidioksidin tuotto Eläinten ammoniakin tuotto Karjasuojien sisäilmavaatimukset Lämmön johtuminen Ilmanvaihdon lämpöhäviö Rakennusten lämmitystarve Kokonaislämpöhäviö Eläinten lämmöntuotto Rakennusten lämpötasapaino Lämmitystarpeen vaihtelu Lämmön talteenotto ilmanvaihdon poistoilmasta Rakennusten viilennys Valaistus Lampputyyppejä Valovoima, valovirta, valaistusvoimakkuus ja valotehokkuus Valaistustarve Valaisimen hyötysuhde Valovirran alenema Lämpötilan vaikutus lamppuihin Huonetilan vaikutus valaistukseen Valaistuksen käyttöaika Valonsäätö luonnonvalon hyödyntäminen Valaisimien huolto Vesihuolto Kuljettimet Hihnakuljetin Ketjukuljetin Ruuvikuljetin Sähkökoneet ja laitteet

6 SISÄLTÖ Sähköteho Sähkölämmittimet Sähkömoottorit Energian käyttö ja säästö maidontuotannossa Yleistä Energiankulutuksen yksiköt Maidontuotannon energiankulutus Rehuntuotanto Ruokinta Säilörehun irrotus Säilörehun jako Paalinpurkaimet Appeen eli seosrehun valmistus Väkirehun siirto ja käsittely Juomavesi Yhteenveto ruokintalaitteiden energiankulutuksesta Lypsy Lypsykoneen toimintaperiaate Tyhjöpumpputyypit Lypsyajan lyhentäminen Lypsyn järjestäminen ja lypsykoneen varustelu Lypsykoneen huolto Lypsykoneen pesu Lypsyrobotti Maidon jäähdytys ja säilytys Maidon jäähdytys Lämmöntalteenotto maidonjäähdytyskoneikosta (LTO) Maidon esijäähdytys Maidon säilytys Lannanpoisto ja -käsittely Avokourujärjestelmä Rakolattia ja ritilällä peitetty kouru Lannansiirto ja pumppaus säiliöön Huolto Ilmanvaihto Lehmän lämpöstressi Navetan ilmanvaihtotarve Navetan ilmanvaihto Navetan valaistus Lämmitys Tukitoimintojen laitteiden energiankulutus Yhteenveto maidontuotannon energiansäästöstä Sianlihantuotanto Tuotannon vaiheet Rehuhyötysuhde Energiankulutuksen jakauma sianlihantuotannossa Vertailutietoa Lämmitys ja ilmanvaihto Rehun tuotanto Valaistus Sianlihantuotannon energiankulutuksen vähentäminen Energiankulutus broilerintuotannossa Broilerintuotanto Suomessa ja maailmalla Energiamittaukset esimerkkihallissa Broilerintuotannon energiankulutus Energiankulutuksen seuranta Valaistus Linnun näkökyky

7 SISÄLTÖ Valon aallonpituudet (värit) Valaistusvoimakkuus Valojakson pituus, valo-ohjelma ja valaistusvaatimukset Valaistuksen energiankulutus Ilmanvaihto Ilmanvaihdon energiankulutus Lämmitys Lämmitysenergian kulutus ja lämpöhäviöt Lämmöntalteenottoteknologia Bioenergia Ruokinta ja rehut Johtopäätökset ja yhteenveto

8 Luku 1 Karjatalousrakennukset ja -koneet Jukka Ahokas Helsingin yliopisto ja Mika Turunen Jyväskylän ammattikorkeakoulu Karjataloustuotannossa ja osittain myös peltokasvituotannossa tarvitaan rakennuksia. Kun kyse on lämpimistä rakennuksista, niiden lämmittämiseen kylminä kausina tarvitaan energiaa. Ilmanvaihtoa tarvitaan hyvän sisäilman takia ja sähköä tarvitaan ilmanvaihdon puhaltimiin, valaistukseen ja tuotantokoneisiin. Tässä kappaleessa tarkastellaan yleisesti rakennuksiin liittyvää energian kulutusta. Kun rakennuksen ja ulkoilman välillä on lämpötilaero, lämpöä virtaa lämpimästä kylmään suuntaan. Meillä tässä on suurimmaksi osaksi kyse rakennuksesta pois virtaavassa lämmössä, jolloin lämmitystä tarvitaan korvaamaan lämpöhäviöitä. Kesäaikaan tapahtuu toisin päin, ulkoa virtaa lämpöä rakennukseen aiheuttaen kuumat olosuhteet rakennuksessa. Lämpö voi siirtyä kolmella eri tavalla. Johtumalla lämpö siirtyy rakenteiden läpi. Siirtymällä esimerkiksi ilmanvirtaus (ilmanvaihto) kuljettaa lämpöä. Lämpö voi siirtyä myös säteilynä, esim. infrapunasäteilynä säteilylämmittimistä, auringosta tai tulisijasta. Tuotantorakennusten lämpöhäviöt muodostuvat lämmön johtumisesta rakenteiden läpi ja ilmanvaihdon kautta ulos siirtyvänä lämpönä. Keväällä ja kesällä auringon säteily lämmittää rakennuksia. 1.1 Ilman ominaisuudet Ilma on eri kaasujen sekoitus. Eniten siinä on typpeä (N) 78,1 tilavuusprosenttia ja seuraavaksi happea (O 2 ) 21,0 tilavuusprosenttia. Lopun muodostavat eri jalokaasut ja hiilidioksidi (CO 2, pitoisuus 300 ppm = 0,03%). Kaasujen lisäksi ilmassa on vesihöyryä. jonka määrä vaihtelee olosuhteiden mukaan. Ilman tilaa tarkasteltaessa sekä ideaalikaasulaki että kaasuseoksia käsittelevä Daltonin laki pätevät. Ilman tilalle on olemassa omia nimityksiä, kuten: kastepiste (saturation), kuiva lämpötila (dry bulb tempereture), märkälämpötila (wet bulb temperature), kastepistelämpötila (dew point temperature), suhteellinen kosteus RH (relitive humidity) ja kosteussuhde (absoluuttinen kosteus, humidity ratio). Ilma on usein pakosta tai vapaaehtoisesti mukana eri prosesseissa, kuten palaminessa, ilmanvaihdossa, kuivauksessa ja pneumatiikassa.vesihöyryn määrä ilmassa vaihtelee ja sen määrä vaikuttaa mikrobien elintoimintoon, ilman kuivauskykyyn ja ilman lämpösisältöön. Vesihöyry sitoo haihtuessaan paljon lämpöä ja siksi sen vaikutus ilman lämpötilaan on oleellinen. Ilman tilalaskuissa käytetään yksikkönä kuivaa ilmakiloa, koska kuivan ilman määrä ei muutu kosteuden muuttuessa. Kostea ilma on ilman ja vesihöyryn seos. Kostean ilman kokonaispaine on osakaasujen paineiden summa (ilman ja vesihöyryn, Daltonin laki). Ilma voi sisältää vesihöyryä vain tietyn kokonaismäärän (osapaineen), ylimääräinen vesihöyry tiivistyy vedeksi. Vesihöyryn maksimitilaa nimitetään kastepisteeksi, koska vesi alkaa tiivistyä (kondensoitumaan) tässä tilassa. Kastepisteen läheisyys ilmaistaan suhteellisen kosteuden avulla. Ilman tila esitetään usein nomogrammin avulla, näistä yleisin on Mollier-diagrammi. Ilman tila saadaan myös laskemalla. Internetistä on löydettävissä useita tälläisiä laskimia. Ne voi löytää hakusanan "psychrometric calculator" avulla. Ilman tilan laskentaan ja Mollier-diagrammien tekemiseen löytyy erikoisohjelmistoja. Ilmaisohjelma Mollier-Sktecher sopii moniin laskuesimerkkeihin [Mollier Sketcher ]. Eri laskentatavat voivat antaa hieman poikkeavia tuloksia johtuen siitä minkälaisia yhtälöitä laskennassa on käytetty Kaasulaki Ilma noudattaa melko hyvin ideaalikaasulakia, yhtälö 1.1. Ainoastaan korkeissa paineissa ja korkeissa lämpötiloissa se poikkeaa siitä. pv m = RT (1.1) p = ρrt (1.2) M 7

9 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 8 Taulukko 1.1: Kaasujen moolimassoja Kaasu Moolimassa kg/kmol Kuiva ilma 28,97 Typpi 28,02 Happi 32,00 Hiilidioksidi 44,01 Vesihöyry 18,00 Kaasujen moolimassoja M on taulukossa 1.1. Normaali ilmanpaine on 1 atm = Pa ja yleisen kaasuvakion R arvo on 8,3143 J/(K mol). Kaasulaki pätee myös kuhunkin ilman seoskaasuun erikseen, laskuissa paine on kyseisen kaasun osapaine ja moolimassa kyseisen kaasun moolimassa. Daltonin lain mukaan kaasuseoksen kokonaispaine on osakaasujen osapaineiden summa. Ilman kokonaispaine on siis kuivan ilman ja vesihöyryn osapaineiden summa Kuivan ilman tiheys Kuivan ilman tiheys voidaan laskea ideaalikaasulain mukaisesti yhtälöstä 1.1 ratkaisemalla siitä tiheys, yhtälö 1.3. ρ = p im i (1.3) RT Yhtälössä 1.3 p i on ilman osapaine ja se saadaan vähentämällä ilmanpaineesta vesihöyryn osapaine, p i =p atm - p v. M i on ilman moolimassa. Esimerkki 1. Mikä on kuivan ilman tiheys normaalipaineessa, kun lämpötila on 20 ºC? Yhtälössä käytetään lämpötilan yksikköinä kelviniä eli T=273, = 293,15 K. Kun lasketaan kuivan ilman tiheys, tällöin vesihöyryn osapaine on nolla ja tiheys ρ = pm P a 28,97 kg mol K RT = kmol 8,3147 J 293,15 K = 1,20 kg/m Ilman kosteus Ilma on kuivan ilman ja vesihöyryn seos. Vesihöyryä ei kuitenkaan voi olla ilmassa rajattomasti, vaan sillä on tietty lämpötilasta riippuva suurin määrä. Jos ilmassa on liikaa vesihöyryä, ylimääräinen osuus siitä tiivistyy vedeksi ja ilma tulee kastepisteeseen. Ilman vesihöyrypitoisuus ilmoitetaan veden massana kuivaa ilmakiloa kohti ja sitä kutsutaan kosteussuhteeksi tai absoluuttiseksi kosteudeksi, yhtälö 1.4. x = m v m i (1.4) x m v m i ilman kosteussuhde ilmassa olevan vesihöyryn massa kuivan ilman massa Maataloudessa ja puhekielessä ilman kosteutena käytetään suhteellista kosteutta, joka ilmaisee kuinka lähellä kastepistettä ollaan. Kun suhteellinen kosteus on 100%, ilma ei pysty sitomaan enempää vettä ja ilman sanotaan olevan kylläinen ja sitä vastaavaa vesihöyryn osapainetta sanotaan kylläisen vesihöyryn paineeksi. Suhteellinen kosteus esitetään prosentteina, yhtälö 1.5. RH = p v p k 100% (1.5) RH p v p k suhteellinen kosteus ilmassa olevan vesihöyryn osapaine kylläisen vesihöyryn paine Se kuinka paljon ilmaan mahtuu vettä riippuu lämpötilasta. Kylmä ilma pystyy sitomaan vain vähän vettä ja kuuma ilma paljon. Jos ilman lämpötila muuttuu ilman että ilman vesimäärässä (kosteussuhteessa) tapahtuu muutosta, myös ilman suhteellinen kosteus muuttuu, koska ilman veden sitomiskyky muuttuu ja suhteellinen kosteus ilmaisee vain sen kuinka lähellä kylläistä tilaa ollaan. Sijoittamalla tiheys ρ = m ρv V, yhtälöön 1.4 saadaan kosteussuhteelle kaava x = ρ i. Sijoittamalla tuohon yhtälön 1.3 mukaiset ilman ja vesihöyryn tiheydet saadaan x = Mv pv M i p i. Ilman kokonaispaine p on kuivan ilman p i ja vesihöyryn p v osapaineiden summan, jolloin saadaan p = p i + p v ja p i = p p v. Sijoittamalla

10 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 9 tämä ja kummankin moolimassat edellä olevaan kosteussuhteen yhtälöön saadaan yhtälö 1.6, joka ilmaisee ilman kosteussuhteen paineiden avulla. Ilman tilaa mitattaessa pystymme mittaamaan suhteellisen helposti ilman suhteellisen kosteuden ja lämpötilan. Näiden avulla meidän on laskettava ilman kosteussuhde ja silloin yhtälöämme tarvitaan. x = 0, 6220 p v (1.6) p p v Ilma voi sisältää vain tietyn maksimaalisen määrän vesihöyryä. Tätä tilaa kutsutaan kyllästymistilaksi ja sitä vastaavaa vesihöyryn osapainetta kylläisen vesihöyryn paineeksi. Jos jäähdytämme vaikka huonetilaa, ilman että sen kosteussuhde muuttuu, lämpötilan aleneminen aikaan saa suhteellisen kosteuden kasvun. Kun lämpötila on tullut niin alas, että suhteellinen kosteus on 100%, meillä on kastepistelämpötila. Jos vielä jäähdytämme huonetta, kaikki vesi ei mahdu ilmaan ja ylimääräinen vesi tiivistyy vesipisaroiksi (kondensoituu). Käytännössä huoneessa on aina joitakin kylmiä pintoja, esimerkiksi ikkunat, joissa tiivistyminen ensiksi alkaa. Kylläisen ilman paineet saadaan taulukoista tai yhtälöistä. Esimerkiksi standardissa ASAE [ASAE ] on annettu empiiriset laskentayhtälöt. Seppänen [Seppänen 2008] antaa laskuja varten yhtälön 1.7. Yhtälö on laadutettu ja antaa kyllästymispaineen Pascaleina, kun lämpötila on Kelvineinä. p kas = 7235 e77,345+0,0057t T T 8,2 (1.7) Laskentakaavoja tarvitaan tietokonelaskennoissa. Ilman tilaa voidaan tarkastella myös diagrammien avulla. Näistä meillä käytetään eniten Mollier-diagrammia, kuva 1.1. Mollier diagrammiin voidaan piirtää ilman tilapisteet ja samalla saadaan kuva ilman tilan muutoksista. Esimerkiksi kuvan 1.1 piste 1 voisi kuvat rakennuksen korvausilman (ulkoilman) tilaa ja piste 2 poistoilman tilaa. Pisteistä nähdään, että ilmaan on sitoutunut vettä, koska kosteussuhde on muuttunut ja myös lämpöä, koska entalpia on muuttunut. Esimerkki 2. Kuvan 1.1 tapauksessa ilmavirtaus on 5000 m 3 /h. Kuinka paljon rakennuksesta poistuu vettä? Tilan 2 kosteussuhde on 0,006 kg vettä/kg ilmaa ja tilan 1 kosteussuhde on 0,002 kg vettä/kg ilmaa. Yksi ilmakilo sitoo siten 0,006-0,002 = 0,004 kg vettä. Käytetään ilman tiheytenä 1,3 kg/m 3, jolloin tunnissa ilmanvaihto on 1, = 6500 kg/h ja vettä poistuu tunnissa ,004 = 26 kg Ilman entalpia Ilman lämpösisältö ilmaistaan entalpian avulla. Kostean ilman (jossa on vesihöyryä m v kg ja kuivaa ilmaa m i kg) lämpösisältö eli entalpia H on H = c i m i T + m v (l h + c h T ) (1.8) Ensimmäinen termi edustaa kuivaa ilmaa (c i on ilman ominaislämpökapasiteetti vakiopaineessa, c i =1,007 kj/(kg K)) ja jälkimmäinen vesihöyryä. Lausekkeen mukaan entalpia on nolla (näin on siis sovittu entalpian nollakohta), kun T = 0 o C ja ilma on kuivaa. Siis T on celsiusasteissa Mollierin diagrammissa. Lämpötilasta riippuva veden höyrystymislämpö on l h ja vesihöyryn ominaislämpökapsiteetti on c h. Veden höyrystymislämpö 0 C lämpötilassa on 2502 kj/kg ja vesihöyryn ominaislämpökapasiteetti c v on 1,87 kj/(kg K). Ilman lämpösisällön muutos voidaan laskea kohtuullisella tarkkuudella myös kuivan ilman ominaislämpökapasiteetin avulla (c i =1,007 kj/(kg K). Kun ilmaa lämmitetään lämpötilasta T 1 lämpötilaan T 2, tarvittava lämpömäärä saadaan yhtälöllä Q = (T 2 T 1 ) c i m i (1.9) Ilmanvaihdon mukana poistuva kokonaislämpöteho voidaan laskea yhtälö 1.10 avulla. Yhtälössä q v on ilman tilavuusvirtaus, ρ i on ilman tiheys ja h on entalpia. P = q v ρ i h (1.10) Poistuvan kuivan ilman lämpöteho voidaan laskea ilman ominaislämpökapasiteetin avulla yhtälön 1.11 mukaisesti. P = q v ρ i c i T (1.11) Raknnuksissa olevat eläimet luovuttavat ilmaan lämpöä ja kosteutta (katso kappale 1.3). Yhtälö 1.10 oikeastaan ilmaisee kokonaislämmöntuoton ja yhtälö 1.11 suoran lämmöntuoton ilman kosteuden tuottoa.

11 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 10 Kuva 1.1: Esimerkki Mollier diagrammista. Pisteen 1 lämpötila on -5 ºC, suhteellinen kosteus on 70%, kosteussuhde 0,002 kg vettä/kg ilma ja entalpia -1 kj/kg. Pisteen 2 lämpötila on 10 ºC, suhteellinen kosteus on 85%, kosteussuhde 0,006 kg vettä/kg ilma ja entalpia 26 kj/kg. Esimerkki 3. Kuinka suuri on edellisen esimerkin ilmanvaihdon mukana poistuva lämpöteho? Lasketaan ensiksi poistuva kokonaislämpöteho kaavan 1.10 mukaan. Kuvan 1.1 sisään menevän ilman entalpia on -1 kj/kg ja poistuvan 27 kj/kg. Entalpian muutos on: Δh = 28 kj/kg. Ilman massavirta oli 6500 kg 3600s kg/h, jolloin poistuva lämpöteho on: P=6500 = 50,6 kw. Lasketaan sama teho poistuvan kuivan ilman ominaislämpökapasiteetin avulla. P= 6500 kg kj 3600s1,0 kg K 15K = 27,1 kw. Mitä nämä tulokset merkitsevät? Ensimmäisessä tapauksessa kyseessä on kokonaislämpöteho eli myös ilman kosteuden lisääntyminen on otettu huomioon. Toisessa tapauksessa on otettu huomioon vain kuivan ilman lämmittäminen. Kyseessä on karjarakennuksen ilmanvaihto ja eläimet tuottavat vesihöyryä ilmaan. Tämä nähdään siitä, että kosteussuhde kuvan 1.1 tapauksien 1 ja 2 välillä on lisääntynyt. Yhtälö 1.10 antaa kokonaislämpöhäviön. Lasketaan mitä ilman lämmittäminen 10 ºC asteeseen -5 ºC asteesta vaatii kosteussuhteen pysyessä samana. Alkutilan entalpia - 1 kj/kg ja jos katsotaan lopputilan entalpia kohdasta, jossa lämpötila 10 ºC ja kosteussuhde pysyy samana (0,002 kg/kg), saadaan sen tilan entalpiaksi 14 kj/kg (piste 3 kuvassa 1.1). Entalpian nousu on siten 15 kj/kg ja lämpöteho 27,1 kw. Koska ilma on lämmennyt eläinten lämmöntuoton takia, tämä on niiden suoraa lämmöntuottoa. Eläinten kosteuden tuotto vastaa 23,5 kw lämpötehoa. Mikä on sitten poistuva lämpöteho? Kaikkiaan me voidaan saada poistoilmasta tuo 50,6 kw, jos vesihöyry kondensoidaan lämmönvaihtimessa ja poistuva lämpötila saadaan laskettua -5 ºC. Jos lämmönvaihdin ei kondensoi vesihöyryä mutta silti saadaan poistoilma -5 ºC lämpötilaan ( ei mahdollista ilman ilmassa olevan veden kondensoitumista), silloin saadaan 27,1 kw. 28 kj kg

12 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Kastepistelämpötila Jos ilmaa jäähdytetään, sen absoluuttinen kosteus ei muutu, mutta suhteellinen kosteus lisääntyy. Jäähdytystä jatkettaessa tullaan kastepistelämpötilaan. Ilma tulee kylläiseksi ja tiivistyminen (kondensoituminen) alkaa ja kun ilmasta poistuu vettä, silloin myös ilman absoluuttinen kosteus alkaa laskea. Ilman suhteellisen kosteuden saat siis selville jäähdyttämällä jotain pintaa ja katsomalla, milloin kosteus alkaa tiivistyä pinnalle. Sitten vain mittaat pinnan lämpötilan, joka on myös ilman kastepistelämpötila. Mollier diagrammissa, kuva 1.1, on nähtävissä myös kastepistekäyrä (kuvassa suhteellinen kosteus on 1 eli 100%). Jos lämpötila on kastepisteteen alapuolella, ilma ei pysty sitomaan tätä vesimäärää, vaan osa vedestä tiivistyy kylmille pinnoille. Ilma on kaasuseos, jonka kokonaispaine muodostuu eri kaasujen osapaineiden summista. Kun tarkastellaan seinärakennetta, sisä- ja ulkopuolella on eri lämpötilat ja kosteudet ja vesihöyryn osapaineiden erot pakottavat kosteuden siirtymään seinän läpi. Kyseessä on näiden paine-erojen aiheuttama diffuusio Rakennuksiin asetetaan kosteussulku (muovi sisäpinnalle) estämään kosteuden kulkua seinämän läpi. Jos kosteus pääsee seinän sisälle, materiaalit kostuvat ja sen seurauksena alkaa homeiden ja itiöiden kasvu ja homehtuminen ja mätäneminen. Kun rakennuksen sisällä on lämpimämpää kuin ulkona, lämmönsiirtyminen sisältä ulos jäähdyttää rakennuksen pintamateriaalit. Kun pintojen lämpötila laskee riittävän alas, sen lämpötila on alle ilman kastepisteen ja ilmassa olevaa vettä kondensoituu (tiivistyy) pinnoille. Tämä kostuttaa sisäpinnat ja voi aiheuttaa pitkäaikaisesti vaikuttavana rakenteiden homehtumista tai korroosiota Ilman virtaus Virtaus voidaan esittää joko massavirtana (kg/s) tai tilavuusvirtana (m 3 /s, m 3 /h). Massavirran avulla voidaan laskea tasapaino, joka rakennuksissa tarkoittaa, että sisään mennyt ilman massavirta on yhtä suuri kuin ulos tullut massavirta. Tilavuusvirta ei säily samansuuruisena vaan ilman lämmetessä sen tiheys muuttuu ja tilavuusvirta kasvaa. Usein ei kuitenkaan tehdä kovin suurta virhettä, vaikka oletetaan tilavuusvirran pysyvän vakiona. Massavirtauksen q m ja tilavuusvirtauksen q v yhteys saadaan yhtälöllä 1.12, kun ilman tiheys ρ on laskettu yhtälön 1.3 avulla. q m = ρ q v (1.12) Kun virtaus kulkee kanavassa tai aukossa, virtauksen keskinopeus v saadaan tilavuusvirran q v ja poikkileikkauspintaalan A avulla yhtälöstä Yhtälöstä nähdään, että virtausaukon pienentyessä virtausnopeus kasvaa ja suurentuessa vastaavasti pienenee. v = q v A (1.13) Esimerkki 4. Navetan ilmanvaihtomäärä on 5000 m 3 /h. Tämä virtaus poistuu neljän halkaisijaltaan 60 cm putken kautta. Kuinka suuri on virtausnopeus putkissa? Yhden putken pinta-ala on A= πd2 4 = π 0,62 4 = 0,28 m 2. v = 5000m s 0,28m = 5,0 m/s. 2 Virtaukseen pätee Bernoullin yhtälö Sen mukaan korkeuserosta johtunva korkeuspaineen, staattisen paineen ja virtauspaineen summa on vakio. ρgh + p st + ρv2 = vakio (1.14) 2 Kun virtaus kulkee aukon, raon tai reiän kautta, paineet ja nopeudet muuttuvat virtauksen eri kohdissa. Kun korkeuserosta johtuva painevaikutus katsotaan pieneksi (ρgh=0), Bernoullin yhtälön mukaan virtauksen staattisen ja dynaamisen paineen summa on vakio. Kun virtausala kuristuu, nopeuden on lisäännyttävä ja kun nopeus lisääntyy dynaaminen paine kasvaa ja staattinen paine pienenee. Kuvassa 1.2 on esitetty virtauksen kuristuminen. Kun tarkastellaan poikkileikkauksia 1 ja 2, jälkimmäisessä on pienempi virtauspoikkipinta-ala ja sen takia suuri nopeus ja pieni staattinen paine. Kun aukon läpi tapahtuvaa virtausta tarkastellaan Bernoullin yhtälöiden avulla ja merkitään p st1 + ρv2 1 2 = p st2 + ρv2 2 2 (leikkaukset 1 ja 2 kuvassa 1.3), virtaukselle voidaan johtaa yhtälö 1.15, kun merkitään, että p = p st1 p st2 ja q v1 =q v2. Virtauksen kuristuminen aukossa aikaansaa staattisen paineen eron Δp aukon kahta puolen kuvan 1.3 kohtien 1 ja 2 välille. Yhtälössä 1.15 μ on purkauskerroin (normaalisti 0,5-1,0, isoille aukoille usein 0,65). Asiaa voidaan tarkastella myös toisella tavalla. Kun aukon kahta puolen on paine-ero, yhtälön 1.15 avulla voidaan laskea kuinka suuri ilmavirtaus kulkee aukon kautta. 2 p q v = µa (1.15) ρ

13 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 12 Kuva 1.2: Virtauksen supistuminen Kuva 1.3: Virtauksen kuristuminen aukossa Esimerkki 5. Ikkuna-aukon koko on 1,2 m x 1,0 m ja paine ulkopuolella on 10 Pa suurempi kuin sisäpuolella. Mikä on aukosta virtaava ilmamäärä, jos purkauskerroin on 0,65 ja ilman tiheys 1,25 kg/m 3? Pinta-ala A = 1,2 m x 1,0 m = 1,2 m 2. q v = 0, 65 1, 2m P a = 3,1 m 3 / s = m 3 / h. 1,25 kg m Ilmanvaihtokanavisto Ilmanvaihtokanavia ovat esimerkiksi eläintilan poistohormit, sivutilojen ilmanvaihtokoneen kanavat ja lämmönvaihtimella varustetun useita sikalan osastojan palvelevan ilmanvaihdon kanavat. Virtaus ei kuitenkaan ole häviötöntä, vaan ilmanvaihtokanavien seinämät aiheuttavat virtaukselle kitkaa ja suunnan muutokset, supistukset ja laajenemat aiheuttavat aine häviöitä. Lisäksi virtaus on usein pyörteistä (turbulenttista) jolloin pyörteily aiheuttaa virtaushäviöitä. Suorien kanavien virtaushäviö Δp lasketaan yhtälöllä Yhtälössä λ on kitkakerroin, l on putken pituus ja d on halkaisija. p = λ l d 1 2 ρv2 (1.16) Peltikanaville käytetään usein likimääräistä yhtälöä 1.17 kitkakertoimen λ laskentaan [Seppänen 2008]. Tässä Re on Reynoldsin luku, joka saadaan yhtälöllä 1.18 (v= nopeus, d = putken halkaisija, ν = ilman kinemaattinen viskositeetti 15, m 2 /s). Yhtälö 1.18 määrittelee myös virtauksen luonteen. Jos Re < 2300, kyseessä on laminaarinen virtaus. Jos Re > 3000, kyseessä on turbulenttinen virtaus. Näiden välillä on siirtymävaihe laminaarisesta turbulenttiseen virtaukseen. Ilmanvaihtokanavien virtaukset ovat yleensä turbulenttisiä ja yhtälö 1.17 pätee vain turbulenttiselle virtaukselle. Laskentayhtälöt on tehty pyöreille kanaville. Suorakaidekanavia käytettäessä lasketaan ensin kanavan hydraulinen halkaisija yhtälön 1.19 avulla (A = kanavan poikkileikkauspinta-ala, U = poikkileikkauksen piirin pituus). λ = 0, Re = vd ν 0, 61 Re 0,35 (1.17) (1.18) d h = 4A U (1.19)

14 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 13 Mutkien ja ja muiden kanavaosien aiheuttama vastus lasketaan yhtälöllä Kuvassa 1.4 on esitetty tyypillisiä kertavastuskertoimia (ζ). p = ζ 1 2 ρv2 (1.20) Kuva 1.4: Kanavaosien tyypillisiä kertavastuskertoimia [Seppänen 2008] Esimerkki 6. Sikalan ilmanvaihtoputkiston pituus on 30 m, halkaisija on 40 cm ja siinä on kolme 90º mutkaa. Kuinka paljon tämä aiheuttaa vastapainetta, jos ilmamäärä on 5500 m 3 /h? Lasketaan ensin keskimääräinen virtausnopeus yhtälön 1.13 mukaisesti, v= = 12,1 m/s. Reynoldsin π 0,4 2 4 luku on Re = 12,1 0,4 15,7 10 = Kitkavastuskerroin on λ = 0, , = 0,015. Pelkkä putken ai- 0,35 heuttama vastapaine on Δp = 0, , , 2 12, 12 = 99 Pa. Pyöreän 90º mutkan kertavastuskerroin on 0,3, jolloin yhden mutkan aiheuttama vastus on 0, , 2 12, 12 = 26 Pa. Kolmen mutkan vastus on siten 3 26 = 78 Pa. Kokonaisvastus on = 177 Pa. Tyypillinen karjarakennuksen ylipaine on Pa, jolloin puhaltimen kokonaisvastapaine on 200 Pa luokkaa ja siitä suurin osa kuluu kanavahäviöihin. Esimerkki 7. Mikä on edellisen esimerkin sikalan ilmanvaihtojärjestelmän ominaissähköteho, kun puhallinmoottoriyhdistelmän hyötysuhde on 40%? Käytetään 200 Pa vastapainetta laskuissa, jolloin sähkötehon tarve on P= ,4 = 764 W. Ominaissähköteho on 0, = 0,5 kw/m 3 /s Ilmanvaihtohormien vaikutus Hormit aiheuttavat virtaushäviöitä, joka merkitsee puhaltimelle vastapaineen kasvua. Tämä vähentää puhaltimen ilmamäärää ja heikentää sen hyötysuhdetta (kuva 1.7). Kuvassa 1.5 on esimerkki hormiliitännän vaikutuksesta saman puhaltimen energiatehokkuuteen. Oikealla liitännällä energiatehokkuus on lähes kaksinkertaistunut. 1.2 Ilmanvaihtotavat ja -laitteet Rakennuksissa voidaan käyttää joko painovoimaista (luonnollista) tai koneellista ilmanvaihtoa. Luonnollinen ilmanvaihto toimii ilman tiheyden perusteella eli lämmennyt ilma on harvempaa ja kohoaa ylös ja tilalle virtaa kylmää ilmaa. Tätä tehostaa tuulet, jotka aiheuttavat paine-eroja rakennuksen eri puolille tai ne voivat suoraan

15 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 14 Hormityyppi Tehontarve W Ilmamäärä m 3 /h Energiatehokkuus m 3 /kwh Kuva 1.5: Hormiliitännän vaikutus puhaltimen energiatehokkuuteen [Pedersen 2005] puhaltaa sisään rakennukseen. Painovoimaisen ilmanvaihdon ongelmana on ollut sen heikko säädettävyys, jolloin ilmanvaihtomäärä ei aina ole ollut oikea. Koneellisessa ilmanvaihdossa on ilmanvaihtokoneet (puhaltimet), jotka pakottavat ilman liikkeelle. Koneellisen ilmanvaihdon etuna on sen samanlainen toiminta riippumatta sääolosuhteista. Säätö- ja automaatiotekniikan parantuessa ja halventuessa myös luonnolliseen ilmanvaihtoon on tullut säätöjärjestelmät, jolloin sen käyttö on yhtä varmaa kuin mekaanisen ilmanvaihdon. Painovoimaisen ilmanvaihdon hankinta- sekä käyttökustannukset ovat selvästi mekaanista alhaisempia. Painovoimaisen ilmanvaihdon hallintaan tarvitaan säätölaitteita, esimerkiksi verhoseinien nostomekanismit, jotka nostavat niiden hankintakustannuksia. Karjakoon kasvaessa siirrytään usein kylmiin pihatoihin alhaisempien rakennuskustannusten ja paremman työnjärjestelyn takia. Esim. Albright [Albright 1990] mainitsee pihaton koon suositusrajaksi 80 lehmää. Painovoimainen ilmanvaihto soveltuu karjarakennuksissa etenkin lehmille, koska ne sietävät hyvin kylmää ja kompensoivat kylmän ilman hieman suuremmalla rehun tarpeella. Koneellisen ilmanvaihdon avulla voidaan tarkemmin säätää ilmanvaihdon määrää ja ilman jakautumista. Painovoimaisessa ilmanvaihdossa tuuli ja lämpötilat vaikuttavat määrään ja myös se tarvitsee hyvin toimiakseen säätöä. Painovoimaisen ilmanvaihdon hyvänä puolena on sen halpuus ja käyttövarmuus ja se soveltuu eläimille, jotka pystyvät olemaan kylmässä, kuten esim. lehmät. Ilmanvaihdossa käytetään yleisesti seuraavaa termistöä: Ilmanvaihtomäärä: Ilmanvaihtomäärät ilmoitetaan karjarakennuksissa yleensä yksikkönä m 3 /h. Laskuissa pitää kuitenkin käyttää yksikkönä m 3 /s. Koska tunnissa on 3600 s, muunnos saadaan jakamalla m 3 /h lukema tällä. Staattinen paine: Tästä käytetään myös vastapaine nimeä. Tämä tarkoittaa ulkoilman ja rakennuksen välistä paine-eroa. Tämä paine-ero syntyy ilmanvaihtokanavien virtaushäviöistä, putkistoista, ritilöistä, imu- ja poistoaukoista, haarautumista, mutkista yms. Puhaltimien energiatehokkuus: Puhaltimille voidaan määrittää hyötysuhde sen antaman virtauksen, paineen ja ottaman akselitehon perusteella. Toinen melko paljon käytössä oleva tapa on ilmoittaa kuinka suuri ilmavirta on käyttötehoon nähden ((m 3 /h)/w), jolloin puhutaan energiatehokkuudesta tai ominaistuotosta. Myös tämän käänteislukua käytetään ja esimerkiksi asuintalojen kohdalla puhutaan ominaissähkötehosta (kw/(m 3 /s)) [D2 Rakentamismääräys]. Ilmamääräkerroin: Ilmamääräkerroin kertoo kuinka hyvin puhallin sietää vastapainetta. Suuri lukema tarkoittaa hyvää vastapaineen kestoa Koneellinen ilmanvaihto Koneellisessa ilmanvaihdossa erotetaan kolme erilaista toimintatapaa, alipaine-, ylipaine- ja tasapainoilmanvaihto, kuva 1.6. Alipaineilmanvaihdossa puhallin imee ilmaa rakennuksesta ja aiheuttaa sinne lievän alipaineen

16 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 15 ulkoilmaan verrattuna. Ilmanpaine työntää tällöin ilmaa sisääntuloaukoista rakennukseen. Ylipaineilmanvaihdossa tilanne on päinvastainen, puhallin aikaansaa lievän ylipaineen rakennukseen ja ilma virtaa poistoaukoista ulos. Tasapainoilmanvaihdossa sekä sisääntulossa että ulosmenossa on puhaltimet ja ne pitävät rakennuksen sisäpaineen hieman ulkoilmapainetta alempana, jotta kostea sisäilma ei tunkeutuisi rakenteisiin. Alipaineilmanvaihto on helppo toteuttaa, ilman sisääntuloaukot voidaan sijoittaa melko vapaasti seinille ja järjestelmässä ei tarvita ilmaputkistoja. Jos tuloilmaa halutaan lämmittää lämmönvaihtimen kanssa, silloin alipaineilmanvaihto ei sovellu kovin hyvin, koska lämmönvaihdinpatteristo aiheuttaa suuren virtausvastuksen. Kylmässä ilmastossa alipaineilmastointi aiheuttaa usein tuloilmaaukkojen kohdalle kylmiä kohtia, koska kylmä ulkoilma tulee aukoista suoraan sisään. Tuuli vaikuttaa myös ilmanvaihtoon muuttaen ilmanvaihtomääriä tuulen suunnasta ja voimakkuudesta riippuen. Rakennukset on suunniteltava mahdollisimman ilmatiiviiksi, jotta on mahdollista aikaansaada alipaine rakennuksen sisälle niin, ettei ilma virtaa sisään sopimattomista paikoista. Alipaineilmanvaihto on eniten Suomessa käytetty ilmanvaihtotapa. Ylipaineilmanvaihdossa tarvitaan ilmanjakokanavat rakennukseen, jolloin hankinta- ja huoltokustannukset lisääntyvät. Toisaalta ilmanjako saadaan hyväksi ja järjestelmään on helppo lisätä lämmönvaihdin. Ilmanvaihto on myös hyvin säädettävissä eikä se ole herkkä tuulen vaikutukselle. Ylipaineilmanvaihdon yhtenä ongelmana on kylmän tuloilman kondensoituminen kanavistoon ja rakenteisiin. Ylipaineilmanvaihtoa ei Suomessa käytetä karjatalousrakennuksissa. Kuva 1.6: Koneellisen ilmanvaihdon tavat Luonnollinen ilmanvaihto Luonnollisesta ilmanvaihdosta käytetään myös nimeä painovoimainen ilmanvaihto. Luonnollisessa ilmanvaihdossa ilman lämmetessä sen tiheys alenee ja sen seurauksena harvempi ilma nousee ylös ja aukkojen kautta ulos. Tilalle virtaa kylmää ja tiheää ilmaa, joka putoaa suuren tiheytensä takia lattiatasolle. Eläimet tai lämmityslaitteet lämmittävät ilmaa ja se sitoo itseensä kosteutta, lämpöä ja kaasuja ja nousee harventuneen tiheyden takia ylöspäin. Luonnollisen ilmanvaihdon saa aikaiseksi joko ilman tiheyseroista johtuva noste tai tuuli. Lämpimän ilman tiheys on pienempi kuin kylmän ja se nousee ylöspäin. Tuuli aikaansaa rakennuksen eri osiin yli- ja alipainetta, mikä aikaansaa ilman liikkeen rakennuksessa. Luonnollisessa ilmanvaihdossa on muutama perusasia, joka pitää olla kunnossa, että se toimisi. Poistoaukon pitää olla ylhäällä rakennuksen ylimmässä kohdassa ja katon kaltevuuden pitää olla vähintään 1:4 (14º), jotta ilma nousisi ylös. Katon sisäpinnan pitäisi myös olla sileän. Kylmissä pihatoissa voidaan aikaansaada tuulen avulla tehokas ilmanvaihto kesäisin, jos ulkoseinät ovat avattavissa tai ne ovat verhoseiniä (1-1,5 m korkeita). Talvea varten tarvitaan vain 0,1-0,2 m korkeat aukot.

17 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 16 Kylmän pihaton harjalla olevan poistoaukon pituuden ollessa harjan mittaisen sen leveyden suositus on 0,15 m, jos rakennus on korkeintaan 12 m leveä ja leveämmissä rakennuksissa aukon pitäisi olla 5 cm leveämpi jokaista 3 m leveyden lisäystä kohti. Yhtenäisen aukon sijasta voidaan käyttää myös hormeja. Avonaisten poistoaukkojen ongelmana on, että sade ja linnut pääsevät niistä sisälle. Sateen mukana tuleva vesimäärä on kuitenkin pieni verrattuna eläinten tuottamaan vesimäärään (hikoilu, virtsa), ettei se yleensä haittaa rakennuksen toimintaa. Syksyiset rankkasateet voivat kastella ruokintapöydän rehuja tai vesi voi jäätyä sinne. Tarvittaessa poistoaukot voidaan peittää laittamalla harjalle korotettu lisäharja. Sen ongelmana on kuitenkin, että kovalla lumimyrskyllä lumen sisälle tulo voi lisääntyä. [Albright 1990] Luonnollisessa ilmanvaihdossa ei tarvita puhaltimia, jolloin niiden energiantarve säästetään Ilmanvaihtopuhaltimet Puhaltimen oikealla valinnalla on suuri vaikutus energiankulutukseen. Valitsemalla jo rakennusvaiheessa hallin mitoitukseen sopivat ja energiatehokkaat puhaltimet, voidaan saavuttaa energiansäästöjä. Puhaltimien valinnassa tulisi ottaa huomioon energiatehokkuus ((m 3 /h)/w tai kw/(m 3 /h), sillä erot tehottomien ja tehokkaiden puhaltimien välillä voivat olla suuria. Energiatehokkuuserot eri puhallinten välillä johtuvat puhallinten erilaisesta varustelusta (suljin, suojaritilä, poistosuppilo, siivikko ja moottori). Ilmanvirtauksessa oleva teho P v voidaan laskea ilmanvirtauksen q v ja puhaltimen imu- ja painepuolen välisestä paine-erosta p, yhtälö P v = q v p (1.21) Puhaltimen hyötysuhde η määritellään ilmanvirtaustehon P v ja siihen tarvittavan akselitehon P a suhteena, yhtälö Ilmanvirtausteho voidaan kylläkin laskea kahdella eri tavalla, joko staattisen paineen avulla tai kokonaispaineen avulla. Kokonaispaineessa on staattisen paineen lisäksi virtauksen dynaaminen paine ( 1 2 ρv2 ). Dynaamisen paineen merkitys on vähäinen silloin, kun staattinen paine on kohtuullinen. η = P v P a (1.22) Karjarakennusten paine-erot ovat alipaineilmanvaihdossa Pa luokkaa ja puhaltimien hyötysuhteet ovat 40-60%. Jos käytetään esimerkiksi lantakourun kautta tapahtuvaa ilmanvaihtoa (alapoisto), paine-ero voi olla Pa [ASAE EP ]. Tarvittava sähköteho P s saadaan kun otetaan huomioon sekä puhaltimien (η p ) että sähkömoottoreiden (η m ) hyötysuhteet, yhtälö P s = P v η m η p (1.23) Energian kulutus E saadaan sähkötehosta P s ja käyttöajasta t yhtälön 1.24 mukaisesti. Energian kulutukseen vaikuttaa siten imanvaihtomäärä, paine-ero ja puhaltimen käyttöaika. E = P s t (1.24) Esimerkki 8. Navetassa on 30 Pa alipaine ulkoilmaan verrattuna. Lehmän maksimi-ilmanvaihtotarve on 360 m 3 /h. Puhaltimen hyötysuhde on 40% ja sähkömoottorin 80%. Kuinka suuren sähkötehon puhallin tarvitsee? Virtauksessa oleva teho saadaan yhtälön 1.21 avulla P v = 360 m3 m3 h 30Pa = 0,1 s 30 Pa = 3 W. Sähkömoottorin ja puhaltimen kokonaishyötysuhteeksi saadaan 0,4 0,8 = 0,32, jolloin sähkötehon tarve on P s = 3 0,32 = 9,4 W. Puhaltimien tehontarve on suhteellisen pieni, mutta jos ne toimivat jatkuvasti, energian tarve voi olla suuri. Vuodessa on 8760 h, jolloin äskeinen puhallin kuluttaa 82 kwh. Jos navetassa on 60 lehmää, vuosikulutus on lähes 5000 kwh. Vastapaine vaikuttaa puhaltimen antamaan ilmamäärään siten, että vastapaineen kasvaessa ilmamäärä vähenee, kuva 1.7. Puhallintyypit reagoivat eri lailla vastapaineeseen. Potkuripuhaltimen ilmamäärä laskee nopeasti vastapaineen lisääntyessä. Keskipakopuhaltimet pystyvät toimimaan suuremmissa vastapaineissa eikä niiden tuottama ilmamäärä vähene samalla lailla kuin potkuripuhaltimien. Puhaltimen ilmamäärä on suurimmillaan silloin, kun sillä ei ole vastapainetta. Karjarakennusten 30 Pa vastapaineella ilmamäärä on likimain 80% ilmamäärästä ilman vastapainetta [ASAE EP ]. ASAE EP566 [ASAE EP ] määrittelee karjasuojien puhaltimille ilmamääräkertoimen (AFR = airflow ratio) siten, että verrataan ilmamääriä 50 Pa ja 12,5 Pa vastapaineilla. Vastapaineen lisääntyessä ilmamäärä vähenee ja mitä pienempi vähenemä on, sitä paremmin puhallin sietää vastapainetta. Taulukossa 1.2 on esitetty suositusarvot ilmamääräkertoimille.

18 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 17 Kuva 1.7: Puhaltimen vastapaineen vaikutus ilmavirtaukseen ja hyötysuhteeseen Ilmanvaihdon energiatehokkuus ASAE EP566 [ASAE EP ] määrittää puhaltimien energiatehokkuuksille taulukon 1.2 mukaiset minimisuositukset. Suositukset on annettu 25 Pa vastapaineelle, mikä on karjarakennusten normaalin vastapaineen suuruinen. Energiatehokkuus e p lasketaan yhtälön 1.25 mukaisesti. Yhtälössä q v on ilmavirtaus ja P o puhaltimen ottama sähköteho. Energiatehokkuudessa on siten mukana myös sähkömoottorin hyötysuhde. e p = q v P o (1.25) Suomen asuinrakennuksille on ilmanvaihdon energiatehokkuuden suosituksena 1,0-2,5 kw/(m 3 /s), joka tarkoittaa 1,4-3,6 m 3 /h/w [D2 Rakentamismääräys]. Tässä suosituksessa on mukana koko ilmanvaihtokoneisto ja putket. Puhaltimen koko cm Energiatehokkuus m 3 /h/w (25 Pa vastapaine) Ilmamääräkerroin , , , , , , ,68 Taulukko 1.2: ASAE EP566 mukaiset puhaltimien energiatehokkuus- ja ilmamääräkerroinsuositukset Esimerkki 9. Navetan ilmanvaihtomäärä on keskimäärin 8000 m 3 /h ja vastapaine on 25 Pa. Kuinka paljon säästetään energiaa, jos 15 m 3 /h/w puhaltimen tilalle valitaan 25 m 3 /h/w puhallin? Puhaltimen ottama teho saadaan yhtälöstä 1.25 ratkaisemalla siitä P o = qv e p. P o = 8000 m h = 533 W. Vastaavasti 25 m 3 /h/w puhaltimelle saadaan 320 W ottoteho. Erotus on 213 W ja vuoden 8760 h tunnin aikana 15 m3 hw säästetään 0, = 1870 kwh. EcoDesign direktiivin perusteella on annettu EY:n komission asetus 327/2011 [EU 327/2011], joka määrittelee puhaltimien hyötysuhdevaatimukset teholuokassa 0, kw. Hyötysuhde on määritelty neljälle eri kiinnitystavalle: Liitäntätapa A tarkoittaa vapaasti imevää ja puhaltavaa puhallinta Liitäntätapa B tarkoittaa vapaasti imevä ja kanavaan puhaltavaa puhallinta Liitäntätapa C tarkoittaa kanavasta imevää ja vapaasti puhaltavaa puhallinta Liitäntätapa D tarkoittaa puhallinta, jossa on kanava sekä imu- että painepuolella 3

19 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 18 Puhaltimien hyötysuhde määritetään joko sen staattisen paineen virtaustehon tai kokonaispaineen (staattinen + dynaaminen) virtaustehon avulla. Asetus on tullut voimaan ja sen vaatimus kiristyy alkaen. Kuvassa 1.8 on esitetty aksiaalipuhaltimien vaatimukset. Liitäntätavan A ja C hyötysuhde määritetään staattisen paineen mukaisesti ja liitäntätavan B ja D kokonaispaineen mukaisesti. Ilmanvaihtopuhaltimet ovat yleensä aksiaalipuhaltimia. Kuivuriuuneissa käytetään keskipakoispuhaltimia ja niille on omat hyötysuhdevaatimukset. Kuva 1.8: Aksiaalipuhaltimien asetuksen 327/2011 mukaiset hyötysuhdevaatimukset [EU 327/2011]. A,B,C ja D ovat puhaltimien eri liitäntätapoja Puhaltimen energian tarve riippuu siirretystä ilmamäärästä ja puhaltimeen kohdistuvasta vastapaineesta (imu- ja puhalluspuolen paine-erosta). Ilmamäärän lisääminen lisää aina tehon ja energian tarvetta. Samoin vastapaineen (paine-eron) kasvu lisää sitä. Paine-eroon vaikuttaa myös ilmanjakokanavisto ja -säleiköt. Pienet putket ja mutkat aiheuttavat suuremman vastapaineen ja sitä kautta tehon ja energian tarve kasvaa. Koska ilmanvaihtokoneet ovat toiminnassa käytännössä lähes jatkuvasti putkistojen ja ilmanvaihdon suunnittelussa pitäisi ottaa huomioon myös tarvittavat käyttöteho ja pyrkiä suunnittelemaan vähän energiaa kuluttavia ratkaisuja. Asuinrakennusten osalta on annettu suositukset ominaissähkötehosta [SFP-opas, D2 Rakentamismääräys]. Se määritetään käytettävän sähkötehon ja saadun ilmanvaihtomäärän suhteena. Tämä mitataan valmiista ilmanvaihtojärjestelmästä, jolloin mukana on sekä puhallin että myös kanaviston vaikutus. Suosituksena on 1,0-2,5 kw/(m 3 /s) ominaissähköteho. Karjarakennuksia tämä ohje ei koske, mutta ominaissähkötehoa voitaisiin seurata myös niissä. Puhallinten energiankulutukseen vaikuttaa niiden tilanteen mukainen säätyminen. Teitel ym. [Teitel et al 2008] vertasivat mm. taajuusmuuttajalla varustettuja puhaltimia ja vakionopeuspuhaltimia, joiden toimintaa säädettiin sammuttamalla ja käynnistämällä puhaltimia (useita puhaltimia). Tutkimus osoitti, että taajuusmuuttajalla säätyvät puhaltimet kuluttivat vähemmän (25 %) energiaa kuin vakionopeuspuhaltimet, joita käytettiin sammuttamalla ja käynnistämällä puhaltimia tarpeen mukaisesti. Puhaltimien ottotehoon vaikuttaa ilmamäärä, vastapaine ja puhaltimen sekä käyttömoottorin hyötysuhteet (yhtälöt 1.22 ja 1.23). Esimerkiksi ilmamäärän pienentäminen vähentää tehontarvetta ja vähentää vastapainetta sekä muuttaa puhaltimen ja moottorin hyötysuhdetta. Kokonaisvaikutus muodostuu siten kaikista näistä osatekijöistä. Czarick[Czarick 2009] on todennut, että pienentämällä puhaltimen moottorin kierrosnopeutta 10 %:lla myös ilmanvaihtomäärä pienenee samassa suhteessa. Energiankulutus pienenee kuitenkin hieman enemmän (25 30 %), koska ilmavirta vaikuttaa vastapaineeseen ja puhaltimen toimintapisteeseen. Likaiset puhallinten säleiköt vähentävät puhaltimen ilmavirtaa ja lisäävät energiankulutusta, koska säleikköihin takertunut lika aiheuttaa korkeamman vastapaineen. Jos puhaltimia ohjataan lämpötilan perusteella, säätölaitteen anturi tulisi pitää puhtaana, sillä sen päällä oleva lika toimii eristeenä, jonka seurauksena se ei reagoi lämpötilan muutoksiin luotettavasti tai riittävän nopeasti. Säätölaitteet tulisi myös tarkistaa säännöllisesti, jotta voitaisiin varmistua, toimivatko ne luotettavasti. Hihnakäyttöisten puhaltimien hihnojen kunto ja kireys vaikuttavat energiankulutukseen. Löystyneet puhallinten hihnat aiheuttavat luistoa, jonka seurauksen puhallinten tehokkuus heikkenee.

20 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 19 Poistosuppilon käytöllä voidaan parantaa puhaltimen tehokkuutta. Puhaltimen kotelon ja aukon muotoilu vaikuttavat puhaltimen suorituskykyyn. Pitkä, sulavasti muotoiltu aukon seinämä lisää puhaltimen tehokkuutta ja ilmavirtaa. Jyrkkä reuna taas häiritsee ilmavirtausta ja vähentää suorituskykyä. Puhaltimien valinnassa sekä energiatehokkuus että vastapaineen sieto ovat tärkeitä. Koska puhaltimet käyvät lähes jatkuvasti, puhaltimien valinnalla ja huollolla voidaan vaikuttaa energian kulutukseen merkittävästi. Puhaltimista ei ole valitettavasti saatavissa mittaustietoja ja valmistajienkin antamista tiedoista on hankala saada selville niiden energiatehokkuus Puhaltimien moottorit Poistopuhaltimet varustetaan joko 1-vaihe-, 3-vaihe- tai tasajännitemoottorein. Täysillä pyöriessään ja hyvin toteutettuina nämä kaikki voivat olla yhtä tehokkaita ja ominaistuotot ((m 3 /h)/w) voivat olla likimain yhtä suuria. Kolmivaihepuhaltimien ohjaukseen käytetään taajuusmuuttajia, minkä ansiosta hidastettavan puhaltimen ominaistuotto yleensä paranee selvästi aluksi. Vasta kun puhallinta hidastetaan paljon, hyötysuhde romahtaa. Lihasikaloissa tanskalaisessa kokeessa saavutettiin 25 %:n energiasäästö korvaamalla 1-vaihepuhaltimet taajuusohjatuilla 3-vaihepuhaltimilla. [Morsing ym 2003] Jos ilmanvirtausta ei olisi samalla tarvinnut kuristaa alipainetason ylläpitämiseksi ja siten tuloilman sekoittumisen varmistamiseksi, niin säästö olisi voinut olla 40 %. Navetoissa vain osa puhaltimista on säädettäviä, mikä pienentää mahdollista säästöä. Lisäksi säätöaluetarve on pienempi kuin sikaloissa. Toisaalta tuloilman sekoittuminen ei aina ole yhtä tärkeää kuin sikaloissa. Taajuusohjatun kolmivaihepuhallininvestoinnin kustannus voi olla noin kaksi kertaa perinteisen triakkiohjaus + yksivaihepuhallin hankinnan kustannus. Tasavirtapuhaltimien moottorit ovat hiilettömiä, elektronisesti kommutoituja ns. EC-moottoreita. Niiden nopeussäätö on tehokasta, joten puhallin on taajuusohjattua kolmivaihepuhallintakin tehokkaampi. Näiden moottorien haittapuolena on hinta, joka voi kolminkertaistaa puhallinkustannuksen. Tasavirtapuhaltimia on käytössä erittäin vähän navetoissa, tai niitä ei ole käytössä ollenkaan Ilmanvaihdon säätö ja ohjaus Ohjauskeskuksen eli säätimen, puhaltimien ja ilmanvaihdon säätöalueet vaikuttavat energiankulutukseen. Esimerkiksi navetan suunnitellun minimi-ilmanvaihdon ollessa 70 ja maksimi-ilmanvaihdon 540 m 3 /lehmä/h on ilmanvaihtoa voitava säätää maksimista kahdeksasosaan. Lihasikalassa vastaava säästötarve on vielä suurempi. Ilmanvaihdon säätöaluevaatimus on laaja, mikä tekee säädöstä vaativan. Puhaltimen säätöalue on se kierroslukualue, jolla puhaltimen nopeutta voidaan pudottaa ennen kuin hyötysuhde alenee huomattavasti. Säätöaluetta ei aina kerrota puhaltimien teknisissä tiedoissa. Jos säätöalue mainitaan, se saattaa olla mitattu ilman vastapainetta eikä navettaan suunnitelulla ilmanvaihdon paineella. Parhailla puhaltimilla voidaan energiatehokkaasti vähentää ilmanvaihtoa noin neljäsosaan ja huonoimmilla puoleen. Vastapaine vaikuttaa myös puhaltimen toimintaan ja säätöalueeseen. Kun puhaltimen paine-eroa nostetaan esim. nostettaessa rakennuksen alipaine 0:sta 20 Pa:iin, niin puhaltimen säätöalue pienenee, esimerkiksi 1:3:sta 1:2:een. Puhallinta voidaan käyttää hitaimmillaan tehokkaasti 33 %:n kierrosnopeuden sijaan 50 %:n kierrosnopeudella. Usein ilmanvaihdon säätö tapahtuu lämpötilan mukaan. Säädin nostaa ja laskee puhaltimien kierrosnopeutta minimi- ja maksimikierrosnopeuksien välillä navettailman lämpötilan pitämiseksi sopivalla alueella. Esimerkiksi sikaloissa tämä säätimen säätöalue, minimi- ja maksimilämpötilojen erotus, on yleensä 4-6 C-astetta [Feldmann 2009] ja navetoissa isompi. Mitä pienempi tämä alue on, sitä voimakkaammin puhaltimien kierrosnopeus ja sähkönkulutus nousee lämpötilan muuttuessa. Talvella lämpöä ei tarvitse poistaa, mutta ilmanvaihtoa on pidettävä kosteuden ja kaasujen (hiilidioksidi) poistamiseksi (minimi-ilmanvaihto). Navetta saa olla kylmempi kuin kesällä, sillä lämpötilan lasku ei heikennä tuotosta. Rajana on talvipakkasilla vesikuppien ja lannan jäätyminen, jos navetan lämpötila laskee alle nollan. Ilmanvaihdon pitäisi säätyä tai se pitäisi asettaa toimimaan tilanteen mukaisesti. Lämpötilan mukaan toimiva säätö on hyvä lämpimälle kaudelle, mutta kylmälle kaudelle säätö pitäisi tehdä joko hiilidioksidin tai kosteuden mukaan. Puhaltimien säätöalueiden pienuus johtaa siihen, että ilmanvaihtoa joudutaan säätämään puhaltimia vuoron perään pysäyttämällä (On/Off säätö). Puhaltimen pysähdyttyä kosteasta navettailmasta alkaa kondensoitua eli tiivistyä vettä puhaltimen moottorin pinnoille, koska moottorin lämpö ei enää pidä moottoria kuivana. Tämä saattaa lisätä sähkömoottorin rikkoontumis- ja tulipaloriskejä. Triakkisäätöä käytettäessä on pyritty säästämään energiakustannuksissa ja ohjauskeskuksen investointikustannuksissa käyttämällä kierrosnopeussäädettävien puhallinten ohella pelkästään pysäytettäviä puhaltimia. Energiatehokasta säätöä, esim. taajuusohjausta, käytettäessä säästetään energiakustannuksissa, kun pysäytettävien puhaltimienkin kierrosnopeutta alennetaan ennen niiden pysäyttämistä. Tämä voi vähentää myös paloriskiä, mutta ei ole aina taloudellisesti kannattavaa investointikustannusten nousun takia. Energiatehokkuuden kannalta katsottuna pysäytettäviä puhaltimia olisi oltava ainakin 2/3 rakennuksen ilmanvaihtotarpeesta

21 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 20 ja ilmanvaihdon säädettävyyden kannalta osan pysäytettävistä puhaltimista tulisi olla kierroslukusäädettyjä. Tämä ohje ei päde, jos kesäilmanvaihdon tehostamiseksi käytetään muita keinoja kuin puhallinsäätöä, esimerkiksi kierrätyspuhaltimia ja ikkunoiden avaamista, tai laidunnetaan lehmiä. Ikkunoita avattaessa rakennuksen ja ulkoilman paine-ero pienenee, mikä saattaa lisätä puhaltimien tuottoa % tuottokäyrien perusteella arvioituna Asennus ja huolto Puhaltimen siipien päiden ja asennuskehyksen/hormin seinämän välin pienuus parantaa puhaltimen hyötysuhdetta [Ludington ym 2004]. Puhallin tulee asentaa sopivankokoiseen, valmistajan suosittelemaan hormiin. Katso myös aiempi kohta ilmanvaihtokanavistoista (kappale 1.1.7). Poistopuhaltimen metallilangasta tehty suojaverkko, puhaltimen siivet ja hormi keräävät pölyä ajan myötä. Likaantumineen heikentää puhaltimen hyötysuhdetta jopa 40 % [Ludington ym 2004]. Omalla painollaan toimivat hormin perhospellit vähentävät ilmanvaihtoa puhtainakin ja likaisina jopa 40 % [Sanford 2009]. Sulkupellit tulisi voidella kuivalla grafiittivoiteluaineella [Sanford 2009]. Pitkän ajan kuluessa pöly voi heikentää ilmanvaihdon hyötysuhdetta 40 %. Tanskassa puhaltimet ja hormit suositellaan puhdistettavaksi vuosittain. Vuosittainen puhdistus parantaa ilmanvaihdon toimintaa 10 %:lla [Hinge 2001b]. Puhallinten laakereiden ääntä ja lämpenemistä tarkkailemalla voidaan sen vioittuminen havaita. Viallisen laakerin korjaus ajoissa paitsi säästää energia, myös parantaa ilmanvaihdon toimintaa ja saattaa ehkäistä tulipalon. Laakerin vaihto voi kuulua myös puhaltimen normaaliin huolto-ohjelmaan esim. 4 vuoden välein. Jos käytössä on hihnavetoisia puhaltimia, niin hihnojen kireys tulee tarkastaa määräajoin. Löysä hihna voi alentaa tuottoa jopa 30 % [Sanford 2009]. Vinssimoottorin käyttämä tuloilmaluukkujen avausvaijeri voi venyä. Tällöin tulo kuristuu ja navetan alipaine kasvaa toivotusta, mikä nostaa sähkönkulutusta. Luukkujen oikea avauma ja navetan alipaine voidaan tarkastaa. Sen voi tehdä tyynellä säällä letkuvesivaa alla, jonka toinen pää on ulkona ja toinen sisällä. Kun ilmanvaihto ei ole käynnissä, merkitään letkun vesipintojen korkeus ulos ja sisälle esim. kiinteisiin lautoihin kynällä. Kun ilmanvaihto on käynnistetty ja paine navetassa tasaantunut, niin letkun veden pinta ulkona asetetaan merkkiinsä. Esim. 2 mm vedenpinnannousu merkistä navetassa vastaa 20 pascalin painetta ja 3 millimetrin nousu vastaa 30 Pascalin painetta. Yksinkertaisempi tapa tarkastaa luukkujen oikea avauma on lisätä luukkujen avaumaa vähän ja seurata virtaako ilma halutusti. Kylmä ulkoilma putoaa lämpimään navettaan tullessaan lattialle ja lämmetessään se nousee ylös. Ilman virtauksen voi nähdä esimerkiksi savun tai höyryn avulla (kuva 1.9). Kuva 1.9: Ilman virtauksen toteaminen savun avulla 1.3 Karjasuojien olosuhteet ja eläinten hyvinvointi Karjasuojilla aikaansaadaan eläimille ja tuotannolle sopivat olosuhteet ja tilat. Näiden lisäksi pitää ottaa huomioon rakennuksissa työskentelevien ihmisten tarpeet ja itse rakennuksen kunnossa pysymisen tarpeet. Esimerkiksi kostea sisäilma voi tuhota rakenteita.

22 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 21 Kotieläimet ovat tasalämpöisiä ja niillä on lämmönsäätöjärjestelmä, joka pyrkii pitämään lämmön tasaisena. Lämpöä voidaan säätää muuttamalla pintaverenkierron määrää ja kun tämä ei liian kuumissa oloissa riitä, apuun tulee hikoilu. Eläin tarvitsee rehua kahteen pääasiaan, omaan ylläpitoon ja tuotantoon. Termisessä ympäristössä tapahtuvat muutokset (lämpötila, kosteus, tuuli) vaikuttavat eläinten lämmönsäätöjärjestelmään ja esimerkiksi kylmässä eläimet tarvitsevat suuremman osan rehusta lämmön ylläpitämiseen Eläinten lämmöntuotto Eläimen lämmöntuotto riippuu seuraavista tekijöistä: Eläimen iästä Eläimen painosta Tuotannosta, maito, liha, muna... Rehun energiasisällöstä Eläinten lämmöntuotto ja suositeltavat olosuhteet riippuvat eläimen iästä. Vastasyntyneet tarvitsevat lämpimämmän tilan kuin tuotantoeläimet. Täten esimerkiksi broilerikasvattamossa ja sikalassa ilmanvaihdon tarve vaihtelee huomattavasti eläinten iän mukaan. Eläimen tuottama lämpö jakaantuu kahteen osaan, osa lämmöstä siirtyy suoraan ympäristöön, osa siirtyy ympäristöön vesihöyrynä (latenttilämpö). Jos vesihöyry tiivistyy se luovuttaa myös lämpöä ympäristöön. Yleensä vesihöyry pyritään siirtämään ilmanvaihdon avulla pois rakennuksesta. Suora lämmöntuotto siirtyy eläimestä ympäröivään ilmaan ja siirtyminen riippuu eläimen ja ympäröivän tilan lämpötilaeroista. Suora lämmöntuotto on nolla, kun ilman lämpötila on sama kuin eläimen lämpötila, lehmillä tämä on n 40 C: Epäsuora (latentti) lämpö haihtuu eläimestä vetenä (eläin hikoilee ja hengityksessä on myös vesihöyryä). Kun ympäristön lämpötila kohoaa, eläin joutuu lämpötasapainonsa takia poistamaan yhä enemmän vettä. Suoran ja epäsuoran lämmöntuoton suhde muuttuu siten lämpötilan mukaan ja siihen vaikuttaa lisäksi eläinlaji, turkki, tuotanto ja puhtaus. Kuvassa 1.10 on esitetty esimerkki eläimen lämmäntuoton lämpötilariippuvuudesta. Kokonaislämmöntuoton ja suoran lämmöntuoton erotus on epäsuoraa (latent) lämmöntuottoa eli käytännössä hikoilua. Sen osuus kasvaa, koska eläimen ja ympäristön lämpötilaero pienenee ja eläin ei pysty enään suoraan lämmönsiirtoon. Eläimen suoralle (sensible) lämmöntuotolle on annettu esim. maa- ja metsätalousministeriön ohjeissa [MMM-RMO C2.2] kuvassa 1.11 olevia arvoja. Kuvassa pylvään pituus kuvaa lähinnä eläimen painoa eli kevyet eläimet tuottavat vähemmän lämpöä kuin painavat eläimet. Kuvan arvojen mukaan saadaan suuruusluokka hyvin laskettua. Eläinten lämmöntuoton laskemisesta löytyy lisätietoa esimerkiksi Mannfors ja Hautalan tutkimuksesta [Mannfors & Hautala 2011]. Eläinten lämmön-, kosteuden- tai kaasujen tuotto ei pysy tasaisena, vaan se vaihtelee vuorokauden aikana ruokinta-, lypsy- ja valaistusrytmien mukaisesti sekä lepoaikojen ja aktiivisuuden mukaan. Kuvan 1.11 arvot kuvaavat vuorokautisia keskiarvoja. Kuva 1.10: Esimerkki eläimen lämmöntuoton jakautumisesta

23 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Lämmönluovutus W Lypsylehmä Nuorkarja Ummessa oleva lehmä Vasikka Lihakarja Emakko Porsas Lihasika Broiler ja kana Lammas Hevonen Kuva 1.11: Yhden eläimen suora lämmöntuotto Esimerkki 10. Lehmä tuottaa 800 W suoran lämpötehon. Karjan koko on 100 lehmää, kuinka suuri on karjan lämpöteho? 800W 100 = 80 kw. Tämä lämpö tulee rakennukseen ja lämpimillä ilmoilla ilmanvaihtoa on lisättävä, jotta saadaan siirrettyä lämpöä pois. Tämä vaikuttaa myös lisälämmityksen alkamiseen eli lehmien lämpö riittää eristetyissä rakennuksissa ºC pakkaseen asti pitämään navetan lämpimänä. Lämpimillä ilmoilla eläinten tuottamaa ylimääräistä lämpöä pitää poistaa rakennuksesta, jottei sisäilma lämpene liikaa. Tähän tarvittava ilmamäärä q v voidaan laskea sisä- T s ja ulkolämpötilojen T u ja eläinten aiheuttaman lämpökuorman P e avulla, yhtälö Yhtälössä ρ i on ilman tiheys, normaalisti 1,2-1,3 kg/m 3 ja c i on ilman ominaislämpökapasiteetti 1,0 kj/(kg K). q v = P e ρ i c i (T s T u ) (1.26) Esimerkki 11. Eläinten lämmöntuotto on 40 kw. Sisälämpötila on 15 ºC ja ulkolämpötila on 5 ºC. Kuinka suuri ilmamäärä tarvitaan siirtämään lämpö pois rakennuksesta? 40kW q v = = 3,3 m3 /s = m 3 /h. Käytännössä tarve on hieman pienempi, koska osa 1,2 kg kj m3 1,0 kg K (15 5)K lämmöstä virtaa seinien ja katon läpi. Yhtälöstä 1.26 nähdään, että mitä lähempänä sisä- ja ulkoilma ovat toisiaan, sitä suurempi ilmamäärä tarvitaan lämmönpoistoon. Lämpiminä aikoina avataankin ikkunoita, ovia ja luukkuja ilmanvaihtomäärän lisäyksen takia Eläinten kosteuden tuotto Eläimen kokonaislämmöntuotto jakaantuu kahteen osaan, suoraan ja epäsuoraan lämmöntuottoon. Epäsuora lämpö muuttuu veden (vesihöyryn) tuotoksi. Eläinten veden tuotto on esitetty kuvassa Lämpötila vaikuttaa siihen, kuinka paljon eläin tuottaa suoraa lämpöä ja epäsuoraa lämpöä. Epäsuora lämmöntuotto on sama kuin kosteuden tuotto, jolloin kosteuden tuotto q k voidaan laskea yhtälön 1.27 avulla, kun epäsuora P lat (latentti) lämmöntuotto tiedetään.

24 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 23 q k = P lat 0, 68 (1.27) Kuva 1.12: Yhden eläimen kosteudentuotto Esimerkki 12. Lehmä tuottaa 300 g/h kosteutta. Karjassa on 100 lehmää, kuinka paljon koko karja tuottaa kosteutta? 0,3 kg/h 100 = 30 kg/h. Jos tätä vesimäärää ei siirretä rakennuksesta pois, sisäilman kosteus lisääntyy jatkuvasti ja seurauksena on kosteuden tiivistyminen kylmille pinnoille. Kosteuden poistamiseen tarvittava ilmanvaihtomäärä q v voidaan laskea yhtälön 1.28 mukaisesti. Kosteus sitoutuu ilmaan ja se poistetaan ilmanvaihdon kautta rakennuksesta. Yhtälössä q k on eläinten kosteuden tuotto, x s on sisäilman kosteussuhde ja x u on ulkoilman (ilmanvaihdon imuilman) kosteussuhde. q v = q k ρ i (x s x u ) (1.28)

25 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 24 Esimerkki 13. Kuinka suuri pitää olla 100 lehmän karjan ilmanvaihtomäärä, jotta se poistaisi kaikki eläimistä tulevan kosteuden, kun ulkolämpötila on 10 ºC ja sen suhteellinen kosteus on 85% ja sisälämpötilan halutaan olevan 15 ºC ja suhteellisen kosteuden 80%? Yksi lehmä tuottaa 300 g/h kosteutta, jolloin koko karja tuottaa 30 kg/h = 0,0083 kg/s. Käytetään laskennassa Mollier Sketcher ohjelmaa. Syötetään ohjelmaan sekä ulko- että sisälämpötilan tiedot, jolloin saadaan myös näiden tilapisteiden kosteussuhteet ja entalpiat.kuvasta voidaan lukea, että yhdessä kuivassa ulkoilman kilogrammassa on 6,47 g kosteutta. Vastaavasti sisälämpötilassa on kosteutta 8,48 g. Yksi ilmakilo vie siten mukanaan 2 g kosteutta, jolloin tarvittava ilmanvaihtomäärä on q v = 3, 3m3/s = 12000m3/h. 0,0083 kg s 1,25 kg m 3 0,002 = Eläinten hiilidioksidin tuotto Hiilidioksidin tuotto riippuu suoraan eläimen lämmöntuotosta, siten, että sitä syntyy 1l jokaista 24,6kJ kokonaislämmöntuottoa kohti. Lämmöntuotto samoinkuin hiilidioksidin tuotto vaihtelee aktiivisuuden ja vuorokausirytmin mukaisesti. Hiilidioksidia voi syntyä karjasuojassa myös lannan palamisesta, mutta se on yleensä vähäistä. Jos lämmöntuotto ilmoitetaan toisena yksikkönä, sitä syntyy 1l jokaista 6,7 Wh kohti. Ongelmana on, että näissä laskuissa käytetään kokonaislämmöntuottoa lähtökohtana. Tämä voidaan laskea esim. Mannforsin ja Hautalan esittämällä tavalla [Mannfors & Hautala 2011]. Esimerkki 14. Kuinka paljon 100 lehmän karja tuottaa hiilidioksidia? Lähdetään ratkaisemaan tätä lehmän kokonaislämmöntuoton avulla. Yhden lehmän suora lämmöntuotto on W. Otetaan suoraksi lämmöntuotoksi 800 W. Lehmän kosteuden tuoton vaihtelu on suurta, g/h, käytetään laskuissa vaikka 300 g/h kosteuden tuottoa. Nämä arvot saadaan eläinten lämmöntuoton ja kosteudentuoton kuvista. Veden höyrystymislämpö on 2502 kj/kg, jolloin siihen tarvitaan lämpöteho 0,3 kg/h 2502 kj/kg = 751 kj/h = 209 W. Eläimen kokonaislämmöntuotto on siten 800 W W 1000 W. Tunnissa eläimen kokonaislämmön tuotto on 1000 Wh. Jaetaan tämä luvulla 6,7 Wh, jolloin saadaan 150 l/h hiilidioksidin tuotos ja koko karjalle 15 m 3 /h. Hiilidioksidin poistoon tarvittava ilmamäärä q v voidaan laskea yhtälöstä Siinä q CO2 on eläinten tuottama hiilidioksivirtaus, s on haluttu sisäilman hiilidioksidipitoisuus ja s u on ulkoilman hiilidioksidipitoisuus (300 ppm = 0,0003). Maa- ja metsätalousministeriön suosituksena on, ettei sisäilman hiilidioksidipitoisuus olisi yli 3000 ppm (0,003) [MMM-RMO C2.2]. q v = q CO2 s s u (1.29) Esimerkki 15. Kuinka suuri ilmanvaihtomäärä tarvitaan poistamaan 100 lehmän karjan hiilidioksimäärä, jos sisäilman hiilidioksidipitoisuuden halutaan olevan 3000 ppm? Karja tuotti edellisen esimerkin mukaisesti 15 m 3 /h hiilidioksidia. Tarvittava ilmanvaihtomäärä on siten q v = 15 0,003 0,0003 = m3 /h.

26 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Eläinten ammoniakin tuotto Eläinten lannasta, eli sonnasta ja etenkin virtsasta, haihtuu ammoniakkia ilmaan. Ammoniakin tuottoon vaikuttaa ruokinta sekä lannanpoisto. Vähentämällä rehun typpipitoisuuksia saadaan virtsan ureapitoisuus vähenemään ja sitä kautta ammoniakkipäästöt pienenevät. Lannankäsittely vaikuttaa myös ammoniakin haihtumiseen. Ammoniakin haihtumista voidaan vähentää pienentämällä haihtumispinta-alaa, peittämällä lantavarastoja sekä jäähdyttämällä lantaa. Ilmanvaihdon suunnittelulla voidaan ammoniakin haihtumisen vähentämiseksi välttää turhan nopeaa ilmavirtausta lantakäytävillä ja lannan lämpötilan nousua. 1.4 Karjasuojien sisäilmavaatimukset Eläinsuojien lämpötiloille, ilman kosteudelle, ilman virtausnopeuksille, kaasupitoisuuksille ja valaistukselle on annettu suositukset. Taulukossa 1.3 on esitetty meillä käytössä olevat karjasuojien kaasupitoisuussuositukset. Kaasupitoisuuksien yksikkönä käytetään yleisesti ppm-lukemaa (part per million). Se näyttää pitoisuuden miljoonasosina. Jos lukema halutaan muuttaa prosenteiksi, se pitää jakaa luvulla Jos karjasuojien hiilidioksidipitoisuutta verrataan asuin- ja toimistotiloihin niin tyydyttävänä sisäilmatasona pidetään niissä ppm pitoisuutta. Hiilidioksidipitoisuuden tyypillinen säätöarvo on 800 ppm ja sisäilmaluokkia on kolme S1 700 ppm, S2 900 ppm ja S ppm [Sisäilmasto]. Taulukko 1.3: Suosituksia eläinsuojien suurimmiksi kaasupitoisuuksiksi [MMM-RMO C2.2] Kaasu Raja-arvo Hiilidioksidi 3000 ppm Ammoniakki 10 ppm (25 ppm siipikarjalle) Rikkivety 0,5 ppm Häkä 5 ppm Orgaaninen pöly 10 mg/m 3 Eläinten lämpötilasuositukset riippuvat eläimestä, sen iästä sekä karvapeitteestä. Taulukossa 1.4 [MMM-RMO C2.2] on esitetty eri eläinlajien alimpia ja ylimpiä lämpötiloja sekä optimilämpötiloja. Liian kylmä karjasuoja aiheuttaa suurentunutta rehun kulutusta ja pienentynyttä tuotantoa. Liian kuuma lämpötila aiheuttaa lämpöstressiä ja tuotannon laskua. Ilman suhteellisen kosteuden alarajana on 50 %, jolloin ilmenee pölypitoisuuksien kasvua ja hengityselimien ärsyyntymistä sekä ihon kuivumista. Ylärajana on 85 %, joka aiheuttaa puurakenteiden lahoamista ja metallirakenteiden ruostumista. Taulukko 1.4: Taulukko Eläinten lämpötila- ja kosteussuosituksia [MMM-RMO C2.2] Eläin Alempi kriittinen lämpötila ºC Ylempi kriittinen lämpötila ºC Optimi ºC Lehmä Nuorkarja Pikku vasikka Lihakarja yli 3 kk Porsiva emakko Vastasyntynyt porsas Lihasika Ilman virtausnopeuden pitäisi olla eläinten oleskeluvyöhykkeellä alle 0,25 m/s talviaikaan. Kesäaikaan virtausnopeus voi olla suurempi, koska se viilentää tehokkaasti eläintä. Vähentämällä esimerkiksi karjasuojien ilmanvaihtoa saadaan energian kulutusta vähennettyä, mutta rajana on eläinten hyvinvointi. Ilmanvaihtoa ei saa pienentää niin paljon, että olosuhteet karjasuojassa muuttuvat huonoiksi. Ilmanvaihdon tehtävänä on poistaa lämpöä, kosteutta, hiilidioksidia ja kaasuja siten, että sisäilma on suositusten (taulukko 1.3) mukainen. Ilmanvaihtomäärän pitää olla riittävä, jotta sisäilma pysy hyvänä. Kuten kappaleessa 1.3 on esitetty ilmanvaihtomäärä vaihtelee jatkuvasti olosuhteiden ja tuotannon vaihdellessa. Kuvassa 1.13 on esitetty eläinten ilmanvaihtosuosituksia. Kuten kuvasta nähdään samankin eläinlajin vaihtelu suurta, pylväiden alarajat pätevät pienille eläimille talvikaudella ja ylärajat suurille eläimille kesäkautena. Tämä tarkoittaa myös sitä, että ilmanvaihdon voimakkuutta pitäisi säätää tilanteen mukaan. Ilmanvaihdon säätö perustuu usein pelkästään lämpötilaan.

27 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 26 Kuva 1.13: Ilmanvaihtosuositukset eläintä kohden [MMM-RMO C2.2] 1.5 Lämmön johtuminen Lämmön johtumisessa lämpö siirtyy seinien, katon ja lattian läpi. Siirtynyt lämpöteho riippuu rakennemateriaalien lämmönjohtavuuksista, rakennuksen koosta ja lämpötilaerosta. Mitä parempaa eristemateriaalia käytetään, sitä pienempi tehontarve on. Kovat pakkaskelit aiheuttavat suuren lämpötilaeron rakennuksen ja ulkoilman välille ja sitä kautta lämpötehon tarve on suuri. Suuressa rakennuksessa lämpöä johtavaa pinta-alaa on paljon, jolloin lämpöteho on myös tämän takia suuri. Seinän lämmönjohtavuus riippuu sen rakenteesta. Eniten lämmönjohtavuuteen vaikuttaa eristemateriaali ja sen paksuus. Lämpö voi siirtyä seinän läpi myös ilmavirran mukana, jos seinässä ei ole kunnon tuulensuojaa. Tällöin voimakas tuuli puhaltaa eristemateriaalin läpi. Kosteus voi tuhota lämmöneristeen. Jos kosteus pääsee lämmöneristeen sisään ja kondensoituu sinne, eristyskyky häviää ja sisälle alkaa muodostua homeita. Rakenteiden lämmönjohtavuus ilmoitetaan U-arvojen avulla. Jos seinässä on 100 mm villaeriste, U-arvo on 0,40 W/(m2 C). Jos esimerkiksi ulkona on -10 C ja sisällä +15 C, lämpötilaero on 25 C ja jokaisen neliömetrin alan läpi virtaa 0,40 25 = 10 W lämpöteho. Yläpohjan 150 mm villaeristeen U-arvo on 0,30 W/m2K. Katon kautta voi tulla kesällä myös lämpöä rakennukseen. Auringon lämmittämä katto ja ullakkotila aiheuttavat lämmön siirtymistä karjasuojaan. Maatalousrakennusten ja rakennusten suunnittelu- ja laskentaohjeina voidaan käyttää ympäristöministeriön [D5 Rakentamismääräys] ja maa- ja metsätalousministeriön ohjeita [MMM-RMO C2.2]. Lämmön johtumisessa siirtyvä lämpöteho saadaan yhtälöstä 1.30, kuva P = ΔQ Δt = λaδt Δx (1.30) Q = lämpövirta t = aika λ = lämmönjohtavuus A = virtauksen poikkileikkausala ΔT = lämpötilaero (sisäseinän pintälämpötila - ulkoiseinän pintalämpötila) Δx = seinämän paksuus Eri materiaalien tilavuuspainoja, lämmönjohtavuuksia ja valmistusenergian tarpeita on esitetty taulukossa 1.5

28 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Kuva 1.14: Lämmön johtuminen seinämän läpi Taulukko 1.5: Materiaalien lämmönjohtavuuksia ja valmistusenergian tarpeita [D5 Rakentamismääräys] Materiaali Tilavuuspaino Lämmönjohtavuus Valmistusenergian kg/m 3 W m K tarve MJ/kg Ilma 1,2 0,024 Leca-sora ,08-0,10 Lasivilla ,045-0,050 Vuorivilla ,040-0,070 14,4 Sahanpuru ,08-0,12 Tiiliseinä ,4-0,9 Sahatavara 500 0,14 4,3 Betoni ,7 0,96 Vilja ,13-0,14 (14% kost.) Esimerkki 16. Seinän lämmönjohtavuus on 0,35 W/mK. Jos seinän paksuus on 200 mm ja seinäala on 30 m2, kuinka suuri lämpöteho menee seinämän läpi, kun sisälämpötila on 22 C ja ulkolämpötila on - 20 C? Lämpötilaero T = 22 C - (- 20 C) = 42 C, jolloin P=0,35 W 42K m K 30m2 0,2m =2,2 kw Materiaalien lämmönjohtavuuskertoimiin vaikuttaa materiaalin kosteus sekä myös lämpötila. Todellisuudessa kertoimet eivät ole täysin vakioita, vaan ne muuttuvat hieman olosuhteiden mukana. Seinämärakenteissa ei käytetä pelkästään yhtä materiaalia, vaan ne koostuvat useista erilaisista materiaaleista. Tälläisen kerroksen lämmönsiirtyminen lasketaan lämmönsiirtokertoimen eli U-kertoimen avulla. Kunkin kerroksen U-kerroin saadaan yhtälöstä Yhtälössä U on eristeen lämmönläpäisykerroin, λ on lämmönjohtavuus ja L on eristepaksuus U = λ (1.31) L Seinärakenteelle kuten lasketaaan kokonais U-arvo ottamalla huomioon eri osien U-arvot, ythälö U = (1.32) U 1 U 2 U n Esimerkki 17. Seinä muodostuu 150 mm paksusta lasivillasta (λ = 0,05 W/mK) ja sen kahta puolta olevasta 22 m paksusta laudasta (λ = 0,14 W/mK). Kuinka suuri on 50 m2 seinän läpi tapahtuva lämpötehon virtaus, kun lämpötilaero on 30 K? U-arvot eri osille ovat: lauta ulkopuolella U 1 = 0,14W/mK/0,022m = 6,36 W/(m2K), eriste U 2 =0,05/0,15 = 0,33 W/(m2K) ja sisäpuolen U 3 = U 1. Koko seinamän U-arvo on: 1/U=1/6,36+1/0,33+1/6,36=3,34 U = 0,30 W/(m2K). Seinämän läpi virtaava lämpöteho on P = 0,30 W/m2K 50 m2 30 K = 0,45 kw. Seinämien U-arvo riippuu niiden rakenteista. Lämpimien eläintilojen ulkoseinän lämmöneristyssuositus on 125 mm, jolloin U-arvo on 0,4 W/(m 2 K). Yläpohjan suositus vaihtelee sijoituspaikkakunnan mukaan mm eristepaksuuden väliltä, 150 mm villaeristeen U-arvo on 0,30 W/(m2K) [MMM-RMO C2.2]. Uusien asuinrakennusten lämpöeristyksen yläpohjien U-arvo on alle 0,25 W/(m2K). Vanhojen asuinrakennusten yläpohjien lämpöeristyksen U-arvo 0,25-0,5 W/(m2K). Ovien sekä ikkunoiden kohdalla U-arvo on

29 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 28 luokkaa 2-3 W/(m2K). Ikkunoiden kautta tulee myös lämpöä sisään kesällä, kun auringon valo lämmittää rakenteita. Lämmönläpäisykertoimen (U-arvo) käänteislukua kutsutaan lämmönvastukseksi (R-arvo). Yhtälö 1.32 muuttuu silloin muotoon R = R 1 + R R n. Maatalouden tuotantorakennukset on pääsääntöisesti perustettu maavaraiselle pohjalle. Lattian kautta tapahtuvassa lämpöhäviöissä pohja käsitellään kahtena eri osana. Keskellä rakennusta lämpöhäviö on yleensä pieni, koska lattian alla oleva maa pysyy lämpimänä. Rakennuksen reunalla tapahtuu lämpöhäviöitä reunan alta maahan ja sieltä edelleen rakennuksen ulkopuolelle pintaan. Lämmöneristeet sijoitetaan tämän takia suuremmaksi osaksi reunaan, koska siellä lämpöhäviöt ovat suuret. Lämpimien rakennusten alapohjan lämpöhäviöille on myös karkeampi laskutapa, jossa lämpöhäviö on kylmällä säällä luokkaa 6 W/m2 pohjapinta-alan ollessa 300 m2 ja 13 W/m2 pohjapinta-alan ollessa 50 m2. Lämpöhäviö voidaan tietysti laskea rakennuksen eri osille erikseen, kun tiedetään kunkin osan lämmönjohtavuus ja lämpötilaerot. 1.6 Ilmanvaihdon lämpöhäviö Kylmissä olosuhteissa tuotantorakennuksia joudutaan lämmittämään. Maidontuotannossa ja lihakarjan tuotannossa voidaan käyttää kylmiä karjasuojia, mutta sianlihan ja siipikarjan tuotannossa tarvitaan lämpimiä rakennuksia. Hyvän sisäilman aikaansaamiseksi tarvitaan ilmanvaihtoa. Ilmanvaihdon mukana lämmennyttä ilmaa virtaa ulos ja tilalle tuleva kylmä korvausilma on lämmitettävä huonelämpöiseksi. Ilmanvaihtomäärä määräytyy kolmen eri asian perusteella. Ilmanvaihdon pitää olla riittävän, jotta rakennuksen sisäilman kosteus ja hiilidioksidipitoisuus pysyisivät alhaisina. Lisäksi ilmanvaihtoa tarvitaan siirtämään liikaa lämpöä rakennuksesta pois. Talvikuukausina kosteuden poisto ja hiilidioksidin poisto ovat pääosissa. Kesäkautena taasen ilmanvaihtoa tarvitaan lämmön poistoon. Tämän takia puhutaankin minimi ja maksimi-ilmanvaihdoista. Lämmön poistoon tarvitaan aina suurempi ilmanvaihtomäärä ja se määrää maksimiilmanvaihtotarpeen. Minimi-ilmanvaihdon taas määrittää kosteuden tai hiilidioksidin poisto. Kuvassa 1.15 on esimerkki siitä, miten sikalan lämmönvaihtomäärä muuttuu elopainon ja olosuhteiden muuttuessa. Kun sian paino on alle 40 kg, kuvan esimerkissä pesun jälkeiset märät pinnat määräävät tarvittavan ilmanvaihtomäärän. Jos märkiä pintoja ei ole, silloin hiilidioksidin (CO 2 ) ja eläinten erittämän kosteuden poisto määräävät tarvittavan ilmanvaihtomäärän. Kun paino on yli 40 kg, silloin lämmönpoisto määrää ilmanvaihdon. Ulkolämpötilan muuttuessa tarve elää sen mukaisesti. Ilmanvaihtomäärä muuttuu siten olosuhteiden muuttuessa ja ilmanvaihdon säätöä pitäisi muuttaa tämän mukaan. Tämä on tärkeää etenkin sen takia, että ilmanvaihdon kautta tapahtuva lämpöhäviö on selvästi suurempi kuin rakenteiden kautta tapahtuva lämpöhäviö. Ilmanvaihtoon liittyviä tutkimuksia ovat tehteen Suomessa mm Mannfors ja Hautalan [Mannfors & Hautala 2011], Heimonen ym [Heimonen et al 2009] ja [Tuunanen ja Karhunen 1984]. Ilmanvaihtoon liittyviä laskureita on ladattavissa Maaseudun Energia-akatemia sivustolta ( Ilmanvaihdon lämpöhäviö P voidaan laskea yhtälöllä Yhtälössä c i on ilman ominaislämpökapasiteetti (1,0 kj kg K ), q v on ilmanvaihdon tilavuusvirtaus, ρ i on ilman tiheys (yhtälö 1.3, normaalisti 1,2-1,3 kg/m 3 ) ja T on sisä- ja ulkolämpötilan erotus. Ilmanvaihdon pitäisi aikaansaada hyvä sisäilmasto ja samalla sen pitäisi olla mahdollisimman vähäistä, jotta energiaa ei hukkantuisi. Nämä kaksi vaatimusta ovat ristiriitaisia. Pääasiana ilmanvaihdossa on sisäilman laatu, jolloin sitä pitäisi mitata ja säätää ilmanvaihto niin, että laatu säilyy hyvänä. Silloin ilmanvaihdon lämpöhävikki on tarkoituksenmukainen. P = c i q v ρ i T (1.33) Esimerkki 18. Lypsylehmä tarvitsee vähintään 55 m 3 /h ilmanvaihtomäärän [MMM-RMO C2.2]. Jos sisälämpötila on 12 ºC ja ulkolämpötila -20 ºC, kuinka paljon yhden lehmän tarvitseman ilmanvaihtomäärän lämmittäminen kuluttaa energiaa? Käytetään laskussa ilman tiheytenä 1,2 kg/m 3 (ilman tiheys on 0 ºC 1,29 kg/m 3 ja 15 ºC lämpötilassa 1,23 kg/m 3 ). P = 1, 0 kj kg K 55m3 kg 3600s 1, 2 m ( )K = 0,6 kw. Lypsylehmän oma lämmöntuotto on myös 3 tätä suuruusluokkaa eli lehmä pystyisi tuottamaan hengitysilmansa lämmittämiseen tarvittavan lämmön. Rakenteiden muiden osien lämmöntarpeisiin tätä lämpöä ei enään riittäisikään. 1.7 Rakennusten lämmitystarve Kokonaislämpöhäviö Rakennusten kokonaislämpöhäviöt muodostuvat rakenteiden läpi menevästä häviöstä ja ilmanvaihdon mukana menevästä häviöstä. Kuvassa 1.16 on esimerkki sikalan lämpöhäviöistä. Tässä esimerkissä ilmanvaihto aiheuttaa

30 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Ilmanvaihto m3/h Lämpö Kosteus CO2 Märät pinnat Paino kg Kuva 1.15: Esimerkki sikalan ilmanvaihtomäärästä. Ulkolämpötila - 8C ja 50 %. CO 2 = hiilidioksidin poistoon tarvittava ilmanvaihtomäärä, Lämpö = lämmön poistoon tarvittava ilmanvaihtomäärä, Märät pinnat = eläinten ja märkien pintojen tuottaman kosteuden poistoon tarvittava ilmanvaihtomäärä, Kosteus = eläinten tuottaman kosteuden poistoon tarvittava ilmanvaihtomäärä lähes 90 % lämpöhäviöistä. Rakenteiden läpi tapahtuva lämpöhäviö on 10 % tai alle kokonaishäviöistä. Jos lämpimissä karjarakennuksissa halutaan säästää lämpöä, tällöin poistoilman lämmön talteenotolla saadaan paras tulos. Lämpöeristyksiä lisäämällä kokonaislämpöhäviöstä voidaan poistaa alle 10 % Eläinten lämmöntuotto Eläinten lämmöntuotto voitiin jakaa kahteen osaan, suoraan lämmön tuottoon (sensible) ja epäsuoraan (latent). Suoran lämmön eläimet luovuttavat suoraan rakennukseen. Epäsuora lämpö on sitoutunut eläinten kosteuden tuottoon, eläimet tuottavat elintoimintojen tuloksena vesihöyryä. Vesihöyry poistetaan ilmanvaihdon mukana ulos, jolloin se ei jää rakennukseen. Näiden lisäksi eläimen ruhoon varastoituu lämpöä. Eläinten lämmöntuotto vaihtelee iän, koon, ihonpeitteen, tuotantovaiheen ja aktiivisuuden mukaan. Keskimääräisiä vuorokautisia lämmöntuottoja on esitetty kuvassa Vaihtelualue kuvaa lähinnä eläimen kokoa (painoa) siten, että pienen eläimen lämmöntuotto on pienempi ja suuren suurempi Rakennusten lämpötasapaino Edellä on käsitelty rakennuksen lämpöhäviöitä ja eläinten lämmöntuottoa. Kun lasketaan yhteen eläinten, koneiden ja laitteiden sekä valaistuksen lämmöntuotto ja siitä vähennetään rakennuksen lämpöhäviöt, saadaan rakennuksen lämpötasapaino. Rakennuksilla on myös massaa eli käytännössä rakenteet sitovat ja luovuttavat lämpöä ja ulkolämpötilan muuttuessa ja tehontarve poikkeaa tämän takia yksinkertaisen laskun tuloksista. Samoin tuulet ja auringon säteily vaikuttavat lämmöntarpeeseen. Kuvassa 1.16 on esimerkki sikalan lämpöhävöistä ja sikojen lämmöntuotosta. Jos siat tuottavat esimerkiksi 300 kw lämpötehon ja kun ulkoilman lämpötila laskee -15 ºC lämpötilaan, rakennuksen lämpöhäviöt ovat suuremmat kuin sikojen lämmöntuotto. Tämän jälkeen tarvitaan lisälämmitystä, jos sisälämpötila halutaan säilyttää samana tai sitten hyväksytään, että kylmemmillä ilmoilla sisälämpötila laskee. Alentunut sisälämpötila aiheuttaa sen, että eläimet käyttävät suuremman osan rehusta oman lämmön ylläpitämiseen eli tuotannon tehokkuus heikkenee. Sian kasvaessa sen oma lämmöntuotto on alussa alhainen ja painon lisääntyessä lämmöntuotto kasvaa. Samalla ilmanvaihtoa pitää säätää, koska hiilidioksidin ja kosteuden tuotto lisääntyy. Tämä tarkoittaa sitä, että tilanne ei suinkaan pysy karjarakennuksessa koko ajan samana, vaan ilmanvaihtomäärää pitää säätää tarpeen mukaisesti Lämmitystarpeen vaihtelu Lämmitystarve riippuu suoraan ulkolämpötilasta sekä epäsuorasti myös tuulista ja auringonpaisteesta (säteilylämpö). Koska säät vaihtelevat vuosittain, myös lämmitystarpeet vaihtelevat sen mukaan. Normiointia var-

31 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 30 Lämmitystarpeen jakauma, 60 kg, 2400 sikaa Seinät kw Ikkunat ja ovet kw Katto kw Lattia kw Ilmanvaihto kw Lämpötila Kuva 1.16: Sikalan lämpöhäviöiden jakauma eri lämpötiloissa kun eläinpaino on 60 kg ja sikalassa on 2400 sikaa ten on kehitetty astepäivälukuun perustava menetelmä. Astepäiväluvun toinen nimi onkin lämmitystarveluku [Lämmitystarveluku]. Astepäiväluku saadaan summaamalla päivittäisten sisä- ja ulkolämpötilojen erotus. Sisälämpötilana käytetään yleisimmin +17 ºC. Kuukauden astepäiväluku saadaan summaamalla päivittäiset astepäiväluvut ja vuotuinen astepäiväluku on vastaavasti kuukausittaisten astepäivälukujen summa. Astepäiväluvun (lämmitystarveluvun) yksikkö on Cvrk. Vertailuarvona käytetään vuosien keskimääräistä arvoa ( lähtien). Laskennassa ei oteta huomioon päiviä, joiden keskilämpötila on keväällä yli +10 C ja syksyllä yli +12 C. Näitä arvoja pidetään lämmityksen lopettamisen ja aloittamisen raja-arvoina. Asuinrakennuksissa käytettävä astepäiväluku soveltuu huonosti karjarakennuksiin, koska niissä esimerkiksi lämmitys aloitetaan ulkolämpötilan ollessa selvästi pakkasella. Tämä johtuu eläinten runsaasta lämmön tuotosta, jolloin lisälämmitystarve tulee myöhemmin ja lämmitys voidaan lopettaa aiemmin. Jos karjarakennuksilla haluttaisiin samanlaista vertailupohjaa, silloin näille pitäisi olla oma laskentatapansa. Katsotaan kuitenkin miten asuntojen osalta tätä käytetään normituksessa. Normiointi voidaan tehdä yhtälön 1.34 avulla, E n on normioitu kulutus, E m on mittausvuoden kulutus, S n on normioitu astepäiväluku (4229 Cvrk vuosille ) ja S m on mittausvuoden astepäiväluku. E n = S n S m E m (1.34) Esimerkki 19. Sähkölämmitteisen asuintalon energiankulutus oli vuonna kwh, vuonna kwh ja vuonna kwh. Taloon asennettiin ilmalämpöpumppu vuoden 2008 lopulla, vähensikö se kulutusta? Vuoden 2007 astepäiväluku oli 3723, vuoden ja vuoden Vertailuluku oli Normioidaan kulutukset: v 2007: E n2007 = = kwh, v 2008: E n2008 = = kwh ja v 2009: E n2009 = = kwh. Normioiduista luvuista nähdään, että kulutus on vähentynyt 2000 kwh. Lämmitystarpeen laskennassa voidaan käyttää hyväksi lämpötilan pysyvyyskäyriä. Niiden käytöstä on ohjeita esim. rakentamismääräyskokoelmissa [D5 Rakentamismääräys] Lämmön talteenotto ilmanvaihdon poistoilmasta Kuvan 1.16 mukaisesti ilmanvaihdon kautta menee eniten lämpöä rakennuksesta pois. Tässä olisi myös suurin energian säästömahdollisuus. Poistoilman lämpö voitaisiin siirtää takaisin rakennukseen lämmönvaihtimien avulla. Lämmönvaihtimien toimivuutta ja taloudellista kannattavuutta eläinsuojien ilmanvaihdossa tutkittiin Suomessa ja 1980-lukujen vaihteessa ensimmäisen energiakriisin jälkeen. Vertailtavat lämmönvaihtimet olivat rakenteeltaan, toimintaperiaatteeltaan ja myös kustannuksiltaan hyvin erilaisia. Vertailussa otettiin huomioon investointi- ja käyttökustannusten lisäksi sisäilman lämpötilan vaikutus sikojen kasvuun. Jos lämpötila on optimia alempi, siat kuluttavat rehua enemmän ja kasvavat hitaammin. Kasvu heikkenee myös silloin, kun sikalassa on liian kuuma.

32 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 31 Lämmönvaihtimen hankinnan tavoitteena on vähentää eläinsuojan lämmitystarvetta talvikaudella. Lihasikalaan tulevaa ilmanvaihtoilmaa pitää lämmittää, kun ulkoilman lämpötila on muutaman asteen pakkasella. Sikojen tuottama lämpö riittää sikalan lämpimänä pitämiseen tähän asti. Kesäaikana ilmanvaihdolla poistetaan eläinten tuottamaa lämpöä, joka nostaisi eläinsuojan lämpötilan liian korkeaksi. Ilmanvaihdolla poistetaan eläinsuojasta myös kosteutta ja haitallisia kaasuja. Jos tavoitteena on pitää sikalan lämpötila koko ajan optimissa, ilmanvaihtoilmaa pitäisi myös jäähdyttää kesäkaudella. Joitakin lämmön talteenottolaitteita voidaan käyttää myös tähän tarkoitukseen. Karhusen ym. [Karhunen et al 1983] tutkimuksen mukaan hyvin eristetyssä eläinsuojassa lämmönvaihtimilla voidaan korvata yli 90 % tarvittavasta lämmitysenergiasta, kun lämmönvaihtimen hyötysuhde on 30 %. Tutkimus osoitti lisäksi, että lämmönvaihtimien optimaalinen hyötysuhde lihasikaloissa oli % ja että kaikki kokeillut lämmönvaihtimet kykenivät tämän hyötysuhteen saavuttamaan. Tutkimuksessa selvitettiin myös lämmönvaihtimien huollon tarve ja todettiin säännöllisen puhdistamisen tarpeellisuus lämmönvaihtimen pitämiseksi käyttökunnossa. Puhdistuskertojen väli oli lyhimmillään viikko. Lämmönvaihtimen avulla lämmitystarvetta voidaan vähentää kymmeniä prosentteja tai se voidaan poistaa kokonaan. Energian alhaisen hinnan vuoksi eläinsuojien lämmönvaihtimien käyttö ja kehittäminen eivät ole edenneet 1980-luvulta, mutta siihen näyttäisi olevan kuitenkin hyvät mahdollisuudet. Lämmönvaihtimet tarvitsevat myös säännöllistä puhdistusta ja talvipakkasilla ne voivat jäätyä. Toisaalta maatiloilla on siirrytty hakeja turvelämmitykseen, jolloin lämmityskustannukset on saatu sitä kautta alenemaan Rakennusten viilennys Kesäisin karjasuojien lämpötilat voivat kohota liian korkeiksi, jolloin tarvitaan niiden viilentämistä. Ensin voidaan avata kaikki ilmanvaihtoon vaikuttavat luukut. On hyvä, jos rakennuksessa on mahdollista saada aikaan näin hyvä ristiveto, jolloin ilma vaihtuu tehokkaasti. Jos tämä ei riitä, silloin käytetään apuna suurikokoisia puhaltimia, joiden tarkoituksena on aikaansaada suuri ilman virtausnopeus. Virtauksen lisääntyessä eläin pystyy haihduttamaan tehokkaammin lämpöä kehosta. Puhaltimien käyttö lisää energian kulutusta, tosin pohjoisissa olosuhteissa niiden käyttöaika ei ole kovin pitkä. Jos ilman vaihtuvuuden lisääminen ja virtausnopeuden suurentaminen eivät riitä, silloin käytetään apuna esimerkiksi vesisumua. Veden höyrystyminen sitoo lämpöä ympäristöstä ja viilentää sisäilmaa. Suomessa tätä käytetään jonkin verran sikaloissa, sillä siellä sumu ja joissain tapauksissa myös ilmanvaihto saadaan kohdistettua paremmin kuin navetoissa. Osa höyrystyvästä sumusta jäähdyttää ilmaa ja osa sikojen ihoa. 1.8 Valaistus Lampputyyppejä Hehkulamppu Karjatiloilla on edelleen käytössä hehkulamppuja. Niiden etuna on ollut lamppujen halpa hinta, himmentämisen helppous, nopea syttyminen ja laaja valospektri. Ne ovat kuitenkin eniten energiaa kuluttava valaistusjärjestelmä. Hehkulamppujen tehosta vain 6 12 % muuttuu valoksi. Loppuosa lampun tehosta muuttuu lämmöksi. Hehkulamput ovat käyttöiältään (noin h) huomattavasti loisteputkivalaisimia ja led-valaisimia lyhytikäisempiä. Hehkulampuilla ongelmia aiheuttaa myös se, että ne houkuttelevat puoleensa kärpäsiä ja muita hyönteisiä, jonka seurauksena lamput likaantuvat, joka taas saa aikaan valomäärän heikkenemisen. Koska hehkulamput eivät täytä EU:n lamppujen energiatehokkuusvaatimuksia, niiden myynti lopetettiin vaiheittain (Komission asetus 244/2009). Tämän vuoksi osalle karjatiloista tulee eteen uusien valaistusratkaisujen pohtiminen Loistelamppu eli pienpaine elohopeapurkauslamppu Nykyisin uudemmissa eläinrakennuksissa käytetään loisteputkivalaisimia, jotka ovat energiatehokkuudeltaan huomattavasti parempia kuin hehkulamput. Loistelamppujen odotettu elinikä on huomattavasti hehkulamppujen elinikää pidempi (noin ). Niiden käyttöikää vähentää kuitenkin jonkin verran jokainen sammutus- ja uudelleensytyttämiskerta. Viileässä pienoisloistelamput syttyvät hitaasti, mikä voi pidentää niiden käyttöjaksoja ja energiankulutusta. LED-lamppu Viime aikoina on herännyt yhä suurempi kiinnostus polttoiältään pitkäikäisiin (jopa tuntia) ja energiatehokkaisiin led-lamppuihin. Led-lamppuja on asennettu jo jonkin verran karjasuojiin, mutta niiden käyttö ei ole kuitenkaan yleistynyt vielä lähinnä ledien kalliin hinnan vuoksi. Led-lamppujen etuna on, että ne ovat himmennettävissä, sytytyskertojen määrä ei vaikuta niiden käyttöikään ja ne antavat syttyessään heti täyden valotehon.

33 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Valovoima, valovirta, valaistusvoimakkuus ja valotehokkuus Valovoiman perusyksikkö on candela. Johdannaisyksiköt ovat valovirta lumen (lm) ja valaistusvoimakkuus luksi (lx), joka ilmaisee pinnalle (esim. työpöydälle) tulevan valovirran pinta-alaa kohden (lm/m 2 ). Lumen kuvaa lampun antamaa valotehoa ja siksi sitä käytetään uusissa lamppupakkauksissa. Aiemmin hehkulamppuja käytettäessä ilmoitettiin vain lampun ottama sähköteho eikä ilmoitettu niiden antamaa valotehoa. Erityyppisten lamppujen kyky muuttaa sähkötehoa valotehoksi on erilainen ja lumen on silloin vertailukelpoinen yksikkö. Kuvassa 1.17 on kuvio siitä, mitä valovirtaa hehkulampun sähköteho likimain vastaa. Käytäytännössä hehkulampun valovirta saadaan melko hyvin kertomalla sähköteho luvulla 15. Valaistuksessa ollaan siirtymässä hehkulampuista muihin energiatehokkaisiin valaisimiin. Tämä johtuu EU:n hehkulamppukiellosta, mutta myös siitä, että valaistus voi kuluttaa melko paljon energiaa. Kuva 1.17: Hehkulampun ottaman sähkötehon ja antaman valovirran välinen yhteys [Lampputieto] Lux-arvoon vaikuttaa lampun valovirta, varjostimen ominaisuudet ja valaistun pinnan etäisyys lampusta. Lux-arvo mittaa kuinka suuri valaistus tietyllä pinnalla on. Lamppujen energiatehokkuutta voidaan mitata sillä kuinka monta lumenia lamppu tuottaa yhden watin teholla (lm/w). Jos tavoitteena on vähentää valaistuksen energiankulutusta, valaistusta uusittaessa tulisi ottaa huomioon lampun valotehokkuus (lm/w). Mitä suurempi tämä luku on, sitä paremmin lamppu pystyy muuntamaan sähkötehon valoksi. Lampun valotehokkuuden lisäksi tulisi ottaa huomioon lampun kestoikä. Lamppujen valotehokkuudet vaihtelevat runsaasti jopa saman lampputyypin kohdalla. Taulukossa 1.6 on esitetty tyypillisiä lamppujen valotehokkuuksia. Valotehokkuuden teoreettinen maksimi on 400 lm/w. Taulukko 1.6: Lamppujen valotehokkuuksia Valonlähde Valotehokkuus lm/w ASAE EP Tetri ym 2 Hehkulamppu Halogeeni Loisteputki Energiansäästö Monimetalli Korkeapainenatrium Led jopa [ASAE EP344] 2 [Tetri ym 2011] Loisteputkien valotehokkuus kasvaa läpimitan pienetessä, siis siirryttäessä T12-putkesta putkesta T8-putkeen tai vieläkin ohuempaan T5:een. Loisteputken jauhepinnoituskerrosten määrä vaikuttaa myös. Jauhekerrosten lisääntyessä yhdestä kolmeen putken hinta nousee 50 %, mutta valotehokkuus kasvaa 35 % ja kestoikä 65 %, kun niitä käytetään yhdessä elektronisten kytkentälaitteiden kanssa [Andersen ja Pedersen 2003]. Huonoimmilla loisteputkilla valotehokkuus on alle puolet parhaista. Valotehokkuuden odotetaan kasvavan 200 lm/w:iin vuoteen 2020 mennessä. Monet ledivalaisinmyyjät lupasivat keväällä 2013 valohyötysuhteeksi 120 lm/w. Valotehokkuuden lisäksi joidenkin maidontuottajien mielestä värintoistokyky on tärkeä kiimantarkkailun kannalta. Yleensä haluttaessa hyvää värintoistoa sekä valotehokkuutta lampun hinta nousee selvästi. Sopivim-

34 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 33 man lampun valinta voikin olla haastava tehtävä, sillä jo yhdeltä toimittajalta voi olla tarjolla samaan valaisimeen kymmenkunta erilaista lamppua. Lamput käyttäytyvät erilailla sähkökatkosten yhteydessä. Jos sähkökatkon vuoksi sammuneita tavallisia monimetalli- tai korkeapainenatriumlamppuja yritetään sytyttää 10 minuutin sisällä sammumisesta, tällöin nämä lamput vievät paljon normaalia enemmän virtaa, mutta eivät kuitenkaan anna valoa. Generaattorikäytössä suuri virrankulutus voi aiheuttaa jännitteen laskun, joka rikkoo elektroniikkaa. Tavallisten monimetallilamppujen sijaan voidaan hankkia hetisyttyvät monimetallilamput. Toisaalta sähkökatkoihin voidaan varautua varavalaistuksella, esim. yövaloin, jotka syttyvät heti sähkökatkon loputtua ja estämällä monimetalli- tai korkeapainenatriumlamppujen päällekytkentä 10 minuuttiin niiden sammumisesta. Ihmisten ja eläinten silmät näkevät eri valoalueita erilailla (esim. linnut). Siten ihmissilmälle suunniteltu valo ei välttämättä ole eläimelle paras mahdollinen. Karjarakennusten valaistuksen suosituksia on esitetty taulukossa 1.7. Valaistuksen energiatehokkuudesta on tehty SFS-EN standardi [SFS-EN 15193], joka on tarkoitettu julkisten tilojen valaistuksen energiantarpeen määrittämiseen ja valaistuksen energiatehokkuusindikaattorin (LENI-luku) määrittämiseen. Lisäksi standardi neuvoo valaistuksen energiankulutuksen mittaamista. Valaistuksen suunnittelussa tulisi ottaa huomioon mm. eläinten ja eri tilojen valaistusvaatimukset. Valaistuksella on vaikutusta mm. eläinten kasvuun, hedelmällisyyteen ja tuotokseen. Eri tuotanto- tai kasvuvaiheessa eläinten valontarve voi olla erilainen (esim. ummessa ja tuotannossa olevat lehmät) Valaistustarve Meillä Maa- ja metsätalousministeriö on antanut kotieläinrakennusten valaistukselle suositukset, taulukko 1.7. Suosituksena on myös, että karjasuojien vähimmäisvalaistustarve voitaisiin hoitaa päivällä luonnon valolla [MMM-RMO C3]. Tämä on myös turvallisuustekijä sähkökatkosten aikana, jolloin eläimet ja eläinten hoitajat tulevat toimeen päivän valossa. Taulukko 1.7: Kotieläinrakennusten suositeltuja valaistusvoimakkuuksia ja sitä vastaavia loistelamppujen kokoja [MMM-RMO C3] Rakennus Suositeltu valaistusvoimakkuus lx Loistelamppuja W/m 2 Navetan yleisvalaistus ,6-6,0 Navetta lypsyasema ,0-15,0 Navetta nuorkarja ,4-3,6 Porsitus- ja lihasikalan yleisvalaistus ,4-3,6 Porsitussikalan porsistuskarsinat ,6-6,0 Porsitussikalan makuupaikat ,2-1,8 Kanala ,6-1,2 Talli ,6-6,0 Lampola ,2-3,0 Toimisto, valvonta yms tilat ,0-18,0 Karjarakennusten energiankulutus muodostuu usein kohtuullisen suureksi sen takia, että rakennukset ovat melko suuria ja valoja voidaan käyttää lähes jatkuvasti. Lypsykarjan sähkönkulutuksesta valaistuksen osuus on % luokkaa. Toisaalta sähkön kulutus on monesti alle 10 % kokonaiskulutuksesta. Sianlihan tuotannossa valaistuksen osuus on 10 % luokkaa sähkön kokonaiskulutuksesta [Hörndahl 2008]. Karjasuojien valaistuksen energiankulutukseen vaikuttaa se, millaisia valaisimia käytetään (esim. hehkulamppu, loisteputkivalaisin, kaasupurkausvalo, led), miten valo-ohjelma toimii ja onko valaistusta mahdollisuus himmentää.

35 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 34 Kuva 1.18: Tyypillisiä lamppujen elinikiä ja valotehokkuuksia [ASAE EP344, Gustafson & Morgan 2004] Maatalousrakennuksissa on vaatimukset myös valaisimien suojauksille. Minimivaatimus maatalousrakennuksille on IP44 kotelointiluokka [D1-2012]. Tunnuksen ensimmäinen numero tarkoittaa yleisesti suojausta ja toinen numero vesisuojausta. Suurempi numero tarkoittaa aina parempaa suojausta. Ensimmäinen numero voi olla 0-6 välillä ja toinen numero 0-8 väliltä, taulukko Valaisimen hyötysuhde Valaisimen (heijastimen) tehokkuuteen vaikuttaa valaisimen optiikka, joka heijastaa valon huonetilaan. Valaisimen optinen hyötysuhde ilmaisee kuinka hyvin valaisimen heijastin heijastaa valon kohdetta kohti ja kuinka hyvin kupu läpäisee valon. Optinen hyötysuhde ilmenee valaisimen teknisistä tiedoista. Valaisinta hankittaessa kannattaa varmistaa, että kupu soveltuu tiloihin jossa on ammoniakkia. Muuten virtsasta haihtuva ammoniak-

36 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 35 Taulukko 1.8: IP kotelointiluokitus Numero 1. numero, kosketus- ja pölysuojaus 2. numero, vesisuojaus 0 Avoin Avoin 1 Suojaus suuria kappaleita vastaan, halkaisija 50mm tai enemmän Tippuvesisuojaus ylhäältä tulevaa vettä vastaan 2 Normaali kosketussuojaus, halkaisija yli 12,5mm (kuten sormi) Tippuvesisuojaus ylhäältä +/-15º tulevaa vettä vastaan 3 Erikoiskosketussuojaus, halkaisija yli Sateenkestävä 2,5mm 4 Suojaus pieniä kappaleita varten, Roiskevedenpitävä halkaisija yli 1mm 5 Pölysuojaus. Ei edellytä täydellistä Suihkuvedenpitävä tiiveyttä, mutta haitallisia pölykertymiä ei saa syntyä 6 Pölytiivis Kestää suurella paineella tulevan ruiskun 7 Kestää hetkellisen upotuksen veteen 8 Painevedenpitävä ki himmentää kuvun ja heikentää valaisimen hyötysuhdetta. Polykarbonaatti ja akryyli kestävät ammoniakkia, mutta Andersen ja Pedersen [Andersen ja Pedersen 2003] eivät suosittele akryylia sen huonomman mekaanisen kestävyyden vuoksi. Kaasupurkauslamppuja ovat energiansäästölamput, loisteputket, monimetalli- ja korkeapainenatriumlamput. Yleensä nykyään käytetään ns. elektronisia kytkentälaitteita. Ne vähentävät sähkönkulutusta jopa 25 % perinteisiin verrattuna ja parantavat myös valon laatua [Andersen ja Pedersen 2003]. Vanhoja valaisimia erilaisin valonlähtein ja liitäntälaittein uudistettaessa on syytä kääntyä asiantuntijan puoleen tai perehtyä hyvin osien teknisiin tietoihin, sillä yhteensopivuuksissa ja kytkentälaitteiden kestävyyksissä eläinrakennuksissa on eroja. On varmistuttava, osat soveltuvat käytettäväksi eläintilojen lämpötiloissa, sillä muuten valoa ei saada riittävästi vaikka sähköä kuluu normaalisti. Toisaalta uudenlainen loisteputki voi lämmittää valaisimen kuumemmaksi kuin mitä liitäntälaite tai itse loisteputki kestää. Kuumuus voi myös heikentää valohyötysuhdetta. Ledivalonlähteidenkin kestävyys heikkenee oleellisesti lämpötilan noustessa ja johtaa ledien ominaisuuksien muuttumiseen ja hyötysuhteen heikkenemiseen. Valon tasainen jakautuminen eläinhallissa helpottaa työskentelyä. Valaisimen optiikasta riippuu, mille alueelle ja kuinka tasaisesti valo jakautuu navetassa. Koska valo ei koskaan jakaannu täysin tasaisesti, niin riittävän valaistuksen saamiseksi kaikkialle osa navetasta tulee ylivalaistuksi. Valaistuksen suunnitteluohjelmilla on helppo vertailla erilaisia valaisin- ja sijoitusvaihtoehtoja tasaisen valaistuksen aikaansaamiseksi. Valaistusta suunniteltaessa kannattaa kiinnittää huomiota luonnon valon hyödyntämiseen ja myös siihen, ettei valo tulisi valaisimesta liian viistosti, ja häikäisisi Valovirran alenema Valovirta (lumen, lm) kuvaa lampun tuottamaa valomäärää. Kaasupurkauslampun, esimerkiksi loisteputken, valovirta saattaa vähetä muutamia tai jopa 20 % jo muutamassa tuhannessa käyttötunnissa. Jotta valaistusvoimakkuus navetassa olisi alenemasta huolimatta riittävä, tulee alenema huomioida valaistuksen suunnittelussa ja hankinnoissa. Käytännössä valaistus voidaan ylimitoittaa ja himmentää haluttuun valaistusvoimakkuuteen tai pyrkiä valitsemaan valonlähde, jonka valovirran alenema on pieni. Monimetalli- ja korkeapainenatriumlamput menettävät valovirtaansa jopa nopeammin kuin loisteputki [Gooch ja Ludington 2003]. Testeissä loisteputken valovirta aleni tunnissa 6 %, korkeapainenatriumlamppu 20 % ja monimetallilamppu 30%. Monimetallilamppujen valovirran alenema on pienempi käytettäessä pulssisytytystä kuin perinteisellä sytytyksellä, mutta suurempi kuin korkeapainelamppujen valovirran alenema. Pienoisloistelamput eli energiansäästölamput menettävät ikääntyessään usein 20 % valovirrastaan. Valovirran selvästä alenemasta huolimatta purkauslamppujen sähkönkulutus pysyy lähes samana, joten niiden valotehokkuus laskee ikääntyessä. Ennen lamppujen hankintaa valovirran alenema kannattaa tarkastaa lamppujen teknisistä tiedoista. Alenemaa voi vähentää vähentämällä valojen päällekytketkentäkertoja [Gooch ja Ludington 2003]. Liitäntälaitteiden valinnassa ja lampun himmennyksessä tulee noudattaa lampun valmistajan ohjeita valovirran aleneman vähentämiseksi.

37 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Lämpötilan vaikutus lamppuihin Alhainen käyttölämpötila ei vaikuta monimetalli- ja korkeapainelamppujen valovirtaan, mutta heikentää selvästi loisteputkien ja pienoisloisteputkien valovirtaa. Samalla valohyötysuhde heikkenee, sillä elektroniset liitäntälaitteet pitävät sähkötehon 3% sisällä tavoitearvosta. Loisteputkea hankittaessa kannattaa tarkastaa onko nimellisvalovirta (lumenta, lm) ilmoitettu 35 ºC:n vai esim. IEC normin mukaan 25 ºC:n lämpötilassa. Jos valovirta on ilmoitettu 35 ºC:n lämpötilassa, niin 25 ºC:ssa valovirta ja valohyötysuhde saattavat olla 20 % pienempiä. Loisteputkimallien välillä on suuria eroja, kuinka paljon valovirta alenee lämpötilan laskiessa. Valmistajien teknisistä tiedoista on luettavissa mm, että yhden loisteputkimallin luvataan antavan vain 30 % normaalista valovirrasta 5 ºC:n lämpötilassa ja toisen mallin 90 % nimellisvalovirrasta 5 ºC:n lämpötilassa [Miljöministeriet 2010a]. Em. lämpötilat eivät kuvaa ulkolämpötilaa vaan lämpötilaa valaisimen sisällä, joka nousee valon palaessa. Monet loisteputket antavat vain 20% normaalista valovirrasta 5 ºC:n lämpötilassa. Toki valaisin lämpenee ajan myötä ja valovirta kasvaa, mutta lämpenemisaika voi olla pitkä suhteeessa valon käyttöaikaan. Lampun virrankulutus vähenee myös lämpötilan laskiessa, mutta vain murto-osan valovirran alenemasta. Loisteputkimallien välillä on suuria eroja, kuinka paljon valovirta alenee lämpötilan laskiessa ja eräät niistä voivat antaa jopa 90 % normaalista valovirrasta 5 ºC:n lämpötilassa Huonetilan vaikutus valaistukseen Mitä vaaleammat ja tasaisemmat navetan pinnat ovat, sitä valoisampi navetta on ja sitä suurempi on huonetilan valaistushyötysuhde. Valaisimen ja huonetilan valaistushyötysuhde voidaan esittää myös yhtenä lukuna. Tämä yhdistetty valaistushyötysuhde voi olla eläinhallissa esimerkiksi suuruusluokkaa 0,3..0,35, jolloin % valosta saadaan hyödyksi ja suurin osa valosta imeytyy navetan pinnoille lisäämättä valoisuutta [Ludington ym 2004]. Kohdevalaistuissa kohteissa kuten hoitoparressa hyötysuhde on suurempi, arviolta 0, , Valaistuksen käyttöaika Apu- ja sivutiloissa valaistuksella pyritään luomaan turvalliset työskentelyolosuhteet. Käyttöaikaan vaikuttaa siten työskentelyn kesto ja luonnonvalon saanti työskenneltäessä. Yleisesti käytettävät loisteputkivalot syttyvät kylmässä hitaasti ja täyteen loistoon lämpeneminen kestää kauan. Läpikulkutiloissa loisteputkia pidetäänkin usein päällä koko navettatyöjakson ajan, vaikka kulkua olisi vain muutaman kerran vuorokaudessa. Tällaiseen tilaan ledivalaistus ja läsnäoloanturi olisivat erinomainen vaihtoehtoehto, sillä ledit syttyvät hetkessä eikä kylmyyskään heikennä ledien valovirtaa. Esimerkki 20. Aamu- ja iltatyöt navetassa kestävät yhteensä 6 h päivässä. Rehuvarastossa valoa tarvitaan 0,5 h, mutta loisteputkia poltetaan koko ajan hitaan syttymisen vuoksi. Loisteputken valohyötysuhde on 90 lm/w ja ledien 120 lm/w. Valoa saadaan 8000 lm/valaisin. Ledivalaistusta käytettäessä voidaan käyttää läsnäoloanturiohjausta jatkuvan valaistuksen sijaan. Sähkön hinta on 18 snt/kwh. Paljonko säästetään valaisinta kohti vuodessa valittaessa tilaan loisteputkien sijaan ledit? Säästetään valaisinta kohti 182 kwh ja 33 vuodessa. Jos ledivalaisin on 50 :a kalliimpi, niin takaisinmaksuaka on reilut 1,5 vuotta, jos läsnäoloanturin hintaa ei oteta huomioon. Paljonko säästö on, jos led valoa ei ohjata läsnäoloanturilla ja vain loisteputket on korvattu led-valoilla? Säästöä saadaan 9 /a ja takaisinmaksuaika on 6 vuotta. Lypsykarjapihatoissa keskimääräinen päivävalaistuksen käyttöaika on 11 tuntia vuorokaudesssa ja valaistuksen nimellissähköteho 4,2 W/m 2 [Alasuutari 2011]. Eläinhallissa valoja käytetään pitkiä jaksoja, minimivalaistusta usein ympäri vuorokauden ja täysvalaistusta vähintään navettatöiden ajan. EU edellyttää, että kello 9-17 lehmillä pidetään kestoltaan luonnonvalaistusta vastaavaa valaistusta [Seppänen ym 2009]. Teknotiimi [Teknotiimi] suosittaa 150 luxin yleisvalaistusta käytettävän tuntia päivässä ja 10 luxin yövalaistusta 6-8 h/d. Tässä selvityksessä ei löytynyt yksiselitteisiä tutkimustuloksia, jotka kertoisivat lypsylehmien tuotoksen, terveyden, tiinehtyvyyden tai muun hyvinvoinnin paranevan kannattavasti pelkästään käytettämällä täysvalaistusta koko päivän ajan. Tiinehtyvyys oli vähän parempi talvella vain yhdessä tutkimuksessa Alaskassa (49 % vs. 54 %) käytettäessä minimivalaistuksen sijaan 14 h valaistusta [Sweetman 1950], mutta valon vaikutusta tiinehtyvyyteen pohjoisessa on tutkittu vain vähän. Lampaiden ja siipikarjan lisääntymiseen valoisan päivän pituudella on suurempi merkitys [Tucker ja Ringer 1982]. Pitkän valaistuksen on havaittu lisäävän sonnien kasvua joissain kokeissa ja joissain ei [Tucker ja Ringer 1982]. Käytettäessä maitotuotosta lisäävää pitkäpäivävalo-ohjelmaa, vähintään 150 luxin valaistustasoa pidetään lypsäville lehmille 16 h vuorokaudessa. Ummessa oleville lehmille taas on pidettävä 16 h hämärää ja 8 tuntia vähintään 150 luxin valaistusta, muuten hormonaaliseen muutoksen perustuvaa yleensä 5-16 %:n tuotoslisäystä ei saavuteta [Gooch ja Ludington 2003]. Vaikka pitkän päivän valo-ohjelma lisää paljon sähkön kulutusta minimivalaistukseen verrattuna, se on taloudellisesti kannattava. Rehunkulutus sekä maidonjäähdytyksen kulutus

38 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 37 kasvavat tuotoksen lisäystä vastaavasti. Muissa kulutuksissa (kwh/lehmä/a) ei tapahdu oleellista nousua. Hämärässä sallitun valon määrästä ei ole varmuutta, mutta ainakaan valaistusvoimakkuus ei saa olla yli 52 luxia. Todennäköisesti valaistusvoimakkuuden on oltava alempi, sillä lehmän veren melatoniinipitoisuuden on havaittu alkavan laskea valaistuksen noustessa yli 20 luksin. Edellä kuvatun valo-ohjelman lisäksi jaksotetusta valaistuksesta saattaa olla myös hyötyä. Evansin ja Hackerin [Evans ja Hacker 1989] kokeessa lehmät laitettiin eri valoryhmiin jo ummessaoloaikana. Ryhmä, joka sai valoa (200 lux) aamulla 6 h ja illalla 2 h h aamuvalon alkamisen jälkeen, tuotti maitoa paremmalla rehuhyötysuhteella kuin h/d valoa saanut ryhmä. Tuotoskin oli korkeampi, mutta ei tilastollisesti merkitsevästi, kuin h yhtäjaksoisesti valoa saaneella ryhmällä. Gooch & Ludington [Gooch ja Ludington 2003] suosittelevat 2,2 luxiin himmennettävää yövalaistusta, sillä lehmän korvamerkit voi lukea ja lehmän tunnistaa vielä tässä valaistusvoimakkuudessa. Toisaalta Kennedy ym. [Kenedy ym 2008] eivät havainneet luxin yövalon juurikaan vaikuttavan prolaktiini- ja siihen vaikuttaviin melatoniini- ja IGF-I-hormonipitoisuuksiin, joiden oletetaan määräävän maidontuotantoa. Jokin tuntematon asia saattaa kuitenkin vaikuttaa maidontuotantoon valo-ohjelmaa käytettäessä, sillä Petersin ym. [Peters ym] tutkimuksessa pakkasilma vähensi prolaktiinin tuotantoa, mutta ei maitotuotosta. Pitkänpäivän valo-ohjelmaa toteutettaessa valaistusta ohjataan yleensä kellokytkimellä ja valaistustasokytkimellä, joka kytkee valot pois päältä luonnonvalon ylittäessä 150 luxia. Eläinhallin minimivalot, joita myös yövaloiksi kutsutaan, ovat päällä paitsi yöllä ja joillain tiloilla myös hämärinä päivinä läpi päivänkin. Kun lyhyt sähkökatko sammuttaa päävaloina käytetyt tavalliset monimetallitai natriumlamput noin 10 minuutiksi vielä sähkön palautumisen jälkeenkin, niin yövaloina käytettävät ledi- tai loisteputket syttyvät heti sähköjen palattua. Markkinoilla on myös lämpiminä, heti lyhyen sähkökatkon jälkeen, syttyviä monimetallilamppuja. Valaistusta voidaan myös muuttaa osastoinnin avulla, jolloin esimerkiksi ummessa olevat lehmät ovat samassa osastossa ja niillä on eri valaistusohjelma. Kuva 1.19: Valaistuksen energiatehokkuuteen vaikuttavia seikkoja Valonsäätö luonnonvalon hyödyntäminen Luonnonvaloa kannattaa hyödyntää eläinrakennuksissa aina, kun se on mahdollista. Parhaiten tämä toteutuu, kun se otetaan huomioon jo suunniteltaessa uutta eläinrakennusta tai valaistusta uusittaessa. Valojen himmentämisellä ja ajastamisella voidaan saada aikaiseksi energiansäästöjä. Joidenkin valaisimien energiankulutus pienenee samassa suhteessa, kun valoja himmennetään. Mikäli valaistus toimii ajastimella, tulisi myös tarkistaa, etteivät valot pala turhaan, kun esimerkiksi keväällä päivä pitenee. Pieniä energiansäästöjä saadaan aikaiseksi myös pienellä vaivalla, sammuttamalla tarpeettomat valot. Maa- ja metsätalousministeriö antaa eri suunnissa oleville ikkunoille erilaiset paino-arvot valaistuksessa: etelä 1,5, itä ja länsi 1 ja pohjoinen 0,4 [MMM-RMO C3]. Luonnonvaloa tulee pilvisellä säällä yhtä paljon eri ilmansuuntiin suunnatuista ikkunoista [Robbins 1986] ja pohjoisikkunoista valoa voi tulla enemmän kuin aurinkoisella säällä. Päivällä toimistokäytössä, jonka valaistustarve (300 lx) on navetan yleisvalaistusta suurempi, ei ikkunan ilmansuunnalla ole juurikaan, paitsi talven lyhyinä päivinä, merkitystä luonnon valon saantiin, sillä valoa saadaan riittävästi tai likimain yhtä paljon eri ilmansuunnista [Vartiainen ym 2000]. Luonnonvaloa voidaan

39 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 38 saada päivällä riittävästi pilviselläkin säällä, jos ikkunoita on riittävästi ja ne oikein, mm. riittävän korkealle sijoitetut. Luonnonvalon hyödyntämistä aurinkoisella säällä voidaan parantaa suuntaamalla enemmän ikkunoita etelään. Tällöin talvella auringon paistaessa alhaalta saadaan navettaan valoa ja kesäkuumilla auringon paistaessa ylhäältä saadaan suoraa lämpöstressiä aiheuttavaa auringonpoistetta estettyä riittävällä räystäällä. Luonnonvalaistusta suunniteltaessa voidaan hyödyntää normaaleja valaistuksensuunnitteluohjelmistoja. Luonnonvalon määrää voidaan lisätä ja jakautumista parantaa korottamalla seinäkorkeutta ja ikkunoiden sijaintia sekä valoharjan (yleensä kennolevyistä tehty lähes rakennuksenpituinen ikkuna rakennuksen harjalla) avulla. Esimerkiksi DIN EN normi suosittaa lehmäpihaton eläinhallin valokatteen osuudeksi 1/10 pohjapintaalasta [Cielejewski 2006]. Sairasosastoille, rehukäsittelytiloille ja maitohuoneille vastaava suositus on 1/7 pohjapintaalasta. Iso-Britanniassa Lockhead [Lochhead 2001] suosittelee valoharjan leveydeksi 25 % rakennuksen leveydestä. USA:ssa leveää valoharjaa vältetään lämpöstressin ehkäisemiseksi. Valoharjaa hankittaessa on kiinnitettävä huomiota kennolevyjen valonläpäisykykyyn ja ammoniakin kestoon, sillä niissä on merkittäviä eroja. Pitkällä aikavälillä likaantuminen heikentää oleellisesti valonläpäisevyyttä, joten valoharjan puhdistaminenkin tulisi miettiä etukäteen. Paitsi että valot voidaan kytkeä pois päältä luonnonvalokytkimellä eli valaistustasokytkimellä, niin purkauslamppuja voidaan myös himmentää automaattisesti luonnonvalon lisääntyessä, ns vakiovalonsäätö. Näin luonnonvalon hyödynnysaikaa voidaan jatkaa oleellisesti. Himmennettäessä sähkönkulutus voi laskea jopa enemmän kuin valovirta, esim. 15 %:n himmennys voi vähentää sähkönkulutusta 25 %:a [Andersen ja Pedersen 2003]. Tanskalaiset arvioivat luonnonvalon käytön tehostamisella ja himmentämisellä saavutettavan % energiasäästön [Andersen ja Pedersen 2003]. Himmennystä ei yleensä käytetä Suomessa maidontuotannossa, mutta esim. siipikarjanlihantuotannossa himmennys on yleisempää. Harvinaisuus voi johtua siitä, että himmentäminen ei ole yksinkertaista, vaan hankinnassa voidaan tehdä monenlaisia virheitä. Yleensä sähköurakoitsija vastaa laitteiston suunnittelusta, mutta ostajankin kannattaa perehtyä himmennykseen, sillä puutteellisesti toimivan väärin ostetun järjestelmän korjauskulut tulevat ostajan maksettaviksi. Loisteputkia voidaan himmentää jopa 99 %, mutta jo 50 % himmennyksellä kytkentälaitteet voidaan joutua varustamaan lämmitysvastuksin [Klipstein 2001]. Korkeapaine- ja monimetallilamppuja voi yleensä himmentää 50 %:iin asti. Himmentäminen voi johtaa näiden valonlähteiden ennenaikaiseen tummumiseen ja lyhentää järkevää käyttöikää. Tämän vuoksi kaikille lampuille ei anneta takuuta himmennyskäytössä tai annetaan takuu vain tietyillä himmennysmenetelmillä. Liitäntälaitteidenkin sopivuus himmentämiseen tulee varmistaa. Tummuminen alentaa lampun valotehokkuutta. Aleneman suuruudesta ei ole tietoa. Tummumista saadaan vähennettyä polttamalla lamppua täysillä käytön alussa valmistajakohtaisen ohjeen mukaan, yleensä tuntia [Bartholomew 2011], koska näin saadaan mm. lampun elohopea sijoittumaan paremmin lampun pinnalle. Mahdollisesti tämä totutuskäyttö on tehty jo tehtaalla. Lisäksi kunkin käyttökerran aluksi saatetaan suositella polttoa täysillä esim. 15 minuuttia [Osram 2007]. Lampun valmistaja usein myös kehottaa varustamaan lampun kytkentälaitteet vastuksin, jotta liian alhainen lämpötila ei aiheuta lampun ennenaikaista tummumista. Kaikkien lamppujen kytkentälaitteiden tulee olla samanlaisia, jotta lamput palavat samalla tavalla. Joidenkin neutraalivalkoisten ja kylmänvalkoisten lamppujen väri voi himmennettäessä muuttua epämiellyttävän harmaaksi, mikä tulisi selvittää ennen himmennyksen investointia, jos harmaus haittaa. Ledejä on saatavana ilman himmennystä ja tai jopa 1 %:iin himmennettävinä. Ennen himmennettävien ledien hankintaa tulee selvittää, kuinka himmentäminen vaikuttaa valon väriin ja harkita onko muutos hyväksyttävä. Tarkastuslista lamppujen himmennykseen Lampun hyväksytyt himmennysmenetelmät, takuu Sallittu himmennys, prosenttia Valmistajan tiedot himmennyksen vaikutuksesta lampun ikään. Huom! tummumisriski Samanlaiset lamput, kaikkien vaihto mielellään yhtä aikaa Totutuskäytön (100 % teholla) tarve, yleensä h. Täyden tehon tarve, minuuttia kunkin käyttökerran alussa Valon väri himmennyskäytössä, riskinä värin likaisuus: harmaus ja sinisyys Kytkentälaitteen valmistajan hyväksymät himmennysmenetelmät Samanlaiset kytkentälaitteet joka valaisimessa Kytkentälaitteiden lämmitysvastukset, tarve ja riittävyys kylmähkössä navetassa. Kytkentälaitteen sopivuus navettailmaan

40 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 39 Himmennysmenetelmän valinta: riittävä säätöalue, järjestelmän investointikustannukset... Navettaolosuhteisiin sopiva luksianturi. Sopivatko em. seikat ja ohjaus yhteen toistensa kanssa? Huom! toiminta sähkökatkon jälkeen. Ohjauksen valinta Valaisimien huolto Valaisimien ja seinä- ja kattopintojen likaantumisen on havaittu heikentävän valaistusvoimakkuutta 30 % kahdessa vuodessa [Dunn ym 2010]. Valaisinten ja pintojen puhdistusväliksi suositellaan 6 kk [Gooch ja Ludington 2003]. Esimerkiksi broilerihallien lamput pudistetaan jokaisen lintuerän jälkeen hallin pesun yhteydessä. Tarvittaessa lamppuja olisi kuitenkin puhdistettava useamminkin, jotta riittävä valotehokkuus säilyisi. Myös hallien pintamateriaalit vaikuttavat valon heijastavuuteen. Valkoiset pinnat heijastavat parhaiten valoa. Myös pintojen helppoon puhdistettavuuteen tulisi kiinnittää huomiota. Puhdistaminen helpottuu, kun valitaan valaisimet siten, että niiden lukumäärä on vähäinen. Sijoittamalla valaisimet ylemmäksi pölyyntymistä voidaan hidastaa, mutta toisaalta puhdistaminen vaikeutuu. Valaisinten alla tulisi olla koneella kuljettava lattia, jotta valaisimia päästään helposti puhdistamaan esim. siirrettävältä telineeltä tai henkilönostimelta. Toinen vaihtoehto on suunnitella kiinteä huoltotaso ylös, mutta yleensä sen sijoitus häiritsisi valaistusta.valoharja ja ikkunat kannattaa puhdistaa luonnon valon lisäämiseksi ja keinovalon säästämiseksi. Jos valaisimet halutaan pestää painepesurilla, niiden suojauksen pitää olla vähintään IP44 (taulukko 1.8). Suurpainenatriumlamppu Kaasupurkausvalojen (HID high intensity discharge) käyttöä karjasuojissa on myös kokeiltu. Näiden valojen suositeltu asennuskorkeus on 5 7 m. Suurpainenatriumlamppuja voidaan säätää tietyin rajoituksin. Clarke ym. [Clarke & Ward 2006] totesivat, että valaistuksen säädin on tässä valaistussysteemissä kriittinen tekijä ja sen täytyy olla tarkka, jotta valojen himmentäminen toimisi riittävän hyvin. Eri lamppujen käyttöiästä ja valotehokkuudesta on yhteenveto kuvassa Siitä on nähtävissä, että suurpainelamppujen valotehokkuus on parhain, mutta käyttöikä suhteessa led-valoihin paljon lyhyempi. 1.9 Vesihuolto Vettä tarvitaan rakennuksissa sekä pesuvetenä että juomavetenä. Eläinten juomaveden tarpeeseen vaikuttaa paino, rehun vesipitoisuus, lämpötila ja tuotos. Kuvassa 1.20 on esitetty vedentarpeita eläintä kohden laskettuna. Vedenjakelun täytyy tietysti kattaa suurimman mahdollisen vedentarpeen. Veden kulutus ja siihen kuluva energiamäärä ovat pieniä ja kyse on välttämättömyydestä, joten siitä ei voida säästää. Veden pumppaukseen tarvittava sähköteho P s voidaan laskea tilavuusvirtauksen q v, pumpun imu- ja pumppauspuolen paine-erosta Δp ja pumpun sekä moottorin hyötysuhteista (η m, η p) yhtälön 1.35 mukaisesti. Kyseessä on virtaustehon laskenta ja yhtälö on itse asiassa sama kuin yhtälöt 1.21 ja 1.23, puhallin on vaihtunut pumppuun. Käytännössä pumput toimivat jaksoittain, jolloin jatkuva virtaus pitää laskea keskimääräisenä arvona. Vesijärjestelmien paineet ovat normaalisti 5-10 bar ( kpa). Pumppu aikaansaa imupuolelle alipaineen ja itse asiassa ilmanpaine nostaa veden pumppuun. Tämä alipaine voidaan arvioida nostokorkeuden perusteella, 1 m nostokorkeus vastaa n 10 kpa. Putkien virtausvastuksista aiheutuu imupuolella lisää alipainetta. Painepuolella vesisäiliön paineessa on tämä häviö jo mukana. Imupuolen alipaineen vaikutus kokonaispaine-eroon on melko pieni ja sen takia sitä ei välttämättä tarvi ottaa huomioon. P s = q v p η m η p (1.35) Esimerkki 21. Lypsylehmä tarvitsee keskimäärin 120 litraa vettä vuorokaudessa. Veden paine on 5 bar, kuinka paljon pumppaukseen tarvitaan energiaa, kun pumpun ja moottorin yhdistetty hyötysuhde on 50%? Tilavuusvirtaus q v = 120l 24h = 0, m3 /s ja paine on Pa. P s = 0, ,5 = 1,4 W. Vuodessa on 8760 tuntia, jolloin vuotuinen energian kulutus on 12 kwh. Pesuun tarvitaan myös lämmintä käyttövettä. Jos kyseessä on maitolaitteiden pesu, silloin veden lämpötilan täytyy olla riittävän korkea jotta pesuaineen hygienisoiva vaikutus toimisi. Veden lämmitykseen tarvittava teho voidaan laskea tilavuusvirtauksen (q v ), veden ominaislämpökapasiteetin (c v = 4,18 kj/(kg K)), veden tiheyden (ρ v = 1000 kg/m 3 ) ja lämpötilan nousun ΔT avulla, yhtälön 1.36 avulla (itse asiassa tämä on sama kuin ilman lämmitystehon yhtälö 1.11).

41 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Vedentarve l/eläin/vrk Broileri ja kana 100 eläintä kohti 20 0 Vasikka Hieho Lypsylehmä Ummessa oleva lehmä Lihakarja Lihasika Emakko Hevonen Lammas Broileri Kana Kuva 1.20: Eläinten vedentarpeita ja vaihtelua[water requirements]. Broilerin ja kanan vedentarve on ilmoitettu 100 eläintä kohti, muiden yhtä. P = q v ρ v c v T (1.36) Jos tilavuusvirtauksen sijaan tiedämme lämmitettävän vesimäärän, silloin lämmitykseen tarvittava energiamäärä saadaan yhtälöllä Maitotiloilla lämmintä vettä käytetään vähintään 5-6 l päivässä eläintä kohti. Lämminvesivaraajilla ja -putkistoilla on omat lämpöhäviönsä. Osa tästä hukkalämmöstä lämmittää suoraan rakennusta, osa menee suoraan häviöksi. Tähän on esim. ympäristöministeriö antanut laskentaohjeita [D5 Rakentamismääräys] ja tarkemmissa laskelmissa tämä voidaan myös ottaa huomioon. E = V ρ v c v T (1.37) Esimerkki 22. Lypsylehmää kohden tarvitaan 6 l päivässä 70 o C pesuvettä. Kaivoveden lämpötila on 7 o C. Kuinka paljon energian tarvitaan veden lämmittämiseen? Vettä lämmitetään 70-7 = 63 o C ja sitä tarvitaan 6 l. E = 6kg 4, 18 kj kgk 63K = 1580 kj/vrk = 0,4 kwh/vrk. Vuodessa on 365 päivää, jolloin vuotuinen energian tarve on 146 kwh. Vuodessa on 8760 h, jolloin keskimääräinen lämmitysteho on = 17 W Kuljettimet Karja- ja viljarakennuksissa tarvitaan kuljettimia materiaalin siirtämiseen, esimerkiksi ruokintaan tai lannanpoistoon. Tässä kappaleessa käsitellään yleisimpien kuljettimien perusteita, kuten kuljetuskykyä ja tehontarvetta. Kuljettimien siirtoteho ilmoitetaan massavirtana (kg/s tai usein kg/h). Massavirta voidaan taasen määrittää materiaalin tiheyden ja tilavuusvirran avulla. Jos esimerkiksi hihnakuljetin siirtää materiaalia päällään,

42 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 41 tämän materiaalin poikkileikkaupinta-ala on A, kuva Poikkileikkausalasta ja hihnan nopeudesta saadaan kuljettimen tilavuusvirtaus: q v = v A (1.38) Kun tilavuusvirtaus kerrotaan materiaalin tiheydellä, saadaan sen massavirtaus: q m = q v ρ (1.39) Kuljettimen kuljetuskapasiteettia voidaan lisätä suurentamalla poikkileikkausalaa eli leventämällä hihnaa tai laittamalle siihen paksumman materiaalikerroksen ja lisäämällä hihnan nopeutta. Kuva 1.21: Hihnakuljettimen siirtämä massa- ja tilavuusvirta. A on siirtyvän materiaalin poikkileikkaus, v on siirtonopeus (hihnan nopeus) Hihnakuljetin Hihnakuljettimen periaate selviää kuvasta 1.21 ja sen siirtokyky voidaan laskea yhtälöiden 1.38 ja 1.39 avulla. Hihna on laakeroitujen rullien päällä joiden vierismisvastus on pieni ja sitä kautta myös tehontarve on pieni. Pelkän liikutettavan massan siirtämiseen tarvittava voima on: F = G sinα + f G cosα (1.40) Vierintälaakereiden vierimiskitka on suuruusluokaltaan 0,001-0,003. Teoreettinen tehontarve P=Fv, jossa F hihnan vetämiseen tarvittava voima ja v on hihnan nopeus. Tämän lisäksi tulee hihnan itsensä liikkumiseen tarvittava voima ja voimansiirron hyötysuhde. Esimerkki 23. Hihnakuljettimen hihnan leveys on 35 cm ja siinä on viljaa keskimäärin 5 cm paksu kerros (reunoilla ohuemmin, keskellä paksummin). Hihnan reunat on taivutettu ylöspäin siten, että vilja ei valu sivuilta pois. Kuljetin on 20 m pitkä ja se on asennettu 15º kulmaan. Hihnan nopeus on 2 m/s. Mikä on hihnan kuljetusteho ja mikä on sen teoreettinen tehontarve? Poikkileikkauspinta-ala on leveys paksuus = 0,35m 0,05 m = 0,0175 m 2. Tilavuusvirta on q v = 0, 0175m 2 2m/s = 0,035 m 3 /s = 126 m 3 /h. Jos viljan hehtolitrapaino on 65 kg/hl (650 kg/m 3 ), massavirraksi saadaan q m = 650kg/m 3 126m 3 /h = 82 t/h. Hihnan päällä oleva massa saadaan poikkileikkauspinta-alasta ja hihnan pituudesta, tilavuus V = 0,0175 m 2 20 m = 0,35 m 3. Hihnan päällä oleva massa on on siten m = 0,35 m kg/m 3 = 228 kg. Paino on siten G = mg = 228 9,81 = 2,2 kn. Vaakasuoralla alustalla, jos laakereiden vierimisvastuskerroin on 0,002, vastusvoima on 0,002 2,2 = 4 N. Suuremmat voiman- ja tehontarpeet tulevatkin hihnan taipumisesta ja muodonmuutoksista rullien päällä. Kun hihna on 15º kulmassa, vilja pitää nostaa korkeammalle tasolle ja tarvittava voima on 2,2 kn sin 15º = 0,6 kn ja tehontarve on 0,6 kn 2 m/s = 1,2 kw. Nostokulma oli tässä suurin tehontarvitsija Ketjukuljetin Ketjukuljettimessa siirtoketjuun on kiinnitetty kolia, jotka työntävät materiaalia edellään. Ketjukuljettimessa siirrettävän materiaalin tilavuus- ja massavirtaukset saadaan periaatteessa yhtälöiden 1.38 ja 1.39 avulla. Massan poikkileikkauspinta-ala ei ole yhtä helppo määrittää kuin hihnakuljettimessa, koska materiaali kasaantuu kolien eteen. Tällöin voidaan arvioida mikä olisi kolien välisen materiaalin paksuus, jos se tasoitettasiin niiden väliin. Siirrettävä massa ei ole rullien päällä vaan sitä vedetään alustaa pitkin, jolloin vierimisvastuksen sijasta puhutaan siirrettävän materiaalin ja alustan välisestä kitkavoimasta. Esimerkiksi viljan kitkakerroin teräspintaa vasten on 0,3-0,4 ja hiekan 0,6. Kolakuljetinkin on suhteelisen tehokas siirtolaite. Se tarvitsee kuitenkin suuremman käyttövoiman ja -tehon kuin hihnakuljetin.

43 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 42 Esimerkki 24. Ketjukuljettimen leveys on 35 cm ja siinä on viljaa keskimäärin 5 cm paksu kerros. Kuljetin on 20 m pitkä ja se on asennettu vaakasuoraan. Ketjun nopeus on 0,5 m/s. Mikä on hihnan kuljetusteho ja mikä on sen teoreettinen tehontarve? Poikkileikkauspinta-ala on leveys paksuus = 0,35m 0,05 m = 0,0175 m 2. Tilavuusvirta on q v = 0, 0175m 2 0, 5m/s = 0,009 m 3 /s = 31,5 m 3 /h. Jos viljan hehtolitrapaino on 65 kg/hl (650 kg/m 3 ), massavirraksi saadaan q m = 650kg/m 3 31, 5m 3 /h = 20 t/h. Hihnan päällä oleva massa saadaan poikkileikkauspinta-alasta ja hihnan pituudesta, tilavuus V = 0,0175 m 2 20 m = 0,35 m 3. Hihnan päällä oleva massa on on siten m = 0,35 m kg/m 3 = 228 kg. Paino on siten G = mg = 228 9,81 = 2,2 kn. Vaakasuoralla alustalla, jos kitkakerroin on 0,4, vastusvoima on 0,4 2,2 = 0,9 kn. Tehontarve on 0,9 kn 0,5 m/s = 0,5 kw Ruuvikuljetin Ruuvikuljetin sopii usean erilaisen materiaalin siirtämiseen ja se on suljettuna pölytiivis. Siirtoetäisyydet ovat usein lyhyet, paitsi spiraalikuljettimia voidaan käyttää pitkiinkin etäisyyksiin. Ruuvikuljettimen tehontarve on suuri. Ruuvikuljettimia käytetään myös annosteluun, koska sen antama annosmäärä voidaan säätää kierrosmäärän tai käyttöajan avulla. Kuva 1.22: Ruuvikuljettimen periaate, n on kierrosnopeus, D on putken sisähalkaisija, d on akselihalkaisija/spiraalin sisähalkaisija, s on ruuvin nousu, v on materiaalin etenemisnopeus Kuvan 1.22 mukaisesti, silloin kun kuljetin on täynnä, siirtyvän materiaalin poikkileikkauspinta-ala on: A = πd2 πd2 4 4 ja materiaalin etenemisnopeus saadaan ruuvin kierrosnopeudesta ja noususta: (1.41) Materiaalin teoreettinen tilavuusvirta on siten: ( πd 2 q v = v A = n s 4 v = n s (1.42) ) πd2 4 (1.43) Käytännössä ruuvi ei ole täysi vaan vajaa ja lisäksi kaltevuus pienentää sen siirtokykyä. Tämä otetaan huomioon täyttökertoimella k t ja kaltevuuskertoimella k k : q vtod = k t k k q v (1.44) Täyttökerroin on luokkaa 0,1-0,5 ja kaltevuuskerroin on esimerkiksi taulukon 1.9 mukainen. Taulukko 1.9: Ruuvikuljettimen kaltevuuskerron k k Kaltevuus º Kaltevuuskerroin k k 0 1,0 5 0,9 10 0,8 15 0,7 20 0,65

44 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 43 Esimerkki 25. Ruuvikuljettimen ulkohalkaisija on 125 mm ja akselin paksuus on 12 mm. Kierrosnopeus on 600 1/min ja ruuvin nousu on 80 mm. Mikä on 5 m pitkän ruuvikuljettimen siirtokapasiteetti ja tehontarve 15º kaltevuudessa? Materiaalin ( etenemisnopeus on v = 0,08 m 600 1/min = 48 m/min = 0,8 m/s. Virtauksen poikkipinta-ala on A = π 4 0, , 012 2) = 0, 012 m 2. Täyttökertoimeksi otetaan 0,4 ja kaltevuuskertoimeksi 0,7. Teoreettinen tilavuusvirtaus on q v = 0, 8m/s 0, 012m 2 = 0, 01m 3 /s = 35 m 3 /h. Todellinen tilavuusvirtaus on 0,4 0,7 35 m 3 /h = 9,8 m 3 /h. Jos kyseessä on viljaa ja hehtolitrapaino on 65 kg/hl, massavirtaus on 9,8 650 = 6,4 t/h (1,8 kg/s) Sähkökoneet ja laitteet Sähköteho Sähkötekniikassa teho saadaan kertomalla virta jännitteellä kun kyseessä on tasajännite, yhtälö Vaihtojännitteen tehossa pitää ottaa huomioon sähkölaitteen mahdollisesti aiheuttama virran ja jännitteen vaihe-ero. Tämän cosφ arvo on usein ilmoitettu laitteen konekilvessä. Yksivaiheisen sähkölaitteen teho saadaan yhtälön 1.46 avulla. Kolmivaiheisen sähkölaitteen teho saadaan laskemalla kunkin vaiheen tehot yhteen. Usein kuormitus on symmetrinen eli kunkin vaiheen virta on yhtä suuri, silloin teho voidaan laskea yhtälön 1.47avulla. P = UI (1.45) U = jännite I = virta P = UIcosφ (1.46) φ = jännitteen ja virran välinen vaihe-ero P = 3U p I p cosφ (1.47) U p = pääjännite (nimellisarvo 400 V) I p = päävirta Edellä olevat sähkötekniikan tehoyhtälöt määrittävät verkosta otetun sähkötehon. Sähkölaitteella voi olla myös muitakin häviöitä ja saatu hyötyteho on edellä esitettyjä alhaisempi. Sähkömoottorin käämitys aiheuttaa induktiivisen kuorman, jonka seurauksena virta ja jännite ovat eri vaiheessa. Tästä syntyy loistehoa, joka rasittaa sähkön syöttöverkostoa. Pienkuluttajat eivät maksa loistehosta, mutta suuret kuluttajat joutuvat maksamaan siitä ja niillä onkin usein loistehon kompensointilaitteistot. Sähkömoottoreiden tyyppikilvissä on annettu cosφ arvo, joka ilmaisee moottirissa tapahtuvan virran ja jännitteen vaihesiirron. Esimerkki 26. Pumpun sähkömoottorin tyyppikilvessä on ilmoitettu nimellistehoksi 11 kw ja cos φ arvoksi on annettu 0,85. Kuinka suuren tehon moottori ottaa sähköverkosta? Esimerkkiä ei voida laskea, koska ei tiedetä moottorin kuormitusta. Se täytyy mitata esimerkiksi mittaamalla moottorin verkosta ottama virta. Mittauksissa on saatu, että moottori ottaa 6 A virran. Nyt voidaan laskea sen ottama pätöteho, P= 3 400V 6A 0, 85 = 3,5 kw. Sähkölaitteiden hyötysuhteille on annettu myös omat vaatimuksensa ns EcoDesign direktiivissä [EY 2009/125]. Tämän puitteissa on annettu energiatehokkuusvaatimuksia kotitalouksien sähkölaitteille, sähkömoottoreille ja LVIS-talotekniikalle (LVIS = Lämpö, Vesi, Ilmanvaihto ja Sähkö). Ekosuunnittelusivusto on Suomessa näiden säännösten virallinen tiedotuskanava ( Sähkölämmittimet Sähkölämmittimet ovat vastuksia, jotka lämmetessään luovuttavat lämpöä. Niissä ei tapahdu virran ja jännitteen vaihesiirtoa eli sähköteho voidaan laskea yhtälön 1.45 avulla. Laitteita voidaan käyttää joko suoraan ilman lämmittämiseen tai niillä voidaan lämmittää lämmintä käyttövettä. Näille laitteille oli vuonna 2013 valmisteilla EcoDesign vaatimuksia.

45 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET Sähkömoottorit Sähkömoottoreita käytetään tuotantorakennuksissa runsaasti. Ne ovat usein kolmivaiheisia. Sähkömoottoreita on pidetty aina hyötysuhteeltaan hyvinä. Sitä ne ovatkin, jos niitä verrataan esimerkiksi polttomoottoreihin. Kuitenkaan sähkömoottoreiden hyötysuhteet eivät ole aina korkeita. Kuvassa 1.23 on esimerkki kahden eri tehoisen moottorin hyötysuhteesta. Suuritehoisen moottorin hyötysuhde on selvästi pienitehoista parempi. Lisäksi kuormitus vaikuttaa voimakkaasti hyötysuhteeseen. Kun kuormitusaste on alle 40% nimellistehosta, hyötysuhde alkaa heikkenemään ja alle 20% kuormituksella hyötysuhde heikkenee jo hyvin nopeasti. Pienitehoisen moottorin hyötysuhde on tässä esimerkissä ollut parhaimmillaan 70% luokkaa. Kuva 1.23: Esimerkki kahden eritehoisen moottorin hyötysuhteesta kuormituksen muuttuessa [Kuusinen & Bovellan 2004] Sähkömoottoreita koskee myös EcoDesign-direktiivin perusteella annettu asetus, joka kattaa yksinopeuksiset kolmivaiheiset 0, kw tehoiset moottorit. Mootorit testataan IEC :2007- standardin mukaan ja luokitellaan IEC :2008-standardin mukaan. Energiatehokkuusluokkia on kolme: IE1, IE2 ja IE3. IE3-taso on näistä paras, kuva Valmisteilla on myös IE4-taso. Moottoreiden hyötysuhdevaatimukset on määritelty MEPS direktiivissä (640/2009). Sen mukaisesti alkaen moottoreiden piti täyttää IE2-luokan vaatimukset alkaen 7,5-375 kw moottoeiden pitää täyttää IE3-luokan vaatimukset tai IE2-luokan moottorit on asennettava taajuusmuuttajakäyttöisinä ,75-7,5 kw moottoreiden pitää myös täyttää E3-luokan vaatimukset tai IE2-luokan moottorit on asennettava taajuusmuuttajakäyttöisinä. [EY 2009/125] Kuva 1.24: Sähkömoottoreiden hyötysuhdeluokat Moottoreiden hyötysuhteilla on merkitystä silloin kun kyseessä on jatkuvasti toimiva laite. Tälläisiä ovat

46 LUKU 1. KARJATALOUSRAKENNUKSET JA -KONEET 45 tyypillisesti ilmanvaihtolaitteet ja kiertovesipumput. Karjataloudessa muut toimilaitteet toimivat yleensä vain jaksoittain ja käyttötuntien jäädessä vähäiseksi hyötysuhteen merkitys heikkenee. Puhaltimille, pumpuille ja kiertovesipumpuille on annettu myös omat vaatimuksensa.

47 Kirjallisuutta [Alasuutari 2011] Alasuutari, S. Valaistukseen kuluva energia tuotantorakennuksissa. Valion navettaseminaari. Vantaa, [Albright 1990] Albright L.A. Environment Control for Animals and Plants. ASAE Textbook 4, American Society of Agricultural Engineers, 1990, 453 p. [Andersen ja Pedersen 2003] [ASAE ] [ASAE EP344] [ASAE EP ] Andersen, H. & Pedersen J Energibevidst projektering i landbru- get Belysningsanlæg til stalde. Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret, Byggeri og Teknik. 4 s., 2003 Psychrometric Data. American Society of Agricultural Engineers ASAE EP Lighting Systems for Agricultural Facilities. American Society of Agricultural and Biological Engineers, ASABE standards ASAE EP344.3 JAN2005, R2010, 13 p. ASAE EP Guidelines for Selection of Energy Efficient Agricultural Ventilation Fans. American Society of Agricultural and Biological Engineers, ASABE standards ASAE EP566.2 JUN2005, R2012, 10 p. [Bartholomew 2011] Bartholomew. Lamp Seasoning. Lighting Design Lab. Viitattu [C4 Rakentamismääräys] Viitteet C4 SUOMEN RAKENTAMISMÄÄRÄYSKOKOELMA Lämmöneristys, Ympäristöministeriön asetus lämmöneristyksestä. [Cielejewski 2006] [CIGR 2004] [Clarke & Ward 2006] [Czarick 2009] Cielejewski, H Licht und Beleuchtung für den Arbeitsplatz und im Stall. Esitysmateriaali. Landwirtschaftskammer Nordrheinwestfalen, Münster. 36 s. CIGR, ClimatizationofAnimalHouses, Reportofworkinggrouponclimatisationofanimalhouses, Report of working group, Aberdeen,Scotland,1984. Clarke, S. & Ward, D Energy-Efficient Mechanical Ventilation Fan Sustems. Energy opportunies. Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, Ontario Fact-sheed, june 2006, agdex 717 Czarick, M Reducing Poultry House Power Usage. University of Georgia. [D1-2012] D Käsikirja rakennusten sähköasennuksista. Sähköinfo 2013 [D2 Rakentamismääräys] D2 SUOMEN RAKENTAMISMÄÄRÄYSKOKOELMA Rakennusten sisäilmasto ja ilmanvaihto Määräykset ja ohjeet 2003 Ympäristöministeriön asetus rakennusten sisäilmastosta ja ilmanvaihdosta [D5 Rakentamismääräys] Viitteet D5 Suomen rakentamismääräyskokoelma, Rakennuksen energiankulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskenta Ohjeet Ympäristöministeriö, Asuntoja rakennusosasto. suomi.pdf [EU 327/2011] EU 327/2011Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivin 2009/125/EY täytäntöönpanemisesta ottoteholtaan vähintään 125 watin ja enintään 500 kilowatin moottoreilla varustettujen puhaltimien ekologista suunnittelua koskevien vaatimusten osalta 46

48 KIRJALLISUUTTA 47 [EY 2009/125] [Energiateh. sähköm.] [Evans ja Hacker 1989] [Feldmann 2009] [Gooch ja Ludington 2003] [Gustafson & Morgan 2004] [Heimonen et al 2009] [Hörndahl 2008] Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2009/125/EY, annettu 21 päivänä lokakuuta 2009, energiaan liittyvien tuotteiden ekologiselle suunnittelulle asetettavien vaatimusten puitteista Energiatehokkaat sähkömoottorit. Opas energiatehokkaiden sähkömoottoreiden hankintaan ja moottorin ja järjestelmän energiatehokkuuden parantamiseen shtml Evans,N.M. & Hacker, R.R Effect of Chronobiological Manipulation of Lactation in the Dairy Cow. Journal of Dairy Science 72: Feldmann, R Mit Klimacomputer Energie und Kosten sparen. Ener- gieeinsatz in der Tierhaltung. s Gooch, C.A. ja Ludington, D.C Lighting Design Considerations for Employment of Photoperiod Management in Freestall and Tiestall Dai- ry Barns. in Fifth International Dairy Housing Proceedings of the January p Gustafson R.J. and Morgan M.T. Fundamentals for electricity for agriculture, 3rd edition. American Society of Agricultural Engineers 2004, 497 p. Ismo Heimonen, Jorma Heikkinen, Keijo Kovanen, Jarmo Laamanen, Tuomo Ojanen, Jouko Piippo, Tapani Kivinen, Pekka Jauhiainen, Jarmo Lehtinen, Sakari Alasuutari, Kyösti Louhelainen & Jukka Mäittälä. Maatalouden kotieläinrakennusten toimiva ilmanvaihto. VTT TIEDOTTEITA 2521, 2009 Hörndahl T. Energy Use in Farm Buildings. Swedish University of Agricultural Sciences, Report 2008:8. [Kapuinen & Karhunen 1990] Kapuinen, P., Karhunen, J Lietelantajärjestelmän toimivuus. Vakolan tutkimusselostus s. [Karhunen et al 1983] Karhunen, J., Mykkänen, U., Nieminen, L., Wikstén, R. & Saloniemi, H Lämmönvaihtimet eläinsuojien ilmastoinnissa. Valtion maatalouskoneiden tutkimuslaitos, Vakolan tutkimusselostus nro p. [Kenedy ym 2008] [Klipstein 2001] Kennedy, A.D. Bal, M.A. Penner, G.B. & Oba, M Effects of Dim Light at Night on Milk Yield, Milk Composition and Endocrine Profile of Lactating Dairy Cows. Canadian Journal of Animal Science 88. 4: Klipstein, D Dimming Fluorescent Lamps. Viitattu [Kuusinen & Bovellan 2004] Kuusinen K. & Bovellan K. Korkeahyötysuhteisten sähkömoottorien hankinta. Elekttrowatt-Ekono Oy [Lochhead 2001] Lochhead. G Plannin a new dairy unit. Proceedings of the British Mastitis Conference. Institute for Animal Health [Lampputieto] Lumen - valon määrä [Ludington & Johnson ] [Lämmitystarveluku] Ludington D. & Johnson E. DAIRY FARM ENERGY AUDIT SUMMARY RE- PORT. New York State Energy Research and Development Authority Lämmitystarveluku eli astepäiväluku [Mannfors & Hautala 2011] Mannfors B. & Hautala M. Eläinten hyvinvointiin perustuva tuotantoeläinrakennusten mikroilmasto: Ilmanvaihtoon ja lämpötilaan liittyvät suositukset. Maataloustieteiden laitos, Julkaisuja 6. Helsingin yliopisto, Maataloustieteiden laitos Saatavissa tutkimusraportti_valmis4.pdf, )

49 KIRJALLISUUTTA 48 [MMM-RMO C2.2] [MMM-RMO C3] Maatalouden tuotantorakennusten lämpöhuolto ja huoneilmasto. Maa- ja metsätalousministeriön rakentamismääräykset ja ohjeet. MMM-RMO C2.2 MMM-RMO C3. Kotieläinrakennusten valaistus. Maa- ja metsätalousministeriön rakentamismääräykset ja -ohjeet. [Mollier Sketcher ] Mollier Sketcher program, IV Produkt AB, pageid=993, [Morsing ym 2003] Morsing, S.; Strøm, J.S.; Ravn, P. & Jensen, J.B., Energibesparende regulering af ventilation i slagtesvinestalde. Intern rapport nr Dan- marks JordbrugsForskning, Bygholm, Horsens. 35 s [Osram 2007] Osram Metal halide lamps Instructions for the use and application. 56 s. [Pedersen 2005] [Peters ym] [Robbins 1986] [Seppänen 2008] Pedersen S. Climatixation of Animal Houses (A biographical review of three decades of research). Danish Institute of Agricultural Sciences, DIAS report Livestock no.66, s. Peters, R. R. Chapin, L. T. Emery, R. S. & Tucker, H. A. Milk Yield, Feed Intake, Prolactin, Growth Hormone, and Glucocorticoid Response of Cows to Supplemented Light. Journal of Dairy Science 64, Robbins, C Daylighting: Desing and analysis, Van Nostrand Rein- hold Company, New York. Seppänen O. Ilmastointitekniikka ja sisäilmasto. Suomen LVI-yhdistysten liitto [Seppänen ym 2009] Seppänen, R. Nikander, A Brännäs, K. Porkola, H. Ahlström,S. Kyrö, M. Saloniemi, H. Saloniemi, T. & Hänninen, L Eläinten hyvinvointisäädökset tuotantorakentamisessa. Maaja metsätalousministeriön selvitys s. Saatavissa: [Sisäilmasto] [SFS-EN 15193] [SFP-opas] [Sweetman 1950] Sisäilmasto SFS-EN Rakennusten energiatehokkuus. Valaistuksen energiate- hokkuus. SFP-opas Opas ilmanvaihtojärjestelmän ominaissähkötehon määrittämiseen, laskentaan ja mittaamiseen. Saataviss 42e9-bd ff71a7aa, Sweetman, W. J. Artificial breeding in Alaska and the effect of extra light during the short winter days. Papers presented at the forty-fifth annual meeting. Production section. Paper 64. Journal of Dairy Science 33: [Teitel et al 2008] Viitteet Teitel, M., Levi, A., Zhao, Y., Barak, M.,Barlev, E. & Shmuel, D Energy saving in agricultural buildings through fan motor control by variable frequency drives. Energy and Buildings 40 (2008) [Tetri ym 2011] [Tucker ja Ringer 1982] Tetri,E. Raunio, J. & Halonen, L Lamppuopas. Aalto-yliopisto Säh- kötekniikan korkeakoulu Valaistusyksikkö Espoo. 12 s. Tucker, H. A. & Ringer, R. K Controlled Photoperiodic Environments for Food Animals. SCIENCE, 216: [Tuunanen ja Karhunen 1984] Tuunanen, L. & Karhunen, J Eläinsuojien ilmanvaihdon mitoitus. Vakolan tutkimusselostus s. [Vartiainen ym 2000] [Water requirements] Vartiainen, E. Peippo, K. & Peter Lund, P Daylight Optimization of Multifunctional Solar Facades. Solar Energy 68, 3, Water requirements of Livestock

50 Luku 2 Energian käyttö ja säästö maidontuotannossa Mika Turunen Jyväskylän ammattikorkeakoulu 2.1 Yleistä Tässä maidontuotannon energiankulutuksella tarkoitetaan navetassa tapahtuvaa energiankulutusta sekä rehujen varastoista siirron ja lannan varastoon siirron energiankulutusta, toisinsanoen maidontuotannon suoraa energiankulutusta. Poikkeuksena ovat kappaleet 2.3 ja 2.4, joissa maidontuotannon energiankulutus nähdään laajemmin. Niissä käsitellään myös rehuntuotannon energiankulutusta, joka lasketaan maidontuotannossa epäsuoraksi energiankulutukseksi. Usein tuotannon energiankulutus jaetaan päätuotteen maidon lisäksi sivutuotteille kuten vasikat, liha ja lanta. Tässä oppaassa koko maidontuotannon energiankulutus on kohdistettu maidolle. Maidontuotannon energiansäästö on tärkeää monesta näkökulmasta katsottuna. Yleisin niistä on talousnäkökulma. Kun polttoöljyssä on energiaa 10 kwh litrassa, niin karkeasti sähkön ja polttoöljyn energiakustannus on noin 0,1 euroa/kwh. Jos maidontuotannossa ruokinnan, lypsyn, maidonjäähdytyksen, lannanpoiston, valaistuksen yms sähkönkulutus on esimerkiksi 1000 kwh/lehmä/vuosi ja polttoöljyn 50 l /lehmä/a, niin energiakustannus on 60 lehmän karjassa (tuotos 9000 kg/lehmä/a) 9000 vuodessa. Tämä on 1,7 snt/maitolitra. Joissakin tapauksissa tästä on melko pienin toimenpitein mahdollista säästää jopa neljännes eli reilut 0,4 snt/maitolitra. Käytännössä maitotiloille energiasuunnitelmia tehtäessä kulutuksen on arvioitu olevan edellistä esimerkkiäkin korkeampi, noin 300 kwh/lehmä/maitotonni ja 3 snt/maito kg. Vaihtelu on havaittu erittäin suureksi [Kari 2013]. Enimmillään kulutus on ollut noin 500 kwh/maitotonni. Brittiläisistä [Dunn ym 2010] ja ruotsalaisista [Hörndahl 2008] tiedoista taas voidaan laskea, että alimmillaan kulutus voi olla noin 30 kwh/maitonni. Vaihtelun suuruus merkitsee sitä, että säästömahdollisuudet ovat merkittävät. Pohjoismaisten sähkömarkkinoiden yhdentyessä keskieurooppalaisiin sähkömarkkinoihin on odotettavissa sähkön hinnan nousua siirtomaksujen kohoamisen takia [Kyytsönen 2013] ja koska kulutus myös jatkuvasta kasvaa, veikataan sähkön hinnan jopa kaksinkertaistuvan [Rantakokko 2013, TEM muistio 2013, Kyytsönen 2013]. Öljyn hinnan nousuvauhti pysynee myös nopeana ja kiihtynee entisestään [Energy Techn. Pers.] [Jakobsen 2012]. Jos energian hinta kaksinkertaistuu 10 vuodessa, niin energiatehokkaiden ja energiaa tuhlaavien tilojen välille voi muodostua suuri yli 2 snt/l energiakustannusero, äärimmillään 0,1 /maito kg ja neljännes maidon hinnasta, sillä maidon hinnan odotetaan laskevan kiintiöiden poistuessa vuonna 2015 [Lehtonen 2007]. Energian hinnan nousu on riski myös kilpailukyvyn kannalta, sillä Saksassa maidontuotannon sähkönkulutus on 400 kwh/lehmä/a [Clausen 2009] ja ruokinnan polttoaineen kulutukseksi voidaan arvioida kwh/lehmä/a [Hörndahl 2008, Vegricht ym 2007]. Saksassa päärehuna oleva maissisäilörehu on helpompaa sekoittaa kuin nurmisäilörehu. Kraatz [Kraatz 2008] arvioi saksalaisen esimerkkitilan sähkön ja polttoaineen kulutukseksi 830 kwh/lehmä/a ja pelkässä ruokinnassa 330 kwh/lehmä/a. Energian hinnan kaksinkertaistuessa Suomen Saksaa yli 2000 kwh/maitotonni suurempi kulutus kasvattaisi maidon tuotantokustannuseroa yli 4 sentillä maito kg kohden. Maidontuottajaa konkreettisesti koskettava näkökulma on huoltovarmuus. Jos tilan sähkötehontarve on suuri ja siellä on useita samanaikaisia sähkönkulutuskohteita, niin varavoimageneraattorin hankinta ja ylläpito tulevat kalliiksi. Maidontuottaja on sitoutunut omistamiensa osuuskuntien ja ympäristötukisopimuksensa kautta vähentämään tuotantonsa ympäristövaikutuksia, joita tulee myös energiankäytöstä. Nämä sopimukset puolestaan liittyvät valtiovallan kansainvälisesti tekemiin päästöjen vähennyssopimuksiin, joihin liittyvistä toimenpiteistä ja kehityksestä on raportoitava säännöllisesti EU:lle. Polttoöljyn käyttöä pitäisi vähentää erityisesti, koska siitä tulee paljon päästöjä. Toisaalta sähkönkulutuksessa pitää muistaa se, että sähköntuottamiseen on 49

51 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 50 tarvittu lähes kolminkertainen määrä energiaa kuin itse sähkössä on, kun taas öljynkäyttöön primäärienergiaa tarvitaan vajaat 1,5 kertaa öljyn oma energiansisältö. 2.2 Energiankulutuksen yksiköt On tärkeää tietää kulutuskohteen energiankulutus (kwh), jotta voidaan arvioida kuinka paljon säästöön kannattaisi investoida ja mitä säästötoimenpiteitä kannattaa tehdä ensimmäiseksi. On myös tärkeää suhteuttaa laitteiden energiankulutus maatilan tuotantoon käyttämällä ns. toiminnallisia yksiköitä (ominaiskulutus), jotta osataan verrata tehokkuutta muiden tilojen tehokkuuteen ja etsiä säästömahdollisuuksia erojen perusteella. Maidontuotannon energiankulutusta kuvataan toiminnallisilla yksiköillä kwh/lehmä/vuosi ja kwh/maito kg. kwh/lehmä/vuosi on helpompi laskea ja käyttää. Lehmäkohtaiseen energiankulutukseen verrattuna yksikkö kwh/maito kg kuvaa tarkemmin energiankulutusta suhteessa tuotantoon. Tästä yksiköstä näkyy, että ominaisenergiankulutuksen pienentämiseen on kaksi mahdollisuutta: joko nostaa maitotuotosta tai vähentää laitteiden energiankulutusta. Keski- ja kokonaistuotoksen nostolla onkin merkitystä energiansäästössä. Esimerkiksi lypsyrobotin energiankulutus maito kg kohti saattaa pudota lähes kolmanneksen, kun robotin päivätuotos saadaan nostettua 1600:sta 2400 kg:aan. Tuotoksen noston sijaan tässä oppaassa keskitytään laitteiden energiankulutuksen vähentämiseen. Säästötoimenpiteitä kuvattaessa kuitenkin kiinnitetään huomiota siihen, ettei maidontuotanto tai eläinten hyvinvointi kärsi säästötoimenpiteestä. Maidontuotannosta ja tekniikasta löytyy ohjeita esimerkiksi internet sivulta Maidontuotannon energiankulutus Maidontuotannon energiasuhde on alhainen. Tämä johtuu kaksivaiheisesta energian muuntamisesta: ensin kasvit kasvavat aurinkoenergian ja mullassa olevien ravinteiden avulla biomassaksi. Tästä energiasta noin % muuttuu lehmän elimistössä maidon energiaksi. Kuvassa 2.1 on esimerkki rehun energian jakautumisesta lehmän elimistössä. Kuva 2.1: Lypsylehmän energian käyttö [Dairy Note] Maidontuotannon energiakulutuksen laskenta on monimutkaista ja tulos vaihtelee riippuen navetan sijainnista (ilmastolliset tekijät), koosta, lehmien hoitomenetelmistä, tilan johtamisesta, käytettävistä energialähteistä ym. Energiankulutukseen vaikuttaa oleellisesti navetan tyyppi: pihatto (lämpimät ja kylmät pihatot) tai parsinavetta. Viime vuosikymmeninä karjan koko on kasvanut, mutta silti maassamme tuotetaan maitoa edelleen melko pienissä yksiköissä. Kuvassa 2.2 on kaavio karjatalouden energian käytön luokittelusta. Viljelijän päätökset (tilanhoito) vaikuttavat siihen miten tuotanto järjestetään, miten rehut hankitaan ja minkälaisia koneita tilalla käytetään. Rehun tuotanto on suurin energian kuluttaja, karjatalouksissa energian käytöstä % kuluu rehun tuottamiseen. Rehuntuotannon suurin energian kuluttaja on typpilannoitteiden valmistus, joka luetaan tuotannossa epäsuoraksi energiaksi. Karjatalouksissa on mahdollista käyttää tehokasta ravinnekiertoa sekä typensitojakasveja, jolloin voidaan vähentää rehun tuotannon energian kulutusta. Rehu voi olla joko omalla tilalla tuotettua tai muualta hankittua. Kuljetukset ja käsittely lisäävät aina energian tarvetta, jolloin omalla tilalla tuotettu rehu tarvitsee vähemmän energiaa. Viljelijä päättää tuotantotavan ja sen käytetäänkö lämpimiä vai kylmiä karjarakennuksia. Lehmät menestyvät hyvin myös kylmässä lämpötilassa, joten lämpimät navetat eivät ole välttämättömiä [Mannfors ja Hautala 2011]. Kylmäpihattojen ongelmat tulevat pakkasilla, jolloin lantakourut ja juomavesijärjestelmä voivat jäätyä. Viileällä pihatolla tarkoitetaan rakennusta, jossa on kevyt lämpöeristys ja sen avulla lämpötila pysyy kovillakin pakkasilla selvästi ulkolämpötilaa korkeampana, mutta voi mennä pakkaselle. Pihattojen ammoniakkipäästöt ovat selvästi lämpimiä alhaisempia ja yleisesti niissä ilman laatu on parempi kuin lämpimissä pihatoissa. Kylmät ja viileät pihatot säästävät energiaa, koska ilmanvaihtokoneita ei tarvita.

52 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 51 Tuotannon koneistamisessa voidaan myös säästää energiaa valitsemalla vähän energiaa käyttävät tuotantotavat ja käyttämällä koneita oikein sekä huolehtimalla niiden kunnosta ja huollosta. Kuva 2.2: Kaavio karjanhoidon energiankäytön luokittelusta Tiloilla käytetään suorana energiana sähköä, fossiilisia energialähteitä (diesel- ja polttoöljy) sekä uusiutuvana energiana polttopuuta ja haketta. Epäsuoraa energiaa ovat rehun, rakennusten, koneiden ja laitteiden valmistukseen käytetty energia. Sähköä käytetään lypsyn aikana, maidon jäähdytyksessä, pesuveden lämmityksessä, pumppauksessa, ilmanvaihdossa, valaistuksessa, lämmittämisessä, lannan poistamisessa ja sosiaalitiloissa. Polttoaineita (diesel ja bensiini) käytetään kuljetuksiin (rehu-, lannankuljetukset) ja koneissa (pääasiallisesti traktoreissa). Tavallisesti sähkö muodostaa noin 25 % ja dieselöljy noin 15 % maitotilalla käytettävästä suorasta energiasta [Barnett ja Russell 2010]. Erot tilojen välillä ovat kuitenkin suuret. Kuvassa 2.3 on esimerkki lypsykarjan energian käytön jakaumasta suurehkossa karjassa. Suurin osa energiasta käytetään rehun tuotantoon. Lisäksi uudistamista varten kasvatettava nuorkarja tarvitsee rehua. Sähkö ja poltto- ja voiteluaineet eli suora energia on tässä tapauksessa 14% kokonaisenergian käytöstä. Eläinten pitoiällä voidaan vaikuttaa nuorkarjan energian tarpeeseen. Jos eläinten pitoikä on lyhyt, sitä enemmän tarvitaan nuorkarjaa ja niille rehua. Maidontuotannon energiankulutus vaihtelee 0,6-2,2 kwh/maito kg. Vaihtelu johtuu erilaisista tuotantotavoista ja olosuhteista, mutta myös erilaisista laskentamenetelmistä. Kun suoraa energian kulutusta tarkastellaan tarkemmin, kulutus jakaantuu eri kulutuskohteisiin kuvan 2.4 mukaisesti. Kuvan tiedot on koottu eri koitimaisista ja ulkomaisista tutkimuksista ja niissä on erilaisissa tuotanto-olosuhteissa tehtyjä selvityksiä mukana. Laaja hajonta tarkoittaa myös sitä, että suorassa energian kulutuksessa voidaan säästää runsaasti energiaa. Suurimmat energian kuluttajat ovat lypsy, maidonkäsittely ja rehun jako. Pienin on lannanpoisto ja seuraavina ovat valot ja ilmanvaihto. Suurimmat säästöt on saatavissa suurista kulutuksista. Säästötoimenpiteissä täytyy ottaa huomioon myös talous ja ne toimenpiteet, jotka tuovat selvää taloudellista etua kannattaa tehdä ensin. 2.4 Rehuntuotanto Maitotilan energiankulutuksesta suurimman osan muodostaa rehun tuotanto. Sen osuus on reilusti yli puolet energian kokonaiskulutuksesta. Suoran energian panokset rehuntuotannossa liittyvät dieselöljyyn, voiteluaineisiin ja rehun annostelussa käytettävään sähköön. Taulukossa 2.1 on esitetty tietoja fossiilisen energian käytöstä rehuntuotannossa. Säilörehun tuotantoon tarvitaan selvästi vähemmän energiaa viljaan verrattuna. Laiduntamisen energian tarve on taasen pienempi kuin säilörehun, koska korjuutyöt jäävät siinä pois.

53 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 52 Kuva 2.3: Esimerkki lypsykarjan energian kulutuksesta [Ahokas 2013] Taulukko 2.1: Energian kulutus rehun tuotannossa kuiva-aine kg kohden Rehu Energian tarve kwh/kg Ohra 1,2 Säilörehu (muovipaali) 0,8 Laidun 0,5 Vehnä 1,3 Rypsi 2,4 Kuvassa 2.5 on esimerkki energian käytön jakaumasta kun säilörehu on muoviin käärityissä paaleissa. Suurimpana energian tarpeena on kemikaalit ja niissä typpilannoitteella on suurin osuus. Muovin valmistaminen vaatii paljon energiaa ja sen osuus on samaa suuruusluokkaa kuin koneiden tarvitsema energia. Energiaa voidaan säästää ravinnekierrolla eli eläinten lannan hyödyntämisellä ja typensitojakasvien käytöllä. Koneiden energian kulutukseen vaikuttaa tuotantoketju ja suomalaisissa olosuhteissa kuljetukset muodostavat usein suuren osuuden. Kuvan 2.5 laskelmassa ei ole otettu huomioon kuljetuksia. Rehuntuotantoon käytettävä energia saattaa vaihdella suuresti. Siihen vaikuttaa eniten väkirehun osuus, sillä viljan tuottamiseen tarvitaan huomattavasti enemmän energiaa kuin karkean rehun tuottamiseen. Laidun tarvitsee vähiten energiaa, sillä koneita käytetään vain lannoittamiseen ja äestykseen. Maidontuotannossa ruokinnan lähtökohtana on ennen kaikkea rehun laatukriteerit ja fysiologiset tarpeet tyydyttävä rehun koostumus. Tavallisesti ruokinnansuunnittelussa otetaan huomioon seuraavat tekijät: sulavuus, kuiva-aine, muuntokelpoinen (metabolinen) energia, valkuainen (sulava, OIV ja PVT), kuidut, kalsium ja fosfori. Vuosituotoksen kasvaessa, energian kulutus tuotettua yksikköä kohti pienenee. Tämä pätee tiettyyn rajaan asti, jonka jälkeen energiakulutus alkaa kasvaa ennen kaikkea väkirehun osuuden suurenemisen takia. Maitotuotoksen optimirajaksi on yleisesti hyväksytty kg vuodessa. Suurempia tuotoksia haluttaessa joudutaan käyttämään enemmän väkirehua, jolloin energian ominaiskulutus (kwh/maito kg) lisääntyy. Maitotilan energian kulutukseen vaikuttaa myös kasvatettavan nuorkarjan osuus. Hiehon kasvattamiseen lehmäksi tarvitaan kwh energiaa. Energiatarvetta voitaisiinkin pienentää pidentämällä lehmien pitoikää. Tämä onnistuu parantamalla lehmien hyvinvointia navetassa ja esimerkiksi tuotostasolla 8000 kg maitoa lehmää kohti vuodessa lehmien poistoprosentti voisi jäädä alle % vuodessa [Barnett ja Russell 2010, Veermae ym 2013]. 2.5 Ruokinta Ruokinnan energiankulutus muodostuu rehujen varastoista siirrossa, rehunkäsittelyssä kuten koon pienentämisessä ja sekoittamisessa sekä rehunjaossa. Useissa tutkimuksissa ruokintalaitteiden energiankulutus näyttää pieneltä, sillä niissä on otettu huomioon vain sähkönkulutus ja eläimet on ruokittu traktorikäyttöisellä apevaunulla. Rehun koneelliseen ruokintaan kuluu energiaa Wh/kg maitoa ( kwh/eläin/a) ja enemmänkin, kun arvio tehdään Hörndahlin [Hörndahl 2008] kulutustietojen pohjalta ja arviota tarkennetaan vaunutyypin vaikutuksella [Vegricht ym 2007] ja sekoitus- ja jakoaikojen tilakohtaisella vaihtelulla [Eerola 2006]. Käytännössä ruokinta voi olla eniten energiaa kuluttava maidontuotannon osa (kuva 2.4).

54 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA Kulutus Wh/1 l maitoa Valot Lypsy ja maidonkäsittely Lannanpoisto Ilmanvaihto Ruokinta Muut Yhteensä Kuva 2.4: Maidontuotannon suoran energiankulutuksen jakauma [Ahokas 2013] Säilörehun irrotus Otettaessa säilörehua laakasiilosta esim. etukuormaajalla on rehun lisäksi liikuteltava traktorin massaa. Hörndahlin [Hörndahl 2008] mittausten mukaan siirrettäessä säilörehu kuormaimella välivarastoon energiaa kuluu polttoöljynä kwh/lehmä/a, mikä vastaa l dieselöljyä lehmää kohden vuodessa ja karkeasti yksi litra rehutonnia kohti. Tämä on yhtä paljon kuin tehokas lypsyrobotti kuluttaa sähköä [Jensen 2009]. Polttoaineenkulutus 1 l rehutonnia kohti vastaa 12 minuutin kevyttä traktorin käyttöä, jota etukuormaintyö yleensä on, tai 6 minuutin keskiraskasta työtä 75 kw:n eli 102 hv:n traktorilla [ÖKL 2009]. Säilörehutornin (kuva 2.6) tyhjentämisen sähkönkulutus on samaa suuruusluokkaa kuin laakasiilosta purun kulutus [Hörndahl 2008, Balzer ja Statschok 1986]. Tornista purun energiankulutusta voidaan vähentää korjaamalla rehu kuivana. Hinattavalla apevaunulla apetta tehtäessä säilörehun siirtomatka laakasiilosta on tavallista lyhyempi, mutta väkirehujen siirto traktorilla nostaa rehunsiirron energiankulutuksen suuruusluokkaan yli 100 kwh/lehmä/a [Hörndahl 2008]. Laakasiilon tyhjentämisen energiansäästössä oleellista on jouheva, rauhallinen mutta nopea työskentely irrottamalla ja kuljettamalla mahdollisimman suuria rehutaakkoja, etenkin jos viedään kuormaimella navetalle asti. Suuren vaihteen ja matalan moottorikierrosnopeuden käyttö siirtoajossa vähentää polttoaineen kulutusta. Oleellista siirtonopeuden kannalta on, että kulkureitillä ei ole monttuja yms. esteitä, jotka hidastavat ajoja tarpeettomasti. Traktorityöajan lyhentämiseksi rehu voidaan myös kuormata perävaunuun ja viedä sillä navetalle. Tällöin täyttöpöydän täytön tulisi onnistua suoraan vaunusta. Avatun laakasiilon purkureunaan pääsee ilmaa, mikä edistää hiivojen kasvuolosuhteita. Niiden kasvu lähtee liikkeelle hitaasti, mutta esim. 20 ºC-asteessa jo muutaman päivän kuluessa rehu lämpenee. Kohonnut lämpötila nopeuttaa hiivojen lisääntymistä edelleen. Tämä aiheuttaa merkittävän rehun kuiva-aine- ja energiahävikin (taulukko 2.2). Esimerkiksi 5 %:n hävikki vastaa noin 150 kwh/lehmä/a rehun valmistuksen energiahävikkiä, lähes yhtä paljoa kuin tehokas lypsyrobotti, 200 kwh/lehmä/a, kuluttaa. Lämpeneminen heikentää myös rehun maittavuutta. Lämpenemishävikin lisäksi varisemishävikki rehua siilosta leikkurilla tai kauhallla pitkiä matkoja siirrettäessä voi olla merkittävä. Purkureunan lisäksi lämpeneminen voi edetä rehukasan yläpintaa pitkin, koska rehu on ylhäällä löyhempää. Yläpinnan lämpenemistä voi ehkäistä siirrettävällä rehun lisäpainotuksella. Rehun lämpenemistä vähentää siilon oikea suunnittelu, jolloin purkureuna ei sijoitu etelään päin ja purun riittävä etenemänopeus, jolloin rehu ei kerkeä lämpenemään. Rehua tulisikin syöttää nopeammin kuin ilmalle altistunut rehu alkaa lämmetä. Kun rehun tiheyssuosituksia noudatetaan, rehu altistuu ilmalle 1-2 m syvyydellä purkureunasta. Ilman pääsy vilkastuttaa rehua hajottavien pieneliöiden toimintaa, mikä voi nostaa rehun lämpötilaa merkittävästi ja lämpötilan nousu edelleen nopeuttaa rehun hajottamista ja kuiva-ainehävikkiä. Säilörehun stabiiliudeksi, eli ajaksi, jonka kuluessa rehun lämpötila ei nouse yli 2 ºC-asteella 20 ºC ympäristölämpötilassa, suositellaan vähintään 7 vuorokautta [Wilkinson ja Davies 2013] ja laakasiilon purkunopeudeksi vähintään 1-2 m viikossa,

55 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 54 Kuva 2.5: Muoviin käärityn säilörehun energiajakauma jotta hävikki ei nouse liian suureksi. Kesäajaksi Wilkinson [Wilkinson 2005] suosittaa kuitenkin kaksinkertaista syöttönopeutta. Lyhyempää stabiiliutta ei suositella, koska silloin riittävän purkureunan etenemänopeuden aikaansaamiseksi siilon poikkipinta-alan oltava pienempi, mikä johtaisi suurempiin varastointihävikkeihin siilon ulkopinta-alan ja siten hapen siiloon pääsyn lisääntyessä. Esimerkiksi Buckmasterin ym. [Buckmaster ym 1989] tiedoista ja yleisistä siilojen mittasuhteista arvioituna kolmen vuorokauden stabiiliudelle mitoitetun 200 m 3 siilon varastointihävikki on useita prosentteja suurempi kuin 7 vrk stabiiliudellle mitoitetun. Suomessa suositellaan vähintään 94 cm/viikko [Helminen 1998] purkunopeutta. Saksassa Jungbluth ym. [Jungbluth ym 2005] suosittaa syöttönopeudeksi vähintään 2-2,5 m/viikko kesällä ja talvella 1-1,5 m/viikko. Taulukko 2.2: Nurmisäilörehun lämpenemisen vaikutus kuiva-ainehävikkiin (%/vrk) erilaisilla rehun kuivaainepitoisuuksilla. Woolfordin ym. [Woolford ym 1979] mukaan. Rehun kuiva-ainepitoisuus Rehun lämpötilan nousu 20% 30% 50% 5 ºC 1,6 %/vrk 1,2 %/vrk 0,7 %/vrk 10 ºC 3,2 %/vrk 2,3 %/vrk 1,5 %/vrk 15 ºC 1,6 %/vrk 3,2 %/vrk Syötön aikaista rehun lämpenemistä ja hävikkiä voidaan vähentää käyttämällä rehun siilosta irrotukseen koneita, jotka eivät edistä ilman pääsyä rehuun (kuva 2.7). Leikkaavia koneita tulisi suosia repivien sijaan. Leikkaavan tekniikan käyttö on sitä tärkeämpää, mitä pidempikortista rehu on ja mitä hitaampi on rehun leikkuureunan etenemänopeus. Jyrsintä käytettäessä hävikki voi olla suuri (taulukko 2.3) Jyrsintä tulisi laskea rehurintuusta alas eikä nostaa ylös sitä pitkin [Wilkinson ja Davies 2013]. Taulukko 2.3: Säilörehun lämpötila 20 tuntia irrotuksen jälkeen 20 cm purkureunan takana Steinhöfelin ja Pahlken (2005) kokeessa Leikkausmenetelmä Rehun lämpötila 20 cm reunasta ºC Palaleikkuri 20 Säilörehuleikkuri (liikkuvat terät) 21,6 Kynsikauha 22 Jyrsin 22, Säilörehun jako Säilörehua jaetaan sekä pyörillä että kattokiskolla kulkevin sähkökäyttöisin vaunuin. Ne kuluttavat sähköä yleensä alle 10 kwh/lehmä/a [Hörndahl 2008]. Säilörehunjakoon käytetään myös polttomoottorikäyttöisiä ja-

56 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 55 Kuva 2.6: Säilörehutorni. A: Rehu puhalletaan lietsolla putkea pitkin torniin. B: Tornissa on pyörivä täyttöpurkain, jota vinssi nostaa tai laskee tarpeen mukaan. C: Tornista puhallettavasta rehusta erottuu ilma syklonissa ja rehu menee hihnaruokkimelle tai ruokintavaunuun täyttöpöydän (kuvassa keltainen) kautta kolaitteita. Näiden energiankulutus on selvästi suurempi kuin sähkökäyttöisten laitteiden polttomoottorin huonomman hyötysuhteen vuoksi ja lisäksi rehun jako on usein hitaampaa polttomoottorikäyttöisin jakolaittein. Rehunjako traktorilla kuluttaa suhteellisen paljon energiaa, sillä traktorin käyttämiseen ja oman massan siirtoon kuluu suurin osa energiasta. Kuitenkaan siirto navetalle ja rehunjako sen jatkoksi ei välttämättä kuluta juurikaan enemmän kuin rehunsiirto navetalle täyttöpöydän täyttämiseksi. Lisäkulutuksen voi arvioida traktorin käyttöajan lisääntymisen perusteella. Hihna- eli mattoruokin (kuva 2.8 kuljettaa säilörehua ruokintapöydän päälle ja liikkuvaan auraan osuessaan rehu putoaa lehmien eteen. Rehu tulee hihnaruokkimelle täyttöpöydältä, tornista tai apevaunusta. Hihnaruokkimen kulutus on yleensä muutamia kymmeniä kwh/lehmä/a, mutta vaihteluväli on kwh/lehmä/a Hörndahlin [Hörndahl 2008] ja omien kokemusten perusteella. Hihnaruokinta suunniteltaessa rehun reitti kannattaa suunnitella yksinkertaiseksi ja seinäläpiviennit korkeudeltaan reiluiksi. Hankittaessa hihnan nopeuteen, leveyteen ja moottorikokoihin kannattaa kiinnittää huomiota. Hihnan nopeuteen nähden ylisuuri moottori ei yleensä mahdollista paksumpaa rehukerrosta matolla, sillä auran tukkeutumisriski rajoittaa hihnalla kulkevan rehukerroksen paksuutta. Yleensä rehuntulonopeutta täyttöpöydältä tai apesekoittimelta rajoitetaan, jotta hihnalle tulevat korkeat rehumällit eivät tukkisi auraa. Niitä voidaan tasoittaa esim. asentamalla hihnakuljettimen yläpuolelle joustavia piikkejä myötasukaisesti. Tällaisella hienosäädöllä saadaan ruokintanopeutta kasvatettua. Samalla saadaan vähennettyä energiankulutusta ja toimintahäiriöitä. Hihnan kireys on tarkastettava säännöllisesti, sillä hihnan luistaminen lisää energian kulutusta Paalinpurkaimet Pyöröpaalin purkaimet ovat joko hydraulisesti painettavalla terällä leikkaavia, purkukelojen terin silppuavia tai aukirullaavia (kuvat). Paalisilppureita (kuva 2.9) käytetään säilörehun ja oljen silppuamiseen ruokintaan sekä myös oljen silppuamiseen kuivikkeeksi. Olkikovapaalien silppuaminen vasaramyllyllä kuluttaa kwh/t [Jakop ja Jakop 1976]. Sähkökäyttöisten pyöröpaalisilppureiden energiankulutustietoja ei ole saatavissa. Käyttömäärien, moottorikokojen ja käyntiaika-arvioiden perusteella oljen silppuamisen energiankulutus on suuruusluokkaa kymmenen kilowattituntia/lehmä/a ja nopeasti pyörivien muutamia kymmeniä kwh/lehmä/a. O Kiely ym [O Kiely ym 1999] selvittivät 600 kg:n nurmisäilörehupaalien (kuiva-ainepitoisuus 25 %) traktorikäyttöisten paalinpurkainten polttoaineen kulutusta. Paalin auki rullaavan koneen kulutus vastasi 20, silppurin 300 ja hydraulisesti siivuttavan koneen 120 kwh:a/lehmä/a. Kokeen pohjalta arvioituna säilörehun silppuamiseen nopeasti pyörivällä sähkökäyttöisellä silppurilla kuluu noin 150 kwh/lehmä/a, mikä on hieman enemmän kuin eräässä selvityksessä [Rajaniemi 2013] pystyruuviapesekoittimella appeenteossa pyöröpaalien silppuamisen tarvittu lisäkulutus noukinvaunurehuun verrattaessa. Apevaunulla paalin silppuamiseen vaikuttaa oleellisesti

57 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 56 Kuva 2.7: A: Etukuormaimeen kytkettävä rehuleikkuri, talikkomalli uppoaa kevyesti pitkäkortiseenkin rehuun. B: Rehupihti irrottaa nopeasti säilörehun C: Rehuleikkuri, kauhamalli, joka soveltuu myös väkirehujen ottoon apevaunuun. (kuvat Malvisto A-M) D: Rehupihtikauha, jota kutsutaan yleensä monitoimikauhaksi, irrottaa rehun repimällä E: Nostettava rehujyrsin ajettavassa apesekoittimessa rehun laatu, sillä esimerkiksi esisilputtujen sinimailassäilöheinäpaalien (ka 79%) silppuamiseen kului puolta vähemmän energiaa (4 kwh/t ka) kuin pitkäkortisten paalien silppuamiseen 2-pystyruuviapevaunulla [Jones 2007]. Säilörehunsilppuamiseen nopeasti pyörivällä silppurilla kulunee muutamia kymmeniä kwh/a. Paalin silppuaminen sähkökäyttöisellä silppurilla on energiatehokkaampaa kuin apevaunulla. Hitaasti pyörivän paalisilppurin energiankulutus on silppuamisajan 6 min/paali [Turunen ja Malvisto 2011], nimellistehon 7,5 kw ja kuivaainepitoisuuden 40 % perusteella laskettuna alle 20 kwh/lehmä/a. Kulutus on pienempi kuin nopeasti pyörivien, mutta toisaalta silpun pituus on pidempi ja silpun jatkokäsittely voi olla vaativampaa. Pitkä silppu toimii hyvin esimerkiksi käytettäessä vinoputkiruokinta-aitaa, vaijerilannanpoistokonetta ja kierrätystä kokoomakourussa, mutta niskaputkiaitaa, työntötankolannanpoistokonetta ja valutusta poikkikourussa käytettäessä ongelmia saattaa syntyä monessa vaiheessa. Terien huollon laiminlyönti nostaa energiankulutusta, esimerkiksi lieriöniittokoneen ja pyöröpaalaimen terien teroitus vähentää nivelakselitehontarvetta 15 % [Sauter ja Durr 2005]. Tylsät terät lisäävät myös työmenekkiä ja moottorin sekä voimansiirron kulumista, joten teroituksesta tai terien vaihdosta on useita hyötyjä Appeen eli seosrehun valmistus Väki- ja karkearehujen sekoittamisessa eli appeen valmistuksessa (kuva 2.10) energiankulutus vaihtelee kiskoilla kulkevien sekoittimien muutamasta kymmenestä kwh/lehmä/a [Hörndahl 2008] hinattavien apevaunujen jopa yli 1000 kwh/lehmä/a kulutukseen. Appeen sekoitukseen ja jakoon kului keskimäärin 64 ja jopa 240 minuuttia päivässä kyselytutkimukseen vastanneilla keskimäärin 50 lehmän tiloilla [Eerola 2006]. Apevaunujen kulutus vaihtelee paljon vaunutyypeittäin, mutta tarkkoja lukuja ei ole saatavissa. Vergichtin [Vegricht ym 2007] tutkimuksessa pystyruuvivaunun käyttö kulutti kolmanneksen vähemmän polttoainetta kuin 2-vaakaruuvivaunun käyttö. Lapasekoitin käsittelee rehua vähemmän rikkoen kuin pysty- ja vaakaruuvivaunut, joten sen voisi kuvitella kuluttavan vähemmän. Toisaalta lapasekoittimienkin käytön on havaittu kuluttavan paljon energiaa [Hörndahl 2008]. Sekoittimien eron selvittämiseksi tarvitaan lisätutkimusta suomalaisilla rehuilla.

58 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 57 Kuva 2.8: : Hihnaruokkimen hihnakuljetin vie rehua vasten sinistä auraa, joka pudottaa rehun ruokintapöydälle. Kuva: Pellonpaja Kuva 2.9: Paalit hydrauliikalla leikkaava ja poikkikuljettimella jakava käsiohjattu ruokintavaunu Nopeasti pyörivä pyöröpaalisilppuri. Purkukeloissa terät. Paalin aukirullaava ruokintalaite. Toisessa tutkimuksessa samankokoisilla erimerkkisillä pystyruuvivaunuilla havaittiin neljänneksen ero energiankulutuksessa [Hattum et al 2005]. Tehonkulutus kasvoi terien tylsyyden mukaan. Tarvittavaan sekoitusaikaan taas vaikutti myös apevaunun ruuvien ja säiliön muotoilu. Paitsi vaunuvalinnalla, energiankulutukseen voidaan vaikuttaa myös vaunun käytöllä.yleensä sekoitus käynnistetään vaunun täytön alussa. Joillakin vaunutyypeillä ja rehuilla sekoitus voidaan käynnistää vasta rehujen täytön jälkeen. Myös apekomponenttien täyttöjärjestys vaikuttaa energiankulutukseen. Joissain tapauksissa kannattaa väkirehut laittaa vaunuun ennen karkearehuja ja joissan toisissa tapauksissa toisinpäin. Tekemällä kuivarehuista esiseos voidaan nopeuttaa työtä ja säästää energiaa. Pitkäkortisen rehun sekoitus vie enemmän energiaa kuin lyhytkortisen [Averberg ym 2009] ja paalin sekoitus enemmän kuin siilorehun. Esimerkiksi esisilputtujen sinimailassäilöheinäpaalien (kuiva-ainepitoisuus 79%) silppuamiseen kului puolta vähemmän energiaa (4 kwh/t ka) kuin pitkäkortisten paalien silppuamiseen 2-pystyruuviapevaunulla [Jones 2007]. Pitkäkortisen rehun sekoitus vie enemmän energiaa kuin lyhytkortisen. Oikeaa sekoitusaikaa haettaessa voidaan kokeilla erilaisia sekoitusaikoja ja seurata sekä appeen tasalaatuisuutta jaon alussa ja lopussa että erottumista ruokintapöydällä. Erottumista voi seurata ottamalla pöydältä näytteitä jaon jälkeen ja esim. 6 tunnin kuluttua ja seulomalla niitä. USA:ssa seulontaan käytetään Pennstate-seularasiaa [Heinrichs ja Kononoff 2003]. Mitä enemmän hienojen partikkeleiden, kuten väkirehun, osuus muuttuu seoksessa ajan myötä, sitä enemmän seos erottuu. Myös sekoitustraktorin kierrosnopeutta voidaan säätää tai käyttää ns. energiansäästöulosottoa (750 rpm) ja alhaisempaa ja energiatehokkaampaa moottorin kierroslukua. Automaattisissa sähkökäyttöisissä apesekoittimissa on vähän tehoa ja energiaa (alle 100 kwh/lehmä/a) tarvitsevia koneita [Hörndahl 2008]. Niiden seoksen erottuvuus on suurempi kuin traktorikäyttöisten vaunujen,

59 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 58 Kuva 2.10: A: 2-vaakaruuviapevaunun sekoitussäiliö. Ruuveissa on vaihdettavat terät (mustat). B: 2- pystyruuviapevaunun sekoitussäiliö. Ruuveissa on vaihdettavat terät (mustat) C: Lapasekoitin apevaunun sekoitussäiliö D: Kiskolla kulkeva automaattinen apesekoitin, aperobotti D: Aperobotin sekoitusruuvi koska rehuosasia yhteen puristavat voimat ovat pienempiä. Toisaalta erottuvuus saakin olla jonkin verran suurempi, koska appeen automaattinen jako usein ja vähän kerrallaan vähentää erottelua. Saattaa olla kuitenkin tarpeellista pyrkiä vähentämään erottumista esim. käyttämällä lyhytsilpuista säilörehua pitkäsilppuisen sijaan, käyttämällä murskesäilöttyä viljaa kuivan viljan sijaan tai lisäämällä vettä tai heraa tehtävään appeeseen. On olemassa myös sähkökäyttöisiä traktorikäyttöisistä vaunuista muunneltuja automaattisia sekoittimia (kuva 2.11). Niiden tehontarve on selvästi pienempi kuin traktorikäyttöisten apevaunujen, koska ison sähkömoottorin hyötysuhde on yli kaksinkertainen polttomoottorin hyötysuhteeseen nähden eikä sähkösekoittimessa ole energiaa vaativia lisälaitteita niin paljon kuin traktorissa. Jos komponenttien täyttö sekoittimeen ja appeen purku esim. hihnaruokkimelle ovat hitaita, voivat automaattisen sekoittimen käyttöaika ja sähkönkulutus kasvaa yllättävän suuriksi. Lisätietoja on hihnaruokinta ja täyttölaitteita käsittelevissä kappaleissa. Esimerkiksi lieriöniittokoneen ja pyöröpaalaimen terien teroitus vähentää voimanottoakselitehontarvetta 15 % [Sauter & Dürr. 2005]. Apekoittimen terien huollolla voidaan vähentää energiankulutusta, mutta säästön suuruudesta ei ole tietoa. Automaattisten sekoittimien täyttölaitteiden työsaavutukset kannattaa tarkastaa ajoittain ja tarvittaessa rehua hidastavat esteet poistaa ja syöttönopeudet asettaa uudelleen Väkirehun siirto ja käsittely Lehmät syövät viljaa yleensä selvästi alle 3 t/lehmä/a. Viljan jyvät rikotaan yleensä valssimyllyllä sulavuuden parantamiseksi, sillä rikkoontumattomien jyvien sulavuus on vain murto-osa rikottujen jyvien sulavuudesta.

60 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 59 Kuva 2.11: A: Täyttöpöytä vie säilörehu apesekoittimelle kolakuljettimin. Purkukelat (yläpäässä rehun takana) tasoittavat rehun putoamista sekoittimeen. B:Sähkökäyttöinen aperuokintaketju: Säilörehunäyttöpöytä, pystyruuviapesekoitin (keltainen), nousukuljetin ja hihnaruokin. Kuva: Kuula J. Kuva 2.12: Valssimylly, kuva Murska Kokonaisten jyvin sulavuus on sitä heikompi, mitä nopeammin rehu kulkee ruuansulatuskanavan läpi ts. mitä enemmän lehmä syö. Jos jyvä on jauhettu hienoksi jauhoksi, sen sulavuus on parempi kuin rikotun jyvän. Toisaalta jauhon liiankin nopea sulavuus voi aiheuttaa pötsin happamuuden liiallista nousua, mikä heikentää rehunsulatusta pötsissä. Nautojen rehuksi tarkoitettua viljaa ei suositella jauhettavan ohueksi jauhoksi. Sähkökäyttöinen valssimylly kuluttaa hyvin toimiessaan Hörndahlin [Hörndahl 2008] mukaan 5-8 kwh/t, tanskalaiseen oppaan mukaan 3-9 kwh/t [Pedersen ja Hinge 2002] ja saksalaisen KTBL:n tiedotteen [Ringer ym 1987] mukaan kwh/t, kuva Jos myllyn valsseja ei ole säädetty yhdensuuntaisiksi tai valssivälys on liian tiukkaa, kulutus voi olla merkittävästi suurempi. Valssimyllyn energiankulutukseen voidaan vaikuttaa oikein asetuksin: valssit yhdensuuntaisiksi ja valssivälys oikeaksi. Säätötarvetta voi arvioida myös käsitellyn viljan perusteella: Viljan lämpötila ei saa nousta yli 30 ºC-asteeseen [Voss 1974] ja jyvien tulee olla rikkoontuneita. Yleensä traktorikäyttöinen laite vie selvästi enemmän energiaa, mutta suuret traktorikäyttöiset valssimyllyt kuluttavat yhtä paljon energiaa kuin pienet sähkökäyttöiset valssimyllyt, sillä myllyn ominaiskulutus pienenee koon kasvaessa. Valssimyllyllä saattaa olla olla vaikeuksia rikkoa kaikkia (yli 99 %:a) jyviä, kun ruokitaan ohrakauraseoksella, jossa on suurijyväinen ohralajike ja pienijyväinen kauralajike. Tällöin parempi tulos saadaan vasaramyllyllä (kuva 2.13), jonka energiankulutus on Hörndahlin [Hörndahl 2008] mukaan kwh/t ja tanskalaisen oppaan mukaan 10 kwh/t [Pedersen ja Hinge 2002]. Seulan reikäkoko vaikuttaa oleellisesti kulutukseen. Vasaramylly tekee osasta jauhoa liiankin hienoa, mikä voi lisätä pötsin happamuusongelmia. Viljan siirto imulla myllyyn

61 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 60 Kuva 2.13: A: Vasaramyllyn pyörivät terät (roikkuvat keskellä), vasarat jauhavat viljan ja jauho poistuu seulan läpi. B: Säteisvasaramylly. Se jauhaa tavallista rouhemaisempaa jauhoa alhaisemmalla energiankulutuksella keskimäärin puolitoistakertaistaa kulutuksen ja käytettäessä myös viljan puhallusta kulutus voi kolminkertaistua [Pedersen ja Hinge 2002]. Toinen vaihtoehto on käyttää levymyllyä, joka on energiatehokkaampi ja kalliimpi. Tanskalaisen oppaan mukaan levymyllyn kulutus on 9 kwh/t [Pedersen ja Hinge 2002], kuva Vossin [Voss 1974] mukaan levymyllyn kulutus on 12 kwh/t, kun valssimylly kuluttaa 7 ja vasaramylly 20 kwh/t. Myllyjen kulutukset ovat pieniä, yleensä muutamia kymmeniä kilowattitunteja/lehmä/vuosi, mutta energiakustannukset ovat myllyn hankintakustannusta suuremmat ja kulutuserot suuria. Väkirehun siirto kuluttaa sähköä noin 1 kwh/t spiraalikuljettimella (kuva 2.15), vaakasuoraan ruuvikuljettimella 0,2-0,4 kwh/t ja pneumaattisesti 0,5..2 kwh/t [Pedersen ja Hinge 2002]. Siirtomatkoja ei oltu mainittu. Ringelin ym. [Ringer ym 1987] mukaan lyhyt siirtomatka myllyn yhteydessä kuluttaa ruuvilla 0,2-0,4 ja pneumaattisesti 1-3 kwh/t, ts. ainakin 5-kertaa enemmän. Kostean, ka %, viljan siirto pneumaattisesti vasaramyllyllä jauhamisen yhteydessä kuluttaa 6 kwh/t enemmän kuin ruuvisiirto. Energiankulutus kasvaa, jos rehua joudutaan nostamaan tai kulkusuuntaa muutetaan mutkalla. Spiraalisiirto on yleensä tehokasta, eikä siinä voi juurikaan säästää energiaa (kuva 2.15). Toisaalta pieniä säästöjä on saatavissa edullisin toimenpitein. Spiraalikuljettimessa putken sisällä kierteellä oleva metallinauha eli spiraali siirtää rehua edteenpäin. Jos rehunsyöttö kuljettimelle on liian pienellä, niin spiraali kuluttaa putkea turhaan ja energiankulutus (kwh/t) kasvaa. Jos syöttö on liian suurella, niin putkessa ei ole riittävästi tilaa, johon rehu siirtyisi. Tällöin spiraali venyy ja venymän vapautuessa kuljetin paukkuu ja energiankulutus kasvaa. Kuljettimen lähtöpäässä olevan siilon sulkupelti kannattaa asettaa niin, että siirtonopeus, ja myös spiraalin kestävyys, maksimoituvat. Spiraalijärjestelmää suunniteltaessa kannattaa pyrkiä lyhentämään siirtomatkoja, välttämään mutkia, käyttämään 30 lähtösuppiloita 45-asteen sijaan, välttämään spiraalin tuontia kylmästä lämpimään (jäätymisvaara) ja estämään kostean navettailman pääsyä spiraalikuljettimen putken sisään. Nämä vähentävät paitsi energiankulutusta, myös huoltotarvetta. Jäätymistä voidaan ehkäistä myös eristämällä spiraalikuljetin ulkoseinän vierestä. Pneumaattisen siirron energiankulutus vähenee jopa 20 % käyttämällä sisältä sileäpintaista siirtoputkea esim. poimupintaisen kurkkuputken sijaan [Pedersen ja Hinge 2002]. Imusuulakkeen muotoilulla on iso merkitys kulutukseen. Kuristuspellillä voidaan säätää virtausta, niin että ilmaa ja viljaa kulkee oikeassa suhteessa, ja lisätä tuottoa (kg rehua/h) jopa 25 % energiankulutuksen kasvamatta. Lokerosyöttimellä vastaava korotus on %. Tuorevilja, ja apetta tehtäessä kuiva viljakin, siirretään usein traktorin etukuormaimella tai kurottajalla. Näiden kulutusta voidaan arvioida työhön kuluvan ajan, traktorin koon ja kevyessä työssä tyypillisen kulutuksen perusteella. Energiankulutukset ovat arviolta yleensä muutamia kymmeniä kilowattitunteja/lehmä/a. Tuorevilja voidaan myös täyttää lietsolla ja säilöä torniin, jolloin alle 25% kosteuspitoinen vilja voidaan purkaa ruuvialapurkaimella ja sitä märempi ketjualapurkaimella Juomavesi Juomaveden tarvetta arvioimaan on tehty erilaisia yhtälöitä, esim. Murphy ym. [Murphy ym 2013], yhtälö 2.1.

62 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 61 Kuva 2.14: Levymyllyssä vilja ohjataan kahden levyn väliin. Vilja jauhautuu levyn kuvioitua metallipintaa vasten myllyn pyöriessä ja jauho poistuu ulkokehältä. Kuva: Skiold. Kuva 2.15: Spiraalilla täytettävä valssimylly, spiraalikuljettimen osia ja valssimylly, johon vilja imetään ilmavirtauksessa imusuulakkeiden ja oranssien imuletkujen kautta lietsolla (myllyn vasemmalla puolella). Kuva: NordMills q = 15, , 58 M ka + 0, 9 q m + 0, 05 M Na + 1, 2 T min (2.1) q M ka q m M Na T min juomaveden kulutus päivässä [kg/d] päivittäinen rehun kuiva-ainemäärä [kg/d] päivittäinen maitotuotos [kg/d] päivittäinen natriummäärä [g/d] viikon alin lämpötila [ºC] Taulukossa 2.4 on esitetty lypsylehmien juomavedentarve tuotoksen ja lämpötilan mukaan [Kastroll ym 2007]. Lehmät juovat pääosan navetassa kuluvasta vedestä joko juoma-altaista (kuva 2.19) tai juomakupeista. Vesipumpun energiankulutus on pieni, luokkaa 20 kwh/lehmä/a [Posio 2009]. Niinpä vesijärjestelmän oikea suunnittelu on tärkeämpi järjestelmän oikean toiminnan kannalta kuin energiansäästö. Oikein suunniteltu järjestelmä säästää myös energiaa. Mitä korkeampi on vesiverkoston paine, sitä enemmän vesipumppu joutuu tekemään työtä. Korkea paine myös rasittaa vesijohtoverkostoa enemmän kuin matala. Navetan käyttöönoton yhteydessä verkostopaine tulee säätää alhaiseksi, mutta kuitenkin niin että kaikki kohteet saavat vettä riittävän nopeasti ja riittävällä paineella. Uutta rakennettaessa eläinhallin vesiverkosto kannattaa suunnitella aina kehäksi, eli yhdistää molemmille navetan sivuille asennettavat juomavesilinjat navetan päässä toisiinsa. Tämä vähentää virtauksen painehäviötä putkistossa, koska vettä tulee kulutuskohteeseen kahta kautta. Vesi pysyy tällöin myös laadukkaampana

63 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 62 Kuva 2.16: Siilon alla spiraalikuljettimen lähtösuppilo ja siitä lähtevä spiraaliputki, jonka sisässä terässpiraali liikuttaa rehua navettaan. Kuva 2.17: Viljatornin ruuvialapurkain kiertää tornin pohjalla kuin viisari kellossa ja vilja siirretään putkessa olevan ruuvin avulla tornin ulkopuolelle putkistossa, kun pihatto on vajaatäytöllä. Esimerkiksi kun hiehot ovat laitumella, niin sen puolen putkistosta virtaa kuitenkin vettä lehmäpuolelle. Verkostoon kuuluu usein myös navetassa sijaitseva painesäiliö, jossa pitää olla riittävästi ilmaa, jotta pumpun käyntijaksot olisivat pitkiä ja pumpun toiminta siltä osin tehokasta. Paineenlasku ja lyhyiden käyntijaksojen korvaaminen pienemmällä määrällä pidempiä käyntijaksoja pidentävät myös pumpun käyttöikää. Suuren painesäiliön sijasta voidaan käyttää taajuusohjattua paineenkorotuspumppua (kuva 2.20) ja mahdollisesti pienempää painesäiliötä. Yksi mahdollisuus on juottaa maidon esijäähdytyksellä lämmitettyä vettä (katso kappale Veden sulanapito Juomavesi voi jäätyä kylmissä ja kovalla pakkasella myös viileissä eli puolilämpimissä pihatoissa (kuva 2.21). Kylmäpihatossa juoma-astioiden tai juottolaitteiden on oltava lämmitettäviä [MMM 3/2006]. Jäätymistä estetään vesiputkien ja juomakuppien sähkölämmityksellä, joka toteutetaan kaapelimaisilla sähkövastuksilla. Hörndahlin [Hörndahl 2008] tutkimuksessa veden sulanapidon kulutus oli hieho- ja umpilehmänavetassa Etelä- Ruotsissa hieman yli 100 kwh/eläin/a. Suomalaisissa, kylmemmissä, olosuhteissa veden sulanapidon energiankulutus voi nousta merkittävästi suuremmaksi. Alkavaa kymmentä lypsylehmää kohti on oltava vähintään yksi juomapaikka, samoin kuin muillakin naudoilla alle 20 eläimen karsinoissa [MMM 3/2006]. Koska pakkasilla veden kulutus muilla kuin lypsylehmillä on vähäistä, niin käytännössä em. mitoitusvaatimus johtaa juomapaikkojen jäätymiseen sulanapitolämmityksestä huolimatta. Markkinoilla ei ole teholtaan riittäviä lämmitysratkaisuja. Siksi energiaa kuluu paitsi sulanapitovastuksissa, myös tuhlaantuu jäätyneiden juomapaikkojen sulattamiseen. Kylmää tai viileää rakennusta suunniteltaessa kannattaa karsinoiden suunnitteluun kiinnittää huomiota myös juomapaikkojen sulanapysymisen kannalta. Juomapaikka kannattaa sijoittaa karsinaväliaidan kohdalle niin, et-

64 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 63 Kuva 2.18: Tornin täyttölietso, jossa rehu syötetään siivikolle ruuvilla. Taulukko 2.4: Juomaveden kulutus [kg/d] eri tuotostasoilla ja ympäristön lämpötiloissa Lämpötila ºC Tuotos kg/d tä se on kahden ryhmän yhteisessä käytössä, jolloin suurempi vedenkulutus juomapistettä kohden vähentää jäätymisriskiä ja likaantumista. Veden lämmitystarvetta voidaan vähentää viemällä vesijohto syvällä maassa routarajan, noin 2 m lingotuilla alueilla, alla tai/ja käyttämällä eristettä vesijohdon päällä. Vesiputki kannattaa asentaa navetassa kehään, jolloin veden virratessa enemmän kuluttavalle navetan sivulle myös toisen sivun putken virtaus lisääntyy ja jäätymisriski vähenee navetan sillä puolella, jolla vedenkulutus on pienempi. Vesipikapalopostien sijoitusta ulkoseinän varteen kannattaa välttää, ja joskus jopa korvata ne jauhesammuttimin. Lämmin juomavesi Hollannissa juomaveden lämpötilaksi suositellaan ºC-astetta [Cornelissen ym 2009]. Tanskassa juomaveden lämpötilaksi on suositeltu ºC-astetta, ja perustellaan suositusta tuotoksen nousulla [Housing Design for Cattle]. Kanadalaisen suosituksen [Dairy cattle 1985] mukaan ihanteellinen juomaveden lämpötila on 5-10 ºC-astetta. Suomessa eläinten hyvinvointituen ohjeissa naudan juomaveden lämpötilaksi suositellaan ºC-astetta [Maaseutuvirasto 2008]. Mikäli halutaan toimia tämän suosituksen mukaan, on juomavettä lämmitettävä, sillä Suomessa maan pintakerroksen lämpötila ja siten kaivoveden lämpötila ovat etelässä 6-8 ja pohjoisessa 2-3 ºC-astetta [Geoenergia 2013]. Kuumassa ilmastossa lämpimän juomaveden on havaittu alentavan tuotosta, vaikka lehmät juovat sitä enemmän [Lanham ym 1986]. Juomaveden lämmityksen hyötyjä on perusteltu sillä, että lehmä voi käyttää maidontuotantoon muuten veden lämmittämiseen menevän energiansa [Beck ym 2000]. Kuva 2.19: Juoma-altaat sijoitetaan eri paikkoihin pihatossa, yleensä poikkikäytävien äärelle. Betoniseinämä saisi olla hieman korkeampi.

65 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 64 Kuva 2.20: Paineenkorotuspumppu, joka on taajuusohjattu energiansäästämiseksi ja tasaisen paineen ylläpitämiseksi ilman suurta paineastiaa Kuva 2.21: Jäätynyt juoma-allas Sähkövastuksin lämmitettävä juomakuppi, josta on valunut vettä pakkasella Termoneutraalilla alueella lehmä kuitenkin tuottaa moninkerroin enemmän ylimääräistä lämpöä kuin tarvitsee juomansa veden lämmitykseen. Osborne [Osborne 2001] kertoi Anderssonin havainneen lehmillä ja Brodin ym. lampailla, että kylmä vesi haittaa pötsin toimintaa. Tämä voisi vaikuttaa tuotokseen. Lisäksi Osbornen mukaan lehmien saadessa valita juomavetensä, ne valitsevat lähinnä ruumiin lämpötilaansa olevan veden. Lisääntynyt juonti voisi lisätä maitotuotosta, sillä maito on pääasiassa vettä. Andersson [Andersson 1985] havaitsi veden lämmityksen 3 ºC:sta 10 ja 17 ºC-asteeseen nostaneen tuotosta 25,39 kg/d tuotoksesta 0,54 ja vastaavasti 0,94 kg/d määrällä. Lämpötila parsinavetassa oli ºC. Osbornen ym. [Osborne ym 2002] tutkimuksessa ympäristön lämpötila oli 12-24, kylmä vesi 7-15 ja lämmin ºC-astetta. Lämmin vesi lisäsi juontia ja syöntiä noin 5 %, mutta ei lisännyt maitotuotosta. Beckin ym. [Beck ym 2000] tutkimuksessa ympäristön keskimääräiset maksimipäivälämpötilat olivat eri kokeissa 5 20, kylmä vesi 3 ja lämmin vesi 17 tai 24 ºC-astetta. Vedenlämmitys ei lisännyt tuotosta. Osbornen [Osborne 2001] mukaan veden lämmityksen vaikutusta kylmissä lämpötiloissa oleskeleviin lehmiin on tutkittu vähän ja vedenlämmityksen vaikutus on epäselvä. Vedenlämmityksen hyödystä on ristiriitaista tietoa, eikä hyödystä ole varmuutta. Veden lämmittämiseen tarvittava energiamäärä voidaan laskea yhtälön 1.37 mukaisesti. Suurten vesimäärien lämmittämiseen tarvittava energiamäärä voi olla merkittävä energiapanos. Esimerkki 27. Lehmän juomavesi halutaan lämmittää 17 C-asteeseen, kun keskimääräinen päivätuotos on 20 kg/d ja ympäristön lämpötila 15 C-astetta ja kaivoveden keskilämpötila 6 C-astetta. Paljonko tarvitaan energiaa, kun lämmityksen häviöksi oletetaan 5 %? Veden ominaislämpökapasiteetti on 4,18 kj/(kg K) ja veden lämpötilaa nostetaan 17 ºC - 6 ºC = 11 ºC. Katsotaan taulukosta 2.4 päivittäinen veden tarve, joka on 81 kg/d. Veden lämmitystarve on 4,18 kj/(kg K) 11 K 81 kg/d = 3,7 MJ = 1,0 kwh. Vuositarpeeksi tulee siten = 365 kwh. Kun häviöitä on 5%, saadaan energiatarpeeksi 365/0,95 = 380 kwh. Lisäksi lämmitystarvetta kasvattaisivat vedensiirron lämpöhäviöt, jos vesi vielä haluttaisiin juottaa 17 C-asteisena. Juomavesiputkistot kannattaa eristää, jos juomavettä lämmitetään.

66 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA Yhteenveto ruokintalaitteiden energiankulutuksesta Ruokinnan voi järjestää hyvin monella eri tapaa. Sähkö- ja traktorikonein nurmisäilörehun ottoon siilosta kuluu likimain yhtä paljon energiaa, paitsi rehunottoon nosturilla salvosiilosta kuluu vähemmän energiaa. Laakasiilon tyhjennyksessä traktorin ja kuiva-ainehävikin yhteenlaskettu energiankulutus voi nousta yli 300 kwh:iin/lehmä/a. Energiankulutusta voi vähentää kuljettamalla kerralla suuria taakkoja, optimoimalla ajoa ja hyvällä säilörehun irrotustekniikalla. Muissa ruokinnan toiminnoissa sähkölaitteilla voi selvitä vähemmällä energiankulutuksella kuin traktorikäyttöisillä. Traktorin sekä sähkölaitteiden energiankulutuksessa voidaan säästää merkittävästi suunnittelemalla työ sujuvaksi, työvaiheet keskenään yhteensopiviksi ja tarkastelemalla koko työketjua, esim. taulukko 2.5. Taulukko 2.5: Esimerkki ruokintaketjujen vertailusta Traktorikäyttöiset apevaunut, jopa yli 1000 kwh/lehmä/a ovat suurimpia kulutuskohteita maidontuotannossa ja niiden kulutukset ovat yleensä monikymmenkertaisia verrattuna energiatehokkaimpiin erillisruokintamenetelmiin. Pystyruuvivaunut kuluttavat selvästi vähemmän kuin vaakaruuvivaunut, mutta suuremmat energiankulutuserot tilojen välillä tulevat sekoittajan käyttötottumuksista. Appeen fysikaaliseen laatuun huomiota kiinnittämällä ja sekoitusaikoja lyhentämällä voidaan saavuttaa merkittäviä säästöjä. Vaikka viljan käsittelyn ja siirron energiankulutukset ovat vain muuttamia kymmeniä kwh/lehmä/a, silti toimenpiteiden edullisuuden vuoksi niissäkin kannattaa säästää sekä laitevalinnoin, huollolla että käytöllä. Juomaveden lämmitys kuluttaa paljon energiaa (esim. 17 ºC-asteeseen 400 kwh/lehmä/a), mutta juomaveden lämmityksen vaikutusta maidontuotantoon ei tunneta. Juomaveden lämmittämättä jättäminen saattaa olla jopa suurin energiasäästö ruokinnassa. Juomavesiputkiston suunnittelussa tulee ottaa huomioon jäätymisen esto kehäasennuksella, mahdollisesti asentamalla putkisto maahan, asentamalla karsinoiden juomakupit väliaitojen kohdalle ja välttämällä putkistoon liittyvien pikapalopostien yms. sijoittamista navetan kylmiin kohtiin. Tällä voidaan säästää satoja kwh:ja/lehmä/a. 2.6 Lypsy Lypsykoneen toimintaperiaate Lypsykoneet toimivat tyhjöpumpun aikaansaamalla alipaineella. Nännikumien alipaineen pitäisi pysyä tasaisena, vaikka jokin lypsin putoaisi pois utareesta. Tämän takia tyhjöpumpun kapasiteetin pitää olla reilusti suurempi kuin mitä itse lypsyyn tarvitaan. Mitä enemmän lypsykoneessa on lypsimiä, sitä enemmän pääsee ilmaa maitoputkeen nännikumien kautta lypsintä kiinnitettäessä ja lypsinten ilmanpäästösuutinten kautta. Lisäksi ilmaa pääsee järjestelmään lisälaitteista ja vuotokohdista. Ilmanpäästö kasvattaa tyhjöpumpun kokovaatimusta ja energiankulutusta. Tyhjöpumppu toimii vakioteholla ja alipaine säädetään tyhjösäätöventtiilillä, joka päästää järjestelmään ilmaa ja pitää siten alipaineen tasaisena, kuva Kuva 2.22: Esimerkki lypsykoneesta.

67 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 66 Lypsykoneen mitoitusnormit ja laatujärjestelmien kautta myös maidon ostajat vaativat tyhjöpumpun mitoituksessa varautumaan lypsinten putoamisesta yms. virhetilanteista johtuvaan tuottotarpeen kasvuun. Esimerkiksi 2x8 lypsyasemassa lypsyn tarvitsema tuotto, eli lypsykoneesta poistettava ilmamäärä, voi olla 550 l/min ja ISO5707-normin mukainen minimivarateho on 700 l/min, joten vaadittu tuotto on 1250 l/min. Lypsykoneen valmistaja voi ohjeistaa käyttämään tätäkin suurempaa esim l/min tyhjöpumpun tuottoa, jotta lypsykone peseytyisi hyvin. Tämän tuottotarvelaskelman perusteella myyjä tarjoaa pienintä tyhjöpumppua, joka täyttää vaatimuksen ja on käytännössä tuotoltaan esimerkiksi 1800 l/min. Tällöin lypsyn aikana tyhjöpumpun tuotosta vain 30 % tulee käytettyä hyödyksi Tyhjöpumpun tarvitsema teho P t voidaan laskea tilavuusvirran q v, alipaineen p ja tyhjöpumpun hyötysuhteen η avulla, yhtälö 2.2. Tarvittava käyttöteho riippuu suoraan tilavuusvirtauksesta ja alipaineesta. Tyhjöpumpun hyötysuhde vaikuttaa taasen tarvittavaan akselitehoon (sähkötehoon). P t = q v p η (2.2) Kuva 2.23: Kahden nännikupin kiinnitys yhtä aikaa lypsimellä, jonka alhaalla roikkuvat nännikupit eivät ime ilmaa. Esimerkki 28. Lypsy tarvitsee 550 l/min virtauksen, mutta säännösten mukaan tarvitaan 1440 l/min virtaus. Alipaine on 40 kpa ja tyhjöpumpun hyötysuhde on 50%. Kuinka paljon energiaa hukkaantuu ylimääräiseen virtaukseen? Muutetaan virtaukset perusyksiköihin, 1440 l/min = 0,024 m 3 /s ja 500 l/min = 0,0083 m 3 /s. Vastaavat tehot ovat 0, ,5 = 1920 W ja 0, ,5 = 664 W. Tehoero on ,3 kw ja tunnin aikana kulutunut hukkaenergiamäärä on 1,3 kwh. On olemassa useita tekijöitä, joiden vuoksi kaikkea varatehoa ja tyhjöpumpun koko kapasiteettia ei koskaan tarvita lypsyn aikana: 1. Markkinoilla on ollut jo pitkään virhetilanteessa (esim. lattialle pudotessa) automaattisesti sulkeutuvia lypsimiä (kuva 2.23), jolloin normien vaatimaa tyhjöpumpun varatehoa ei käytännössä tarvita. 2. Suomessa lypsy on pidemmän esikäsittelyn vuoksi hitaampaa kuin suurissa maidontuotantomaissa, minkä vuoksi tyhjöpumpun tuottotarve on hieman tavallista pienempi. 3. Useissa lypsykoneissa tarvitaan lypsyn mitoitusvaatimuksia suurempi tyhjöpumpun tuotto riittävän mekaanisen pesutehon tuottamiseksi, jolloin tyhjöpumppu mitoitetaan pesun eikä lypsyn mukaan. Kun lypsyyn riittäisi 3 kw:n moottori, niin pesuun saatetaan tarvita 5,5 kw:n moottori. Usein tyhjöpumppu imee lypsyn aikana selvästi enemmän ilmaa, kuin lypsyn kannalta on välttämätöntä. Lypsykoneen sähkönkulutusta voidaan pienentää lypsyaikaa lyhentämällä tai hankkimalla tyhjöpumpun moottoriin pyörimisnopeusohjaus, jossa lypsykoneen alipaine pidetään tasaisena joko nopeuttamalla tai hidastamalla moottorin pyörimisnopeutta taajuusmuuttajan avulla (kuva 2.24 kohta A). Nopeutta voidaan hidastaa tyhjöpumpuilla jopa noin 80%, jolloin tuottokin vähenee samassa suhteessa. Samalla sähkönkulutus ja tyhjöpumpun kuluminen vähenevät. Tällä voidaan säästää usein % lypsykoneen energian käytöstä [Dunn ym 2010]. Lypsyn energiankulutus on 0,01-0,03 kwh/kg maito ( kwh/eläin/vuosi).

68 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 67 Kuva 2.24: A: Tyhjöpumppu (alhaalla vihreä) ja taajuusohjaus (valkoinen kotelo seinällä tyhjösäiliön vieressä) B: Lypsykoneen kaksoistyhjöpumppujärjestelmä. Energiankulutusta on mahdollista vähentää käyttämällä kaksoistyhjöpumppujärjestelmää (kuva 2.24 kohta B). Tällöin lypsy hoidetaan yhdellä pumpulla ja pesussa molemmat pumput käynnistyvät. Lypsyn ajaksi tyhjöpumppujen välissä oleva venttiili laitetaan kiinni, jotta alipaine ei ime pysähtyneen pumpun öljyä. Koska sulkuventtiili ei ole täysin tiivis, pitää tyhjöputkeen pesussa käytettävän pumpun puolelle porata pieni reikä. Tämä asennustapa lisää työtä, mutta toisaalta mahdollistaa kahden käytetyn edullisen pumpun käytön. Toisen pumpun rikkoonnuttua lypsy voidaan hoitaa toisella. Esimerkki 29. Lypsyn sähkön kulutus on 0,02 kwh/kg maito. Karjan keskituotos on 8000 l/v ja karjakoko on 60 lehmää. Kuinka paljon tyhjöpumpun nopeussäätö säästää energiaa ja kustannuksia, kun säästö on 40% ja sähkön hinta on 18 snt/kwh?lehmää kohti sähkön kulutus on 0, = 160 kwh ja säästö on 64 kwh. Koko karjalle säästö on kwh = 3840 kwh. Tämä tarkoittaa ,18 = 690 säästöä vuodessa Tyhjöpumpputyypit Yleisin tyhjöpumpputyyppi on lamellisiipipumppu (kuva Sen pesässä pyörii epäkeskisesti siipipyörä, jonka liikkuvat lamellit yhdessä öljyn kanssa tiivistävät pesän ja siipipyörän välin pumpun imiessä ilmaa pois lypsykoneesta. Se, kuinka paljon lamellisiipipumpun nopeutta voi laskea pienentämällä sähkön taajuutta, riippuu öljynsyötöstä, lamellien rakenteesta ja pumpun jäähdytyksestä. Pienillä kierroksilla käytettävissä lamellipumpuissa on oltava jouset painamassa lamelleja pesää vasten, muuten ei saada aikaiseksi tarpeellista tiivistystä. Joillakin pumpuilla virran taajuutta voi pienentää vain 30 Hz:iin [Interpuls 2008], toisilla jopa 10 Hz:iin [Pazzona ym 2003]. Vesirengaspumpun (kuva 2.25) pyörimisnopeutta voi laskea vähemmän kuin lamellisiipipumpun, koska vähintään 50% nopeus tarvitaan vesirenkaan luontiin. Koska vesirengas on raskas ja siinä on virtauskitkahäviöitä, vesirengaspumppu kuluttaa enemmän sähköä kuin lamellisiipipumppu. Viime vuosina on yleistynyt pyörivin siivekkein varustettu Rootsin-ahtimen ts. roottoripuhaltimen periaatteella toimivat ns. kiertomäntätyhjöpumput (kuva 2.25). Kiertomäntäpumpussa on kaksi pyörivää roottoria. Ne eivät tarvitse voitelua, koska ne vierivät toistensa suhteen. Kiertomäntäpumppujen hyötysuhde ei ole oleellisesti parempi kuin lamellisiipipumpujen. Öljyttömyyden ansiosta voiteluongelmia ei synny nopeutta hidastettaessa ja hukkalämpöä voidaan käyttää huonetilojen lämmitykseen tai ottaa talteen lämmönvaihtimella poistoputkesta eli ns. tyhjöpumpun pakoputkesta. Talteensaatava lämpömäärä on melko pieni, jos tyhjöpumppua käytetään tehokkaasti ts. kun lypsyn energiankulutus on pieni. Toisaalta tyhjöpumpun poistoilman eli tyhjökoneesta imetyn ilman lämpötilan ollessa jopa 150 C [Pache 2008] lämmönvaihtimella voidaan lämmittää vettä kuumaksi asti. Pienillä nopeuksilla kiertomäntäpumpun vuodot kasvavat ja hyötysuhde heikkenee nopeammin kuin lamellipumpun Lypsyajan lyhentäminen Usein lypsy on Suomessa suositeltua hitaampaa [Kivinen ym 2007], mikä lisää energiankulutusta. Kokonaislypsyaika koostuu pääasiassa lehmän esikäsittelyajoista, lypsimen kiinnityksistä, koneajoista ja jälkikäsittelyajoista sekä odotusajoista ja siirtymisistä. Esikäsittelyaika sisältää vedinten puhdistuksen, johon kuuluva hieronta saa

69 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 68 Kuva 2.25: A: Lamellisiipipumpun liikkuvat lamellit pumppaavat ilmaa epäkeskisen roottorin pyöriessä (sivuaukosta sisään, yläaukosta ulos). Kuva: DeLaval B: Vesirengaspumppu. Epäkeskisen siivikon (5) pyöriessä keskipakoisvoima vie veden (4) ulkokehälle ja ilmatilavuuden kasvu imee ilmaa aukosta (2). Myöhemmin ilmatilavuuden pienentyminen pakottaa ilman ulos poistoaukosta (3). Kuva: Gea Farmtechnologies. C: Kiertomäntäpumppu, jossa on kaksi pitkää kolmelapaista kiertomäntää eli roottoria. Kuva: Kaeser. oksitosiinin erittymään ja maidon laskeutumaan lypsettäväksi ja suihkeidenottoajan. Esikäsittelyajan tulee olla lehmillä, joiden utareen täyttöaste on suuri, ainakin sekuntia ([Ruegg ym 2009], [Manninen ym 2006]) ja yleinen suositus on 30 sekuntia [Manninen ym 2006]. Vastaavasti kiinnitysviiveen, odotusajan esikäsittelyn alusta lypsimen kiinnitykseen, on oltava lehmällä, jonka utareen täyttöaste on suuri, alle minuutti ja vähän lypsävän lehmän, yleensä loppulypsykaudella, alle 2 minuuttia [Manninen ym 2006]. Lypsimen voi kiinnittää, kun utare ja vetimet ovat pullistuneet maidon laskeuduttua. Suositus antaa mahdollisuuden sijoittaa esikäsittelyä työrutiinin joutohetkiin, mikä vähentää lypsimen odotusaikoja. Suositusta tukee tutkimus [Weiss ja Bruckmaier 2005], jossa lypsynopeuden kannalta asemalla optimaalinen kiinnitysaika runsasmaitoisille oli 20 s. esikäsittelyn alusta ja 90 s vähämaitoisille lehmille. Wattersin ym. [Watters ym 2005] tutkimuksen mukaan oli eduksi odottaa maidon laskeutumista 1,5 minuuttia esikäsittelyn alusta loppulypsykaudella olevilla lehmillä. Taulukko 2.6: Esikäsittelyn vaikutus maidonantoon [Ruegg ym 2009] Ilman esikäsittelyä Esikäsittely Erotus Maitotuotos kg/kerta 10,4 10,8 0,4 Virtaus kg/min 1,8 2,1 0,4 Koneaika min 6,3 5,5-0,8 Esikäsittely nopeuttaa maidonantoa eli lyhentää koneaikaa enemmän kuin esikäsiteltyyn kuluu aikaa (taulukko 2.6). Täten esimerkiksi parsinavettassa käytettäessä 8 lypsintä lypsäjää kohden, esikäsittely- siirtymä- ja kiinnitysaikojen ollessa 40 s/lehmä ja lehmäkohtaisen koneajan ollessa 6 minuuttia hyvä esikäsittely nopeuttaa lypsyä ja siten säästää energiaa. Lypsinten määrän lypsäjää kohden noustessa suuremmaksi esikäsittely alkaa hidastaa lypsyä. Kalanruotoasemalla hitain lehmä määrää eräkohtaisen koneajan, joka oli Hansenin [Hansen 1999] tutkimuksessa 8,54 minuuttia. Em. tietojen perusteella ja esikäsittely- siirtymä- ja kiinnitysaikojen ollessa 30 s/lehmä perusteella suositeltu esikäsittely nopeuttaa lypsyä yhden lypsäjän kalanruotoasemilla kokoon 2x8 asti. Vielä 2x10 asemallakin esikäsittely saattaa nopeuttaa lypsyä, koska hyvä esikäsittely vähentää utaretulehduslehmien määrää. Lypsyaseman ja sen varusteiden vaikutusta lypsyaikaan on selvitetty melko paljon ryhmälypsyasemilla, taulukko 2.7. Vakioesikäsittelytyörutiini ei sisällä vedinten pyyhkimistä, vaan vedinten esidesinfioinnin ja mahdollisesti suihkeiden oton lattialle. Tämä pitää ottaa huomioon tuloksia Suomeen sovellettaessa. Esimerkiksi Smithin ym. [Smith ym 1997] mukaan täydelliseen esikäsittelyrutiiniin siirtymisineen kuluu reilut 70 % enemmän aikaa kuin minimaaliseen rutiiniin. Lypsyn järjestämistapa vaikuttaa siihen, kuinka kauan lypsin on sidottuna keskimäärin yhden lehmän lypsyyn. Tätä kuvataan koneajalla. Yhden lehmän koneaika on aika lypsimen kiinnityksestä irrotukseen. Usean lehmän erien keskimääräinen koneaika taas muodostuu erien hitaimpien lehmien mukaan, koska erä päästetään asemalta vasta, kun hitain lehmä on lypsetty.. Esimerkiksi parsinavetassa tuplayksiköiden (kuva 2.26) koneaika ja siirtoväli ovat pidempiä kuin yhden lypsinyksikön, koska hitaampi lypsettävistä lehmistä hidastaa tuplayksikköä (taulukko 2.8). Kalanruotoasemalla lehmäerän koko on suurempi, joten siinä hitain lehmä on keskimäärin vielä hitaampi.

70 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 69 Kuva 2.26: Parsinavetan tuplayksikössä on kaksi lypsintä samalla lypsinkiskovaunulla Lypsyn järjestäminen ja lypsykoneen varustelu Aseman esiodotusalueelle eli kokoomatilaan voidaan asentaa ajolaite, jolla lehmiä ajetaan automaattisesti asemalle. Ajolaitteen on havaittu nopeuttavan asemalle tuloa 10 % ja lypsyä 5 % [Smith ym 1996]. Tämä vähentää lypsyn energiankulutusta. Ajolaitteen oma energiankulutus on minimaalinen. Lypsyn nopeutumiseen vaikuttaa tietenkin se, rajoittaako lehmien tulo asemalle lypsynopeutta vai ei. Jos asema on hyvin iso lypsäjämäärään verrattuna, niin silloin lehmien hidas tulo ei hidasta lypsyä niin paljon kuin pienellä asemalla. Lypsyasemalle tuloreitin on oltava kynnyksetön ja suora, sillä mutkalle tulo voi hidastaa asemalle tuloa merkittävästi [Housing Design for Cattle]. Kuva 2.27: A: Ajolaitteessa on teräskehikko, jolla lehmiä ajetaan esiodotustilassa kohti lypsyasemaa. B: Rinnakkaisasema, jolta lehmät poistuvat suoraan aseman sivulle, pikapoistuminen. Esimerkki 30. Sisääntulon kynnys lisää lehmää kohti käytettävää lypsytyöaikaa sekunnilla ja poistumispuolella oleva ahdas mutka lisää työaikaa keskimäärin 4 s/lehmä, kun lehmät kulkevat normaalia hitaammin ja välillä niitä joudutaan ajamaankin. Paljonko säästetään 2 kertaa päivässä lypsettävän 50 lehmän karjan lypsyssä työaikaa ja energia vuodessa, kun hidasteet poistetaan eli poistumismutka avarretaan ja kynnys luiskataan? Tyhjöpumpun tehonkulutus on 4 kw. 50,7 tuntia/a ja 203 kwh/a. Kun lypsyasemalla on nostettava rintapuomi (pikapoistuminen eli ns. fast exit, kuva 2.27) niin suoraan asemalta sivulle poistuminen nopeuttaa lypsyä verrattuna päätypoistumiseen. Smith ym [Smith ym 1996] tutkimuksessa lypsy nopeutui yhdellä lypsäjällä noin 16 % 2x10 asemalla. Kahdella lypsäjällä lypsy nopeutui 14

71 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 70 Taulukko 2.7: Lypsyn järjestämisen vaikutus lypsyaikaan [Smith ym 1996],[Hansen 1999], [Krumm ym 2004]) Taulukko 2.8: Yhden lehmän ja lehmäerien koneaikoja yhdessä tutkimuksessa [Hansen 1999] Lypsyasema Koneaika min Parsinavetta 5,9 Tuplayksikkö 7,0 Kalanruoto 8,6 % 2x16-asemalla. Suomalaisella täyden esikäsittelyn työrutiinilla sivupoistumisen hyöty on pienempi, koska pidemmän esikäsittelyn vuoksi poistumisen osuus lypsyajasta on pienempi ja lypsäjän työskennellessä pidempään ensimmäisen rivin eli puolen kanssa lehmillä on enemmän aikaa tulla lypsyseman toiseen riviin hidastamatta lypsyä. Koska esikäsittely oli tutkimustiloilla nopeaa, niin kaksi lypsäjää 2x12 ja 2x16-asemilla lypsivät vain vähän nopeammin kuin yksi, taulukko 2.9. Toisin sanoen lypsäjille jäi paljon joutoaikaa välttämättömien lypsytöiden välillä. Kalanruotoasemalla (kuva 2.28 kohta A) on pidemmät kulkumatkat kuin rinnakkaisasemalla (kuva 2.28 kohta B), joten sillä työskentely on hitaampaa. Ohikulkuasemien (kuva 2.28 kohta C) kapasiteetti lypsypaikkaa kohti on suuri pienillä asemilla, mutta asemakoon suurentuessa kulkumatkojen pidentyminen tekee ohikulkuasemista tehottomia. Erot kahden lypsäjän työskennellessä ovat kuitenkin pienet vielä 2x20-asemalla (taulukko 2.10). Yksin 2x10-asemalla työskenneltäessä ero on hieman pienempi kuin 2x20 asemalla kahdestaan. Lypsäjien joutuisuudella on paljon suurempi merkitys kuin ryhmälypsyasematyypillä näin pienillä asemilla. Saksassa on vertailtu normaaleita alaputkiasemia, joissa maitoputki kulkee utaretason alapuolella keskiputkiasemaan [Krumm ym 2004]. Keskiputkiasemissa maitoputki kulkee lypsysyvänteen päällä aseman keskilinjalla, Lypsimiä on puolet vähemmän kuin normaalisti ja niitä vaihdellaan lypsyaseman riviltä toiselle.. Alaputkiaseman työsaavutus oli noin 120 ja keskiputkiaseman 100 lehmää tunnissa 2x16-kokoluokassa yhdellä lypsäjällä. Työsaavutus oli yhtä suuri molemmilla asematyypeillä, kun aseman koko nousi 2x24:een. Keskiputkiasemassa (kuva 2.29) maito nostetaan alipaineen voimalla maitoputkeen, joten tyhjötason on oltava korkeampi, mikä nostaa energiankulutusta. Toisaalta keskiputkiaseman pienempi lypsinmäärä vähentää tyhjöpumpun tuottotarvetta sekä pesussa että lypsyssä. Kokonaisuutena keskiputki- ja alaputkiaseman energiankulutuksissa ei liene suurta eroa keskiputkiaseman eduksi lypsyssä. Pesussa veden tarve on pienempi keskiputkiasemassa. Lypsäjän työskentelynopeus ja työhön tulevat odotusajat määräävät kuinka nopeasti lypsy etenee. Lehmää kohti käytetyllä työajalla on hyvin suuri merkitys lypsyn työsaavutukseen (lehmää tunnissa) (kuva 2.30). Ku-

72 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 71 Aseman koko Taulukko 2.9: Asematyypin ja varustelun vaikutus lypsyaikaan [Smith ym 1996] Lypsäjä Päätypoistuminen Sivupoistuminen Nopeutuminen lehmää/h lehmää/h 2x % 2x % x % x % x Kuva 2.28: A: Kalanruotolypsyasema (FGM). B: Rinnakkaislypsyasema (Side-By-Side). C: Ohikulkulypsyasema (tandem). Kuvat Gea Farmtechnologies. vaa voi käyttää, kun arvioidaan lypsäjän työskentelynopeuden vaikutusta lypsynopeuteen ja siten lypsykoneen käyntiaikaan. Lypsimenkiinnitysväli on keskimääräinen aika lypsimen kiinnityksestä seuraavaan kiinnitykseen. Tämä aika koostuu siirtymäajoista, lypsimen odotusajoista, kiinnitysajasta ja koneajasta. Siirtymäajat ovat parsinavetassa lypsimen siirtoon kuluvia aikoja ja lypsyasemalla lehmäerän tulo- ja poistumisaikoja. Lypsimen odotusaika koostuu siitä, että lehmää ei heti aleta lypsää, kun se on lypsimen äärellä. Odotusaika sisältää siis tyypillisesti esikäsittelyajan ellei parsinavetassa esikäsittely ole tehty jo ennen lypsimen lehmälle tuontia. Käytännössä lypsimen kiinnitysväli on ryhmälypsyasemalla, eli kalanruoto- tai rinnakkaisasemalla, eränvaihtoväli. Lypsimenkiinnitysväli ja työskentelynopeus yhdessä määräävät, montako lypsintä tarvitaan, jotta lypsäjälle ei jäisi joutoaikoja tasaisella työskentelynopeudella. Käytännössä erot vedinten puhtaudessa, maidonantonopeudessa yms. aiheuttavat vaihtelua, minkä vuoksi lypsimiä tarvitaan vähän enemmän kuin teoreettinen kuva 2.30 näyttää. Taulukkoa voi kuitenkin käyttää sen arviointiin, onko suunniteltavassa uudessa lypsyjärjestelmässä sopiva määrä lypsimiä. Kun asema ei ole ylimitoitettu työskentelynopeuteen nähden, niin vältytään ylimitoituksesta johtuvasta energiankulutuksesta. Alimitoitus taas heikentäisi työntuottavuutta ja lisäisi myös energiankulutusta, sillä pienen lypsykoneen käyntiaika on pidempi ja sähkötehon tarve ei pienene suhteessa yhtä paljon kuin käyntiaika pitenee. Työvaihe Taulukko 2.10: Asematyypin vaikutus työmenekkiin [Smith ym 1996] Kalanruotoasema 2x20 Rinnakkaisasema 2x20 s/lehmä s/lehmä Tulo 4,8 3,6 Esikäsittely 10,5 8,7 Kiinnitys 12,4 9,5 Uudelleen kiinnitys, yms 1,5 0,5 Loppulypsy ja desinfiointi 4,0 3,5 Poistuminen 0,4 0,4 Joutoaika 6,4 (16%) 12,3 (32%) Yhteensä 40 38,5 Kapasiteetti lehmää tunnissa Kapasiteetti lehmää työtunnissa 90 93,5

73 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 72 Kuva 2.29: Lypsyasema, jossa toisella lypsykoneella on normaali alaputkiasennus ja erillislypsykoneella keskiputkiasennus eli maitoputki on lypsäjien päällä keskellä Lypsykoneen huolto Tyhjöpumput ovat usein kiilahihnavetoisia. Liian löysä kiilahihna luistaa, mikä voi lisätä energiankulutusta jopa 20 % [Energy efficiency 1996]. Energiankulutuksen kannalta oikea kireys on tärkeä erityisesti taajuusohjattua tyhjöpumppua käytettäessä, mutta muulloinkin kireys on tärkeää lypsykoneen oikean ja luotettavan toiminnan kannalta. Tyhjöputkiston vuodoilla on merkitystä energiankulutukseen yleensä vasta sitten, kun käytetään taajuusohjausta. Konehuoneen ilmanvaihdosta on huolehdittava, sillä lämpötilan nousu lisää tyhjöpumpun pumpattavan ilman tilavuutta ja siten tyhjöpumpun sähkönkulutusta. Alipaineen suuruus, joka ei saa ylittää lypsykonekohtaista suositusta, tulee tarkastaa tyhjömittarista aina lypsyn alussa. Alipaineen nousuun voi olla syynä likaantunut tyhjönsäätöventtiili. Tyhjöpumpun "pakoputki" suositellaan tarkastettavaksi vuosittain. Ilmanvirtausta haittaavat paksut likakerrostumat on poistettava Lypsykoneen pesu Lypsykoneen pesun energiankulutus koostuu pääosin vedenlämmityksestä ja tyhjöpumpun kulutus on yleensä kymmeniä prosentteja pesun energiankulutuksesta. Pienissä navetoissa lypsykoneen pesun sähkönkulutus saattaa olla suurempi kuin lypsyn. Pesun osuus navetan sähkönkulutuksesta pienenee karjakoon kasvaessa, koska pesuun tarvittava vesimäärä/lehmä pienenee. Jo muutaman kymmenen lehmän navetoissa pesun sähkönkulutus on yleensä vain murto-osa lypsyn sähkönkulutuksesta. Pesu perustuu mekaanisiin, kemiallisiin ja termisiin vaikutuksiin eli toisin sanottuna veden liikkeen, pesuaineen sekä veden ja lämpötilan vaikutuksiin. Pesuainetta ja energiaa voidaan säästää mekaanisen pesun optimoinnilla, kuten suunnittelemalla ja asentamalla lypsykoneeseen lyhyet ja yksinkertaiset putkistot sekä päätelaitteen tasoanturin säädöllä. [Reinemann ym 2003] Kiertopesussa (kuva 2.31) tyhjöpumpun tuottamalla alipaineella imetään pesuvesi maitoputkiston läpi ja pumpataan maito- pumpulla takaisin pesuriin. Kunkin pesuvaiheen lopuksi vesi poistetaan pesurista, yleensä viemäriin. Esihuuhteluissa pyritään huuhtelemalla vesi kerran putkiston läpi poistamaan maito ja etenkin sen valkuaisaineet putkistosta. Esihuuhteluvesi on joko kylmää tai haaleaa. Rasvan poistamiseksi suositellaan veden lämpötilaksi ºC-astetta, joka on voirasvan sulamislämpötilaa korkeampi [Reinemann ym 2003]. Ylälämpötilaa rajoittaa lämpötilan vaikutuksesta denaturoituvan valkuaisen koneeseen tarttumisriski. Pääpesussa poistetaan paitsi loput putkeen tarttuneesta maitorasvasta myös veden rauta- ja kalkkijäämät sekä bakteerikalvot yms. lika. Desinfioivaa kloori- tai happopesuainetta voidaan käyttää tappamaan bakteereita ja helpottamaan bakteerikalvon irtoamista. Pääpesuvesi lämmitetään yleensä kuumaksi. Jälkihuuhteluilla (1-3 kpl, yleensä 2) poistetaan pesuainejäämät lypsykoneesta. Jälkihuuhteluvesi on kylmää. Lopuksi putkisto kuivataan imemällä ilmaa sen läpi. Esimerkki 31. Paljonko pesu kuluttaa energiaa? Jos pääpesuun menee kuumaa vettä 40 litraa ja huuhteluun saman verran 40 C-asteista vettä 2 kertaa vuorokaudessa, niin pesuveden lämmityksen energiankulutus on noin 5000 kwh vuodessa.

74 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA Työaika s/lehmä Lypsintä/lypsäjä Lypsimien peräkkäisten kiinnitysten väli min Kuva 2.30: Teoreettinen lypsykapasiteetti, kun lehmää kohti käytetty työaika vaihtelee s väliltä. Tyhjöpumpun energiankulutuksen pienentäminen Tyhjöpumppu käy koko kiertopesun aikana yleensä noin puoli tuntia, päivässä siis yleensä tunnin. Joissain pesureissa pesuvaiheiden kestoja voidaan helposti muuttaa ohjelma-asetuksilla. Mekaanisella koneistolla varustetuissa pesureissa kestoaikojen muuttaaminen vaatii joko ohjelmakoneiston kiekkojen vuolun tai palojen liimaamisen kiekkoihin. Esihuuhtelussa putki huuhdellaan kertaalleen, joten siinä tyhjöpumpun käyntiaikaa ei voi lyhentää. Tyhjentämällä järjestelmä hyvin maidosta ennen esihuuhtelua voidaan toinen esihuuhtelu usein välttää. Pääpesu voi perustua joko tulvivaan noin 1,5 m/s etenevään vesivirtaukseen [Reinemann ja Peebles 1994] tai 7-10 m/s etenevien vesitulppien virtaukseen [Reinemann ja Mein 1995]. Yleensä pyritään muodostamaan vesitulppia, sillä se säästää vettä ja energiaa. Mekaanisen pesuvaikutuksen luovia vesitulppia syntyy maitopumpun pumpatessa vettä pesuriin jaksottain ja ilman päästessä pesurista putkistoon veden taakse, kun vesi on imetty pesurista. Vesitulppa estää alipaineisen ilman virtausta maitoputkessa, joten tulpan etupuolelle jää suurempi alipaine kuin taakse. Paine-ero antaa tulpalle suositellun nopeuden, jolla tulppa kulkee maitoputken läpi päätelaitteelle. Putkiston läpi tulisi pääpesun aikana mennä vesitulppaa [Osthues 2005] tai muu lypsykoneen toimittajan suosittelema vesitulppamäärä. Vesitulppien syntymistä, ja siten pääpesua, voidaan nopeuttaa asettamalla tasoanturit päätelaitteella niin, että vesitulpat pysyvät koossa päätelaitteelle asti, mutta eivät ole liian suuria. Tulpan ollessa liian suuri veden nopeus hidastuu ja vettä tulvii päätelaitteelle enemmän kuin sen pesuun tarvitaan [Reinemann ym 2003]. Lisäksi voidaan käyttää ilmainjektoria antamaan tovin ilmaa veden vauhdittamiseksi. Normaalisti pääpesu kestää minuuttia, joten saatava käyntiaikasäästö ei voi olla kovin suuri. Pesun nopeutuminen vähentää myös vedenlämmitystarvetta, joten energiansäästöä tulee kahta kautta. Jälkihuuhtelujen kestoaikoja ei voi lyhentää, mutta mahdollisen jälkihuuhtelun jälkeisen kuivatusajan, jolloin tyhjän putkiston läpi vedetään ilmaa, tarpeeseen vaikuttaa putkiston kaltevuus. Kuivatusaika on riittävä, jos putkisto ei jää valuttamaan vettä, kuivatuksen jälkeen. Maitoputki on asennettava 0,5-2 %:n kaltevuuteen ISO5707- standardin mukaan. Putki on helpompi asentaa viettäväksi, jos lypsyasema tehdään kaltevaksi päätelaitteelle päin. Lypsykoneen pesuveden lämmitys Ennen pääpesua vanhoissa pesureissa laite ottaa säiliöönsä vesimäärän, joka on asetettu etukäteen. Painekytkin katkaisee vedenoton, joten vesimäärää voi vähentää esim. vaihtamalla painekytkimen, siirtämällä painekytkimen paikkaa (uusi reikä säiliöön) tai laittamalla pesuvesisäiliöön pohjalle esim. pullon. Uudemmissa pesureissa todellista pesuvesimäärää ei yleensä voida asettaa, vaikka usein pesureihin asetetaankin nimellinen pesuvesimäärä pesurin asennuksen yhteydessä. Tätä asetusta pesuri saattaa käyttää esim. alustavaan vedenottoon ja pesuainetarpeen laskentaan. Uudemmat lypsykoneen pesurit yleensä määrittävät itse pesuvesimääränsä. Tällöin pesuri mittaa pesuvesisäiliössään olevien ylä- ja alaraja-anturien avulla veden imunopeutta, ja laskee pysyvätkö lämmitysvastukset säiliön pohjalla veden peittäminä koko pääpesun ajan. Tarvittaessa pesuri ottaa lisää vettä, jotta pesurin säiliön alaosassa olevat lämmitysvastukset pysyvät veden peittäminä koko pesun ajan. Pesuveden tarvetta voidaan pie-

75 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 74 Kuva 2.31: Pesuri (alh. oik.), pesutelineissä lypsimet, joiden kautta vesi imetään maitoputkistoon, lasinen päätelaite, johon vesi palaa ja josta maitopumppu pumppaa veden pesuriin. nentää tekemällä vedenpaluu maitoputkistosta pesuriin nopeaksi. Tähän voidaan vaikuttaa lypsykoneen suunnittelun, maitopumpun ohjauksen ja ilmainjektorin (lisävaruste) avulla. Jotta jokainen vesitulppa olisi yhtä suuri ilmainjektoria käytettäessä, on ilmaa päästettävä niin paljon, että pesuputki tyhjenee joka vesitulpalla [Reinemann ym 2003] (taulukko 2.11). Käytännössä vesimäärä vaihtelee lypsykoneittain maitomittarien yms. osien koon mukaan. Taulukko 2.11: Esimerkki lypsykoneen eri osien pesuveden tarpeesta [Reinemann ym 2003] Vesitilavuus Veden tarve l Esimerkki pesuveden tarpeesta Määrä d (mm) Veden tarve l Maitoputki 30 m 73 25,1 Paineputki 15 m 38 6,8 0,2 x putken tilavuus Pesuputki 39 m 48 10,9 Maitoletku Lypsin Lukumäärä litroina 16 kpl 16 Maitomittari Lukumäärä litroina 16 kpl 16 Esijäähdytin Tilavuus lukumäärä Lämmitysvastuksen jäävät Pesurin veden alle pohja Pääpesuveden lämmitystarve Veden lämpötilan noustessa veden aktiivisuuden nousu parantaa lian liukenemista lypsykoneesta. Jos lämpötila laskee liikaa pesun aikana, niin lika voi tarttua uudelleen lypsykoneeseen. Pesuriin palaavan pesuveden paluulämpötilan tulisikin olla myös pääpesun lopussa riittävän lämmintä. Lian liukenemista edistetään pesuainein, joten erityyppisiä pesuaineita käytettäessä loppulämpötilavaatimus on erilainen. Lypsykoneen kiertopesussa paluuveden lämpötilan tulisi olla vähintään 77 C pesuaineettomassa pesussa, yleensä 55 ºC kloorittomilla pesuaineilla ja 42 ºC klooripesuaineilla [Sundberg ym 2009]. Lisäksi markkinoilla on matalan lämpötilan pesuaineita, joita käytettäessä veden alkulämpötila voi olla esimerkiksi 45 ºC ja paluulämpötila 20 ºC. Matalan lämpötilan pesuaineiden käyttöä vähentää yleensä niiden hinta. Tarkemmat ohjeet lämpötilasuosituksista saa pesuaineen toimittajalta. Yleensä Suomessa vesi lämmitetään pesurin vastuksin. Joidenkin pesureiden näytöltä voi tarkastaa palaavan veden lämpötilan, jotta lähtevän veden lämpötila voidaan asettaa sopivan korkeaksi. Pesuveden lämpötila voidaan myös mitata pesurin poistaessa pääpesuvettä. Joissakin pesureissa lämmityslämpötilaa voi muuttaa vain termostaattia vaihtamalla ja joissain lämpötila-asetusta voidaan muuttaa ohjelman asetuksista. Kuuman veden

76 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 75 otto pesuriin varaajasta on yleistymässä nopeasti. Otettaessa pääpesuvesi varaajasta, voidaan hyödyntää esihuuhtelun putkistoa lämmittävää vaikutusta, sillä vedenlämpenemistä ei tarvitse odotella eikä putkisto kerkeä jäähtyä. Toisaalta varaajan lämpöhäviöt lienevät hieman suuremmat kuin pesurin, mikä lisää energiankulutusta. Varaajasta vetensä ottava pesuri ei lämmitä vettä pesun aikana, joten veden lähtölämpötilan on oltava korkeampi kuin lämmittävällä pesurilla. Riskinä on, että riittävän paluulämpötilan saavuttamiseksi vesi joudutaan lämmittämään pesuaineen sallittua enimmäislämpötilaa, esim. 77 ºC [Reinemann ym 2003] kuumemmaksi. Yleensä tämä ongelma voidaan kuitenkin estää esim. putkistojen eristämisellä. Mitä vähemmän vesi jäähtyy pesun aikana, sitä vähempi pesuveden lämmitys riittää. Suunnittelemalla maitoputki ja maidonkokoojalta lähtevä paineputki lyhyiksi, jäähtymistä voidaan vähentää. Pesu-, maito- ja paineputket voidaan myös eristää, mikä pienentää pesurin lämmitystehotarvetta noin kolmanneksella. Tanskalaiset ovat havainneet paineputken ja pesurin lämminvesiputken eristämisen vähentävän % pesuveden lämmitystarvetta [Kromann 2011]. Suomessa kylmemmän ilmaston vuoksi sisälämpötilatkin saattavat olla talvella alhaisempia kuin Tanskassa ja eristämisen hyöty voi olla suurempi. Esimerkki 32. Lypsykoneen vedenlämmitykseen kuluu sähköä 5000 kwh:a vuodessa, 18 snt/kwh. Eristyksellä säästetään 15 %, paljonko on vuosisäästö. 750 kwh/a ja 135 euroa/a. Jos vesi on esilämmitetty maidonlämmöntalteenotolla, niin säästö on noin puolet. Maidonkokoojan tasoanturin asetuksella ja ilmainjektorin avulla voidaan nopeuttaa vesitulppien syntymistä, jolloin pääpesuaikaa voidaan lyhentää joskus jopa useilla kymmenillä prosenteilla. Tämä vähentää pesuveden jäähtymistä hieman vähemmän. Matalan lämpötilan pesuainetta käytettäessä normaalia pienempi lämpötilaero pesuveden ja ympä- ristön välillä vähentää veden jäähtymistä. Lämmön uudelleenkäyttö Pesuveden lämmitystarvetta voidaan vähentää usein puolella käyttämällä tilasäiliön lämmöntalteenotolla (LTO) esilämmitettyä vettä. Käytettäessä matalan lämpötilan pesuainetta, joka tosin on tavallista kalliimpaa, LTO:lla lämmitettyä vettä ei välttämättä tarvitse lämmittää lainkaan. Toinen mahdollisuus on käyttää kierrätyspesuria. Tällöin pesuvesi otetaan talteen ja käytetään uudelleen seuraavalla pesukerralla. Näin voidaan hyödyntää osa pesuveden lämmöstä ja pesuaineen jäljellä oleva pesuteho. Kolmas mahdollisuus olisi ottaa pääpesuvesi talteen eristettyyn säiliöön, ja käyttää tämä vesi seuraavalla pesukerralla haaleana esihuuhteluvetenä. Tämä ei kuitenkaan ole yleensä mahdollista, sillä monet pesurit voivat ottaa esihuuhteluvetensä yleensä vain verkostosta. Neljäs mahdollisuus on ottaa pääpesuvesi talteen säiliöön (kuva 2.32) ja käyttää vesi vaikka lattioiden pesuun. Säiliössä oleva lämmin vesi lämmittää hieman huonetilaakin. Kuva 2.32: A: Kierrätys- eli varastopesuri, käyttää samaa pääpesuvettä esim. 2 viikkoa ja hyödyntää jälkihuuhteluveden esihuuhteluun. B: Vesisäiliö, johon pesuri ohjaa talteen pääpesu- ja jälkihuuhteluvedet käytettäväksi lypsyaseman pesuun

77 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA Lypsyrobotti Lypsyrobotti on automaattinen lypsyasema. Esilämmitettyä vettä käyttävän robotin sähkönkulutus voi olla 20 kwh/maitotonni [Jensen 2009]. Toisalta Kraatzin [Kraatz 2008] mukaan KTBL 1 on mitannut yli 60 kwh/maitotonni kulutuksia. Robottilypsyssä sähköä tarvitaan vedenlämmitykseen, paineilman ja alipaineen tuottamiseen sekä muihin toimintoihin. Robotin sähkönkulutukseen maito kg kohden vaikuttaa montako litraa saadaan tunnissa lypsettyä. Lisäksi robotti kuluttaa paljon lämmitettyä vettä laitteiston pesuun ja vedinten puhdistukseen (taulukko 2.12). Jensenin [Jensen 2009] tilaseurannassa kulutukset olivat robottia kohti 300:sta reiluun 900 litraan/d/robotti. Robotilla tarvittava lämmin vesi on pääasiassa noin 40 ºC-asteista. Tilasäiliön lämmöntalteenotolla voidaan esilämmittää 52 ºC-asteeseen robotin tarvitsema määrä (taulukko 2.12). Legionellavaaran välttämiseksi vettä voi olla kuitenkin syytä lisälämmittää ja sitten sekoittaa viileämmäksi robotilla. Esilämmitetyn veden käyttö voi pienentää paljon robotin tarvitseman veden lämmityksen sähkönkulutusta, esimerkiksi 13000:sta noin kolmeen tuhanteen kilowattituntiin vuodessa. Taulukko 2.12: Lypsyrobottien vedenkulutuksia valmistajien ilmoituksien mukaan [Jensen 2009] Lely DeLaval Esim. Pesuvaihe Vesimäärä Lämpötila Vesimäärä Lämpötila krt/d l ºC l ºC Lypsimen välihuuhtelu 0,5 40 2, Pääpesu Esihuuhtelu 22, Jälkihuuhtelu Lyhyt pesu Hollantilaisessa selvityksessä kullakin merkillä tehottomimman robotin sähkönkulutus oli noin 2,5-kertainen verrattuna tehokkaimpaan robottiin, kun lypsykerrat ja tuotokset päivässä oli normitettu samoiksi joka robotilla [Zessen 2006]. Esilämmitetyn veden käyttö selitti suuren osan energiankulutuseroista. Toinen tärkeä selittävä tekijä oli päivätuotos. Kolmanneksi erot apulaitteiden käytössä voivat selittää osan eroista. Robotin merkillä oli paljon pienempi merkitys sähkönkulutukseen kuin robotin käytöllä, vaikka tutkimuksessa oli 2000-luvun alkupuolen VMS:iä, joiden energiankulutus on suurehko. Paineilman tuottamisen osuus tehokkaan robotin kulutuksesta on kymmeniä prosentteja. Jo pienetkin paineilmavuodot voivat nostaa paineilman kulutusta kymmeniä prosentteja ja suuret voivat moninkertaista robotin sähkönkulutuksen. Teollisuudessa pienten liitosvuotojen havaitsemiseen käytetään ultraäänilaitteita, mutta maatilamittakaavassa liitosten saippuavesisivelyä voidaan käyttää, sillä paineilmalinjat ovat lyhyitä ja liitoksia on vähän [Ludington ym 2004]. Paineilmakompressorihuoneen pitäisi olla viileä, koska robotille menevä lämmin paineilma jäähtyessään menee pienempään tilaan ja paine laskee silloin. Tämä lisää paineilman tuottotarvetta ja energiankulutusta. Huoneen tulee kuitenkin olla yli 0 ºC:ssa kompressorin jäätymisen ehkäisemiseksi. Lypsyrobotin tyhjöpumppu on usein varustettu taajuusohjauksella, minkä vuoksi tyhjöntuotto on energiatehokas. Tyhjöntuottamisen energiankulutusta voidaan vähentää hieman suunnittelemalla lyhyt tyhjölinja ja vähentämällä vuotoja putkien liitoksissa. Näiden vuotojen merkitys on robottilypsyssä suurempi kuin perinteisessä lypsyssä, koska alipaine on robottilypsyssä putkistossa lähes ympäri vuorokauden. Robotin päivätuotoksen noustessa energiakulutus lypsettyä maitolitraa kohden pienenee. Päivätuotosta nostaa suurempi kertatuotos, nopeampi maidonanto, lypsimenkiinnityksen nopeutuminen ja robotin käyttöasteen nousu. Kerralla lypsettävä tuotos nousee karjan keskituotoksen noustessa. Maidonantonopeuteen ja lypsimenkiinnitysnopeuteen voi vaikuttaa karjanjalostuksella ja lehmävalinnalla. Käyttöastetta taas voidaan parantaa ruokintakertoja lisäämällä, selkein kulkureitein, kasvattamalla lehmämäärää ja suunnittelemalla robotille kaksoiskierto. Kaksoiskierrossa opetettavat hiehot, hitaasti kulkevat lehmät yms. erikoislehmät ovat omassa ryhmässään robotin takapuolella ja pääsevät robotille lyhyestä matkasta Tällöin ne käyvät paremmin omatoimisesti lypsyllä, joten näiden erikoislehmien lypsy ei sotke robotin normaalia käyntiä. Lisätietoja kaksoiskierrosta esim. _robottilypsyssa.pdf ja Maidon jäähdytys ja säilytys Maidon jäähdytys Maidon lämpötila on lypsyn jälkeen ºC ja se on jäähdytettävä 3-4 ºC lämpötilaan. Tämä takaa maidon laadun säilymisen. Maidon ominaislämpökapasiteetti on 4 kj/(kg K), 3,89 4,01 [Danfoss M2]. Kun yhden 1 KTBL = Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft,

78 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 77 maitolitran lämpötilaa alennetaan 30 ºC astetta, tästä vapautuu 126 kj (0,035 kwh/kg maito). Jos vuosituotos on 9000 kg, saadaan vuodessa noin 300 kwh lämpöä. Tämän lisäksi jäähdytyskoneisto tuottaa vielä lisää lämpöä sähkönkulutuksensa verran, josta suuri osa voidaan ottaa myös talteen. Kuva 2.33: Tilasäiliön eli maitotankin kylmäkone tehdasasennettuna tilasäiliön päässä. Lauhdutin ylhäällä ja kompressori alhaalla (sininen). Tilasäiliön kylmäkone on toimintaperiaatteeltaan lämpöpumppu, kuva Kylmäkone siirtää lämpöä paikasta toiseen monta kertaa enemmän, kuin itse kuluttaa sähköä. Tätä kuvataan kylmäkoneen tehokertoimella (lämpökerroin), joka on lämmönsiirtoteho/sähkömoottorin ottoteho. Tilasäiliön kompressorin energiankulutus on vain murto-osa maidon jäähdyttämisessä vapautuvasta lämpöenergiasta. Lämpöä johtuu myös tilasäiliön vaipan läpi kylmään maitoon. Tämä kylmähävikki voi olla viileässä maitohuoneessa 0 ja kuumassa noin 20 % (vrt. SFS-EN13732+A2) siitä, mitä lämpimän maidon jäähdytykseen kuluisi. Kylmähävikin lämpömäärä on poistettava maidosta kylmäkoneella ja tämäkin lämpömäärä talteenotettavissa. Teoriassa lämpöä voi olla talteenotettavissa 1,4... 1,8-kertainen määrä kuin pelkästä lämpimän maidon jäähdytyksestä vapautuu. Maito voi jäähtyä talvella paljonkin matkalla tilasäiliölle [Pak & Petry 1981] ja LTO:n hyötysuhde on yleensä korkeintaan noin 50 %, joten usein lämpöä saadaan veteen talteen vähemmän kuin lämpimästä maidosta vapautuu jäähdytettäessä. Tarkempia hyötysuhdetietoja voi tiedustella laitevalmistajilta. Niissä tiedoissa ei liene arvioitu lämmitetyn veden varastosäiliöön siirron lämpöhävikkiä, koska putkiasennus ei kuulu LTO-toimitukseen. Tilasäiliössä on kylmäainekiertoputkisto ja kompressori, joka pumppaa kaasumaista lämmintä kylmäainetta noin baarin paineella lauhduttimeen. Lauhduttimessa jäähtymisen ja kompressorin luoman paineen ansiosta kylmäaine tiivistyy nestemäiseksi ja samalla kylmäaineesta vapautuu lämpöä. Jäähtymistä tehostetaan ilmalauhduttimissa puhaltimella. Neste virtaa paisuntaventtiilille (ns. termoventtiili), joka hidastaa nesteen nopeutta siten, että kylmäaineen paine laskee muutamiin baareihin venttiilin toisella puolella, joka on kompressorin imupuoli. Paineenlaskun seurauksen kylmäaine höyrystyy eli muuttuu kaasumaiseksi ns höyrystimessä. Kuten vedenkin höyrystyminen keitettäessä vaatii paljon lämpöä, niin myös kylmäaineen höyrystyminen sitoo paljon lämpöä. Höyrystymiseen tarvittava lämpö johtuu kylmäaineeseen tilasäiliön läpi maidosta. Jotta kaikki kylmäaine varmasti höyrystyisi, eikä menisi kompressorille nesteenä ja särkisi sitä, termostaatti säätää paisuntaventtiilin paine-eroa niin, että kylmäaine lämpenee, ts. tulistuu, esim. 5 ºC höyrystymislämpötilaa lämpimämmäksi. Termostaattisen paisuntaventtiilin tehtävä on säätää paine-eroa niin, että kylmäaineen höyrystyminen ja nesteytyminen tapahtuvat oikeissa paikoissa. Lämpötilat, joissa kylmäaineen höyrystyminen ja nesteytyminen lauhduttimessa tapahtuvat eli höyrystymis- ja lauhtumislämpötilat ja siten höyrystymis- ja lauhtumispaineetkaan, eivät ole vakioita. Ympäristön lämpötilan nousu nostaa lauhtumislämpötilaa ja maidon lämpötilan laskiessa höyrystymislämpötila laskee. Mitä suurempi höyrystymis- ja lauhtumislämpötilojen ero on, sitä enemmän työtä kylmäkoneen tarvitsee tehdä. Mitä pienempi höyrystymis- ja lauhtumislämpötilojen ero on, sitä pienempi kompressorin lauhtumis- ja höyrystymispuolen paine-ero riittää jäähdyttämään maidon. Esimerkiksi eräässä kokeessa sähkönkulutus väheni 20 % laskettaessa maitohuoneen lämpötilaa 7 ºC-astetta 32:sta ºC 25:een ºC[DLG Prufberichte 4885]. Laskettaessa lämpötilaa edelleen 25:stä ºC 5 ºC-asteeseen kulutus väheni 40%. Kesäkuumilla maitohuoneen hyvällä ilmanvaihdolla turvataan maidon riittävän nopea jäähtyminen. Matalilla lämpötiloilla energiansäästöä rajoittaa termostaattisen paisuntaventtiilin kapea lämpötilasäätöalue [Good Practice Guide 280], joten esim. pakkasilmasta ei enää saada hyötyä. Lauhdutuslämpötilaa voidaan laskea monin keinoin: 1. Normaalin ilmalauhduttimen ympäristön lämpötilaa, ja siten lauhdutuslämpötilaa, voidaan alentaa siirtämällä lauhdutin viileämpään tilaan. Ilmalauhdutin on yleensä kiinni tilasäiliössä, mutta kylmäasentajan on helppo siirtää se muualle. Jos samalla siirretään kompressoriakin, niin kompressorin imulinja tulisi eristää kylmähäviöiden vähentämiseksi. Lauhdutinta ei pidä sijoittaa kosteaan ammoniakkipitoiseen

79 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 78 Kuva 2.34: Kylmäkone, A. Kompressori B. Korkeapainepressostaatti D. Lauhdutin E. Puhallin K. Termostaattinen paisuntaventtiili (tuntoelin höyrystimen toisella puolella) L. Höyrystin (tilasäiliössä) M. Matalapainepressostaatti navettailmaan, sillä se hapettaisi lauhduttimen kupariosat rikki. Rehunkäsittelytilaan lauhduttimen voi sijoittaa (kuva 2.35), kun sen ilmanvaihto on järjestetty niin, että alipaine imee ilmaa välivarastosta navettaan päin eikä navetasta virtaa ammoniakkipitoista märkää ilmaa välivarastoon. Kesäaikana lämpö pitäisi pystyä johtamaan suoraan ulos, jotta välivarasto ja siellä oleva säilörehu eivät lämpene liikaa. Lauhdutinta ei kannata sijoittaa aivan lattian rajaan, koska se lisää pölyn kulkeutumista lauhduttimeen ja siten heikentää lauhtumista ja lisää energian kulutusta. Toisaalta lauhdutinta ei kannata sijoittaa välikaton tuntumaankaan, sillä siellä korkeampi ilman lämpötila lisää energiankulutusta. 2. Maitohuoneen ilmanvaihtoa voidaan parantaa. Katso vinkkejä kohdasta koneellinen ilmanvaihto. 3. Ilmalauhduttimen puhaltama lämmin ilma voidaan kanavoida ulos, jolloin se ei lämmitä turhaan maitohuonetta. Jotta kanavointi olisi helpompi tehdä, kylmäasentaja voi siirtää lauhduttimen pois tilasäiliön päästä. 4. Nestelauhduttimen käyttö ilmalauhduttimen sijaan sitoo lämmön veteen energiatehokkaasti matalassa lauhdutuslämpötilassa. Koska veden lämpötilavaihtelut ovat melko pieniä, niin lisähyötynä lauhdutuslämpötila pysyy tasaisena, ja termostaattinen paisuntaventtiili saadaan toimimaan energiatehokkuutensa optimialueella. Nestelauhduttimet eivät ole ilmalauhduttimia monimutkaisempia, mutta nykyään harvinaisia. 5. Maidonlämmöntalteenotto sitoo puolet lauhdelämmöstä veteen, mikä laskee maitohuoneen lämpötilaa. Tämä vähensi eräässä tutkimuksessa keskimäärin 7 % tilasäiliön kompressorin energiankulutusta [Kammel ja Patoch 1993]. Maidonjäähdytyksen energian kulutus on 0,013-0,022 kwh/l [Murphy ym 2013] Lämmöntalteenotto maidonjäähdytyskoneikosta (LTO) Talteen saatavissa olevaa lämpömäärää on käsitelty kappaleen alussa. Maidonlämmöntalteenotto on tilasäiliöstä erillinen vedenlämmitysjärjestelmä, jossa on yleensä lämmöntalteenottosäiliö, levylämmönsiirrin eli LTO-pakka (kuva 2.36) ja näiden välinen vesikierto (kuva 2.37). Lämmönsiirrin sijoitetaan kompressorin ja lauhduttimen väliin. Lämpö siirtyy kylmäaineesta lämmösiirtimen läpi veteen. Lämmennyt vesi kierrätetään LTO-säiliöön, josta vettä otetaan käyttöön usein lämminvesivaraajan kautta. Jäähdytettävästä maidosta ja tilasäiliön kompressoreista vapautuvaa lämpöenergiaa otetaan talteen kylmäaineesta veteen n 50%:n hyötysuhteella. Tarkempia hyötysuhde tietoa voi tiedustella laitevalmistajilta. Lämmönsiirrin vastustaa kylmäaineen virtausta, mikä pienentää jäähdytystehoa noin 15 % [Kaurich 2010]. Toisaalta lämmön siirtäminen veteen ilman sijasta alentaa ympäristön lämpötilaa maitohuoneessa, mikä alentaa

80 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 79 Kuva 2.35: Tilasäiliön lauhdutin rehunvälivarastoa lämmittämässä. Kuva: Malvisto A-M. Kuva 2.36: LTO-pakka on levylämmönsiirrin jossa vesi ja kylmäaine virtaavat levyjen eri puolilla energiankulutusta. Esimerkiksi USA:ssa 74 tilalla tehdyssä tutkimuksessa lämmöntalteenoton käyttöönotto vähensi keskimäärin 7 % tilasäiliön kompressorin energiankulutusta [Kammel ja Patoch 1993]. LTO:lla saadaan tuotettua lämmintä vettä joko murto-osalla normaalista sähköllä lämmittämisen energiankulutuksesta. Lämmöntalteenotolla saadaan sitä lämpimämpää vettä, mitä korkeammaksi lauhdutuspaine nostetaan. Toisaalta mitä korkeampi lauhdutuspaine on, sitä suurempi on energiankulutus. Vesi suositellaan lämmitettävän ºC-asteeseen LTO:lla, sillä lisälämmitys ºC-asteeseen kasvattaisi kompressorin kulutusta % [Kølekompressoren]. Jos lämmintä vettä kuitenkin käytetään esimerkiksi robottinavetassa niin paljon, että LTO ei kykene lämmittämään riittävästi vettä 52 ºC:een, niin silloin suositellaan sähkön ja kompressorin säästämiseksi alempaa lämpötilaa ja veden lisälämmitystä sähkövaraajassa. Kompressorin kireä käyntiääni voi johtua siitä, että lauhdutuslämpötila on asetettu liian korkeaksi. Tällöin paisuntaventtiilin asetusta on muutettava. Jos LTO:lta käyttöön lähtevä vesi on yli 20 mutta alle º50 C-asteista, on verkostossa olemassa veden pilaantumisriski legionellabakteerin kasvun vuoksi [Legionellat]. Lisäksi lämminkäyttövesiputkisto pitäisi eristää, ettei käyttöveden lämpötila laske alle suositellun 50 ºC-asteen eikä varsinkaan alle 46 ºC:n, jolloin legionella alkaisi lisääntyä. LTO:lla alle 50 ºC:een lämmitetty vesi suositellaan kuumennettavan niin paljon yli 50 ºC:n, että veden lämpötila ei laske putkistossa alle 50 ºC:en. Legionellariski kasvaa myös, jos lämminkäyttövesijärjestelmässä on vesipisteitä, joita ei käytetä päivittäin. Legionella voi aiheutta yskää, kuumetta, vatsaoireita ja alle 5 %:lle potilaista keuhkokuumetta [THL bakteeritaudit]. Jos tilalla on maidon-lto ja joudutaan lämmittämään vettä lämmöntalteenotosta huolimatta 50 ºC:een sähköllä, niin silloin painelinjan (päätelaitteen ja tilasäiliön välinen putki) eristäminen voi olla järkevä ratkaisu. Maidon jäähtyminen painelinjassa vähenee, joten lämpimämmästä maidosta on otettavissa enemmän lämpöä talteen. Kun keskimäärin maidon jäähdytyksen sähkönkulutus on noin puolet maidon lämpömäärästä ja tilasäiliön sähkökulutuksestakin saadaan lämpöä talteen, niin vähentämällä maidon jäähtymistä paineputkessa saadaan lämmintä vettä alle puolella sähkönkulutuksella kuin lämmittämällä vettä sähköllä. Jos lämmöntalteenottopakka jäätyy, niin se rikkoontuu ja vesi sekä kylmäaine sekoittuvat. Vesi rikkoo usein tilasäiliön kompressorin ja pahimmassa tapauksessa vettä ei saada poistettua täysin tilasäiliön höyrystimestä, jolloin tilasäiliö menee vaihtoon. Maitoakin saattaa lämmetä pilalle. Ellei vakuutusturva ole kunnossa, niin

81 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 80 Kuva 2.37: Maidon lämmöntalteenotto, A) venttiili B) kiertovesipumppu C) LTO-vesisäiliö ja näiden välinen putkisto. Lähde Wedholms AB kymmenien tuhansien eurojen vahinko jää kokonaan maidontuottajan maksettavaksi. Lämmöntalteenottopakka ja putket kannattaa eristää, ettei pakka jäädy pakkasella heti esim. ilmanvaihdon rikkoonnuttua. Eristäminen parantaa myös lämmöntalteenoton hyötysuhdetta. Lämmöntalteenottokierrossa olisi hyvä olla lämpömittarit LTO-säiliöltä lähtevälle ja palaavalle vedelle, kuva Näistä nähtäisiin helposti, toimivatko kiertovesipumppu (C, aiemmassa piirroksessa) ja venttiili (B) oikein. Muuten näiden osien rikkoonnuttua LTO ei toimi ja sähkövaraaja saattaa lämmittää veden kokonaan pitkän aikaa. Kuva 2.38: Halpa lämpömittari jolla voi seurat putkien lämpötiloja. Anturi kannattaa asentaa putken pinnalle eristeen alle. LTO:lla saadaan lämmitettyä vettä vähällä sähköllä. Silti LTO ei ole järkevä ratkaisu joka tilalle, sillä LTO:n taloudellisuus riippuu maidontuotannon vedentarpeista. Pienimmillä tiloilla veden lämmittäminen yksinkertaisemmin ja hankintakustannuksiltaan edullisemmin menetelmin voi olla LTO:a järkevämpää. Jos tilalla tarvitaan paljon lämpöä ja sitä tuotetaan hakelämmityksellä, niin LTO:n hankinta hakelämmityksen rinnalle ei välttämättä ole taloudellista. Ei ainakaan silloin, kun lehmien juomavesi lämmitetään, koska tällöin juomavesi kannattaa lämmittää maidon esijäähdyttimellä ja esijäähdytyksen jälkeen maidossa on vain vähän lämpöä talteenotettavaksi. Hankintaa pohdittaessa on muistettava, että LTO-laitteet eivät ole ikuisia eivätkä riskittömiä sekä vaativat asennuksen, asennustilan ja toiminnan seurantaa. Esimerkki 33. Lämmöntalteenotolla saadaan 40% maidon lämmöstä talteen. Kuinka paljon tämä säästää kustannuksia 60 lehmän karjassa, jos lämmin käyttövesi tuotetaan sähköllä (18 snt/kwh), öljyllä (11 snt/kwh) tai hakkeella (2 snt/kwh)? Yhdestä maitokilosta saadaan korkeintaan 0,035 kwh/l. Jos keskimääräinen tuotto on 8000 l/v, saadaan 0, ,035 = 112 kwh/lehmä ja koko karjasta = 6720 kwh. Tästä saatava säästö on: sähkö 1210, öljy 740 ja hake Maidon esijäähdytys Maidon jäähdyttäminen kylmällä käyttövedellä on yleistä Keski-Euroopassa, mutta harvinaista Suomessa muuten kuin maitosiilojen yhteydessä. Maitosiilo on tornimainen ulossijoitettava säiliö, jota käytetään maidonsäilytykseen tilasäiliön asemesta. Maitosiiloja ei ole suunniteltu täysmittaiseen jäähdytykseen vaan kompressorin teho riittää vain loppujäähdytykseen ja kylmänäpitoon Esijäähdyttimenä on lämmönvaihdin, jossa tilasäiliöön pumpattava maito ja kylmä vesi virtaavat vastakkaisiin suuntiin teräspintojen eri puolilla. Halvin ratkaisu on putkiesijäähdytin, mutta kaupalliset ratkaisut ovat yleensä levylämmönvaihtimia. Esimerkiksi maito voi jäähtyä

82 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 81 Kuva 2.39: Maidon esijäähdytin. Esijäähdyttimessä on teräslevypakat, jossa maito ja kylmä kaivovesi virtaavat vuorovälein. Kuva Boumatic jopa noin 1-2 asteen päähän kaivoveden lämpötilasta [Plattenkühler 2013]. Koska Suomessa maanpintakerroksen lämpötila ja siten kaivoveden lämpötila ovat etelässä 6-8 ja pohjoisessa 2-3 ºC-astetta [Geoenergia 2013], niin esijäähdytys vähentää jäähdytystarvetta ja tilasäiliön energiankulutusta murto-osaan. Pohjois-Suomessa jopa kokonaan esitetietojen mukaan. Esijäähdyttimen käyttö lisää sähkön kulutusta arviolta reilut 10 kwh/lehmä/a veden pumppaukseen välisäiliöstä juottoon. Jos navetassa on muutenkin paineenkorotuspumppu, niin lisäkulutus on tätä alhaisempi. Kuva 2.40: A: Esijäähdytyksellä lämmitetty vesi johdetaan tästä varastosäiliöstä (6m3) 200 lehmän juottoon. B: Lypsyrobotin yhteydessä riittää pieni vesisäiliö esijäähdytyksen lämmittämälle vedelle. Esijäähdyttimen käyttö toimii vesipumpun ja navetan kylmävesihuollon kautta ja sen energian tarve on selvästi pienempi verrattuna siihen, että maitoa jäähdytetään saman verran kylmäkoneen avulla. Lämmennyt vesi käytetään esimerkiksi eläinten juottovetenä, lattialämmitykseen tai se johdetaan lämminvesivaraajaan tai viemäriin. Esijäähdyttimen käyttö vähentää myös tilasäiliön jäähdytysjärjestelmän kulumista. Esijäähdytetyn maidon lämpötilaan vaikuttaa oleellisesti vaikuttaa seuraavilla asioilla: a) esijäähdyttimen rakenteella, kuten levylämmönsiirtimen levyjen määrällä b) jäähdytysveden lämpötilalla sekä c) veden ja maidon virausnopeuksilla. Esijäähdytys voidaan automatisoida magneettiventtiilin avulla, joka päästää vettä esijäähdyttimeen aina, kun maitopumppu pumppaa maitoa tilasäiliöön. Veden virtausnopeus on yleisesti noin 1-2 kertaa maidon virtausnopeus, sen mukaan kuinka kylmäksi maito halutaan jäähdyttää ja kuinka paljon vettä kulutetaan navetassa. Koska maitopumppu käy normaalisti vain 15 % % [Hömberg 2001, Ludington ym 2004] lypsyajasta, niin maito kulkee melko nopeasti esijäähdyttimen läpi. Maidon jäähtymistä voidaan edistää hidastamalla maitopumpun nopeutta taajuusmuuttajalla. Sillä voidaan hidastaa maitopumpun pyörimisnopeutta koko lypsyn ajaksi ja normaalinopeutta käytetään vain pesussa. Yleisempi, joskin kalliimpikin, on kaupallinen ratkaisu ohjata maitopumpun nopeutta anturiviestien avulla. Tällöin käytetään normaalisti hyvin hidasta nopeutta lypsyn aikana ja nopeutetaan maitopumpun käyntiä tarvittaessa sitä mukaa kun maidon pinta nousee päätelaitteessa. Esimerkiksi Ludingtonin ym [Ludington ym 2004] mukaan tällaisella maitopumpun taajuusohjauksella saadaan lähes kaksinkertaistettua esijäähdytysteho.

83 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 82 Esijäähdyttimen käyttö LTO:n sijaan on järkevää etenkin silloin, kun lehmien juomavettä lämmitetään, koska tällöin vedelle on järkevä käyttö ja esijäähdytin on LTO:a yksinkertaisempi ratkaisu. Jos ollaan hankkimassa uutta tilasäiliötä, niin esijäähdytyksen ansiosta voidaan joissain tapauksissa tilata säiliö kahden kompressorin sijaan yhdellä pienellä kompressorilla. Tällä säästöllä voidaan rahoittaa merkittävä osa esijäähdyttimen hankinnasta. Esijäähdyttimestä voidaan saada puolet siitä lämpömäärästä, joka tarvitaan lehmien juomaveden lämmittämiseksi suositeltuun noin 17 ºC:een lämpötilaan. Juottovesi voidaan jatkolämmittää 17 ºC-asteeseen tai juottaa viileämpänä. Vedenlämmityksen on havaittu lisäävän tuotosta ruotsalaisissa tutkimuksissa, mutta ei muualla ulkomailla (katso kappale 2.5.6). lisätietoja kappaleesta Lämmin juomavesi. Maidon esijäähdytys voi olla varteenotettava vaihtoehto lämmöntalteenotolle silloin, kun käyttövesi lämmitetään muuten kuin sähkövaraajalla, esim. kokonaan hakkeella. Tällöin huoltotarve vähenee. Esijäähdyttimen käyttö voi olla järkevää myös pienimmissä navetoissa, joissa lämmöntalteenoton kiinteät kustannukset ovat suuret verrattuna veden lämpenemisestä saatavaan hyötyyn. Keski-Euroopassa esijäähdytystä käytetään jo parin sadan lehmän navetoissa lämmöntalteenoton ohella, koska maidon lämpöä riittää talteenotettavaksi esijäähdytyksestä huolimattakin. Esimerkki 34. Esimerkkilaskelma maidon lämmöntalteenoton riittävyydestä lypsyrobotin tarpeisiin. Lypsylehmämäärä 60 Robotin päivätuotos 2000 kg/vrk maitoa Tilasäiliöstä talteenotettavissa oleva lämpö Tilasäiliöön tulevan maidon lämpötila 34 ºC Maidon säilytyslämpötila 4 ºC Lämpötilaero 30 ºC Maidon ominaislämpökapasiteetti 1,1 Wh/maito kg/ºc Maidosta vapautuva lämpöenergia yhteensä 66,7 kwh/vrk Tilasäiliön sähkönkulutus 18 Wh/kg maito - Siirtyy maitoon 90% 32,4 kwh/vrk Yhteensä tilasäiliöstä talteenotettavissa 99,1 kwh/vrk Lämmöntalteenottohyötysuhde, esimerkiksi 0,45 Talteenotettu lämpö 44,6 kwh/vrk kwh/vuosi Lämmön talteenotolla lämmitettävissä oleva vesimäärä Veden tulolämpötila 5 ºC Lämmitetyn veden lämpötila 52 ºC Lämpötilaero 47 ºC Veden ominaislämpökapasiteetti J/vesi kg/ºc Lämmitetty vesimäärä 815 l/vrk Lypsyrobotin lämpimän vedentarpeen suuruusluokka 800 l/vrk Maidon säilytys Lypsyn jälkeen maito varastoidaan tilasäiliössä, joka kuluttaa energiaa sekä maidon jäähdyttämiseen että kylmänäpitoon eli säiliön vaipan läpi tapahtuvan kylmähävikin kompensointiin. Standardin SFS-EN A2 mukaan uusissa täysissä säiliöissä maito saa lämmetä testilämpötilassa korkeintaan 3 C 12 tunnin sähkökatkon aikana. Esimerkiksi kun maito noudetaan kahdesti vuorokaudessa lypsävältä tilalta joka toinen päivä ja maitoa säilytetään tilasäiliössä keskimäärin reilu vuorokausi, niin tällä aikaa maidon kylmähävikki saisi standardin perusteella arvioituna vastata n 7 ºC jäähdytystä. Tämä on pieni verrattuna maidon jäähdytystarpeeseen, kun maito jäähdytetään yli 30 asteesta 4 C:een. Jos taas maitoa jäähdytetään ennen tilasäiliöön tuloa esijäähdyttimellä 10 C:een ja maidon säilytysaika on lähes kaksi vuorokautta, niin kylmähävikki voi olla suurempi kuin maidon kylmäksi jäähdytykseen tarvittava energia- määrä. Kylmänäpitoon tarvittava energiamäärä on yleensä selvästi pienempi kuin jäähdytykseen tarvittava, mutta voi joissain tapauksissa olla suurempikin. Maidon säilytyksen lämpöhävikkiä voidaan vähentää pitämällä maitohuone viileänä. Viileänä pysymistä voidaan edistää välttämällä maitohuoneen sijoittamista rakennuksen etelä- tai länsipuolelle, parantamalla ilmanvaihtoa, sijoittamalla lauhdutin muuhun tilaan, sijoittamalla lämminvesivaraajat muualle Järjestelmän valinta Maidonjäähdytykseen käytettävä tekniikka ja tilasäiliön osat vaikuttaa maidonjäähdytyksen energiankulutukseen. Suorajäähdytteisillä säiliöillä, ns. DX-säiliöt, sähkönkulutus on perinteisesti noin 20 Wh/maitolitra [Ludington ym 2004]. Jääpankkisäiliöillä, (Ice Bank), kulutus oli tanskalaisissa tilamittauksissa 15 % suurempi [Pedersen ja Hinge 2002], sillä jääpankkisäiliössä jäähdytetään ensin jäävesi, joka jäähdyttää maidon. Ero säiliötyyppien välillä voi olla

84 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 83 selvästi suurempikin [Dunn ym 2010]. Jääpankkisäiliöitä ei juurikaan myydä nykyään, mutta Keski-Euroopassa jääpankkiin perustuvaa pikajäähdytystä myydään. Pikajäähdytyksessä maito jäähdytetään ennen tilasäiliötä kuten esijäähdytyksessäkin, mutta jäähdyttävän veden tai glykolinesteen kylmyys luodaan kylmäkoneella. Pikajäähdytyksenn energiankulutuksen voidaan arvioda olevan jääpankkisäiliön luokkaa. Tämä on normaalia suorajäähdytyssäiliötä tehottomampi järjestelmä, koska jäähdytysnesteestä tulee kylmähävikkiä [Dunn ym 2010]. Kierukkakompressori (eli scroll) saattaa kuluttaa % vähemmän sähköä kuin mäntäkompressori [Dunn ym 2010, Ludington ym 2004]. Kylmäainevalintojen vaikutus taas on tyypillisesti vain prosenttien luokkaa, joten kylmäainevalintoja ei edes käsitellä esimerkiksi oppaissa [Dunn ym 2010, Ludington ym 2004]. Tilasäiliöne nergiatehokkuus heikkenee, jos se on liian suuri tarpeeseen nähden. Huolto Tärkeintä on seurata, että maito jäähtyy normaalinopeudella, sillä jäähdytyksen hidastuminen kertoo yleensä maitohuoneen liiallisesta lämpenemisestä tai viasta, joka lisää energiankulutusta. Ilmalauhduttimeen kulkeutuu pölyä ilman mukana. Lauhduttimen puhdistus paineilmasuihkulla vuosittain vähentää energiakulutusta jopa 3-5 % [Ludington ym 2004] ja nopeuttaa maidon jäähtymistä. Lauhdutin tulisi puhdistaa vuosittain tai pölyisissä oloissa useammin, varsinkin jos havaitaan maidonjäähdytysnopeuden hidastuneen. Puhdistuksen yhteydessä on varottava taittamasta lauhduttimen säleitä. Jos säleet ovat taittuneet ja hidastavat lauhduttimen läpi menevää ilmavirtaa, ne tulee oikaista ilmavirransuuntaisiksi. Tilasäiliöstä voi vuotaa kylmäainetta. Kylmäaineen vähyys nostaa tilasäiliön energiankulutusta ja hidastaa maidon jäähtymistä. Vuotoa epäiltäessä kutsutaan kylmäasentaja, joka selvittää vian. Jääpankkisäiliön vesitilaan (kuva 2.41) voidaan yleensä katsoa avaamalla pelti tilasäiliön päästä ja tarkastaa, ettei vesipinta ole vajonnut aikaisemmista vesipinnan jäljistä. Sieltä voidaan myös tarkastaa, ettei termostaatin tuntoelin ole joutunut jäähän ja mittaa sen takia väärin. Lisäksi voidaan katsoa, että veden sekoituspumppu toimii ja vesi kiertää hyvin jäähdytyksen ollessa päällä. Kuva 2.41: Jääpankkissäiliön(MKT) vesitila, jääpankki 2.8 Lannanpoisto ja -käsittely Lannanpoistolla tarkoitetaan tässä toimenpiteitä, jotka liittyvät lannan siirtämiseen eläintilasta mahdollisesti ensin kokoomakouruun ja välikaivoon ja sitten lantavarastoon, kuten kuivalantalaan tai lietesäiliöön tai lannankäsittelyyn. Lannankäsittelyä ovat erilaiset toimenpiteet lannankäsiteltävyyden tai muun laatuominaisuuden parantamiseksi. Esimerkiksi nesteen erottaminen sonnasta lantakourussa on lannanpoistoa, mutta lietteen separointi neste- ja kuivajakeisiin levityksen helpottamiseksi on lannankäsittelyä. Lannanpoiston energiankulutus on yleensä pientä verrattuna muuhun maidontuotannon energiankulutukseen [Hörndahl 2008]. Lannanpoiston on raportoitu kuluttaneen 0-0,025 kwh/kg maitoa (0-250 kwh/lehmä/a [Goodrich ym 2003]) Avokourujärjestelmä Avokouru on raoton betoni- tai asfalttilattia eli kiinteä lantakäytävä (kuva 2.42), jolla lehmät kävelevät ja myös ulostavat. Avokourulannanpoistokone kulkee kiinteällä lantakäytävällä, jolla lehmätkin kulkevat. Lantakoneen raappa ottaa lannan mukaansa ja pudottaa sen yleensä kourun toisessa päässä poikkikouruun eli kokoomakouruun. Kokoomakouru on yleensä ritilällä varustettu syvä ja tasaleveä kouru, mutta kapeat putkipohjaiset kourut ovat yleistymässä (kuva 2.43), Näissä kouruissa liete pidetään juoksevana kierrättämällä sitä pumpulla. Pitkissä pihatoissa kokoomakouruja saattaa olla navetan keskellä ja molemmissa päissäkin. Jotta lantakäytävä,

85 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 84 Kuva 2.42: A: Lannanpoisto avokourusta traktorilla B: Leveän suojaritilän sijaan kokoomakourun aukkopinta voi olla rako. C: Periaatepiirros putkipohjainen kouru [Lestinen ym 2011] ja siten myös lehmien sorkat ja vetimet pysyisivät puhtaina, lantaa poistetaan yleensä 8-12 kertaa vuorokaudessa. Rakennusvaiheessa avokouruun voidaan tehdä 2-3 %:n kaltevuus pituussuunnassa tai avokourun keskellä olevaan virtsakouruun (kuva 2.43). Tällöin sorkille haitallista virtsaa valuu pois kaltevalta lattialta, mikä vähentää lannanpoistotarvetta ja tekee lannasta vaikeammn pumpattavaa. Pituussuuntainen kaltevuus, alamäki, myös helpottaa lantaa kuljettavan raapan kulkua. Kuva 2.43: A: Virtsakouru lantakourun keskellä toimii myös raapan ohjurina. B: Lantaraappavaihtoehtoja: Yhdistelmäraappa ja lanaraappa Vaijerilla vedettävien raapoin varustetun lannanpoistokoneen (kuva 2.44) energiankulutukseksi on raportoitu kwh/lehmä/a [Hörndahl 2008, Barbari ja Ferrari 2006], mutta mm. lannanpoistokertojen määrää ei ole mainittu. Vaijerin sijaan voidaan raapan siirtoon käyttää myös köyttä tai kettinkiä, mikä ei juurikaan vaikuta energiankulutukseen. Hydraulisylinteriin kiinnitetyn työntökiskon liikuttamin raapoin varustetun työntökiskolannanpoistokoneen eli nytkäkoneen sähkönkulutukseksi Hörndahl [Hörndahl 2008] raportoi 100 kwh/lehmä/a. Työntökiskokoneen etuna on se, että samalla koneikolla voidaan käyttää eripituisten lantakäytävien raappoja. Toisaalta voidaan pohtia, että kannattaako jokaisesta lantakäytävästä tehdä eripituinen vai pyrkiä suunnittelemaan navetasta yksinkertaisempi, selkeämpi ja helpommin muunneltava. Työntökiskokoneen toisena etuna on, ettei lattiatason alla kulkevasta työntökiskosta irtoaa terässäikeitä lehmien jalkoihin, kuten lattian päällä kulkevasta vaijerista saattaa irrota. Tätä riskiä pienentää selvästi uranteko lattiaan vaijeria varten, tai riski voi poistua kokonaankin. Lisäksi ura lisää vaijerin kestoikää. Vaijerivetoinen raappa voi olla matalampi ja vähemmän lehmiä häiritsevä. Vaijerivetoisen raapan kulkunopeus saadaan hitaammaksi ja vähemmän lehmiä häiritseväksi kuin nytkäkoneen raapan, sillä yhden työntökiskokoneen hoitaessa useita lantakäytäviä raapan nopeuden on oltava suuri, esim. 4 m/s. Vanhan työntökiskokoneen korvaaminen vaijeri- tai narukoneella voi paitsi säästää sähköä, myös parantaa hieman eläinten oloja. Vaijerikoneen haittana on vaijerien kuluminen ja vaihtotarve jopa vuosittain. Köysien vaihtotarvetta voidaan vähentää paitsi lattiaan tehdyllä köysiuralla ja käyttämällä galvanoitua vaijeria rosterisen sijaan. Myös lantakoneen köysitelan ja kulmapyörien suuri koko vähentää köyden rasitusta.

86 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 85 Kuva 2.44: A: Vaijerilannanpoistokoneen vetokoneikko, jossa moottori pyörittää köysitelaa, ja kulmapyörä. Suomessa koneikon suojana olisi eristetty koppi. B: Työntökiskokoneen raappa säppikoneiston kotelo avattuna ja lantakourun pituinen kisko C: Työntökiskokoneen hydraulikoneikko, joka luo öljyn paineen työntökiskoa käyttävälle sylinterille Rakolattia ja ritilällä peitetty kouru Rakolattia lantakäytävän lattiana on vaihtoehto avokourulle. Rakolattia on yleensä tehty betonipalkeista, joiden rakoleveys määräytyy eläinten koon mukaan, lehmillä 35mm. Eläinten kävellessä lanta polkeutuu palkkien rakojen läpi ja putoaa kouruun. Rakolattia puhtautta voidaan parantaa palkkien päällä kulkevalla avokourun lannanpoistokoneella tai lannanpoistorobotilla. Kourussa lanta liikkuu omalla painollaan virtsakerroksen päällä valumalla, lannanpoistokoneen siirtämänä tai pumpulla tehdyn virtauksen voimalla. Parsinavetoissa betonipalkkien sijaan käytetään teräsritilöitä, sillä ne pysyvät paremmin puhtaina. Teräsritilää voidaan käyttää rautojen kapeudesta ja liukkaudesta huolimatta, koska lehmät eivät kulje jatkuvasti sen päällä. Lanta poistetaan kourusta joko valuttamalla, pumpulla kierrättämällä tai raapoin. Lietteen valutusjärjestelmässä ritilällä peitetyn yleensä vähintään 0,9 m syvän kourun pohjalla on kynnyksiä virtaussuunnan kääntymiskohdissa ja suorallakin noin 20 m välein. Kynnykset pitävät pohjalla nestekerroksen, jonka päällä jäykempi lietelanta kelluu ja valuu painollaan syvempään poikkikouruun. Liete valuu edelleen pudotuskaivoon ja siitä putkea tai kanavaa pitkin lietesäiliöön. Hyvin toimiessaan tämän järjestelmän energiankulutus on nolla. Toisaalta ritilöiden hankinta ja syvien kourujen rakentaminen on kallista. Kuivinta ja kuivikepitoisinta lantaa tuottavaa nuorta karjaa ei tulisi sijoittaa kourun yläpään äärelle, jotta lanta valuisi paremmin. Valutuksen toimintaa voidaan parantaa pumppaamalla lypsyasemamontusta käytetyt pesuvedet kourujen yläpäihin. Pumppausputket voidaan sijoittaa lattian alle jo ennen valuja ja lypsyasemalle asentaa hanat, joilla vettä voidaan ohjata vuorotellen eri kourujen päihin. Huonosti toimiviin valutuskouruihin joudutaan tuomaan vettä yleensä lietevaunullakin, mikä lisää työtä ja energiankulutusta. Vaihtoehtoisesti navetassa voi olla 100 mm putki, jota pitkin lietesäiliön pohjalta pumpataan huuhtelunestettä lietekourujen päihin. Kuva 2.45: Kehäkanavajärjestelmän pumppauskaivon suojaritilä ja pumpun moottori (oranssi). Suomen olosuhteissa nämä vaatisivat eristetyn kopin Kehäkanavajärjestelmä (kuva 2.45), jota kutsutaan myös slalomlannanpoistoksi, on yleinen Tanskassa, koska siellä työturvallisuuslainsäädäntö [Gylleanlæg og ajlebeholdere] kieltää 1,2 metriä syvemmät kourut ja valutus on siksi mahdollista vain pienimmissä navetoissa. Suomessakin kehäkanavajärjestelmä on yleistynyt viime vuosina. Lantaa pumpataan pumppauskaivosta kerran päivässä 20 minuuttia esim. 1,2 m syvän tasapoh-

87 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 86 jaisen kouruston läpi takaisin pumppauskaivoon. Tiksotrooppinen liete saadaan pidettyä toistuvalla liikkeellä hyvin juoksevana. Yli 3 m leveiden lantakäytävien alle suositellaan väliseinää kourun erottamiseksi kahdeksi, jotta kourustoon ei tulisi tukoksia [Landbrugets Byggebl.]. Osa lannasta pumpataan lietesäiliöön. Kierrätyspumput mitoitetaan enintään 4-5 m/s kouruvirtaukselle ja ne ovat teholtaan vähintään 9 kw. Järjestelmästä tulee Tanskan ympäristöviranomaisten mukaan ammoniakkipäästöjä reilu neljännes enemmän kuin avokouruista [Miljöministeriet 2010], minkä vuoksi ympäristöviranomaiset suosittelevat nykyään kehäkanavan sijaan avokouruja. Kehäkanavajärjestelmän energiankulutus on kwh/lehmä/a [Miljöministeriet 2010]. Koneellinen ritilänaluslannanpoisto raapoin voidaan toteuttaa esim. 60 cm syvin kouruin. Lannanpoistokertoja on lehmillä 2-3 kertaa päivässä ja nuorkarjalla vain kerran viikossa. Lannanpoistokone voi olla esim. hydraulinen työntökiskokone tai mekaaninen vaijerikone. Työntökiskokoneessa on riski, että raappa putoaa pois kiskolta esim. raapan säppikoneistoon joutuneen puun vuoksi. Tällöin ritilä joudutaan nostamaan raapan paikalleen nostamiseksi, mikä voi olla ongelmallista eläintilassa. Vaijerikoneella on oltava naru kourun reunalla, jotta katkenneen vaijerin tilalle voidaan pujottaa uusi. Koska lannanpoistokertoja on vähemmän kuin avokourukoneella, niin energiankulutus on pienempi kuin avokourukoneella. Tanskalaisten viranomaistietojen [Miljöministeriet 2010] mukaan vaijerikoneiden vuosikulutukset olivat 5 kwh/lehmä, kun lannanpoistokertoja oli kolme kertaa vuorokaudessa. Rakolattiaa voidaan puhdistaa samoilla koneilla kuin avokouruakin. Lannanpoistorobottien osuus rakolattian puhdistuksessa on merkittävä. Rakolattiaa puhdistavia lannanpoistokoneita käytetään yleensä 2-4 kertaa päivässä. Niiden kuljettama lantamäärä on pieni, koska lantaa putoaa rakolattian läpi. Ritilöiden puhdistamisen energiankulutus on murto-osa avokourulannanpoistokoneiden energiankulutuksesta, koska lannanpoistokertoja ja lannankuljetusta on vähemmän. Koneellinen lannanpoisto parsinavetassa Parsinavetoiden yleisin lantakone on hydraulinen kaavinkone, avopuristin. Hydraulisylinteri liikuttaa tankoa, johon on nivelöity lantaa kuljettavia kaapimia. Tangon liikkuessa edestakaisin kaapimet tekevät siivenliikkeitä, jotka kuljettavat lantaa. Energiankulutus tällaisella koneella on muutamia kymmeniä, suuruusluokaltaan alle 50 kwh/lehmä/a [Hörndahl 2008]. Käyttöaika, johon vaikuttaa siirtomatka ja käyttökerrat vuorokaudessa vaikuttavat oleellisesti energiankulutukseen. Avopuristin voi viedä lannan kourun päässä olevalle puristimelle, joka työntää sitten lannan ulos Lannansiirto ja pumppaus säiliöön Jos virtsaa ei ole eroteltu eikä kuivike heikennä lietteen virtausta liikaa, liete voi virrata poikkikourussa omalla painollaan. Usein poikki- eli kokoomakourussa lantaa siirretään koneellisesti joko kierrättämällä lietettä pumpulla tai lannanpoistokoneella. Koska siirrettävä matka on murto-osa kourujen yhteispituudesta, poikkikourun lannansiirron voidaan arvioida kuluttavan vähemmän sähköä kuin lannanpoiston kouruista, muutamasta aina 30 kwh/lehmä/a:iin asti, menetelmän mukaan. Osaltaan energiankulutusta kasvattaa lannansekoitustarve, sillä sonta ja virtsa ovat voineet erottua avokourussa. Energiansäästön kannalta oleellista on välttää liian pitkiä sekoitusaikoja. Lietteen pumppauksen käytetään yleensä keskipakopumppuja (kuva 2.46), koska ne ovat mäntäja ruuvipumppuja halvempia ja niiden hyötysuhde on hyvä pumppauksessa yleisillä pienillä vastapaineilla. Hollantilaisissa testeissä hyötysuhde alkoi heiketä monilla pumpuilla nopeasti vastapaineen noustessa yli 0,5 baarin pumpattaessa jäykähköä lietettä [Slurry pumps 1984]. Vastapainetta muodostuu putken ja lietteen välisestä kitkasta ja 0,1 baaria nostettaessa lietettä metri. Turhaa nostoa voidaan usein välttää johtamalla pumppausputki säiliön pohjalle, jolloin pumppu joutuu tekemään työtä vain nostaakseen lietettä säiliössä olevan lietepinnan korkeudelle, eikä yhtään ylemmäs. Putkenvastusta voidaan vähentää käyttämällä suurempaa putkea. Tylly tai tukos pumpun imupuolella voi myös vähentää pumpun tuottoa murto-osaan ja siten kasvattaa lietteen pumppauksen energiankulutusta. Tukkeutumistaipumus vähenee käytettäessä 150 mm:n putkella varustettua pumppua yleisempien 100 ja 125 mm:n putkella varustettujen pumppujen sijaan. Isojakin pumppuja käytettäessä saattaa olla syytä varautua kierrättämään pumpulla lietettä poikkikourussa, jotta jäykkä liete sekoittuisi juoksevampaan lietteeseen jo ennen pumpulle tuloa. Pumppumallien välillä näyttää olevan suuria eroja tuotoissa, mutta niistä ei ole ajantasaisia vertailukelpoisia tutkimustuloksia. Lietteen pumppaukseen pumppauskaivosta säiliöön kului Hörndahlin tutkimilla tiloilla sähköä kwh/lehmä/a. Suurimmat kulutukset liittyivät pumppausongelmiin, joissa lietteen jäykkyys tai roskat estivät lietteen virtausta pumpulle ja heikensivät siten pumpun tuottoa. Tuo 40 kwh/lehmä/a -ero tekee 100 lehmän karjassa 4000 kwh/a ja pumppausongelmat aiheuttavat lisätyötä Huolto Keskipakopumpun siivikko kuluu käytössä. Kuluminen kasvattaa pumppupesän ja siivikon välistä rakoa, mikä lisää vuotovirtausta. Tämä voi lisätä energiankulutusta merkittävästi, joten siivikko kannattaa vaihtaa tai korjata, kun kulumisen havaitaan pienentävän pumpun tuottoa, ts. pidentävän tarvittavia pumppausaikoja.

88 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 87 Kuva 2.46: A: Keskipakopumppu, jonka moottori on pitkän akselin päässä esim. 3 m ylempänä. Kuva: Lame B: Uppopumpppu. Pumppauksen hidastuminen voi johtua lietteen mukana tulleista roskista, ja pumppua kannattaa käyttää ylhäällä, jos pumppaus kestää normaalia kauemmin. Hidas pumppaus voi johtua myös palaneesta sulakkeesta. Monet pumput nimittäin käyvät kahdellakin vaiheella, ennen kuin moottori lopulta palaa. Suurissa pumpuissa hankaluutena on, että esim. kannon palasten joutuessa pumppuun sulakkeita saattaa palaa melko tiheään, ja ison kahvasulakkeen saa vaihtaa vain sähkömies. Pumppauskaivo tulee suunnitella siten, että pumppu on helppo nostaa ylös taljalla puhdistusta varten ja etukuormaimella korjattavaksi vietäväksi. Korjattavaksi vientiä helpottaa myös se, että pumpun johto on pistokkeellinen eikä kiinteästi kytketty. Tällöin pumppu tulee huolletuksi ja energiaa säästyy. Hydraulikoneikolla toimivien lantakoneiden öljy ja suodatin pitää vaihtaa ajoittain, sillä tukkeutunut suodatin nostaa merkittävästi energiankulutusta ja lisää koneen kulumista. Normaalia suurempi painemittarin, jos on, lukema kertoo suodattimen vaihtotarpeesta. Vaijerikoneiden kulmapyörien toiminta tulee tarkastaa ajoittain ja ne sekä muut rasvauskohteet rasvata. Lannankäsittelyn energiankulutus Lanta voidaan ilmastaa, kompostoida tai separoida. Kulutukset vaihtelevat painovoimaisten menetelmien lähes nollasta joidenkin koneellisten menetelmien useisiin satoihin kwh:hin/lehmä/a. Kulutusta kannattaa arvioida moottorien kokojen, koneiden kuormitusastearvioiden, esim. työn raskaus ja traktorin moottorin kierrosluku, sekä käyttöaikojen perusteella. Säästökeinot ovat hyvin tapauskohtaisia. 2.9 Ilmanvaihto Karjasuojien olosuhteista, ilmanvaihdon termeistä, ilmanvaihdon perusteista ja vaatimuksista on kirjoitettu tarkemmin kappaleissa 1.1, 1.2 ja 1.3. Navetassa on oltava tehokas ilmanvaihtojärjestelmä, joka takaa eläimille oikean lämpötilan, kosteuden ja happirikkaan ilman. Tämä edesauttaa eläinten hyvinvointia. Maidontuotanto laskee oleellisesti alle -25 C ja yli 30 C lämpötiloissa.

89 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA Lehmän lämpöstressi Lehmät stressaantuvat alhaisissa tai korkeissa lämpötiloissa. Lämpötilan laskiessa yhä suurempi osa rehun energiasta tarvitaan lämmön tuottamiseen. Korkeissa lämpötiloissa rehun syönnin vähentäminen vähentää myös eläimen lämmöntuottoa. Lehmät kestävät kuitenkin paremmin alhaisempia kuin korkeita lämpötiloja, jonka takia kesäisin on oleellista taata hyvä ilmanvaihto. THI-indeksi [Johnson 1965] kuvaa lehmälle aiheutuvan lämpöstressin vakavuutta eri lämpötiloissa ja ilmansuhteellisissa kosteuksissa. Lämpöstressitaulukosta on tehty useita versioita, esim. kuva Tässä kuvassa lämpöstressirajat ovat selvästi aiempaa alemmat, lisätutkimuksen ja tuotostason nousun vuoksi Kuva 2.47: Lämpötilan ja kosteuden vaikutus lehmän käyttäymiseen ja tuotokseen [Zimbleman ja Collier 2011] Lämpötilan, kosteuden ja eläimen sopeutumisen lisäksi lämpöstressiin vaikuttaa iholta kosteutta haihduttava ja lämpöä vievä ilmavirtaus. Ns. tehokasta lämpötilaa, joka voidaan määrittää eri tavoin, käytetään kuvaamaan lämpötilan ja kosteuden lisäksi ilmavirtauksen vaikutusta eläimen lämpöstressiin. Toda ym. [Toda ym 2002] ovat määritelleet vaikuttavan lämpötilan (T v ) yhtälön 2.3 mukaisesti. T v = T k 0, 35 + T m 0, 65 (2.3) Kuivalämpötila (T k ) mitataan normaalilla lämpömittarilla siten, ettei lämpösäteily (esim. aurinko) vaikuta mittariin. Märkälämpötila mitataan lämpömittarilla, jonka anturin päällä on märkä puuvillakangas. Veden haihtuminen kankaasta jäähdyttää anturia ja tämä lämpötila on kuivalämpötilaa alempi. Se kuinka suuri on näiden lämpötilojen ero riippuu ilman kosteudesta. Lämpöstressialueella havaittiin vaikuttavan lämpötilan (T v ) noustessa asteella, maidontuotannon vähenevät 1 kg:lla. Lehmän päivätuotos oli 30 kg ja tuotos alkoi laskea 21 ºC:n vaikuttavassa lämpötilassa [Pejman ja Habib 2012]. Korkeatuotoksisilla (maks. 44 kg/d) lehmillä tuotos väheni enemmän jo alhaisemmassa lämpötilassa. WBGT-indeksiä (Wet Bulb Globe Temperature) käytetään standardien ISO7243 ja ISO7726 mukaan lämpöstressin arviointiin [Purswell ja Davis 2008 ]. Indeksi ottaa huomioon myös säteilylämmön ja sitä pidetään ihmisen lämpöstressin arviointiin parhaana käytössä olevana suureena. Lehmien lämpöstressin arviointiin sitä on käytetty melko vähän. Berman [Berman 2005] arvioi lämpötilan, ilmankosteuden ja ilmanvirtauksen vaikutuksia lämpöstressiin simulointilaskelmin. Lämpöstressirajana hän käytti 50 %:a lehmän laboratoriossa määritetystä maksimihengityslämpöhävikistä. Maksimihengityslämpöhävikki on lämpömäärä, jolla lehmä alentaa kuumassa lämpötilaansa hengityksen avulla. Lämpöä poistuu sekä hengitysilman lämpötilan nousun vuoksi että veden haihtuessa keuhkoissa hengitysilmaan. Tämä arvo kuvaa keskinkertaista lämpöstressiä. Lehmään kohdistuvan ilmavirtauksen kasvu 0,2:sta 0,6 m/s:iin nosti 35 kg/d tuottavan lehmän lämpöstressin rajaa 25 ºC-asteesta 5 ºC-asteella. Korkeampien virtausnopeuksien käyttö ei vaikuttanut lämpöstressiin. Tuotoksen nousu 45 kg/d:aan laski lämpöstressirajaa 5 ºC-asteella. Alhaisilla ilmanvirtauksilla ilmankosteus lisäsi lämpöstressiä voimakkaasti, mutta ilman nopeuden nousu 1, m/s:iin pudotti ilmankosteuden vaikutuksen lähes nollaan. Simuloinnin perusteella THI-indeksi käytön hyödyllisyys näyttää varsin kyseenalaiselta. Näiden tutkimusten pohjalta voidaan arvioida, että suhteellisen viileästä ilmastosta huolimatta lämpöstressiä voi olla myös suomalaisilla karjoilla. Korkeatuotoksisimmat lehmät kärsinevät lämpöstressistä jo alle 20 ºC-asteen lämpötiloissa, ellei tuuli tai viilennyspuhallinten viilentävä ilmavirtaus osu lehmiin. Lämpöstressin torjumiseksi sopivia keinoja ovat:

90 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 89 Suoja suoralta auringonpaisteelta Luonnollisen ilmanvaihdon hyödyntäminen avaamalla ovet, ikkunat ja tuuletusluukut Koneellisen ilmanvaihdon käyttö Ilman virtausnopeuden lisääminen puhaltimilla, jolloin eläimen lämmön luovutus tehostuu Veden sumutus, jolloin lämpötila laskee Navetan ilmanvaihtotarve Ilmanvaihtomäärää säädetään minimi-ilmanvaihdon, 70 m 3 /h/lehmä, ja maksimi-ilmanvaihdon 360 m 3 /h/lehmä välillä MMM:n RMO-ohjeiden mukaisesti [MMM-RMO C2.2]. Monet neuvojat suosittelevat maksimi-ilmanvaihdon mitoittamista 1,5-tai jopa 2-kertaiseksi em. suositukseen verrattuna, jotta kesällä ei tulisi kuuma. Suurempaa suositusta käytetään koska, Maitotuotos, lehmäkoko ja lämmöntuotto ovat nousseet niistä ajoista, jolloin suositukset on laadittu. Tuotoksen noustessa rehunkulutus ja lehmien aineenvaihdunta ovat lisääntyneet, joten navettaan tulee entistä enemmän lämpöä, kosteutta ja poistettavia kaasuja. RMO:n maksimi-ilmanvaihtosuositus 360 m 3 /h/lehmä vastaa ilmanvaihtoa, joka tarvitaan [Heidenreich ym 2008] CIGR:n raportin perusteella tekemän laskelman mukaan ehkäisemään navettalämpötilan nousu yli 3 asteella tuloilman lämpötilasta 6000 kg/a maitoa tuottavalla 600 kg:n lehmällä. Jos navettalämpötilan nousu pyritään pitämään korkeintaan 3 asteessa kg tuottavalla 700 kg painavalla lehmällä, niin tarvitaan ilmanvaihtoa 469 m3/h, 56 % enemmän kuin RMO:n suosituksessa. Likaantuminen (kuva 2.48 kohta A) heikentää puhaltimen hyötysuhdetta jopa 40 % [Ludington ym 2004]. Vuodessakin puhaltimien tuotto laskee 10 % [Hinge 2001a]. Koska puhaltimia on hankala puhdistaa, niitä ei yleensä puhdisteta suositellusti vuosittain. Navetan puhaltimet hankitaan yleensä valmistajien esitteiden taulukkotuottoarvoin. Puhaltimien tuotot ja hyötysuhteet määritetty niissä seinäasennusmalleille ja ilman suojaverkkoa, joka vähentää Sanfordin [Sanford 2009] mukaan puhaltimen tuottoa jopa 15 % ja Harmonin ym. [Harmon ym 2010] mukaan yleensä alle 5 %. Suomessa käytetään pääasiassa kattopuhaltimia, jotka on asennettu hormeihin, kuva 2.48 kohta B. Hormien ilmanvastus vähentää puhaltimien tuottoja. Ilmanvaihdon säätötarpeen ja puhaltimen kapean säätöalueen vuoksi yli puolet puhaltimista on oltava pysäytettäviä, ellei ilmanpoistoa kuristeta (kuva 2.48 kohta D). Näiden puhaltimien hormeissa on oltava sulut, esim. perhospellit estämään ilman virtausta navettaan päin puhaltimien ollessa pysähdyksissä. Alapoiston perhospelti voi estää eläinten kuolemisen rikkivetyyn puhaltimen pysähtyessä. Omalla painollaan toimivat perhospellit vähentävät ilmanvaihtoa puhtainakin % ja likaisina jopa 40 % [Harmon ym 2010] ja tätä ei aina oteta huomioon ilmanvaihtolaitteita suunniteltaessa. Perhospellit tulisi voidella kuivalla grafiittivoiteluaineella [Sanford 2009]. Moottorilla avattavia energiatehokkaampia sulkuratkaisuja tulisi suosia. Tuloilmakanavat saattavat vastustaa ilmavirtausta Navetan ilmanvaihto Eläimet tuottavat navettailmaan lämpöä, kosteutta, hiilidioksidia ja metaania. Lisäksi lannastakin voi haihtua haitallisia kaasuja kuten ammoniakkia ja metaania. Kesällä navettailman kuumuus rajoittaa maitotuotantoa ja ilmanvaihtotarpeen määrää lämmönpoistotarve, sillä kuumuudesta johtuva lehmien lämpöstressi vähentää rehunkulutusta ja maitotuotosta. Kuumimpana kesäaikana käytetään ns. maksimi-ilmanvaihtoa. Talvella kylmimpinä aikoina navettailmaa vaihdetaan ns. minimi-ilmanvaihtona kosteuden ja haitallisten kaasujen poistamiseksi. Paukkupakkasten ja helteiden välillä ilmanvaihto on jotakin minimi- ja maksiminväliltä. Navetan ilmanvaihto toteutetaan luonnollisena ilmanvaihtona (kuva 2.49), joka perustuu kesällä pääasiassa tuuleen ja talvella lämmenneen ilman painovoimaiseen nousuun, tai koneellisena ilmanvaihtona. Se toteutetaan yleensä poistopuhaltimin eli imurein ns. alipaineilmanvaihtona (20-30 Pa) tai joskus sekä poisto- että tuloilmapuhaltimin tasapaineilmanvaihtona. Tasapaineilmanvaihdossa navetassa pyritään pitämään hyvin pieni alipaine. Luonnollisessa eli passiivisessa ilmanvaihdossa verhojen, kennolevyikkunoiden ja poistoilman puolen säätölaitteet kuluttavat sähköä. Niiden kulutus on nollasta noin 10 kwh/lehmä/a, jos säätöä tehdään koko ajan

91 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 90 Kuva 2.48: A: Pölyä huoltotilan ilmanvaihdon päätelaitteessa. B: Hormipuhallin (putken keskellä) imee ilman alhaalta ja puhaltaa sen katon yläpuolelle. Tässä näyttelyversiossa eristetty hormi on korvattu läpinäkyvällä putkella C: Moottoroitu horminsulku. D: Ilmavirtauksen mittasiipi ja kuristus hormissa. Kuristus on energiatehoton ilmanvirtauksen säätötapa. Kuva 2.49: A: Luonnollinen ilmanvaihto voidaan toteuttaa nostettavalla verhoseinällä ja poistoilmahormein, jotka näkyvät katon harjalla. B: Harjapoisto valoharjan kautta ja laskettavat kennolevyikkunat, joita käytetään luonnollisen ilmanvaihdon tuloilma-aukkoina. C: Ilmanpaineella (100W kompressori) nouseva muovipaljeseinä, jota käytetään tuloilma-aukkona verhoseinän sijaan. D: Valoharjalla toteutetun harjapoiston toimintaperiaate. Ulko ilmaa lämpimämpi ja kevyempi sisäilma virtaa valoharjan ja katon välistä ulos. (Hörndahl 2007). Koneellisen ilmanvaihdon kulutus koostuu poisto- ja tuloilmalaitteiden kulutuksesta. Sen sähkönkulutukseen vaikuttavat oleellisesti erot laidunnuksessa ja ilmanvaihtolaitteissa sekä kanavistoissa. Koneellinen ilmanvaihto kuluttaa sähköä 5-30 Wh/maito kg/a. Koneellisen alipaineilmanvaihdon saa aikaan poistopuhaltimet eli imurit, joilla pyritään saamaan aikaan Pa:n alipaine navettaan. Alipaine imee tuloilman yleensä tuloilmaluukkujen ja joskus läpäisevän tuloilmakaton kautta navettaan. Tuloilmakatto mitoitetaan yleensä vähän suuremmalle alipaineelle. Ilmanvaihdon energiankulutus on käyntiaika kertaa tehontarve, yhtälö Energian tarve on sitä suurempi, mitä pienempi on puhaltimen energiatehokkuus ((m 3 /h)/w, yhtälö 1.25) ja mitä suurempia ovat ilmanvaihto (m 3 /h) sekä ilmanvirtausta vastustava paine-ero (Pa). Paine-ero koostuu alipaineen suuruudesta ja poistohormin vastapaineesta. Ilmanvaihto käy ympäri vuoden, jos eläimet ovat ympäri vuoden navetassa. Kun lehmiä laidunnetaan, niin lehmät ovat navetassa vain lypsyaikaan ja ilmanvaihtotarve laskee. Säästö riippuu laidunkauden pituudesta. Esim. Saksalaisessa tutkimuksessa 165 d:n laidunnus pudotti koneellisen ilmanvaihdon energiankulutuksen alle puoleen (Wenner 1980). Laiduntaminen leikkaa ilmanvaihdon maksimitehontarvetta, sillä lehmät ovat laitumella vuoden kuumimpaan aikaan. Tämä pienentää ilmanvaihdon säätöaluetarvetta ja helpottaa siten säätöä. Luonnollinen ilmanvaihto aikaansaadaan navetan tulo- ja poistoaukkojen avulla. Navettarakennukset voivat olla hyvinkin erilaisia: matalia verhoseinärakenteita tai korkeita rakennuksia, joissa on tuuletusluukut katolla. Matalan tilan etuna on se, että talvisin sen lämmittämiseen kuluu vähemmän energiaa, mutta kesäisin tarvitaan enemmän tuulettamista. Kummassakin tapauksessa ilmanvaihto on mahdollista seinissä olevien aukkojen kautta. Aukkojen eteen voidaan asentaa säädettävät verhot tai luukut. Koneellisen ilmanvaihdon aikaansaamiseksi käytetään erilaisia puhaltimia: Seinä- ja kattopuhaltimet, jotka voivat olla avoimia tai suojattuja. Radiaattoreilla varustetut puhaltimet, jolloin puhallusilmaa (ja navettaa) voidaan lämmittää myös.

92 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 91 Lypsyaseman odotuskarsinassa ja karjarakennuksessa voidaan kuumana kesäkautena tehostaa ilman liikettä käyttämällä hitaasti pyöriviä, läpimitaltaan suuria kattopuhaltimia. Koneellinen ilmanvaihto kuluttaa energiaa, koska puhaltimet toimivat lähes jatkuvasti. Kuvan 2.4 mukaisesti ilmanvaihto kuluttaa 5-30 Wh/kg maitoa sähköenergiaa. Energian säästöä varten ilmanvaihtomäärä pitäisi säätää aina tarpeen mukaiseksi. Tarve taas vaihtelee tilanteen mukaan eli kesällä tarvitaan maksimi-ilmanvaihto poistamaan lämpöä rakennuksesta. Talvella taasen joko hiilidioksidin poisto tai vesihöyryn poisto määrittää ilmanvaihtotarpeen. Alipaineilmanvaihto Kuva 2.50: Alipaineilmanvaihdon kellertäviä tuloilmaluukkuja ja pyöreitä poistohormeja. Alipaineilmanvaihto (kuva 2.50) on yleisin koneellinen navetan ilmanvaihtojärjestelmä. Ilmanvaihtopuhaltimet imevät ilmaa navetasta, jolloin sinne syntyy alipainetta. Alipaineen suuruutta voidaan muuttaa tuloilmaluukkujen avaumaa pienentämällä ja suurentamalla. Alipaine pyritään pitämään vakiona ohjauskeskuksen avulla, jotta tuloilma virtaisi nopeasti sisälle ja sekoittuisi hyvin navettailmaan. Puhaltimen nopeutta kasvatettaessa luukkuja avataan ja vastaavasti puhallinta hidastettaessa luukkuja suljetaan. Vanhoissa navetoissa yleensä luukkuja suljetaan ja avataan käsin, jolloin alipaine ei pysy tasaisena. Tällöin puhallin joutuu tekemään tarpeettoman paljon työtä tuottaessaan liian suuren alipaineen. Välillä taas ilma virtaa sisään liian hitaasti sekoittuen huonosti sisäilmaan. Alipaineilmanvaihdon suunnittelualipaine on yleensä 20 tai 30 Pa eli 0,0002 tai 0,0003 bar. Suuremmalla alipaineella tuloilmalle saadaan suurempi nopeus, joten tuloilma sekoittuu paremmin navettailmaan. Vaikka erot alipaineissa ovat pieniä, niin silti ne vaikuttavat merkittävästi poistopuhaltimien tuottoon, ts ilmanvaihtomääriin. Esimerkiksi alipaineen nosto 20:stä 30:een pienentää puhaltimen ominaistuottoa tyypillisesti noin 10 %:a (kuva 2.51) ja lisää ilmanvaihdon sähkönkulutusta. Painehäviötä syntyy myös tuloilmakanavassa ennen luukkua. Jos tuloilmakanava ei ole avara, painehäviö on suuri ja johtaa sekä huonoon ilmanvaihtoon että turhaan energiankulutukseen. Tarvittaessa tuloilmakanavaa tai ilman tuloa tuloilmankanavaan on avarrettava. Näin säästetään sähköä ja saadaan parempi navettailma. Kuviosta 2.51 näkyy, kuinka puhaltimien hyötysuhde kasvaa koon myötä. Esimerkiksi halkaisijaltaan 900 mm:n puhallin on tyypillisesti 30 % tehokkaampi pienellä paine-erolla kuin halkaisijaltaan 600 mm puhallin. Ominaiskulutus vaihtelee paljon malleittain. Jopa saman valmistajan ja mallisarjan pienempi puhallin saattaakin jostain teknisestä syystä olla isompaa tehokkaampi. Euroopassa ei ole juurikaan tehty puolueetonta puhallintestausta viime vuosina, joten tehokkuuden selvittämisessä joudutaan luottamaan vanhoihin IMAG:in, DLG:n sekä Bygholmin testeihin ja esitteiden tietoihin. Alapoisto Suurin osa navettailmasta poistetaan yläpoistona kattohormien kautta ja usein osa imetään alapoistona syvien lantakourujen kautta. Tällöin lannasta vapautuvat pahanhajuiset ja haitalliset kaasut eivät päädy navettailmaan vaan poistuvat ulos. Koska lämmin, ulkoilmaa kevyempi navettailma virtaa helpommin ylös- kuin alaspäin ja koska hormit ovat aerodynaamisempia poistokanavia kuin lantakourut, niin alapoiston energiankulutus (kwh/m 3 ) on suurempi kuin yläpoiston. Alapoiston kautta poistettava ilmamäärä kannattaa pitää alhaisena. Tanskassa suositellaan osuudeksi % ilmanvaihdosta [Pedersen ja Hinge 2002]. Jos lantakourut ovat liian

93 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 92 Kuva 2.51: Tyypillisiä erikokoisten puhaltimien enrgiatehokkuuksia täynnä, alapoisto ei ime ilmaa riittävän tasaisesti kauttaaltaan koko lantaritiläalan läpi. Kourujen alapäihin syntyy vetoa ja yläpäistä nousee lantakaasuja navettailmaan. Ainakin 0,5 m korkea ilmatila kourussa riittää alapoistoon [Keck ym 1995]. Tasapaineilmanvaihto Tasapaineilmanvaihdossa (2.52) tuloilmalaitteessakin on puhallin, jonka tehtävänä on jakaa ilmaa navetassa. Koska ilma siirretään kahteen kertaan koneellisesti ja navetan alipaine navetassa on pienempi kuin alipaineilmanvaihdossa, on energiankulutuskin lähes kaksinkertainen alipaineilmanvaihtoon verrattuna. Muuttamalla tasapaineilmanvaihto alipaineilmanvaihdoksi voidaan säästää jopa 50 % energiakustannuksissa [Hinge 2001b]. Järjestelmä on sinänsä toimiva, mutta suuren energia- ja investointikustannuksen ja luonnollisen ilmanvaihdon yleistymisen vuoksi se harvinaistuu. Kuva 2.52: Tasapaineilmanvaihto pihatossa Kierrätyspuhaltimet Sekä koneellisen että luonnollisen ilmanvaihdon apuna käytetään osassa navetoista lisäksi kierrätys- eli ns. viilennyspuhaltimia (kuva 2.53). Niiden käyttö on yleistynyt Suomessa 2010-luvun vaihteen tienoilla selvästi.

94 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 93 Kesällä ne luovat lehmiä viilentävän ilmavirtauksen ja talvella sekoittavat navetan ilmaa mm. lämpötilaerojen ja veden rakenteisiin tiivistymisen ehkäisemiseksi. Talvella kierrätyspuhaltimia ei tule suunnata eläimiä kohti ja niitä käytetään selvästi pienemmällä nopeudella kuin kesällä. Kesäisin kierrätyspuhaltimien ilmavirta kohdistetaan lehmiin esim. makuuparsirivien ja ruokintapaikan päältä hieman alaspäin suunnattuina. Bermanin [Berman 2005] laskelmien perusteella 0,6 m/s ilmavirta riittää aikaansaamaan lehmillä viilennysvaikutuksen, joka vastaa kuivan ilman lämpötilan alenemista 5 ºC-asteella. Tämä ei riitä ilmankosteuden ollessa korkean, silloin tarvitaan 1,5-2 m/s ilmavirtaus. Tällöin selvittäisiin melko vähäisellä lämpöstressillä, joka vähentäisi päivätuotosta vähemmän ja huomattavasti lyhyemmän aikaa kuin voimakas lämpöstressi. Viilennyspuhaltimista saadaan suuremmat hyödyt korkeatuotoksisessa karjassa, koska se on herkempi lämpöstressille kuin matalatuotoksinen (kappale 2.9.1). Kuva 2.53: Lehmien viillennykseen käytettävä puhallin Lehmien jäähdytykseen käytetään myös ns. kaksoispuhaltimia, joissa on rinnakkain kaksi puhallinta. Kaksoispuhaltimet voidaan asentaa taajaan, koska jäähdyttävä ilmavirtaus yltää kauas. Saksalaisessa testissä [Heidenreich 2009a] 700 mm:n puhaltimella saavutettiin 2 m/s:n virtaus 8 m päähän, 1200 mm:n puhaltimella 9 m päähän ja kaksoispuhaltimella (2 x 700 mm) 14 m päähän ja 16 m päähänkin lähes 2 m/s. Toisessa kokeessa (taulukko 2.13) 1 m/s:n ilmavirtaus saavutettiin kaksoispuhaltimella jopa vielä 21 m päässä [Heidenreich 2009b]. Taulukko 2.13: Puhaltimen heittopituus, joka päässä saavutettiin vielä 1m/s ilmavirtaus Puhallin Läpimitta mm Kierronopeus 1/min Heittopituus Yksittäispuhallin Yksittäispuhallin n Kaksoispuhallin n Kierrätyspuhallinten sähkönkulutukseksi saatiin ontariolaisessa raportissa [Energy efficiency 1996] kwh/lehmä/a. Laidunnus vähentää kulutuksen noin kwh/lehmä/a:iin. Heidenreichin [Heidenreich 2009a] selvityksessä pelkkä viilennyskäyttö kesällä kulutti 31 kwh/lehmä/a. Kierrätyspuhallinten energiankulutusta voi oleellisesti vähentää lyhentämällä käyntijaksoja tarpeen mukaan, suunnittelemalla sijoituksen oikein ja käyttämällä energiaa säästäviä puhaltimia. Tehokkaalla säätötekniikalla, kuten 3-vaihepuhaltimen taajuusohjauksella, on mahdollista säästää sähköä etenkin talvella, jolloin pyörimisnopeutta on alennettu. Talvella voi olla tehokkaampaa pyörittää esim. kahta puhallinta suurehkoilla kierroksilla kuin kaikkia pienillä, jos näin vain saadaan riittävä ilman kierto. Ulkomailla kierrätyspuhaltimina käytetään myös suurilapaisia pystyakselisia ns. helikopteripuhaltimia. Ne ovat kalliita, mutta erittäin tehokkaita eli niillä saadaan suuri ilmanvirtaus pienellä sähkön kulutuksella. Ilmavirtauksen kohdistaminen makuuparsiriviin ei onnistu niillä yhtä hyvin kuin normaalein aksiaalipuhaltimin eikä helikopteripuhaltimien hyödyn suuruutta liene todistettu tieteellisesti, joten niiden hankinnan järkevyydestä ollaan ulkomaillakin yleisesti erimielisiä. Viileän ilmaston vuoksi Suomessa helikopteripuhaltimista saatava hyöty on pienempi kuin ulkomailla.

95 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA Navetan valaistus Karjarakennusten valaistuksesta ja lampuista on kirjoitettu tarkemmin kappaleessa 1.8 (kuva 2.54).Valaistukseen tarvitaan navetoissa Wh/l maitoa ( kwh/eläin/vuosi) energiaa. Sen osuus on samaa luokkaa kuin ilmanvaihdossa tarvittava energiamäärä. Navetan eri osissa on työvalaistuksen tarve erilainen: Voimakkaamman valaistuksen tarvitsevat lypsy- ja pesutoimiin liittyvät kohteet, sairas- ja hoitotilat sekä toimisto- ja korjaamotilat. Keskinkertaista valaistusta tarvitsevat eläinten ruokintaan liittyvät alueet ym. Eläinten makuupaikoille, käytäville sekä odotusalueille riittää vähäisempi valaistus. Valaistuksessa tulisi käyttää mahdollisimman paljon hyväksi päivänvaloa (kuva 2.54). Samaten on oleellista valita eri alueille vaatimusten mukaiset valaistusjärjestelmät. On esimerkiksi tarpeetonta valaista lyhytaikaisessa käytössä olevia tiloja jatkuvasti. Erilaisten lamppujen valikoima luo mahdollisuuksia myös energiasäästöön. Valinnan varaa on myös uusien valaistusteknologioiden tai ohjelmoitavien järjestelmien osalta (kuva 2.55), jotka mahdollistavat ruokintapöytien ja makuupaikkojen valaistuksen vuorokausirytmin ja lehmien fysiologisten tarpeiden mukaan. Valaistuksen energiakulutus koostuu käyttöajasta ja valaisinten käyttämästä sähkötehosta. Kuva 2.54: A: Pihaton valaistusta. B: Loisteputkia pitää sijoittaa tiheämpään kuin korkeapainenatrium lamppuja, joten niiden huolto vaatii enemmän työtä C: Valoharja, jossa ilman väärään suuntaan virtaus on pyritty estämään järjestämällä ilmanpoisto hormein. Kuva 2.55: Valo-ohjauskeskus Valaistuksen sähköteho Tarvittavaan sähkötehoon vaikuttaa tarvittava valaistusvoimakkuus (luxia), valonlähteen valotehokkuus (lm/w), valaisimen hyötysuhde, valovirran alenema, lämpötila, valaisinten sijoittelu tasaisen valaistuksen aikaansaamiseksi, huoneen valaistushyötysuhde sekä valaistuksen säätö luonnonvalon mukaan. Kiinnittämällä huomiota näihin, voidaan säästää energiaa ja varmistaa valaistuksen riittävyys Kotieläinrakennusten valaistus MMM-RMO

96 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 95 C3 [MMM-RMO C3] suosittelee yleensä navetan valaistusvoimakkuuksiksi vähintään , lypsyasemalle ja nuorkarjalle luxia. Tanskassa suositukset ovat samaa tasoa ja Saksassa sekä Yhdysvalloissa selvästi korkeampia, taulukko Teknotiimin suositus yleisvalaistukseksi on 150 ja työkohdevalaistukseksi 300 luxia [Teknotiimi]. Mahdollisesti valon laatu vaikuttaa tarvittavaan valaistusvoimakkuuteen, mutta asiaa ei ole tutkittu riittävästi. Kohde Taulukko 2.14: Navetan valaistussuosituksia MMM-RMO Landcentret 2 LWK, N-S 3 C3 1 Tanska Saksa Suomi ASABE 4 USA Parsinavetta Ruokintapöytä Ruokintapöytä, työalue Takakäytävä Takakäytävä, työalue Pihatto Ruokinta-alue Makuu-alue Makuu-alue, työalue Kokooma-alue Lypsyasema Lypsysyvänne 500 Utareen valaistus Muut eläintilat Nuorkarjan karsinat Vasikkanavetta 50 Hoito- ja poikimaosasto Muut tilat Hoitoparsi Konehuone Rehukeskus Maitohuone Toimisto Maitoastioiden pesu [MMM-RMO C3] 2 [Jørgensen] 3 [WinterWagner] 4 [asae ep344] Yhtenä säästömahdollisuutena on vanhojen loisteputkien ja halogeenilamppujen korvaaminen taloudellisimmilla valaisimilla, esimerkiksi natriumlampuilla. Suurpainenatriumlamput tuottavat hehkulamppuihin tai loisteputkiin verrattuna 5 6 kertaa enemmän valoa ja kuluttavat niitä vähemmän sähköä Lämmitys Jos eläintilan lämpötila pidetään vähintään 12 ºC-asteessa ja ilman laatu suositusten mukaisena, niin Mikkolan ja Ahokkaan [Mikkola ja Ahokas 2009] mukaan navetan lämmitys kuluttaa 3800 kwh/lehmä/a. Käytännössä navetoissa kuitenkin tingitään talvella navetan lämpötilasta, ilman kosteussuosituksesta tai molemmista, ja eläintiloja ei lämmitetä yleensä ollenkaan. Lämmityksen energiankulutus on huomattavasti pienempi. Usein lämmitetään pelkästään huoltotiloja. Huoltotilojen lämmityksen kulutukseksi voidaan arvioida hyvin karkeasti netistä löytyvin laskurein, esim. 70-luvun talon kulutuksen perusteella lämpimille tiloille esim. 140 kwh/m2/a ja puolilämpimille puolet [Kymppivoima]. Laskelmasta tullee usein lämmitystarpeeksi suuruusluokaltaan muutamasta kymmenestä 200 kwh/lehmä/a:aan, joka on pieni verrattuna muuhun suoraan maidontuotannon energiankulutukseen. Lisäksi laitteiden hukkalämpö saattaa pienentää kulutusta oleellisesti. Joissakin navetoissa lämmityksen kulutus on jopa nolla, kun huoltotiloja ei lämmitetä lainkaan, vaan hyödynnetään laitteiden hukkalämpöä ja annetaan lämpötilan laskea talvella muutamaan plusasteeseen. Näissä navetoissa ei ole toimistoa, vaan kirjanpito joudutaan tekemään muualla. Perinteisesti lypsyasemat ovat olleet yleensä lämpimissä pihatoissa ja pieniä, joten eläinten lämpö on pitänyt ne riittävän lämpiminä. Lämpimässä ja viileässä pihatossa lypsyaseman talvilämpötilaa voidaan nostaa tekemällä kevyt katos aseman päälle (kuva 2.56). Tällöin asemalle muodostuu mikroilmasto, jonka lehmät lämmittävät nopeasti. Näin saadaan parannettua työskentelylämpötilaa ja viileässä pihatossa myös ehkäistyä

97 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 96 Kuva 2.56: A: Kevyt katos rakenteilla olevan lypsyaseman päällä B: Lypsyrobotin suojaus jäätymiseltä C: Viileässä pihatossa käytettävä lisälämmitin D:Vasikoiden lämmitystarvetta voi vähentää tällaisilla igluilla tai vasikkakatoksilla. jäätymisriskiä ilman lisälämmittimiä (kuva 2.56). Kesäaikana asemalla voidaan joutua käyttämään viilennyspuhallinta ja katoksen avaamista kuumuuden vähentämiseksi. Nykyisin lypsyasemat rakennetaan navetan siipeen, jolloin lypsylehmien lämpö ei lämmitä niitä, mutta toisaalta asema häiritsee navetan ilmanvaihtoa huomattavasti vähemmän. Tällainen asema ja sen kokoomatila tarvitsevat tilaa satoja neliömetrejä, joten lämmitystarve on melko suuri sekä jäätymisen ehkäisemiseksi että kosteuden poiston varmistamiseksi. Usein huonetilat on vielä tehty reiluiksi tulevaa lehmämäärän lisäystä varten, joten asema ja kokoomatila eivät kerkeä lämmetä kunnolla lypsyaikanakaan. Yksi mahdollisuus vähentää lämmitystarvetta on toteuttaa lypsykone kellariasennuksena, jolloin jäätymiselle alttiit lypsykoneen osat ovat tunnelissa lypsymontun alapuolella. Tämä helpottaa myös aseman puhtaanapitoa ja huoltoa. Kokoomatilan lattiaa voidaan taas pitää pienillä pakkasilla sulana urean avulla. Lypsyjän olosuhteita parantavaa säteilylämmitystä (kuva 2.57) ei kannata pitää päällä liian kauaa, sillä sen tehontarve on merkittävä. Kuva 2.57: A: Säteilylämmittimiä lypsysyvennyksen päällä B:Lypsyaseman jäätyvien laitteiden asennus lypsysyvennyksen alle vähentää aseman lämmitystarvetta 2.12 Tukitoimintojen laitteiden energiankulutus Tässä tukitoiminnoiksi luetaan yksittäisinä vähämerkityksiset kulutuskohteet, jotka eivät ole maidontuotannon päätoimintoja. Tukitoiminnot tukevat päätoimintoja, mutta tukitoimintojen energiankulutus on hankala osittaa tarkasti eri päätoiminnoille. Päätoiminnoiksi katsotaan lypsy, ruokinta, lannanpoisto, ilmanvaihto, valaistus ja kuivitus. Lämpimän veden kulutus voidaan jakaa eri toiminnoille. Usein tukitoimintojen energiankulutus unohdetaan tarkasteltaessa navetan energiakulutusta, koska ne ovat yksittäisinä vähämerkityksisiä. Suomessa tyypillisissä alle 150 lehmän navetoissa, tukitoiminnot voivat kuitenkin yhdessä kuluttaa merkittävästi sähköä (taulukko 2.15, kodinkoneissa lähteenä [TTS Kodin energiaopas]). Tukitoimintojen sähkönkulutus voi vaihdella paljon navetoittain, sillä varustetaso, käyttötottumukset ja sivutilojen laajuus vaihtelevat paljon. Lisäksi energiankulutukseen voidaan vaikuttaa valitsemalla tehokkaampia laitteita. Sosiaali- ja toimistotilojen sekä muiden huoltotilojen ilmanvaihtokoneen energiankulutus koostuu pääasias-

98 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 97 sa raitisilman lämmittämisestä, mutta myös puhaltimen käyttöön kuluu kymmeniä prosentteja IV-koneen sähkönkulutuksesta. Valitsemalla ilmanvaihtokoneen puhaltimeen tasavirtamoottori vaihtovirtamoottorin asemesta voidaan puhallinenergiankulutus puolittaa. Mitä suurempi on ilmanvaihtojärjestelmän vastapaine ja paine-ero, sitä suurempi on puhaltimen sähkönkulutus. Vastapainetta voidaan pienentää myös suunnittelemalla IV-kone yksinkertaiseksi ja pitämällä ilmaventtiilejä riittävästi auki. Säännöllinen ilmanvaihtokoneen suodattimen puhdistus/vaihto pienentävät ilmanvaihdon vastapainetta, mikä säästää energiaa. Lumipyryssä ilmanvaihtokoneen tuloilmasäleikkö voi myös täyttyä, jos se on sijoitettu väärin pahimman pyryn puolelle. Ilmanvaihtokone saattaa olla päällä normaaliteholla jatkuvasti, vaikka näissä tiloissa oleskellaan vain aamu- ja iltatöiden aikaan. Ilmanvaihtokoneen käyntiä voidaan vähentää niin, että ilmanvaihtokone alkaa ajastetusti käydä hitaammalla nopeudella, kun tiloista on poistettu normaalin käytön kosteuskuormat, esimerkiksi suihkun lattian kuivuttua. Kuva 2.58: Palovaroitin Palovaroittimen (kuva 2.58) sähkönkulutus on arvioitu Liljebladin [Liljeblad 2012] lähettämistä virrankulutustiedoista kolmen silmukan näytteenoton palovaroittimella. Palovaroittimen kulutukseen voi vaikuttaa suunnittelemalla järjestelmän yksinkertaiseksi, mm. ilmanimuputket lyhyiksi ja vähän näytteenottopisteitä. Mahdollisesti myös käyntiaikaa voi lyhentää kello-ohjauksella, jos navettatöiden aikaan mahdolliset syttymiskohteet ovat havaittavissa. Pöytätietokoneen kulutusta voi vähentää sammuttamalla näytön. Kovalevy voidaan vaihtaa Flash-levyyn joka on tavallista kovalevyä paitsi energiatehokkaampi, myös äänettömämpi ja luotettavampi. Pelkästään energiansäästösyistä levyä ei kannata lähteä vaihtamaan. Toinen vaihtoehto on vaihtaa pöytätietokone kannettavaan. Uusien kylmälaitteiden energiankulutus on niin pieni, että siitä ei paljon voi säästää. Tärkeää on kuitenkin pitää reilu tuuletustila lauhduttimen takana, jolloin kylmäkoneen ei tarvitse työskennellä turhan suurta lämpötilaeroa vastaan. Lauhdutin on ohuesta putkesta tehty ritilä kylmälaitteen takana tai lauhdutin voi olla myös piilossa laitteen kuoren alle. Talvella voidaan ternimaidot jäähdyttää/jäädyttää ulkona, mikä vähentää pakastimen sähkönkulutusta. Vedinpyyhkeet on pestävä yli 71 ºC-asteen lämpötilassa, jotta haitalliset bakteerit kuolisivat [Thomson 2006]. Tämäkään lämpötila ei riitä, jos pyykkikone on liian täysi, etenkin jos se on päältätäytettävä. USA:ssa suositellaan myös desinfiointiaineen käyttöä varmistamaan lypsypyyhehygieniaa. Vedinpyyhkeiden ja työvaatteiden pesussa voidaan käyttää tilasäiliön lämmöntalteenotolla esilämmitettyä vettä ja mahdollisesti pudottaa pyyhkeiden pesulämpötilaakin 90:stä 75 C-asteeseen, mikä vähentää vedenlämmityksen energiankulutusta yli puolella. Vedenlämmityksen energiankulutus oli Nilssonin & Påhlstorpin [Nilsson ja Påhlstorp 1985] tutkimuksessa jopa 254 kwh/lehmä/a. Sveitsiläisessä selvityksessä energiankulutus tiloilla vaihteli 11:sta 107 kwh/lehmä/a:iin (Burkhalter 2009). Hörndahlin [Hörndahl 2008] selvityksessä vedenlämmitykseen 2 pihatossa meni keskimäärin 5,2 kwh/maitotonni. Vaihtelut ja säästömahdollisuudet ovat suuria. Navetassa voi olla kiertovesipumppuja vesikiertoiselle lämmitykselle ja käyttövedelle. Kiertävän käyttöveden lämpöhävikki on elinkeinorakennuksissa usein % käyttöveden lämmitykseen kulutuneesta energiasta (Bøhm ym. 2009). Hävikki siis voi olla yhdeksän kertaa käytettävässä vedessä kulutettu lämpömäärä. Navetassa osa huonetiloista voi olla tavallista huonelämpötilaa kylmempiä, joten lämpöhävikki olla suurempikin. Usein kiertovesipumput pyörivät silloinkin, kun lämmitystä tai käyttövettä ei tarvita. Käyttövesipumppua voidaan ohjata kellokoneistolla, jolloin vettä kierrätetään vain niinä aikoina kuin sitä normaalisti tarvitaan. Tällöin myös käyttöveden jäähtyminen kierrossa vähenee merkittävästi. Kun pumppu ei pyöri, lämmintä käyttövettä on saatavana, mutta sen saanti vain kestää hieman kauemmin. Kellokoneistoksi käy muutaman euron maksava auton lohkolämmittimelle tarkoitettu ajastin, jos käyttövesipumppu toimii yksivaihesähköllä. Tällöin kiertove-

99 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 98 sipumppua varten tarvitaan vielä pistorasia ja pistokkeellinen johto. Jos kiertovesipumppuja seisotetaan pitkiä jaksoja, niin niitä tulisi käyttää esimerkiksi puoli tuntia kuukaudessa siivikon kiiinnijämähtämisen estämiseksi. Muuta kuin sähkölämmitystä käytettäessä kiertovesipumpuista kannattaa tarkastaa myös pyörimisnopeus, jos niissä on sen asetus. Jos vesi on riittävän lämmintä 1-nopeudellakin esim. 25 W:lla, niin 3-nopeuden ja 60 Watin käyttö vain turhaan kuluttaisi sähköä ja putkistoa. Usein lämpimän veden kulutuspisteet on mahdollista sijoittaa lähekkäin, mikä vähentää lämpöhävikkiä. Uutta rakennettaessa käyttövesiputkiston pituudessa voidaan säästää hyvällä suunnittelulla ja siten säästää myös käyttövesiverkoston lämpöhävikissä. Käyttövesiputkisto suositellaan eristettävän hävikkien pienentämiseksi [Ympäristöministeriö 2009]. Jos jokin vesipiste on kaukana maitohuoneesta, esim. hoitokarsinoiden luona, ja siellä vettä tarvitaan melko vähän, voidaan vesi joko kantaa sinne tai asentaa läpivirtauslämmitin (kuva 2.59). Läpivirtauslämmitin lämmittää läpivirtaavan veden sähköllä hetkessä, jolloin veden siirron lämpöhävikkiä ei synny lainkaan. Esim. 11 kw lämmittimellä saa lämmitettyä vettä 33 C-astetta käsien pesuun lähes normivirtaamalla. Läpivirtauslämmittimet ovat yleisiä, joten niitä voi tiedustella putkiasennusliikkeistä. Kuva 2.59: Käyttöveden läpivirtauslämmitin Vedenlämmitys kuluttaa paljon energiaa. Lämmintä vettä kuluu 12 l/min suihkussa [Ympäristöministeriö 2007] ja käsien pesussa 6 l/min. Taulukon (2.15) laskelmassa on huomioitu 1 minuutin käsien pesu navettaan tultaessa, vasikoiden juoton jälkeen ja ennen toimistotöitä sekä 2 minuutin käsien pesu siemennyksen yhteydessä. Pesuaines standardissa EN 1499 (1997) käsien pesuun kuuluu kostutus 30 tai 60 s pesu ja 15 sekunnin huuhtelu. Suihkussa oloajaksi on oletettu 5 minuuttia. Markkinoilla on suuttimia, joilla kerrotaan saatavan riittävän leveä suihku % pienemmin vesimäärin johtamalla ilmaa veden sekaan, esim. [Ecosmart 2010]. Lisäksi allashanan vedenkäyttöaikaa voi usein lyhentää esim. saippuoimalla kädet jo ennen hanan avaamista. Vedenkäytön seuranta vesimittarilla vähentää vedenkäyttöä tyypillisesti 10 % asuntoyhtiöissä [Ympäristöministeriö 2009]. Koska navetan huoltotiloissa vedenkäyttö on samankaltaista kuin asunnoissa, niin vierasta työvoimaa käytettäessä lämminvesimittarin asennus ja vedensäästön painottaminen työntekijöille voi maksaa itsensä takaisin kohtuullisessa ajassa. Lämminvesivaraajan hukkalämpö riippuu varaajan koosta, eristyksestä ja veden sekä ympäristön lämpötilaerosta. Esimerkiksi 500 litran varaajan lämpöhäviöteho on 200 W [D5 Rakentamismääräys]. Häviö on 4,8 kwh vuorokaudessa ja 1800 kwh vuodessa, kun veden ja huoneilman lämpötilaero on 49 ºC-astetta. Talvella lämpöhäviö tulee hyödynnettyä huonetilan lämmityksessä. Tilasäiliön pesuun voidaan tarvita 90 ºC-asteista vettä ja talvella huonelämpötila voi olla 5 ºC-astetta. Tällöin varaajan lämpöhäviöteho on 350 W ja vuodessa 3000 kwh. Häviötä voidaan ehkäistä välttämällä varaajan ylimitoitusta. Varaajan koon tulee olla vähintään 30 % suurempi kuin lypsykoneen/tilasäiliön pesun kuuman veden tarpeen [Ludington ym 2004], jos pesuriin otetaan kuuma vesi. Minimikokoisella varaajalla pesu pitää ajastaa niin, että muuta kuuman veden käyttöä ei ole välittömästi ennen pesua. Häviötä voi pienentää estämällä kello-ohjauksella varaajan lämmityksen silloin, kun lämmintä vettä ei yleensä käytetä. Pienillä varaajilla säästöt ovat vain muutamia kymppejä vuodessa. Lämmitysvastusten kalkkeutuminen heikentää lämminvesivaraajan toimintaa varsinkin, jos veden kalkkipitoisuus on suuri. Kalkkeutuminen on sitä nopeampaa, mitä kuumemmaksi vesi lämmitetään. Esimerkiksi lämmitettäessä vettä 90 C-asteeseen 55:n sijaan, lämmitysvastusten kalkkeutuminen viisinkertaistuu [AEG Haustechnik]. Kuumaksi, 90 C-asteeseen, lämmittävän varaajan kalkinpoistoon pitää kiinnittää erityistä huomiota.

100 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 99 Taulukko 2.15: Esimerkki 60 lehmän navetan yleisistä sähkönkulutuskohteista (ei sis. veden ja tilojen lämmitystä) ja mahdollisista säästöistä Toiminto Alkuperäinen kulutus kwh Säästö kwh Kulutus säästö huomioituna kwh Säästötoimenpide Ilmanvaihto, sivutilat 100 m Käyntiaikaohjaus, lämpötilanlasku suodattimien puhdistus Palovaroitin Tietokone Pöytäkoneen vaihto kannettavaan Ternimaitopakastin, iso Isompi tuuletustila lauhduttimelle Lääkejääkaappi Pyykinpesu, 90 ºC, Esilämmitetty vesi. 2 krt/vrk Lämmin käyttövesi (suihku, käsien pesu) Lämpötilan lasku Säästösuutin, pienempi virtaama Traktorin lämmitys Kiertovesipumput Käyntiaikarajoitus 2 kpl Vesipumppu Paineenlasku Yhteensä Säästöä 36% Eläintä kohti kwh/eläin (60 lehmää) % 2.13 Yhteenveto maidontuotannon energiansäästöstä Arviot maidontuotannon suorasta energiankulutuksesta, eli rehujen navettaan ja lannan navetasta siirron sekä navetassa tapahtuvasta energiakulutuksesta, vaihtelevat alle 400:sta yli 5000 kwh/lehmä/a:iin. Energian hinnan kaksinkertaistuttua energiakustannuseroksi tehottomien ja tehokkaiden tilojen välillä voi ääritapauksissa tulla jopa 10 senttiä/maito-kg. Suomalaisen maidontuotannon suuri energiankulutus, josta lämmitystarve selittää vain pienen osan, voi myös heikentää maidontuotannon kansainvälistä kilpailukykyä. Maidontuotannon energiankulutuksen suuri säästöpotentiaali jakautuu useisiin kohteisiin, joiden osuus maidontuotannon kulutuksesta ja säästöpotentiaalit vaihtelevat paljon tilakohtaisesti. Suurimmat yksittäiset kulutusluvut, kulutusvaihtelut (kwh/maito-kg) ja säästöpotentiaalit ovat ruokinnassa, lypsyssä, valaistuksessa ja jatkokäsittelyä sisältävässä lannanpoistosta. Jos näiden energiasäästöön on kiinnitetty jo huomiota maatilalla, suurimmat säästömahdollisuudet voivat löytyä myös ilmanvaihdosta, maidonjäähdytyksestä, vedenlämmityksestä, lämmityksestä, peruslannanpoistosta tai tukitoiminnoista. Joissakin tapauksissa mahdolliset prosentuaaliset säästöt ovat niin suuria, että kannattavin säästötoimenpide saattaa olla pienehkössäkin kulutuskohteessa. Eri toiminnot vaikuttavat toisiinsa, kuten ruokinta lannanpoistoon sekä lypsyyn ja lypsy maihdonjäähdytykseen sekä vedenlämmitykseen. Ristiriitaisten säästötoimenpiteiden välttämiseksi ja kannattavimpien toimenpiteiden tekemiseksi ensimmäiseksi säästöt tulisi etsiä maidontuotannon kokonaistarkastelulla. Koska tuotantomenetelmien välillä on moninkertaisia energiankulutuseroja ruokinnassa, valaistuksessa, ilmanvaihdossa, lannanpoistossa, maidonjäähdytyksessä ja lypsyssä, toiminnallisella suunnittelulla on suuri merkitys energiankulutukseen. Tärkeintä on toiminnallinen suunnittelu uutta rakennettaessa, koska silloin on edullista vaikuttaa rakennuksen toiminnalle luomiin edellyksiin, Olemassa olevassa rakennuksessakin toiminta voidaan suunnitella uusiksi ja muuttaa energiatehokkaammaksi. Rakennussuunnittelussa energiansäästön kannalta on tärkeää suunnitella rakennus yhteensopivaksi koneiden kanssa, varata tilaa energiansäästöratkaisuille, välttää pitkiä siirtoreittejä ja välttää suunnittelemasta huoltotiloja liian suuriksi. Energiakustannus on vain muutamia prosentteja tuotetun maidon arvosta, joten energiaa säästettäessä ei pidä vähentää tuotantoa. Energiakustannus on pieni myös työkustannukseen verrattuna. Energiankulutus on teho kertaa käyttöaika, joten joissain tapauksissa energiaa säästettäessä voidaan säästää myös työkustannuksissa.lisäksi käyttöajan lyhentyessä laitteiden huoltokustannukset voivat laskea. Se, että yhdestä toimenpiteestä on saatavissa jopa kolme hyötyä, tekee käyttötottumusten muuttamisen erityisen mielenkiintoiseksi säästötavaksi.

101 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 100 Toisaalta vanhoista toimintatavoista pois oppiminen voi olla vaikeaa ja siinä ulkopuolinen apu voi olla tarpeen. Lypsyn, ruokinnan, lämpimän veden ja valaistuksen kulutukset vaihtelevat moninkertaisesti käyttötottumusten mukaan, joten monilla tiloilla niiden energiankulutusta voidaan laskea merkittävästi ilman investointeja, pelkästään käyttöä muuttamalla. Huollon vaikutus energiankulutukseen on yleensä muutamasta prosentista alle 20 %:iin, mutta koneellisessa ilmanvaihdossa huollolla on suuri merkitys. Pelkkä puhaltimen pölyyntyminen voi vähentää tuottoa 40 %. Lisäksi kulutukseen vaikuttavat perhospeltien puhdistus sekä rasvaus, tuloilmaluukkujen vaijerin venyminen, lämpötila-anturin kunto ja säätöalueen muuttaminen vuodenaikojen mukaan. Huolto vaikuttaa ilmanvaihdon energiankulutukseen monessa portaassa, joten kokonaisvaikutus voi olla suuri. Valaistusvoimakkuuttakin voidaan parantaa jopa kolmannes pitämällä valaisimet, valoharja ja ikkunat puhtaina. Kolmas kohde, jossa huollolla on suuri suhteellinen merkitys, on lietteen pumppaus. Pumpun kuluminen ja imupuolen osittainen tukkeutuminen voivat laskea tuottoa merkittävästi ja moninkertaistaa sähkönkulutuksen, tosiin vain muutamilla kymmenillä kilowattitunneilla/lehmä/a. Laitevalinnoilla saatavat säästöt ovat säästöjä, jotka saavutetaan valitsemalla kilpailevaa vaihtoehtoa energiatehokkaampi laite. Koska laitevalinta vaikuttaa tarvittavaan huoltoon sekä mahdollisiin käyttötapoihin ja monista laitteista on tarjolla vähän puolueetonta tietoa, tilan käyttöön energiatehokkaimman laitteen valinta voi olla vain näennäisesti helppo säästötapa ja todellisuudessa erittäin vaativaa myyjien erilaisten argumenttien sekoittaessa ostajan ajatuksia. Yleensä energiansäästömahdollisuus laitevalinnoissa on pienempi kuin toiminnallisessa suunnittelussa menetelmävalinnoissa, käyttötottumusten muuttamisella ja huollossa. Poikkeuksen muodostaa tilanne, että kilpaileva laite ei toimi kunnolla tilan olosuhteissa. Esimerkiksi kuljetin, jolla on taipumus tukkeutua, kuluttaa paljon enemmän energiaa kuin hyvin toimiva. Itselle tuntematonta laitetta ostettaessa pitäisi pyrkiä tutustumaan laitteen toimintaan samanlaisissa olosuhteissa kuin itsellä on. Sitten kannattaa selvittää laitteen tehonkulutus ja työsaavutus, joiden avulla voidaan laskea energian kulutus: teho (kw) kertaa käyttöaika (h) on energia (kwh, kilowattituntia). Esimerkiksi jos hankittavalla laitteella 1,2- kertainen tehonkulutus, mutta 1,3-kertainen työsaavutus, niin silloin hankittava laite on tehokkaampi eli hyötysuhteeltaan parempi kuin kilpaileva laite. Saman työn tekevistä apevaunuista paras saattaa kuluttaa 25 %, puhaltimista 40 %, lampuista 60 % ja lantakoneista 90 % vähemmän kuin tehottomin, vaikka kaikki näistä toimisivatkin kunnolla. Laitevalinnallakin on merkitystä energiansäästössä. Maidontuotannon energiankulutus on monilla tiloilla suurta ja suhteelliset säästömahdollisuudet ovat suuret. Toisaalta toisin kuin monilla muilla toimialoilla, säästöjä on etsittävä kaikista toiminnoista. Säästötoimenpiteitäkin on yleensä kohdistettava useisiin toimintoihin, jotta prosentuaalisesti merkittäviä säästöjä saavutettaisiin. Lisäksi se, että suurten säästöjen saavuttamiseen on pyrittävä suunnittelulla, käyttötottumusten muuttamisella, huollolla ja laitevalinnolla, tekee vielä vaativampaa kannattavimpien säästötoimenpiteiden paitsi löytämisestä myös toteuttamisesta. Toisaalta esimerkiksi energiasuunnitelmaa tehtäessä havaittujen pienien säästökohteiden kuntoonlaitto saattaa vaatia hyvinkin pienen panostuksen säästöstä saatavaan tuottoon nähden, mikä kannustaa sitten suurempiin parannuksiin. Suomi lämmin navetta 12 ºC 1 Taulukko 2.16: Yhteenveto kulutuksesta Suomi kylmä Saksa 2 Suomi energiasuunnitelmat pihatto 1 Maitotuotos kg/lehmä/a Suora energian kulutus kwh/lehmä/a Kokonaiskulutus kwh/lehmä/a Suoran kulutuksen 48% 22% 11% 46% osuus Laitteet, valot ja 14% 22% 11% vesi 1 [Mikkola ja Ahokas 2009] 2 [Kraatz 2008] Säästömahdollisuus maidontuotannon suorassa energiankulutuksessa on merkittävä. Laitteiden ja lämmityksen käytöstä muodostuva suora energiankulutus on kuitenkin osa maidontuotannon kokonaisenergiankulutuksesta, johon lasketaan mukaan myös epäsuorat kulutukset. Esimerkiksi Kraatzin [Kraatz 2008] tutkimuksessa suorakulutus oli vain 11 % kokonaiskulutuksesta. Suurin kulutuskohde oli rehuntuotanto 65 %:n osuudella. Mikkolan & Ahokkaan [Mikkola ja Ahokas 2009] tutkimuksessa rehuntuotannon kulutus oli kolminkertainen maidontuotannon verrattaessa suoraan energiankulutukseen ilman huonetilojen lämmitystä. Maatilojen energiasuunnitelmia tehtäessä laskettu maidontuotannon suora energiankulutus [Kari 2013], joka saattaa johtua

102 LUKU 2. ENERGIAN KÄYTTÖ JA SÄÄSTÖ MAIDONTUOTANNOSSA 101 tuhlailevista käyttötottumuksista, on lähes yhtä suuri kuin Mikkolan ja Ahokkaan [Mikkola ja Ahokas 2009] esittämä rehuntuotannon energiankulutus (taulukko 2.16). Navetalla tehtävissä energiansäästötoimenpiteissä pitää kiinnittää huomiota siihen, että energiasäästöt eivät lisää rehujen, lannoitteiden, pesuaineiden yms. tuotantotarvikkeiden menekkiä ja siten epäsuorasti lisää energiankulutusta. Pyrittäessä säästämään maidontuotannon suorassa energiankulutuksessa tarkasteluun tulisi sisällyttää tilan kasvintuotantokin, jotta samalla luodaan edellytyksiä myös rehuntuotannon ja lannankäytön energiatalouden parantamiseen.

103 Kirjallisuutta [AEG Haustechnik] [Ahokas 2013] [Andersson 1985] [ASAE EP344] Technische Information für Fachhandel und Planer Warmwassergeräte. AEG Haustechnik. 86 s. Ahokas J. (toim.). Maatilojen energiankäyttö, Enpos- hankkeen tulokset. Department of Agricultural Sciences, publications 15. University of Helsinki Andersson. M Effects of drinking water temperatures on water intake and milk yield of tied-up dairy cows. Livestock Production Science 12: ASAE EP Lighting Systems for Agricultural Facilities. American Society of Agricultural and Biological Engineers, ASABE standards ASAE EP344.3 JAN2005, R2010, 13 p. [Averberg ym 2009] Averberg, U. Block, K. Brüggemann, C. Brügger, E. Cielejewski, H. Feldmann, R. Feller, B. Fübbeker, A. Gers-Grapperhaus, C. Hartmann, H-B. Koch, F. Koopmann, J. Kowalewsky, H-H. Joachim Matthias, J. Uppenkamp, N. Winter, A. & Wulf, B Energieeffizienzverbesserung in der Landwirtschaft. Verband der Landwirtschaftskammern. Berlin. 80 s. [Balzer ja Statschok 1986] [Barbari ja Ferrari 2006] [Barnett ja Russell 2010] [Beck ym 2000] Balzer, H. & Statschok, C Ergebnisse zum Elektroenergieverbrauch in industriegemässigen Anlagen der Kälber- und Jungviehzucht und der Milchproduktion. Agrartechnik 36: 1, s Barbari M, Ferrari P. 2006, Hygienic conditions of milking cows in loose housing systems with different lying areas. In: Proc. World Congr. Commission Internationale du Genie Rural. VDI-Verlag. Düsseldorf, Germany. 2006;p Barnett J. & Russell J Energy Use on Dairy Farms. Environmental issues at dairy farm level. Bulletin of the International Dairy Federation. 443, Beck, J. Katzschke, D. &Steingaß, H Erwärmtes Tränkwasser für Milchkühe? Landtechnik 55: 4, [Berman 2005] Berman, A Estimates of heat stress relief needs for Holstein dairy cows. Journal of Animal Science 83: Saatavissa: Burkhalter, R Analyse hilft beim Sparen. die Grüne 9: [Buckmaster ym 1989] Buckmaster, D. R., C. A. Rotz, and R. E. Muck A comprehensive model of forage changes in the silo. Transactions of ASAE. 32:1143 [Clausen 2009] Clausen, N Elektroenergiebedarf in der Milchvieh- und Schweinehaltung. AEL Merkblatt 33, 7 s. Saatavissa: [Cornelissen ym 2009] Cornelissen, J.M.R. Ursinus, W.W. Schepers, F. Groot Koerkamp, P.W.G. & Dixhoorn, I.D.E Brief of requirements of the dairy cow. Report 264. Wageningen UR Livestock Research. [D5 Rakentamismääräys] D5 Suomen rakentamismääräyskokoelma, Rakennuksen energiankulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskenta Ohjeet Ympäristöministeriö, Asuntoja rakennusosasto

104 KIRJALLISUUTTA 103 [Dairy cattle 1985] Dairy cattle housing and equipment. Plan British Columbia Ministry of Agriculture, Food and Fisheries Saatavissa: [Dairy Note] DairyNote, Energy Partitioning. content/f1r1e1.pdf ( ) [Danfoss M2] Danfoss Components for Milk Cooling Applications Training. Refrigeration and A/C Controls Division. 17 s. [DLG Prufberichte 4885] DeLaval Milchkühlanlage DX/OX DLG Prüfbericht s. [Dunn ym 2010] Dunn P., Butler G., Bilsborrow P., Brough D. & Quinn P. Energy + Efficiency, Renewable energy and energy efficiency options for UK dairy farms. Newcastle University, Options%20for%20UK%20Dairy%20Farms.pdf, ( ) [Ecosmart 2010] Ecosmart. Esite. Hans Grohe. fi/hg_ecosmart_2010_fi.pdf [Eerola 2006] Eerola, K Seosrehuruokinta ja siinä käytettävät yleisimmät koneketjut Suomessa. Opinnäytetyö. Hamk. 46 s. [Energy efficiency 1996] Energy Efficiency: A Guide to Current and Emerging Technologies. Volume 2: Industry and Primary Production. CAE. Centre for Advanced Engineering, University of Canterbury, Christchurch [Energy Techn. Pers.] [Geoenergia 2013] [Good Practice Guide 280] [Goodrich ym 2003] ENERGY TECHNOLOGY PERSPECTIVES Scenarios & Strategies to Saatavissa: Viitattu Geoenergia. Geologian tutkimuskeskus. Viitattu Energy efficient refrigeration technology. Good Practice Guide 280. ETSU. Goodrich, B. Mukhtar, S. Engler, C. & Capareda, S Energy Usage Survey of Dairies in the Southwestern United States. Asabe Paper An ASABE Annual International Meeting presentation, Rhode Island June 29 July 2, s.ggg<+e3åé3 [Gylleanlæg og ajlebeholdere] Anlæg til flydende husdyrgødning (gylleanlæg og ajlebeholdere) [Hansen 1999] [Harmon ym 2010] [Hattum et al 2005] [Heidenreich 2009a] [Heidenreich 2009b] Hansen, M.N., Optimal number of clusters per milker. Journal of Agricultural Engineering Research 72: Harmon J., Hanna M. & Petersen D Energy efficient fans for swine production. Iowa State University. 2 p. Hattum, B, Keuper, J, Knuivers M & Lenge, R Sechs Mischer im Test. Top Agrar. 5/ Heidenreich, T Anforderungen zukunftsorientierter Betriebe an den Stallbau. Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie. Viitattu Heidenreich, T. 2009b. Optimierte Unterstützunglüftung in der Milchviehhaltung. Teoksessa: Energieeinsatz in der Tierhaltung. s [Heidenreich ym 2008] Heidenreich T., Wanka U & Jacob J Immissionsschutzrechtliche Regelung. - Rinderanlagen. Freistaat Sachsen. Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft.

105 KIRJALLISUUTTA 104 [Heinrichs ja Kononoff 2003] [Helminen 1998] Heinrichs, J. & Kononoff, P (2003) Evaluating particle size of forages and TMRs using the New Penn State Forage Particle Separator. Pennstate University. 15 p. Helminen, J Lypsylehmille parhaat rehut. Maito ja Me 9. Ruokintaliite. Saatavissa [Hinge 2001a] Hinge J. Mekanisk ventilation. Videncentret for Landbrug. [Hinge 2001b] Hinge. J. Mekanisk ventilation - ligetryksanlæg. ligetryksanlaeg.aspx. Videncentret for Landbrug. [Housing Design for Cattle] Housing Design for Cattle Danish Recommendations. Third edition. The Danish Agricultural Advisory Center. 122 p. Saatavissa: Haettu [Hömberg 2001] [Hörndahl 2008] Hömberg, D Wirtschaftlichkeit automatischer und konventioneller Melksysteme im Vergleich Technische Universität München Lehrstuhl für Wirtschaftslehre des Landbaues. Väitöskirja 186 s. Hördahl, T Energy Use in Farm Buildings - a study of 16 farms with different enterprises. Revised and translated second edition. Swedish university of agricultural Sciences. Faculty of Landscape Planning, Horticulture and Agricultural science. Report 2008:8. [Interpuls 2008] Frequenzregler Kurzanleitung. Interpuls.7 s [Jakobsen 2012] Jakobsen, J Perusskenaarion sisältyvät riskit. Nordea. Talousnäkymät 3/2012. s [Jakop ja Jakop 1976] Jakop, P. & Jakop, R FAT-Blätter für Landtechnik s. [Jensen 2009] [Jeroch ym 1993] [Johnson 1965] [Jones 2007] [Jungbluth ym 2005] [Jørgensen 2006] [Kammel ja Patoch 1993] [Kari 2013] [Kastroll ym 2007] [Kaurich 2010] Jensen, M.L El- og vandforbrug ved malkning med AMS. Farmtest Cattle 61. Dansk Landbruksrådgivning. 12 s. Saatavissa Haettu Jeroch, H. Flachowsky, G.& Weißbach, F.1993 Futtermittelkunde. Gustav Fischer Verlag Jena, Stuttgart, 1993 Johnson H D Environmental temperature and lactation with special reference to cattle. International Journal of Biometeorology, v.9, p Jones, S.Q The effect of alfalfa and cornstalk round bale processing type on animal performance, wastage, preference, and mixing characteristics. Opinnäytetyö. Kansas State University Department of Animal Sciences and Industry College of Agriculture. 53 s. Jungbluth, T.; W. Büscher ; M. Krause (2005): Technik Tierhaltung. Stuttgart Jørgensen, C Lys i kvægstalde. FarmTest 32A, Bygninger. Dansk Landbrugsrådgivning Landscentret Byggeri og Teknik. 62 s Kammel, D. W. & Patoch, J Energy Savings Achieved from Heat Recovery Systems. Transactions Of The ASAE 36(4): Kari, M Puhelinkeskustelu Mika Turunen Maarit Kari, Pro Agria Kastroll, H-J. Krugel, U. Partschefeld, M. & Piesske, B Temperieren von Tränkewasser - Frostschutz Wasser führender Leitungen. AEL-Merkblatt s. Kaurich, J Energy Efficiency Recommendations for Robotic Milking Systems. ASABE Paper An ASABE Meeting Presentation. Pittsburgh, Pennsylvania June 20 June 23, s.

106 KIRJALLISUUTTA 105 [Keck ym 1995] [Kivinen ym 2007] [Kraatz 2008] Keck, M. Büscher,W. & Jungbluth, T Ammoniakfreisetsung aus der Schweinehaltung. Landtechnik 50,6: Kivinen, T. Kaustell, K. O. Hakkarainen, K, Tuure, V-M. Karttunen, J. & Hurme, T Lypsykarjapihaton toiminnalliset mitoitusvaihtoehdot. Mtt:n selvityksiä.137 MTT. 161 s. Klipstein, D Dimming Fluorescent Lamps. Viitattu Kraatz, S Ermittlung der Energieeffizienz in der Tierhaltung am Beispiel der Milchviehhaltung. Väitöskirja. Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin. 221 s. [Kromann 2011] Kromann, H Nye anbefalinger til mælkerum. Kvaeg Nytt [Krumm ym 2004] [Kymppivoima] [Kyytsönen 2013] [Kølekompressoren] [Landbrugets Byggebl.] [Lanham ym 1986] Krumm, A. Grimm, H. & Ordolff, D Arbeitszeiten und Melkleistung in Swingover-Melkständen. Landtechnik 4: Energiankulutuslaskuri. Saatavissa energialaskuri.swf Kyytsönen,J Ilmasähköjohto puolet maakaapelia halvempi. Maaseudun Tulevaisuus , s.3 Kølekompressorens driftsbetingelser. Ringkanalanlaeg i kvaegstalde - anlaegs- og driftsvejledning. Landbrugets Byggeblade Dansk Landbrugsrådgivning. 6 s. Lanham, J.K. Coppock, C.E. Milam, K.Z. Labore, J. M. Nave, D. H. Stermer, R. A. & Brasington, C. F Effects of drinking water temperature on physiological responses of lactating Holstein cows in summer. Journal of Dairy Science, 69: [Legionellat]. Legionellat, ympäristötekijät ja torjuntamahdollisuudet. KTL. Viitattu [Lehtonen 2007] [Lestinen ym 2011] Lehtonen, H Suomen maidontuotannon kehitys eri hintaskenaarioilla maitokiintiöiden vapautuessa. In: EU:n maitokiintiöjärjestelmän poistumisen vaikutukset Suomen maitosektorille / Lehtonen, Heikki (toim.). MTT:n selvityksiä 144: Lestinen, T. Kekkonen, M. Malvisto, A-M. & Turunen, M Kokoomakouru toimintavarmemmaksi. Kilpailukykyä maidontuotantoon -hankkeen raportti. Jamk. 4.s Saatavissa: [Liljeblad 2012] Liljeblad, J Elotec Oy. Sähköposti Mika Turuselle [Ludington ym 2004] Ludington, D.C. Johnson,E.L. Kowalski, J. A. & Mage, A. L Dairy Farm Energy Management Guide. Southern California Edison. 169 s. Saatavissa internetistä %20Services%20for%20Your%20Business/CompleteGuide_102005REV.pdf. Luettu [MMM 3/2006] Tavoitteena terve ja hyvinvoiva nauta. Maa- ja metsätalousministeriö 3/ s. [Manninen ym 2006] Manninen, E. Nyman, Laitinen, K. Murto, I. & Hovinen, M Lypsyllä parressa ja pihatossa. 59 s. Saatavissa: [Mannfors ja Hautala 2011] Viitteet Mannfors B. & Hautala M. Eläinten hyvinvointiin perustuva tuotantoeläinrakennusten mikroilmasto: Ilmanvaihtoon ja lämpötilaan liittyvät suositukset. Maataloustieteiden laitos, Julkaisuja 6. Helsingin yliopisto, Maataloustieteiden laitos Saatavissa tutkimusraportti_valmis4.pdf, )

107 KIRJALLISUUTTA 106 [Mikkola ja Ahokas 2009] Hannu J. Mikkola and Jukka Ahokas. Energy ratios in Finnish agricultural production. Agricultural and Food Science, Vol 18(2009): [Miljöministeriet 2010a]. Faste drænede gulve med skraber og ajleafløb. Saatavissa Miljøstyrelsen København. [Miljöministeriet 2010] Skrabere i gyllekanaler i stalde med malkekvaeg. Saatavissa BD44F33/0/Skrabereigyllekanaleristaldetilmalkekv%C3%A6g.pdf. Miljøstyrelsen København. 13 s [Maaseutuvirasto 2008] [MMM-RMO C2.2] [MMM-RMO C3] [Murphy ym 2013] [Nilsson ja Påhlstorp 1985] Maaseutuvirasto, Eläinten hyvinvoinnin tuen opas. 24 s. Saatavissa MMM-RMO C2.2. Maatalouden tuotantorakennusten lämpöhuolto ja huoneilmasto C2.2. Maa- ja metsätalousministeriön rakentamismääräykset ja -ohjeet. MMM-RMO C3. Kotieläinrakennusten valaistus. Maa- ja metsätalousministeriön rakentamismääräykset ja -ohjeet. Murphy M.D., Upton J. & O Mahony M.J. Rapid milk cooling control with varying water and energy consumption. Biosystems Engineering 116 (2013), p Nilsson. S., & Påhlstorp. S Energiförbrukning i Jordbrukets driftsbyggnader. Inst f LBT. Specialmeddelande 141. SLU. Lund [Osborne 2001] Osborne, V. R Water nutrition in the dairy cow. Väitöskirja University of Guelph. 204 s. Saatavissa: [Osborne ym 2002] [Osthues 2005] [O Kiely ym 1999] [Pache 2008] [Pazzona ym 2003] [Pedersen ja Hinge 2002] [Pejman ja Habib 2012] Osborne, V. R. Hacker, R. R. & McBride, B.W Effects of heated drinking water on the production responses of lactating Holstein and Jersey cows. Canadian Journal of Animal Science Osthues, U Einpfropfensystem als Reinigungsphilosophie für größere Melkleitungen. Workshop: Reinigungsverfahren von Melkanlagen aus technischer Sicht und Kontrollmöglichkeiten. WGM 6. Jahrestagung Berlin, 14./ O Kiely. P, Forristal, D. & Lenehan. J.J Baled Silage - Development Of Reliable Baled Silage Systems. End of project report. Beef Production Series No. 11. Teagasc. Pache, S Frequenzgesteuerte Pumpen ein Beitrag zur Energieeinsparung in der Milcherzeugung. Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft Fachbereich Tierische Erzeugung Fachinformationen zur Tierhaltung. Viitattu Pazzona, A. Murgia, L. Zanini, L. Capasso, M. & Reinemann, D Dry Tests of Vacuum Stability in Milking Machines with Conventional Regulators and Adjustable Speed Vacuum Pump Controllers. Asae Paper Meeting Presentation, ASAE Annual International Meeting Las Vegas, Nevada, USA July s. Pedersen J. & Hinge J. (toim.). Energisparekatalog i landbruget. Landbrugets Rådgivningscenter. Århus. 141 s. _Saatavissa: Haettu Pejman, A. & Habib, A. S Heat Stress in Dairy Cows (A Review). Research in Zoology 2(4): [Plattenkühler 2013] Plattenkühler T-13/T Saatavissa: _cooling/cooling/pre_and_instant_cooling/ plate_koolers_t13_t20/default.aspx. Viitattu

108 KIRJALLISUUTTA 107 [Posio 2009] [Purswell ja Davis 2008 ] [Rantakokko 2013] [Reinemann ja Mein 1995] [Reinemann ja Peebles 1994] Posio, M Kotieläintilojen energiankulutus. Pro Gradu -tutkielma. Helsingin Yliopisto, Agroteknologian laitos. 95 s. Purswell, J. L. & Davis, J. D Construction of a Low-Cost Black Globe Thermometer. Applied Engineering in Agriculture. 24(3): 379:381 Rantakokko, J-P Kansainvälinen energiaverovertailu. Energiateollisuus ry. Saatavissa korjausversio_2011_01_14.pdf. Viitattu Reinemann, D. J. & Mein, G.A Sizing Vacuum Pumps for Cleaning Milking Systems. Paper presented at the 1995 annual National Mastitis Council Conference. 11 s. Reinemann, D. J. & Peebles, R. W Flow Dynamics in Milking Parlor Clean- In-Place Systems. An ASAE Meeting Presentation. Paper No [Reinemann ym 2003] Reinemann, D. J. Wolters, G.M.V.H. Billon,P. Lind,O.& Rasmussen, M.D Review of practices for cleaning and sanitation of milking machines. Bulletin of the IDF No. 381/2003. Saatavissa IDF-CIP-Bulletin.pdf [Ringer ym 1987] [Ruegg ym 2009] Ringel, R. Estler, M. & Ratschow, J.P Mühlen zum Zerkleinergn von Feuchtgetreide und Maiskorn-Spindel-Gemisch (Corn-Cob-Mix). KTBL Arbeitzblatt Ruegg, P. Rasmussen, M.D. & Reinemann, D The Seven Habits of Highly Successful Milking Routines. 9 s. Saatavissa: Viitattu [Sanford 2009] Sanford, S. Dairy Ventilation. Wisconsin Energy Efficiency and Renewable Energy Resource. University of Wisconsin. Viitattu [Sauter ja Durr 2005] [Slurry pumps 1984] [Smith ym 1996] [Smith ym 1997] [Sundberg ym 2009] Sauter, J. & Dürr, L Einfluss der Messerschärfe auf den Leistungsbedarf von Mähwerken und Ballenpressen. FAT-Berichte Nr s. Onderzoek Mestpompen - Series test of slurry pumps. Instituut voor mechanisatie, arbeid en gebouwen. Publikatie 195. Smith, J.F. Armstrong D. V. & Gamroth M.J Planning a Milking Center. MF Kansas State University Agricultural Experiment Station and Cooperative Extension Service. 8 s. Smith, J.F., D.V. Armstrong, and M.J. Gamroth Labor Management Considerations in Selecting Milking Parlor Type & Size. Proc. of the Western Dairy Management Conference, pp Las Vegas, NV. Sundberg, M. Lindahl, C. Christiansson, A. & Birgersson, C Klorfria diskmedel för gårdsdisk. Studie av olika faktorers inverkan på diskresultatet.jtirapport. Lantbruk & Industri s. [Teknotiimi] Teknotiimi. Navetan toiminnallinen suunnittelu. dokumentit/tuotantorakentaminen/toiminnallinensuunnittelu/opas_www_versio.pdf Viitattu [TEM muistio 2013] TEM muistio, Työ- ja elinkeinoministeriön ehdotus toimenpiteistä sähkönjakelun varmuuden parantamiseksi sekä sähkökatkojen vaikutusten lievittämiseksi.. Energiaosasto muistio Saatavissa toimitusvarmuudesta_ _ final_clean.pdf. Viitattu [THL bakteeritaudit] Terveyden ja hyvinvoinnin laitos. Legionella. Saatavissa

109 KIRJALLISUUTTA 108 [Tetri ym 2011] Tetri,E. Raunio, J. & Halonen, L Lamppuopas. Aalto-yliopisto Säh- kötekniikan korkeakoulu Valaistusyksikkö Espoo. 12 s. [Thomson 2006] Thomson, R How can we ensure our udder prep cloth towels are truly clean and sanitized? screen.pdf [Toda ym 2002] Toda, K. Nakai, F. Ieki, H. Fuzioka, K. Watanabe, H. Iuchi, T. & Terada, F Effect of "Effective temperature" on milk yield of Holstein cows in hot and humid environments. Abstract published in Nihon Chikusan Gakkaiho 73, 1: (In Japanese). Saatavissa: [TTS Kodin energiaopas] Kodin energiaopas. Sähkölaitteiden kulutuksia. Työtehoseura. Saatavissa Viitattu [Turunen ja Malvisto 2011] Turunen, M. & Malvisto A-M Pyöröpaalien vetomattoruokinta. Saatavissa: Pyoropaalien_vetomattoruokinta.pdf [Veermae ym 2013] [Vegricht ym 2007] Veermae I., Praks J., Frorip J. & Kokin E. Maidontuotanto in Maatilojen energiankäyttö Enpos-hankkeen tulokset. Ahokas J. (toim). Department of Agricultural Sciences, University of Helsinki, Publications 15, Helsinki Vegricht, J. Milacek, P.Ambroz, P. Machalek, Parametric analysis of the properties of selected mixing feeding wagons. Research in Agricultural Engineering 53: [Voss 1974] Voss, U Schrotmühlen und Futtermischer. Landtechnik 8: [Watters ym 2005] Watters,R. D. Schuring,N. Erb,H. N. Schukken,Y. H.& Galton D. M The effect of premilking udder preparation on Holstein cows milked 3 times daily. Journal of Dairy Science. 88: [Weiss ja Bruckmaier 2005] [Wenner 1980] [Wilkinson 2005] [Wilkinson ja Davies 2013] [Winter ja wagner 2002] [Woolford ym 1979] [Ympäristöministeriö 2007] Weiss, D., and R. M. Bruckmaier Optimization of individualprestimulation in dairy cows. Journal of Dairy Science 88: Wenner, H.L Energieverbrauch in der Tierproduktion und Einsparungsmöglichkeiten. Der Tierzühter. 4: Wilkinson, J.M Silage. Lincoln, UK. Chalcombe Publications. Wilkinson, J. M. & Davies, D. R The aerobic stability of silage: key findings and recent developments. Grass and Forage Science 68, 1: Winter, A. & Wagner, T Beleuchtung von Stall und Melkzentrum. Landtechnik 57, 2: Woolford, M. K. Honig, H. & Fenlon, J. S Studies in the aerobic deterioration of silage using a small scale technique : the microbiological, physical and chemical changes during the aerobic deterioration of direct cut and wilted grass silages made in the absence and in the presence of air. Wirtschaftseigene Futter, 25, 2+3, Ympäristöministeriö Kiinteistöjen vesi- ja viemärilaitteistot MÄÄRÄYK- SET JA OHJEET [Ympäristöministeriö 2009] Huoneistokohtaiset vesimittarit vähentävät veden- ja energiankulutusta. Tiedote Ympäristöministeriö. [Zessen 2006] van Zessen, T Kritische kijk op energieverbruik. Veeteelt. April [Zimbleman ja Collier 2011] Zimbleman, R. B & Collier, R. J Heat hits cows sooner than we thought. Hoard s Dairyman 8/2011, 281.

110 KIRJALLISUUTTA 109 [ÖKL 2009] Kraftstoffverbrauch in der Land- und Forstwirtschaft. ÖKL - Österreichisches Kuratorium für Landtechnik und Landentwicklung s

111 Luku 3 Sianlihantuotanto Hannu Mikkola Helsingin Yliopisto Sianlihaa tuotettiin Suomessa ja 1990-luvuilla noin 180 milj. kg vuodessa. Tuotanto kääntyi kasvuun 2000-luvun alussa ja vuonna 2008 se oli enimmillään 217 milj. kg [Maataloustilasto 2010]. Sen jälkeen tuotanto on vähentynyt lähelle 200 milj. kiloa. Tuotannon rakenne on muuttunut siten, että monet pienet sianlihantuottajat ovat lopettaneet ja sianlihaa tuottavien tilojen koko on kasvanut (Pyykkönen ym. 2010). 3.1 Tuotannon vaiheet Tilat ovat enenevässä määrin erikoistuneet eri tuotantovaiheisiin, kuva 3.1. Pitkälle erikoistuneessa tuotannossa lihasika on elinikänsä aikana kolmella neljällä eri tilalla. Emakot siemennetään ja hoidetaan tiineysajan yhdellä tilalla ja porsitetaan toisella tilalla. Porsaat ovat emakon hoidossa syntymästä vieroitukseen ja sen jälkeen ne siirretään noin kahdeksan kilon painoisena välikasvatukseen kolmannelle tilalle. Kun nuoret siat ovat saavuttaneet kilon painon, ne siirretään loppukasvatukseen neljännelle tilalle, josta ne kuljetetaan kilon painoisena teuraaksi. Yhdistelmäsikaloissa siat ovat koko elinkaarensa ajan samalla tilalla. Energiankäytön näkökulmasta sikojen siirtely tiloilta toiselle on energiaa kuluttavaa, mutta toisaalta erikoistumisen ansiosta sikojen elinolot ja ruokinta voidaan optimoida paremmin, jolloin niihin kuluu vähemmän energiaa. Tuotannon ammattimaistuminen ja osaamisen korkea taso auttavat kohdentamaan panokset oikein. Yksiköiden suureneminen parantaa tilojen taloutta ja tekee pienemmistäkin energiansäästöinvestoinneista houkuttelevia. 3.2 Rehuhyötysuhde Sianjalostuksella pyritään jatkuvasti parantamaan sikojen rehuhyötysuhdetta ja samalla lihan laatua jalostetaan vastaamaan kuluttajien vaatimuksia. Kuva 3.2 esittää lihasikojen rehuhyötysuhteen kehittymistä 1970-luvulta tähän päivään [Knap ja Wang 2012]. Tällä hetkellä sianlihaa tuotetaan yli 20 % pienemmällä rehumäärällä kuin 35 vuotta sitten. Rehuhyötysuhdetta parantamalla on vähennetty myös energiankulutusta yli 20 %. Kuvan 3.2 perusteella näyttäisi siltä, että rehuhyötysuhde alkaa lähestyä minimiä, jonka alle ei enää päästä. 3.3 Energiankulutuksen jakauma sianlihantuotannossa Sianlihantuotannon energiankulutuksesta vajaa 50 % kuluu rehun tuottamiseen ja yli 30 % poistuu hukkalämpönä ilmanvaihdon kautta. Loppu 20 % on valaistuksen, ruokinnan ja ilmanvaihtolaitteiden aiheuttamaa sähkönkulutusta sekä rakenteiden kautta tapahtuvia lämpöhäviöitä, kuva 3.3. Energiansäästötoimia suunniteltaessa tuotannon energiankulutuksen rakenteen tunteminen auttaa kohdistamaan säästötoimet suurimpiin energiankulutuskohteisiin. Niistä on yleensä mahdollista säästää enemmän kuin pienistä energiapanoksista. Pieni säästö suuresta energiapanoksesta on usein suurempi kuin suuri säästö pienestä. Toisaalta pieniäkään säästökohteita ei pidä ylenkatsoa, jos ne voidaan saavuttaa pienin investoinnein tai pelkästään toimintatapoja muuttamalla. Sianlihantuotannossa energian kulutus voidaan laskea eläinpaikkaa ja vuotta kohden (kwh/(kg a)) tai tuotettua lihakiloa kohden (kwh/kg). Vuoden aikana sikalassa voi olla kolme kasvatuserää ja laskettaessa kulutus eläinpaikkaa kohden näin yleensä oletetaan toimittavan. Lihakiloa kohden laskettaessa voidaan laskea energian kulutus elopainoa tai teuraspainoa kohden. Suositeltavin tapa olisi laskea kulutus teuraspainoa kohden. On lisäksi tyypillistä, että siitoseläinten ja porsaiden tuotanto rajataan tarkastelun ulkopuolelle. Energiapanoksia tarkastellaan siitä lähtien, kun porsaat ovat saapuneet lihasikalaan. Koska laskentatapoja ei ole standardisoitu, kulutuslukuja vertailtaessa pitää selvittää myös laskentatapa. 110

112 LUKU 3. SIANLIHANTUOTANTO 111 Kuva 3.1: Erikoistuneen sianlihantuotannon eri vaiheet Kuva 3.2: Sian jalostuksen vaikutus rehuhyötysuhteeseen. Kuva on mukailtu Knap & Wang [Knap ja Wang 2012] esittämästä alkuperäiskuvasta

113 LUKU 3. SIANLIHANTUOTANTO 112 Kuva 3.3: Energiankulutuksen jakauma sianlihantuotannossa [Ylikojola et al 2012]. 3.4 Vertailutietoa Sianlihantuotannon energiankulutusta ei ole tutkittu tilatasolla kovin paljoa [Lammers 2009, Neuman 2009, AGREE 2012, Honeyman 2013, Mikkola 2013]. Neumanin [Neuman 2009] tutkimuksessa analysoitiin 31 ruotsalaisen sikatilan tuotantoa. Näistä osa tuotti pelkästään porsaita, osa porsaita ja sianlihaa ja osa pelkästään sianlihaa. Neuman tutki pelkästään suoraa energiankulutusta (sähkö + dieselpolttoaine) ja hänen mukaansa porsaan tuottamiseen kului energiaa keskimäärin 42 kwh/eläin. Lihasian kasvatuksessa energiaa kului 29 kwh/eläin. Tuotantovaiheisiin erikoistunut tuotanto käytti vähemmän energiaa kuin yhdistetty tuotanto. Energiankulutus vaihteli suuresti tilalta toiselle. AGREE-hankkeessa [AGREE 2012] verrattiin sianlihantuotannon energiankulutusta Hollannissa, Saksassa, Puolassa, Portugalissa ja Suomessa. Neumanin [Neuman 2009] tutkimuksesta poiketen tässä hankkeessa tarkasteltiin sekä suoria, että epäsuoria energiapanoksia. Sian elopainokiloa kohden laskettu energiankulutus vaihteli välillä 4,0-6,3 kwh/kg. Kulutus oli alhaisin Hollannissa ja korkein Suomessa. Suomen sianlihantuotanto olisi muihin maihin verrattuna hyvin energiatehokasta, jos sikaloita ei jouduttaisi talvella lämmittämään. Suomessa sikalan lämmitys oli lähes rehujen suuruinen energiapanos. Rehu oli kaikissa maissa suurin energiapanos. Sen osuus kokonaisenergiapanoksesta oli %. 3.5 Lämmitys ja ilmanvaihto Eläinsuojissa tarvitaan ilmanvaihtoa sisäilman pitämiseksi raikkaana. Sikalaan tuleva korvausilma on kylmänä vuodenaikana lämmitettävä, jotta lämpötila sikalassa pysyisi suositusten [MMM 2002] mukaisena. Ilman lämmittämiseen käytetty energia hukataan ilmanvaihdon poistoilman mukana. Porsastuotannossa ilmanvaihdon merkitys on suurempi kuin lihan tuotannossa, koska vastasyntyneiden porsaiden optimilämpötila (30 32 C) on korkeampi kuin lihasikojen C ja koska porsaat tuottavat vähemmän lämpöä kuin kookkaammat lihasiat. Talviaikaiset suosituslämpötilat ovat pikkuporsaille 22 C ja lihasioille 16 C. Eläinsuojeluvaatimuksissa ei anneta alimpia tai ylimpiä lämpötiloja, joita ei saa alittaa tai ylittää, vaan asetuksessa todetaan, että makuualustan tulee olla sioille sopiva ja että lämpötilan on oltava eläinsuojassa pidettäville eläimille sopiva [MMM 2002]. Lämmönvaihtimien etuna olisi myös se, että tuloilma on lämmitettyä, jolloin eläinsuojassa on tasaisempi lämpötila ja vedottomampi sisäilma. Lämmönvaihtimia käyttämällä lihasikalan energian kulutusta voitaisiin vähentää selvästi tai lämmityksestä voitaisiin luopua jopa kokonaan. Kokonaisenergiankulutuksesta säästettäisiin tällöin yli 30 % [Karhunen et al 1983]. Lihasikalan ilmanvaihtosuositus on m3/h/eläin [MMM-RMO C ]. Pienintä ilmanvaihtomäärää käytetään talvella lihotusjakson alussa, kun siat ovat vielä pieniä. Suurta ilmanvaihtomäärää käytetään kesällä sikojen ollessa suuria. Ilmanvaihdon tarpeen määrää kesäkauden ulkopuolella ilman hiilidioksidipitoisuus ja kesäkaudella ilman lämpötila. Talvella kylmän sään vallitessa ilmanvaihdon tulee pitää hiilidioksidipitoisuus suositusten alapuolella ja lämpimällä säällä lämpötila suositusten alapuolella. Kuvassa 3.4 on esimerkki ilmanvaihtomäärän vaikutuksesta ilman hiilidioksidipitoisuuteen, kun sikalassa on kg painoisia sikoja. Sikojen painon ollessa 30 kg Ilmanvaihtomäärän pitäisi olla 7 m 3 /h ja eläin, jotta CO 2 -pitoisuus pysyy pienempänä kuin 3000 ppm, ja 28 m 3 /h ja eläin, jotta CO 2 -pitoisuus pysyy pienempänä kuin 1000 ppm. Alhaiseen CO 2 -pitoisuuteen pyrittäessä ilmanvaihtomäärä nelinkertaistuu ja samalla ilmanvaihdon mukana poistuva energiamäärä nelinkertaistuu. Ilman hyvä laatu ja energian kulutus ovat siis toisilleen vastakkaisia asioita. Jotta sisäilman laatu voitaisiin pitää hyvänä ilman suurta energian kulutusta, niin silloin pitäisi käyttää lämmönvaihdinta. Karhusen ym. [Karhunen et al 1983] tutkimuksessa selvitettiin lämmönvaihtimien huollon tarvetta ja todettiin säännöllisen puhdistamisen tarpeellisuus lämmönvaihtimen pitämiseksi käyttökunnossa. Puhdistuskertojen väli oli lyhimmillään viikko. Hollannissa on kehitetty kotieläinsuojan ulkopuolelle asennettava lämmönvaihdinyksikkö, joka kytketään rakennuksen tulo- ja poistoilmakanaviin ja jossa on automaattinen kennon pesujärjestel-

114 LUKU 3. SIANLIHANTUOTANTO 113 Kuva 3.4: Hiilidioksidipitoisuuden vaikutus ilmanvaihtomääriin kg painoisilla sioilla mä. Kyseisen lämmönvaihtimen asentaminen on suhteellisen yksinkertaista vanhaankin rakennukseen ja kennoa voidaan helposti huoltaa. Lämmönvaihtimien hankinta on kuitenkin suuri investointi ja pahimmillaan koko sikalan ilmanvaihto on uusittava. Käytännössä lämmönvaihtimia käytetään vähän. Viljelijät pyrkivät alentamaan ilmanvaihdon aiheuttamaa energiakustannusta käyttämällä lämmitykseen edullista hake- tai turve-energiaa. 3.6 Rehun tuotanto Rehu on ilmastoinnin lämpöhäviön ohella sianlihantuotannon toinen merkittävä energiapanos. Se on epäsuora energiapanos, jonka suuruus voidaan määrittää eri tavoin. Yksi tapa on määrittää rehulle lämpöarvo samalla tavoin, kuin kiinteille ja nestemäisille polttoaineille. Rehun lämpöarvo on kasvikunnan tuotteiksi muunnettua auringon säteilyenergiaa. Auringon lisäksi kasvien viljelemiseen on tarvittu monia muita energiapanoksia kuten lannoitteita, siemeniä ja konetyötä. Laskentatavasta riippuen rehun energiapanokseksi voidaan laskea pelkästään sen tuottamiseen tarvitut energiapanokset ottamatta huomioon auringon säteilyenergiaa. Toinen tapa on laskea yhteen rehun tuottamiseen käytetyt energiapanokset ja rehun lämpöarvo. Jälkimmäisessä tapauksessa rehu on energiapanoksena paljon suurempi kuin siinä tapauksessa, että lasketaan yhteen pelkästään rehun tuottamiseen käytetyt energiapanokset. Jos otetaan huomioon myös auringon säteilyenergia, rehun energiapanos nousee aivan eri kertaluokkaan. Tässä on käytetty pienintä vaihtoehtoa eli energiapanoksia, jotka on tarvittu rehun tuottamiseen ilman rehun lämpöarvoa ja ilman auringon säteilyenergiaa. Rehu on silloinkin lähteestä riippuen yhtä suuri [Mikkola ja Ahokas 2009] tai jonkin verran suurempi [Ylikojola et al 2012] energiapanos kuin ilmastoinnin lämpöhäviö (40 47 % kokonaisenergiasta). Säästökohteena rehuntuotannon energiankulutus on haastavampi kuin ilmanvaihdon lämmön talteenotto, koska tuotanto koostuu monista pienistä energiapanoksista. Rehun tuotantovaiheissa voidaan säästää koneiden käyttöenergiaa, lannoitteita tai rehuvilja voidaan säilöä tuoreena kuivaamisen sijaan. Säästöt voivat olla % rehuntuotantoketjun energiankulutuksesta. Lihasikojen pääasiallinen rehu on ohra ( kg/lihasika), jonka lisäksi sioille annetaan valkuaisrehua (esim. soijajauhoa kg/lihasika) [Siljander-Rasi et al 2000]. Koska ohra tuotetaan kotimaassa ja sen osuus rehuannoksesta on lähes 90 %, ohran tuotannon energiatehokkuutta lisäämällä voidaan parhaiten alentaa koko rehuannoksen energiapanosta. Sikatiloilla voidaan korvata lannoitetyppeä lietelannan typellä ja samalla kierrätetään myös muita kasviravinteita. Typpihäviöiden minimointi lietteen varastoinnissa ja levityksessä vähentää lannoitetypen tarvetta. Seuraava esimerkki valaisee lannan typen merkitystä energipanoksena. Esimerkki 35. Oletetaan ohran typpilannoituksen olevan 100 kg hehtaarille ja sillä saatavan 3800 kg ohraa, jonka kosteus on 14 %. Hehtaarin ohramäärällä voidaan ruokkia vuodessa 16,5 lihasikaa (3800kg/230 kg), jotka tuottavat 11 m 3 lietelantaa. Jos kuutiometri lietelanta sisältää 1,5 kg liukoista typpeä, niin lannan mukana pellolle palaava typpimäärä on 16,5 kg (16,5 % lannoitetypen määrästä). Jos lannan varastoinnin ja levityksen typpihäviöt onnistutaan minimoimaan, lietelanta pienentää 5 % ohran viljelyn energiapanosta. Viljelyketjun muita säästömahdollisuuksia ovat muokkauksen keventäminen ja viljan varastointi tuoreena kuivaamisen sijaan. Energian säästäminen viljelytoimenpiteissä on järkevää, jos sadon määrä ei vähene tai se

115 LUKU 3. SIANLIHANTUOTANTO 114 vähenee suhteellisesti vähemmän kuin energiapanos. Muokkauksen keventäminen vähentää viljelyketjun energiapanosta 0 18 % ja parhaassa tapauksessa sadon määrä säilyy ennallaan. Kannattaa siis vähentää muokkausta, jos se ei vähennä satoa. Sianlihaa tuottavalla tilalla ohran kuivaaminen on tarpeetonta, koska tuoresäilötty vilja on todettu kuivatun veroiseksi sikojen ruokinnassa. Tuoresäilötyn viljan muita etuja ovat, että se ei pölyä ja että se on maittavaa rehua eläimille. Sadonkorjuuseen voidaan käyttää tehokasta vuokrapuimuria ja korjuuaikaa on käytettävissä enemmän, kun vilja voidaan puida kosteampana (erityisesti murskesäilöntämenetelmää käytettäessä). Kuivauksen pois jääminen vähentää ohran tuotantoketjun energiankulutusta 11%. Lietelannan ravinteiden tehokas hyödyntäminen, muokkauksen keventäminen ja viljan kuivauksesta luopuminen vähentävät % ohran tuotantoketjun energiankulutuksesta, mikä vähentää 6 13 % sianlihantuotannon energiankulutuksesta. Energiansäätötoimien käyttöönotto ei välttämättä edellytä lisäinvestointeja. Lietelannan typen hyödyntämiseksi liete on mullattava välittömästi levityksen yhteydessä. Tätä varten on mahdollisesti hankittava lietteen multauslaite, mutta liete voidaan mullata myös muokkausvälineillä, joita maatiloilla on joka tapauksessa. Muokkausta vähennettäessä tarvitaan kylvökone, joka pystyy kylvämään kasvinjätteiden peittämälle maalle. Samalla voidaan luopua osasta muokkauskoneita tai olemassa olevia tarvitsee uusia harvoin. Viljan tuoresäilöntään voidaan siirtyä, kun vanhan kuivurin kapasiteetti ei riitä tai kun se pitäisi korvata uudella kuivurilla. Tällöin kyseessä on korvausinvestointi, joka on uuden kuivurin rakentamista pienempi. Tila säästää tällöin myös investointikustannuksissa. 3.7 Valaistus Karjarakennusten valaistusta on käsitelty yleisesti kappaleessa 1.8. Valaistus vaikuttaa sikojen käyttäytymiseen siten, että hämärässä ne ovat rauhallisia ja liikkuvat vähän. Siksi lihasikalan valaistusvaatimukset ovat alhaiset. Eläinsuojeluvaatimusten mukaan lihasioilla pitää kuitenkin olla kahdeksan tunnin ajan 40 luxin valaistus [MMM 2002] ja hoitotöiden aikana on suositeltavaa käyttää parempaa valaistusta jo työturvallisuudenkin vuoksi. Vertailun vuoksi esimerkiksi varastojen lattiapinnoille suositellaan 100 luxin valaistusta [Lampputieto 2013]. Valaistusenergiaa voidaan säästää käyttämällä valo-ohjelmointia, hyödyntämällä päivänvaloa ja käyttämällä yleisvalaistuksen vähän energiaa kuluttavia valaisimia. Toimenpidealueelle voidaan järjestää tehokkaampia valoja ja kulkualueille automaattisesti syttyviä ja sammuvia valoja. 3.8 Sianlihantuotannon energiankulutuksen vähentäminen Sianlihantuotannossa on mahdolista säästää % nykyisestä energiankulutuksesta. Selkein ja suurin säästökohde on lämmön talteenotto sikalan poistoilmasta. Lähtötiedot hyötysuhteeltaan optimaalisten lämmönvaihtimien suunnittelemiseksi ovat olemassa ja pölyn aiheuttama likaantumisongelma voitaneen ratkaista kohtuullisin kustannuksin niin, että lämmönvaihtimet saadaan puhdistettua automaattisesti tai ainakin pienellä työmäärällä. Koska ilmastointi on kotieläinrakennusten oleellinen osa, lämmönvaihtimien käyttö ja niiden edellyttämät rakenteet pitäisi ottaa huomioon jo rakennusten suunnittelussa. Siirtymällä kotimaisen polttoaineen käyttöön voidaan usein säästää tuotantokustannuksia. Silloin ei välttämättä säästetä energiaa, mutta voidaan vähentää fossiilisen energian käyttöä ja vähentää sitä kautta hiilidioksidipäästöjä. Usein tämä voi olla taloudellisesti houkuttelevampi ratkaisu kuin lämmön talteenotto, koska lämpökeskusta voidaan käyttää koko tilan lämmön tarpeen kattamiseen. Myös rehun tuotannossa voidaan säästää energiaa. Viljan tuoresäilöntä kuivauksen sijaan on suurin säästömahdollisuus. Sen lisäksi viljan tuotantoketjussa voidaan korvata energiaa kuluttavia muokkaustöitä kevytmuokkauksella tai siirtyä suorakylvöön.

116 Kirjallisuutta [AGREE 2012] AGREE Economic and environmental analysis of energy efficiency measures in agriculture. Project deliverable 3.1. Saatavissa internetistä: _measures_in_agr.pdf [Honeyman 2013] [Knap ja Wang 2012] [Pykkönen et al 2010] [Maataloustilasto 2010] [Neuman 2009] [Mikkola 2013] Honeyman, M Sizing up Pork Production s Energy Use. Available on the Internet: Read Knap, P.W. & Wang, L Pig breeding for improved feed efficiency. In: Patience, J. F. (ed.) Feed efficiency in swine. Wageningen Academic Publishers. 280 p. Pyykkönen, P., Lehtonen, H. & Koivisto, A Maatalouden rakennekehitys ja investointitarve vuoteen Pellervon taloustutkimus PTT. PTT Työpapereita p. Saatavissa internetistä: Maatilatilastollinen vuosikirja 2010Maa- ja metsätalousministeriön tietopalvelukeskus. 270 s. Neuman, L Kartläggning av energianvändning på lantbruk LRF Konsult AB. 35 p. Mikkola H. Sianlihan tuotanto in Ahokas J. (toim.) Maatilojen energian käyttö, ENPOS-hankkeen tulokset. Department of Agricultural Sciences, publications 15, Helsinki [Mikkola ja Ahokas 2009] Mikkola, H. J. and Ahokas, J Energy ratios in Finnish agricultural production. Agriculture and Food Science, Vol. 18 (2009): [MMM 2002] MMM Sikojen pidolle asetettavat eläinsuojeluvaatimukset. Maa- ja metsätalousministeriön asetus nro 14/EEO/ s. Saatavissa internetistä: [MMM-RMO C ] MMM-RMO Maatalouden tuotantorakennusten lämpöhuolto ja huoneilmasto. Maa- ja metsätalousministeriön rakentamismääräykset- ja ohjeet C s. Saatavissa internetistä: rmoc22-01.pdf [Karhunen et al 1983] Karhunen, J., Mykkänen, U., Nieminen, L., Wikstén, R. & Saloniemi, H Lämmönvaihtimet eläinsuojien ilmastoinnissa. Valtion maatalouskoneiden tutkimuslaitos, Vakolan tutkimusselostus nro s. [Lammers 2009] Lammers, P Energy and nutrient cycling in pig production systems. Dissertation. Iowa State University. 262 p. Available on the Internet: Read [Lampputieto 2013] Lampputieto Valaistusvoimakkuus eri tiloissa. Saatavissa internetistä: [Siljander-Rasi et al 2000] Siljander-Rasi, H., Valaja, J., Jaakkola, S., Perttilä, S Tuoresäilötty ohra sikojen ja siipikarjan rehuna. Työtehoseuran maataloustiedote 2:

117 KIRJALLISUUTTA 116 [Ylikojola et al 2012] Ylikojola, H., Esala, J., Mikkola, H., Rajaniemi, M., Jokiniemi, T. & Ahokas, J Energy efficiency measures in Finnish Poultry and Pork production. In: Economic and Environmental Analysis of Energy Efficiency Measures in Agriculture. pp AGREE project deliverable 3.1.

118 Luku 4 Energiankulutus broilerintuotannossa Mari Rajaniemi Helsingin yliopisto 4.1 Broilerintuotanto Suomessa ja maailmalla Siipikarjalihantuotanto on maailman toiseksi suurin lihantuotantosektori heti sianlihantuotannon jälkeen. Suurin osa siipikarjanlihasta tuotetaan Yhdysvalloissa, Kiinassa ja Brasiliassa. [Faostat 2011] Siipikarjanlihantuotannon arvioidaan ylittävän sianlihantuotannon vuoteen 2021 mennessä. Tuotannon kasvusta suurin osa tulee tapahtumaan kehitysmaissa. [OECD-FAO 2012] Suomessa broilerinlihan tuotantomäärä on kasvanut noin kolminkertaiseksi vuoteen 1990 verrattuna (kuva4.1). Tänä päivänä broilerinlihantuotanto onkin toiseksi suurin lihantuotantosektori heti sianlihantuotannon jälkeen. Suomessa tuotettiin vuonna miljoonaa kiloa siipikarjanlihaa, josta 98 miljoonaa kiloa broilerinlihaa. Suomessa siipikarjanlihasta reilu 90 % on broilerinlihaa. [Tike 2013] Kuva 4.1: Broilerimäärä ja broilerinlihan tuotantomäärä vuosina [Tike 2013]. Broilereiden kasvatustapa vaihtelee maailmalla intensiivisestä tuotannosta laajaperäiseen tuotantoon. Laajaperäisessä tuotannossa linnut kasvavat vapaina, kun taas intensiivisessä tuotannossa linnut kasvatetaan kasvattamoissa, joissa on useita tuhansia lintuja. Suomessa broilerit kasvatetaan vapaina kuivikepohjaisissa, suljetuissa, eristetyissä ja pitkälle automatisoiduissa kasvattamoissa. Useissa maissa, kuten Suomessakin broilereiden kaupallinen kasvatus on pitkälti erikoistunutta ja perustuu sopimustuotantoon. Suomessa broilereita kasvatetaan noin 190 tilalla [Siipikarjaliitto 2010]. Tuotanto on keskittynyt lähinnä Etelä-Pohjanmaan, Satakunnan ja Varsinais-Suomen ELY-keskusten alueille [Tike 2012b]. Tilat kasvattavat vuodessa 6 8 lintuerää. Maailmalla on käytössä kaksi kasvatusmenetelmää: all in - all out- ja lintujen harvennusmenetelmä. Suomessa broileritiloilla noudatetaan alan kansallisesti sopimaa all in - all out -kasvatusmenetelmää. Tässä menetelmässä tilan jokainen 117

119 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 118 kasvattamo on tyhjillään samaan aikaan. Lintuerien välillä on tauko, jolloin kasvattamo puhdistetaan, pestään, desinfioidaan ja valmistellaan uutta lintuerää varten. Tämän menetelmän tavoitteena on ylläpitää korkeaa tuotantohygieniaa. Maailmalla on kuitenkin käytössä myös harvennusmenetelmä, jossa linnut viedään teuraaksi kahdessa tai useammassa erässä. Tällöin ongelmaksi voivat muodostua hygieniariskit ja tautien kulkeutuminen kasvattamoon (mm. [Broilerin kilpailukyky]). Untuvikot saapuvat tiloille muutaman tunnin ikäisinä ja gramman painoisina. Lintujen kasvatusaika vaihtelee Suomessa tilakohtaisesti noin 32 päivästä 39 päivään. Kuvassa 4.2 on esitetty lintujen keskimääräiset teuraspainot vuosina Vuonna 2012 linnut saavuttivat keskimäärin 1,6 kg:n teuraspainon, kun teuraspainot olivat vielä vuonna ,1 kg. Teuraspainot vaihtelevat tilakohtaisesti noin 1,3 kilosta 1,9 kiloon kasvatusjakson pituudesta riippuen. Kuva 4.2: Broilereiden keskiteuraspainot vuosina [Tike 2013]. Kotimaisessa broilerintuotannossa käytetään tällä hetkellä Ross-hybridi 308 ja 508 rotuisia lintuja [Siipikarjaliitto 2006]. Ross-broilerin kasvukäyrä on esitetty kuvassa 4.3. Kasvukäyrän mukaan broilerikukot saavuttavat maksimikasvunsa noin 42 päivän iässä ja kanat noin 35 päivän iässä. Tämän jälkeen lintujen päiväkasvu hidastuu. Kanojen päiväkasvu on keskimäärin hieman pienempää kuin kukkojen. Kuva 4.3: Ross-broilerien kasvukäyrä [Marcato ym. 2008]. 4.2 Energiamittaukset esimerkkihallissa Energia-akatemia ja ENPOS -hankkeiden [Ahokas 2013] aikana tutkittiin yhden eteläsuomalaisen broilerikasvattamon energiankulutusta. Taulukossa (4.1) on esitetty tarkemmat tiedot lintumäärästä ja kasvattamosta. Tutkimuksessa mukana ollut broilerikasvattamo on viisi vuotta vanha, betonielementtirakenteinen (seinien eristepak-

120 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 119 suus 12 cm) kasvattamo. Perusilmanvaihto hoidetaan kahdella säätyvänopeuksisella (halkaisija 0,80 m, moottoriteho 0,91 kw) ja kolmella vakionopeuksisella (halkaisija 0,80 m, moottoriteho 1,09 kw) puhaltimella. Lisäksi lämpiminä aikoina käytetään kasvattamon päätyseinillä olevia hihnavetoisia tunneli-ilmanvaihtopuhaltimia. Kasvattamo valaistaan 84 himmennettävällä loisteputkella (36 W/loisteputki). Kasvattamoa lämmitetään pääsääntöisesti uusiutuvalla energialla. Lämmön jakeluun käytetään kasvattamon seinillä olevia putkipattereita. Lisäksi kasvattamossa on neljä vesikierrolla ja puhaltimella varustettua lämmityspatteria. Taulukko 4.1: Tietoja mitattavan kasvattamon lintumäärästä ja osastosta. Määrä Lintumäärä kpl Erät 6 erää/vuosi Osaston pinta-ala m 2 Keskiteuraspaino 1,8 kg/lintu Broilerikasvattamon lämmitysenergiankulutuksen mittaus aloitettiin vuoden 2010 lopulla. Tuloksista on huomioitava, että lämmitysenergiankulutus on mitattu suoraan broilerikasvattamosta ja se ei sisällä kanavahäviöitä (häviöihin vaikuttavat eristys ja kanavan pituus) ja uunin hyötysuhdetta. Näin ollen kokonaislämmitysenergiankulutus on todellisuudessa suurempi kuin kasvattamosta mitattu kulutus. Sähkön kokonaiskulutuksen mittaus aloitettiin kesällä Kokonaiskulutuksen lisäksi mitattiin erikseen puhallinten ja valojen sähkönkulutus. Kun näiden laitteiden kulutukset vähennettiin kokonaiskulutuksesta, saatiin jäljelle jäävästä energiasta muu sähkönkulutus. Lisäksi kasvattamossa seurattiin sisä- ja ulkolämpötilaa sekä kasvattamon hiilidioksidipitoisuutta ja kosteutta. Esimerkkikasvattamon sähkön- ja lämmönkulutus on esitetty taulukossa (4.2). Jokaisesta lintuerästä saatiin myös tiedot kulutetuista rehu- ja vesimääristä. Rehujen energiapanos laskettiin sen perusteella, kuinka paljon tuottamiseen kuluu Suomessa keskimäärin energiaa (mm. kasvinsuojeluaineet, lannoitteiden valmistus, polttoaineet). Taulukko 4.2: Esimerkkikasvattamon keskimääräinen sähkön ja lämmön kulutus. Määrä Yksikkö Huomioitavaa Sähkö kwh/erä Sisältää 6 lintuerän tiedot. Sähkönkulutus ennen erää ja erän aikana. Sähkö 0,08 kwh/teuraskilo Sisältää 6 lintuerän tiedot. Sähkönkulutus ennen erää ja erän aikana. Lämmitys kwh/erä Sisältää 12 lintuerän tiedot. Sisältää esilämmityksen ja kasvatusjakson aikaisen kasvattamossa mitatun lämmitysenergian. Kulutuksessa ei ole huomioitu lämmityskanavan tai uunin häviöitä. Lämmitys 1,35 kwh/teuraskilo Sisältää 12 lintuerän tiedot. Sisältää esilämmityksen ja kasvatusjakson aikaisen kasvattamossa mitatun lämmitysenergian. Kulutuksessa ei ole huomioitu lämmityskanavan tai uunin häviöitä. 4.3 Broilerintuotannon energiankulutus Vuonna 2010 maa- ja puutarhatalouden suoran energiankulutuksen (10,4 TWh) osuus oli vajaa kolme prosenttia Suomen energian kokonaiskulutuksesta. Sähkönkulutuksen osuus (1,67 TWh) oli noin kaksi prosenttia kokonaissähkönkulutuksesta. Kuvassa 4.4 on esitetty siipikarjatalouden suoran energiankulutuksen jakautuminen energialähteittäin. Siipikarjatalouden suora energiankulutus oli 0,717 TWh vuonna [Tike 2012b] Tämä

121 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 120 energiankulutus sisältää mm. tilojen lämmitykseen käytetyn energian, sähkön ja peltotöissä käytetyn polttoaineen. Siipikarjatuotannossa suurin osa suorasta energiasta oli lämmitykseen käytettyä puuta. Kuva 4.4: Siipikarjatalouden suoran energiankulutuksen jakautuminen tiloilla vuonna 2010 [Tike 2012a]. Broilerintuotannossa energiaa kuluu suorina energiapanoksina sähköön (mm. ilmanvaihto, valaistus, ruokinta) ja polttoaineisiin (mm. lämmitys, lannankäsittely) sekä epäsuorina energiapanoksina rehujen tuotantoon, untuvikkojen tuottamiseen (mm. nuorikkokasvatus, munitus, munien haudonta), kuivikkeiden tuottamiseen, rakennusmateriaaleihin sekä rakennuksen kunnossapitoon (kuva4.5). Kun tiedetään kasvattamoon tulevien tuotantopanosten ja sieltä lähtevien tuotosten energiapanokset, on mahdollista laskea tuotannon energiasuhde (tuotosten energia/panosten energia = energiasuhde). Energiasuhde kertoo sen, kuinka tehokkaasti tuotantopanosten energia pystytään hyödyntämään tuotannossa. Broilerintuotannon energiasuhde on yleensä 0,1 0,4 (mm. [Quotbi ym. 2011, Heidari ym. 2011, Barber ym. 1989]). Tämä kertoo sen, että tuotantoon on käytetty enemmän energiaa kuin mitä tuotteessa on. Kasvintuotannossa päästään korkeampaan energiasuhteeseen (3 5 viljoilla), koska kasvien kasvuun vaikuttavaa auringon säteilyenergiaa ei yleensä lasketa energia-analyyseissä energiapanokseksi. Lihantuotannossa käytetään rehuna viljaa ja sen muuttaminen lihaksi alentaa aina energiasuhdetta. Auringon energia katsotaan ympäristöpalveluksi, joka on käytettävissä, viljeltiinpä kasveja tai ei. Mitä alhaisempi energiasuhde on, sitä enemmän kuluu energiaa suhteessa tuotteesta saatavaan energiaan. Energiasuhdetta voidaan parantaa esimerkiksi lisäämällä tuotosta panosten pysyessä ennallaan tai vähentämällä energiapanosten käyttöä tuotoksen pysyessä ennallaan. Kuva 4.5: Broilerikasvattamon energiapanokset ja tuotokset. Kuvassa (4.6) esitetty yhden broilerikasvattamon energiankulutuksen jakautuminen (kuusi lintuerää) osoittaa, että suurimpia energiapanoksia ovat rehujen viljelyyn tarvittava energia ja lämmitykseen käytetyt polt-

122 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 121 toaineet. Laskelmassa ei ole huomioitu lannanpoiston, kuivikkeiden tuotannon tai rakennusmateriaalien energiapanosta. Rehujen tuotannon energiapanos on noin 70 % broilerintuotannon kokonaisenergiankulutuksesta. Rehut ovat myös suurin taloudellinen kustannuserä broileritilalle, joten rehuntuotannon energiatehokkuuden parantaminen alentaa useimmiten myös kustannuksia. Rehujen korkea energiapanos johtuu lähinnä lannoitteiden valmistuksen energiankulutuksesta. Etenkin typpilannoitteen valmistusprosessi on hyvin energiaa kuluttavaa. Vaikka viljelijä ei voi omilla toimillaan vaikuttaa teollisten lannoitteiden valmistuksen energiapanoksiin, voi hän pienentää omalla tilalla tuotettujen rehujen energiapanosta tekemällä energiantehostamistoimenpiteitä viljelyketjussa ja rehun säilönnässä. Broilerijalostuksella on myös parannettu energiatehokkuutta jalostamalla rotuja, joiden rehunhyötysuhde on parempi kuin aiemmin. Lämmitysenergian kulutuksen osuus on kuvan (4.6) esimerkissä noin 30 % kokonaisenergiankulutuksesta. Lämmitysenergian kulutuksessa on huomioitu vain mitattu energia, koska uunin ja lämpökanavien lämpöhäviöitä ei mitattu. Lämmitysenergiankulutuksen suhteellinen osuus kokonaisenergiankulutuksesta vaihtelee paljon lintujen kasvuvaiheen ja vuodenajan mukaan. Lämmitysenergian käytön tehostamistoimenpiteiden tulisi kohdistua tulevaisuudessa lähinnä lämmön talteenottoon. Lämmöntalteenottolaitteita pitäisi kehittää edelleen, jotta ne toimisivat broilerikasvattamon oloissa Suomessa. Sähkön osuus on vain muutaman prosentin luokkaa kokonaisenergiankulutuksesta. Esimerkkikasvattamon sähkönkulutus pysyi melko vakaana koko vuoden. Eri laitteiden osuus sähkön kokonaiskulutuksesta vaihteli kuitenkin kylmimpinä ja lämpimimpinä ajanjaksoina. Kesällä ilmanvaihdon osuus sähkönkulutuksesta kasvoi, kun linnuille pyrittiin luomaan viileämmät olosuhteet ilmanvaihtomäärää lisäämällä. Talvella taas muun kulutuksen osuus sähkönkulutuksesta kasvoi. Tämä johtui siitä, että lämmitystarpeen kasvaessa, vesikierrolla ja puhaltimella varustellut lämpöpatterit kuluttivat enemmän sähköä. Valaistukseen kuluvan sähkön osuus oli melko saman suuruista lintuerästä toiseen. Valaistuksen sähkönkulutus oli suurinta ensimmäisellä viikolla, kun valaistusvoimakkuus oli suurimmillaan. Kuva 4.6: Sähkön, rehujen ja lämmitysenergian osuus broilerikasvattamon energiankulutuksesta. Broilerintuotannon energiankulutus vaihtelee broilerierien, tilojen ja eri maiden välillä. Energiankulutuksen eroja aiheuttavat mm. erilaiset sääolosuhteet, laitteet (mm. laitteiden energiatehokkuus ja varustelu), toimintatavat (mm. valo-ohjelmat), tuotantotapa (luomutuotanto vai tavanomainen, kasvattamotyyppi) ja eristeet. Seuraavissa kappaleissa on kuvattu tarkemmin kulutuseroja aiheuttavia tekijöitä. Jos halutaan vertailla energiankulutusta tilojen välillä, tulisi huomio kiinnittää kokonaisenergiankulutuksen sijasta energian ominaiskulutukseen eli siihen, kuinka paljon esimerkiksi suoraa energiaa (kwh tai MJ) kuluu tuotettua elopaino- tai teuraskiloa kohden. Tilakohtainen energiankulutus ei kerro tuotannon energiatehokkuudesta juuri mitään. Kahdella samanlaisella tilalla voi kulua lämmitysenergiaa ja sähköä saman verran, mutta toisella tilalla tuotetaan samoilla panoksilla enemmän lihaa. Tämä voi tapahtua esimerkiksi siten, että tuotanto-olot ja ruokinta on optimoitu lintujen kasvun kannalta paremmiksi kuin toisella tilalla. Laskelmien välisiä kulutuseroja aiheutuu etenkin silloin, kun laskelmissa on otettu huomioon suoran energiankulutuksen lisäksi epäsuora energiankulutus. Epäsuoran energian laskennassa eroja laskelmien välille aiheuttavat muunnoskertoimet, rajaukset ja allokoinnit. Katajajuuri ym [Katajajuuri ym. 2006]selvittivät broilerintuotantoketjun energiankulutusta elinkaariarvioinnin näkökulmasta. Tulokset oli ilmoitettu hunajamarinoitua broilerin fileesuikaletonnia kohden. Untuvikkojenja broilerintuotannon osuus oli noin 49 % koko ketjun energiankulutuksesta. Loppuosa tästä energiasta kuluu tuotteen valmistukseen, jakeluun ja kauppaan. Tuotettua hunajamarinoitua broilerin fileesuikalekiloa kohden untuvikkojen tuotannon energiapanos oli 0,9 kwh ja broilerintuotannon 4,8 kwh. Untuvikkojen tuotanto koostui nuorikkojen rehuketjusta, nuorikkokasvatuksesta, emojen rehuketjusta, munituksesta ja munien haudonnasta. Taulukossa (4.3) on esitetty esimerkkejä broilerikasvattamon sähkön ja lämmitysenergian kulutuksesta elo-

123 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 122 painokiloa kohden. Luvut ovat eri maista ja erityyppisistä broilerikasvattamoista. Lähde Katajajuuri [Katajajuuri ym. 2006] Taulukko 4.3: Sähkön ja lämmitysenergian kulutuksia broilerintuotannossa. Sähkön kulutus Lämmön kulutus Huom. kwh/elopaino kwh/elopaino kg kg 0,138 (vaihteluväli 0,059 0,256) 0,96 (vaihteluväli 0,69 1,20) Luvut oli alun perin ilmoitettu teuraskiloa kohti. Luvut muutettu elopainokiloa kohti käyttäen 73,25 teurasprosenttia. Tiedot oli saatu haastattelujen ja täydentävien kysymysten avulla. Esimerkkitila 0,06 0,99 Sisältää vain broilerikasvattamossa mitatun lämmitysenergian kulutuksen, ei esimerkiksi kanavan lämpöhäviöitä. Liang [Liang ym. 2009] Liang [Liang ym. 2009] Hörndahl [Hördahl 2008] Hörndahl [Hördahl 2008] 0,102 0,41 Energiankulutus Luoteis-Arkansasissa, USA:ssa. Lämmitysenergian kulutus ilmoitettu alun perin propaanina. Neljä täysin suljettua broilerikasvattamoa. 0,08 0,48 Neljä verhoseinäkasvattamoa Luoteis-Arkansasissa, USA:ssa. 0,070 - Tulokset ilmoitettu alun perin lintua kohden. Yhden linnun tavoitepaino 1,5 kg. Broilerikasvattamo sijaitsee Ruotsissa. 0,088 0,51 Tulokset ilmoitettu alun perin lintua kohden. Yhden linnun tavoitepaino 1,5 kg. Broilerikasvattamo sijaitsee Ruotsissa. 4.4 Energiankulutuksen seuranta Miksi energiankulutusta tulisi seurata? Useimmiten suora energiankulutus kiinnittää siinä vaiheessa huomiota, kun sähkölasku nousee yllättävän suureksi tai tilalla käytetään ostoenergiaa broilerikasvattamoiden lämmitykseen. Energian kulutukseen kiinnitetään enemmän huomiota, kun tiedetään milloin energiaa kuluu ja mihin sitä kuluu. Tämän jälkeen useimmiten jo pelkillä toimintatapojen muutoksilla ja pienillä investoinneilla voidaan vähentää ja tehostaa energiankäyttöä. Miten energiankulutusta voidaan seurata? Suoran energiankulutuksen (esim. sähkö, lämpö) mittaaminen on helpompaa kuin epäsuoran energiankulutuksen selvittäminen (esim. rehujen valmistukseen kulunut energia). Osalla tiloista on käytettävissä vain yksi tilakohtainen sähkömittari, jolloin broilerintuotantoon käytetyn sähkön kulutuksen seuranta on hankalaa. Joillain tiloilla voi olla käytettävissä erillinen etäluettava sähkömittari tuotantorakennuksissa, jonka tarkempia kulutustietoja voidaan seurata sähköyhtiön verkkosivuilta. Tällainen seuranta antaa jo tarkemman kuvan broilerikasvattamoiden sähkön kokonaiskulutuksesta. Lämmitysenergiankulutus on helppo laskea, jos käytettävissä on ulkopuolelta ostettua energiaa (esim. öljy) ja tarkat ostomäärät ovat tiedossa. Sen sijaan omalla tilalla tuotetun hakkeen kulutusseuranta on hieman haastavampaa, eikä siihen kiinnitetä samalla tavalla huomiota, kun se on useimmiten hinnaltaan edullisempaa kuin fossiilinen energia. Jos halutaan kuitenkin paneutua tarkemmin energiankulutukseen ja sen jakautumiseen, on broilerikasvattamoon asennettava erillinen lämmön- ja sähkönkulutusmittari tai jopa useampi sähkönkulutusmittari mittaamaan eri laitteiden energiankulutusta. Useimmiten suurimpia yksittäisiä energiankuluttajia ovat kasvattamon puhaltimet ja valaistus, joten näiden kulutusta kannattaa mitata erikseen. Kun näiden kohteiden sähkönkulutus vähennetään kasvattamon sähkön kokonaiskulutuksesta, saadaan selville muun sähkönkulutuksen osuus. Ener-

124 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 123 giamittarit ja niiden asennuttaminen on investointi, joka todennäköisesti maksaa itsensä takaisin pidemmällä aikavälillä, kun energian käyttöön aletaan kiinnittää enemmän huomiota. Energiamittareiden asentaminen on myös hyödyllistä mietittäessä uusia laiteinvestointeja. Tiloilla on myös mahdollisuus osallistua vapaaehtoiseen maatilojen energiaohjelmaan ja teettää energiasuunnittelijalla selvitys energiankulutuksesta ja mahdollisista tehostamiskeinoista. Lisätietoa energiaohjelmasta löytyy osoitteesta Esimerkki 36. Esimerkkikasvattamon lämmitysenergian kulutusta seurattiin asentamalla broilerikasvattamoon lämmitysenergian kulutusmittari (FC ECHO II). Mittari mittaa tulo- ja lähtöveden virtausta ja lämpötilaeroa ja laskee mm. näiden tekijöiden perusteella energiankulutuksen. Energiankulutus on helppo lukea laitteen näytöltä jokaisen lintuerän jälkeen. 4.5 Valaistus Linnun näkökyky Valaistuksella voidaan vaikuttaa lintujen tuottavuuteen, terveyteen ja hyvinvointiin (esim. [Alviano ym. 2009]). Jotta voisimme tietää, mitä broilerikasvattamon valaistuksessa tulisi ottaa huomioon, meidän on oltava ensin perillä siitä, miten linnut aistivat valon. Lintujen näkökyvyn uskotaan poikkeavan ihmisen kyvystä nähdä. On arvioitu, että linnut kykenevät näkemään osan ultraviolettisäteilystä, jota ihmissilmä ei näe. Tästä johtuen, linnut todennäköisesti näkevät värit hieman eri tavalla kuin ihmiset. On myös viitteitä siitä, että linnut näkevät herkemmin (spektriherkkyys) tietyt aallonpituudet, jonka seurauksena linnut aistivat joidenkin valaisimien valot kirkkaampina kuin ihmiset. [Lewis & Morris 2006] Valaistusvoimakkuuden yksikkönä käytetty luksi (lux) tarkoittaa neliön pinta-alalle lankeavaa valovirtaa (lux = lumen/m 2 ) Valon aallonpituudet (värit) Valon värien vaikutusta lintujen kasvuun ja käyttäytymiseen on tutkittu mm. valoilla, jotka sisältävät vain yhtä aallonpituutta (monokromaattinen valo). Näitä tuloksia luettaessa tulee kuitenkin ottaa huomioon, että useimmat broilerintuotannossa käytettävät lamput sisältävät laajemman aallonpituuden kirjon kuin monokromaattiset valot. Lewis ja Morris [Lewis & Morris 2006] totesivat, että linnut kasvavat monokromaattisista valoista paremmin sinisessä tai vihreässä valossa kuin valkoisessa tai punaisessa. Valon värien on todettu vaikuttavan kasvuun eri tavalla linnun eri ikävaiheissa. Vihreän valon on todettu stimuloivan kasvua varhaisella iällä ja sinisen valon myöhäisemmällä iällä (mm. [Rozenboim ym. 2004, Cao ym. 2008]). Värien on myös todettu vaikuttavan lintujen käyttäytymiseen siten, että valkoisessa ja punaisessa valossa linnut ovat aktiivisempia kuin sinisessä ja vihreässä valossa. Ghuffar ym. [Ghuffar ym. 2009] tutkivat eri lamppujen (hehkulamppu, loistelamppu, monimetallilamppu ja korkeapainenatriumlamppu) vaikutusta lintujen elopainoon, rehunkulutukseen, rehunmuuntosuhteeseen (feed conversion ratio), päivittäiseen vedenkulutukseen, kuolleisuuteen ja immuunivasteeseen (humoral immune response) Pakistanissa. Tulokset osoittivat, että monimetallilampulla saavutettiin mm. parhain kasvu, rehunmuuntosuhde ja alhaisin kuolleisuus. Kuolleisuusprosentti oli selvästi suurempi käytettäessä korkeapainenatriumlamppuja. Tutkijat totesivat, että suureen kuolleisuusprosenttiin vaikutti todennäköisesti se, että korkeapainenatriumlampun värin spektri oli kelta-oranssi Valaistusvoimakkuus Intensiivisessä broilerintuotannossa lintuja on kasvatettu yleisesti melko hämärässä, koska tämän on oletettu lisäävän lintujen tuottavuutta. Tämä oletus on perustunut siihen, että linnut ovat hämärässä vähemmän aktiivisia kuin kirkkaassa valossa (mm. [Alviano ym. 2009]). Viime aikoina huomiota on alettu kuitenkin kiinnittää yhä enemmän eläinten hyvinvointiin, sillä liian hämärässä valaistuksessa lintujen jalkaongelmat ja häiriöt näkökyvyssä lisääntyvät sekä käyttäytymisrytmit häiriintyvät (mm. [Alviano ym. 2009]). Valojen intensiteetillä on voimakas vaikutus lintujen käyttäytymiseen ja sen myötä myös kasvuun. Voimakkaammalla valaistuksella voidaan lisätä lintujen aktiivisuutta, kun taas valoja himmentämällä voidaan kontrolloida lintujen aggressiivista käytöstä ja sen myötä kannibalismia. [Olanrewaju ym. 2006] Linnut todennäköisesti suosivat eri valaistusvoimakkuuksia eri ikävaiheissa. Davis ym.[davis ym. 1999] tutkivat mm. lintujen käyttäytymistä eri ikävaiheissa erilaisissa valaistusvoimakkuuksissa. Käytetyt valovoimakkuudet olivat 6, 20, 60 ja 200 luksia. Valaistusohjelmaan siirryttiin lintujen ollessa neljän päivän ikäisiä. Kahden viikon iässä linnut viettivät mieluummin aikaa 200 luksin valaistuksessa kuin 6 luksin valaistuksessa. Tämä kuitenkin kääntyi toisinpäin lintujen ollessa kuusiviikkoisia. Tällöin linnut suosivat enemmän hämärää (6 lux) ympäristöä kuin kirkkaampaa. Alviano ym. [Alviano ym. 2009] selvittivät lintujen käyttäytymistä 5, 50 ja 200 luksin valaistuksessa. Valo-ohjelma sisälsi 16 tuntia valoisaa ja 8 tuntia pimeää (1 lux) aikaa. Linnut, jotka kasvatettiin 5 luksin valointensiteetillä, nukkuivat enemmän. Linnut myös käyttivät vähemmän aikaa ruuan etsimiseen ja sukimiseen

125 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 124 kuin verrokkiryhmän linnut. Toisaalta hämärämmässä kasvaneet linnut olivat pimeäjakson aikana aktiivisempia kuin verrokkiryhmän linnut Valojakson pituus, valo-ohjelma ja valaistusvaatimukset Valaistuksella voidaan vaikuttaa tehokkaasti lintujen fysiologisiin- ja käyttäytymisprosesseihin [Olanrewaju ym. 2006]. Valaistuksen on todettu vaikuttavan broilereilla mm. rehun syöntiin, kasvuun, rehunmuuntotehokkuuteen ja hyvinvointiin. Kuolleisuus, äkilliset sydänkuolemat ja jalkaongelmat kasvavat lineaarisesti, kun päivänpituutta kasvatetaan. Aiemmin broilerintuotannossa olikin yleistä, että linnuille käytettiin jatkuvaa tai lähes jatkuvaa (23 h valoa - 1 h pimeää) valaistusta. Tavoitteena oli näin maksimoida lintujen rehunsyöntiä ja kasvua. [Lewis & Morris 2006] Jatkuvan tai lähes jatkuvan valaistuksen varjopuolena tulevat esille kuitenkin lintujen hyvinvointi- ja terveysongelmat (mm. [Jiang ym. 2012]). Yhä lisääntyvä huomio lintujen hyvinvointiin ja energian säästöön on saanut aikaiseksi sen, että linnuille käytetään lyhyempää päivänpituutta tai vaihtoehtoisia valaistusohjelmia [Lewis & Morris 2006]. Vaikka jatkuva tai lähes jatkuva valaistus on käytössä vielä eri puolilla maailmaa, Suomessa se ei ole lainsäädännön puitteissa mahdollista, eikä eläinten hyvinvoinnin kannalta järkevää. Suomessa broilerikasvattamon valaistuksen vähimmäisvaatimukset on määritelty broilereiden suojelusta annetussa valtioneuvoston asetuksessa 375/2011 [Vna 2011]. EU:ssa eläinten hyvinvointivaatimukset ovat tiukemmat kuin monessa EU:n ulkopuolisessa maassa. Tämän vuoksi eri tilojen valo-ohjelmaa määrittelee jo pelkästään asetuksen vähimmäisvaatimukset. Broilereiden hyvinvoinnista annettu valtioneuvoston asetus 375/2011 [Vna 2011] määrittelee mm. vähimmäisvalotehon ja valaistusrytmityksen: Broilereiden hyvinvoinnista annettu asetus (Vna 375/2011) määrittelee mm. vähimmäisvalotehon ja valaistusrytmityksen: Valaistusteho vähintään 20 luksia linnun silmän tasolla. Valaistava vähintään 80 % käytettävästä pinta-alasta. Valaistuksessa 24 tunnin rytmi. Rytmiin siirryttävä seitsemän päivän kuluessa, kun linnut ovat saapuneet halliin ja se voidaan lopettaa aikaisintaan kolme päivää ennen arvioitua teurastusaikaa. Jokaisen 24 tunnin on pidettävä sisällään vähintään 6 tuntia pimeää aikaa. Jos aika jaetaan jaksoihin, on siinä oltava vähintään yksi 4 tunnin yhtenäinen pimeä jakso Valaistuksen energiankulutus Valaistuksen energiankulutukseen vaikuttavat 1. lamppujen energiatehokkuus ja elinikä 2. valaistusohjelma 3. toimintatavat 4. lamppujen sijoittaminen 5. pintamateriaalit ja pintojen puhtaanapito. Lampun energiatehokkuus voidaan laskea jakamalla lampun luumenina (lm) ilmoitettu valovirta lampun teholla (W). Mitä suurempi tämä luku on, sitä energiatehokkaampi lamppu on eli mitä pienemmällä teholla saadaan suurempi valontuotto, sitä energiatehokkaampi lamppu on. Onkin huomioitava, että lampun wattimäärä kertoo vain sähkönkulutuksesta, ei lampun valomäärästä. Lamppujen energiatehokkuudella on suuri vaikutus broilerikasvattamon valaistuksen energiankulutukseen ja valaistuksen osuuteen kokonaissähkönkulutuksesta. Lamppujen energiatehokkuus on parantunut viime vuosina, kun lamppujen tehokkuudelle määriteltiin tiukemmat rajat. Esimerkiksi komission asetuksessa 244/2009 [Komission asetus 2009]on annettu määräyksiä lamppujen energiatehokkuudelle. Tämän asetuksen myötä hehkulamppujen valmistus EU:ssa ja maahantuonti EU:n loppuivat käytännössä syksyllä Myös lampun eliniällä on merkitystä mm. huoltoväliin ja takaisinmaksuaikaan. Lampun valoteho alenee lampun eliniän kasvaessa. Koska valoteho alenee, voidaan lamput joutua vaihtamaan jo ennen kuin ne palavat loppuun. Alla on kuvattu kotimaisissa broilerikasvattamoissa käytettävien eri lampputyyppien ominaisuuksia ja energiankulutusta. Hehkulamppu

126 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 125 Hehkulamppujen energiatehokkuus on heikko, koska vain noin 5 10 % lampun tehosta muuttuu näkyväksi valoksi. Loppuosa tehosta säteilee lämpönä. Hehkulampulle on myös tyypillistä voimakas puna-keltainen valo ja se toistaa värit hyvin [Halonen & Lehtovaara 1992]. Hehkulamppu syttyy heti ja se on täysin himmennettävissä. Hehkulampun virrankulutus ei laske ihan samassa suhteessa himmentämisen kanssa. Hehkulampun elinikä (noin h) on huomattavasti lyhyempi kuin esimerkiksi loisteputkien tai LED-lamppujen. Yksittäisten lamppujen elinikä vaihtelee laatuhajonnan vuoksi [Halonen & Lehtovaara 1992]. Jännite vaikuttaa lampun polttoikään siten, että jo 5 %:n ylijännite lyhentää hehkulampun polttoiän noin puoleen ja 5 %:n alijännite pidentää sen noin kaksinkertaiseksi [Halonen & Lehtovaara 1992]. Näin ollen lampun himmentäminen lisää sen elinikää. Liangin ym [Liang ym. 2009] tutkimus havainnollistaa hehkulamppujen suurta energiankulutusta muihin lampputyyppeihin verrattuna. Kun broilerikasvattamon hehkulamput vaihdettiin himmennettäviin loistelamppuihin ja kylmäkatodilamppuihin (cold cathode fluorecent lamp) energiankulutus väheni % aikaisempaan tilanteeseen verrattuna. Samaan aikaan valaistuksen osuus kokonaissähkönkulutuksesta väheni 43 %:sta 20 %:iin. Hehkulamput ovat poistumassa EU:n markkinoilta, koska niiden valmistus ja maahantuonti loppuivat syksyllä Loisteputkilamppu Loisteputket ovat hehkulamppuja huomattavasti energiatehokkaampi broilerikasvattamon valaistusvaihtoehto. Broilerikasvattamoissa tyypillisesti käytettävät loisteputket ovat kaksikantaisia loistelamppuja. Kaksikantaisen loistelampun taloudellinen polttoikä vaihtelee noin tuntia. Se on hehkulampun polttoikään verrattuna moninkertainen. Lampun valotehokkuus riippuu ympäristön lämpötilasta. Yleensä lyhyt polttoaika sytytyskertaa kohden lyhentää lampun polttoikää. Erot lamppujen polttoiässä vaihtelevat kuitenkin melko paljon lampputyyppien ja valmistajien mukaan. Pienet käyttöjännitteen muutokset eivät juuri vaikuta loistelampun polttoikään [Halonen & Lehtovaara 1992]. Liitäntälaitteen ja sytyttimen ominaisuuksilla on asiaan suurempi vaikutus. Loistelamput sisältävät pienen määrän elohopeaa ja ovat siksi ongelmajätettä. LED-lamppu Broilerikasvattamon yhtenä valaistusvaihtoehtona ovat hyvin energiatehokkaat ja pitkäikäiset LED-lamput. Ne ovat kokeneet paljon kehitystä viime vuosina ja niiden kehitystyö jatkuu edelleen. Lamppujen laatu ja elinikä vaihtelevat paljon, joten lamppujen hankinnassa kannattaa olla tarkkana. Hinta todennäköisesti korreloi myös LED-lampuissa laadun osalta. Ledien polttoikä on noin tuntia, joskin vaihtelua lamppujen väliltä löytyy. LED-lamput menettävät valotehonsa vähitellen. Koska niiden polttoikä on pitkä, niin huoltotarve on vähäisempi kuin esimerkiksi hehkulamppujen tai loisteputkivalaisimien. LED-lamput ovat himmennettävissä, mutta ne vaativat erillisen liitäntälaitteen. Ledeillä virrankulutus laskee himmennettäessä melko lineaarisesti. Ne voidaan kuitenkin himmentää vain noin 5-10 % valotehokkuudesta toisin kuin hehkulamput, jotka ovat kokonaan himmennettävissä. (mm. [Lampputieto 2013]) Valaistuksen vaikutus energiankulutukseen riippuu suoraan valojen himmennyksestä sekä valoisan ja pimeän jakson pituuksista. Kuvassa (4.7) on esitetty esimerkki valo-ohjelmasta. Valaistuksessa on käytetty loisteputkivalaisimia. Valot ovat päällä jatkuvasti ensimmäiset pari vuorokautta, jotta linnut löytävät juoma- ja ruokapaikat ja asettuvat uuteen tilaan. Tämän jälkeen valoja himmennetään asteittain ja linnuilla on vuorokauden aikana vähintään 6 tunnin pimeä jakso joka on jaettu kahteen osaan. Kuva 4.7: Esimerkki broilerikasvattamon valaistusohjelmasta [Rajaniemi & Ahokas 2012]. Valoja himmentämällä ja ajastamalla voidaan pienentää valaistuksen energiankulutusta. Himmentämisen energiansäästövaikutukseen vaikuttavat lampputyyppi ja himmentimen laatu. Broilerikasvattamon valaistuksen lisäksi huomiota kannattaa kiinnittää myös pihavalaistukseen ja broilerikasvattamon muiden tilojen valaistukseen. Pihavalaistukseen käytettävät lamput kannattaa ajastaa esim. aika- ja hämäräkytkimen avulla. Kytkimen

127 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 126 säädöt on kuitenkin tarkistettava säännöllisesti (mm. päivän piteneminen). Suomessa broilereiden hyvinvoinnista annettu valtioneuvoston asetus 375/2011 [Vna 2011] säätää tietyt vaatimukset broilerikasvattamoissa toteutettavalle valo-ohjelmalle. Pimeän jakson pituuden on oltava vähintään 6 tuntia ja se voidaan jakaa kahteen osaan siten, että 24 tunnin aikana on vähintään yksi yhtenäinen 4 tunnin pimeä jakso. Aiemmissa tutkimuksissa on todettu, että vuorottaisella (pimeä/valojakso) valaistuksella voidaan lisätä lintujen rehunhyötysuhdetta. Pimeän jakson pituudella on suora vaikutus sähkönkulutukseen. 4.6 Ilmanvaihto Broilerikasvattamoissa ilmanvaihto perustuu useimmiten alipaineilmanvaihtoon, jossa koneellisella ilmanpoistolla kasvattamoon saadaan aikaiseksi alipaine. Ilmanvaihtoa ohjataan useimmiten kasvattamon lämpötilan ja kosteuden perusteella. [Mikkola ym. 2002] Valtioneuvoston asetus broilereiden suojelusta 375/2011 [Vna 2011] antaa mm. seuraavat vaatimukset broilerikasvattamon jäähdytys ja lämmitysjärjestelmälle, kun eläimiä on yli 33 elopainokiloa neliömetriä kohden: Ammoniakkipitoisuus saa olla enintään 20 ppm ja hiilidioksidipitoisuus enintään 3000 ppm lintujen pään tasolta mitattuna. Sisälämpötila ei saa olla yli 3 C korkeampi kuin ulkolämpötila, kun lämpötila varjossa mitattuna on yli 30 C. Kasvatusosaston suhteellinen kosteus ei 48 tunnin aikana ylitä 70 %:a, kun ulkolämpötila on alle 10 C. Lintujen kasvaessa niiden tuottamien kaasujen määrä kasvaa. Alkuvaiheessa pitoisuudet pystytään pitämään hyvin rajoissaan, mutta kasvatusjakson loppuvaiheessa etenkin talviaikaan esim. hiilidioksidipitoisuusvaatimusten täyttäminen on haasteellista (katso lisää esim. [Heimonen ym. 2009, Mannfors & Hautala 2011]). Hiilidioksidin tuotossa on myös nähtävissä selkeä vuorokausirytmi (esim. [Mannfors & Hautala 2011]). Eläinten nukkuessa hiilidioksidin tuotto laskee ja lintujen ollessa aktiivisempia, hiilidioksidin tuotto kasvaa. Hiilidioksidin mittaaminen mahdollistaisi ilmanvaihdon tarkemman säätymisen eläinten vuorokausirytmin mukaan Ilmanvaihdon energiankulutus Broilerikasvattamon ilmanvaihto on valaistuksen ohella suurimpia yksittäisiä sähkönkuluttajia. Ilmanvaihdon tarve lisääntyy lintujen kasvaessa ja painon lisääntyessä, koska lintujen lämmön ja kaasujen tuotto lisääntyvät (esim. [Mannfors & Hautala 2011]). Energiankulutuksessa on nähtävissä selkeä ero lämpimien ja kylmien ajanjaksojen välillä. Kesällä ilmanvaihdontarve lisääntyy, jonka seurauksena myös puhallinten sähkön kulutus kasvaa. Suurimmassa osassa aiempia tutkimuksia, broilerikasvattamon ilmanvaihdon energiankulutusta ei ole erikseen esitetty erää tai tuotettua kiloa kohden. Ruotsalaisessa Hördahlin [Hördahl 2008] tutkimuksessa ilmanvaihdon energiankulutus oli keskimäärin kwh/erä ( lintua), joka on noin 0,0334 kwh/lintu (tavoitepaino 1,5 kg/lintu). Kuvassa 4.8 on esitetty esimerkkitilan seitsemän kasvatuserän puhallinten energiankulutus. Kuvassa ei ole mukana pääsääntöisesti kesällä käytettävien tunneli-ilmanvaihtopuhallinten energiankulutusta. Kasvatusjakson pituudesta johtuen, viikko 6 ei ole täysimittainen vaan se pitää sisällään vain noin 4 päivää. Puhallinten energiankulutus oli seitsemän broilerierän aikana keskimäärin kwh/erä ja 0,025 kwh/teuraskilo. Tämän lisäksi tunneli-ilmanvaihtopuhaltimet kuluttivat keskimäärin 200 kwh/broilerierä. Broilerintuotannon ilmanvaihdon energiankulutukseen vaikuttavat puhallinten energiatehokkuus, puhaltimen varustelu, puhallintyyppi sekä puhallinten huolto ja kunnossapito. Puhaltimen energiatehokkuudella tarkoitetaan sitä, kuinka suuri ilmamäärä saadaan vaihdettua tietyllä teholla. Puhallinten energiatehokkuus vaihtelee hyvin paljon eri puhallinten välillä. BESS laboratorion testeissä todettiin puhallinten energiatehokkuuden vaihtelevan suuresti eri valmistajien puhallinten välille. Läpimitaltaan 0,9 m puhallintenenergiatehokkuuden vaihteluväli oli 4,89 10,96 m 3 /h/w:iin ja läpimitaltaan 1,2 m puhallinten 2,7 12,6 m 3 /h/w [Ford ym. 2001]. Tehokkaimmilla puhaltimilla voidaan vaihtaa moninkertainen määrä ilmaa samalla teholla kuin heikoimmin testissä pärjänneillä puhaltimilla. Puhallinten energiatehokkuudella on pidemmällä aikavälillä suuri vaikutus sähkönkulutukseen ja sen myötä puhallinten käyttökustannuksiin. Ongelmana kuitenkin on, ettei yllä mainittuja energiatehokkuuslukemia ole välttämättä saatavilla. Puhaltimen energiankulutukseen vaikuttavat myös tuloja poistoaukkojen muotoilu ja puhaltimen muu varustelu (suojaritilät, sulkijat, ilmanjakokanavisto). Etenkin tunneli-ilmanvaihtopuhaltimissa käytettävät suojaritilät ja sulkijat lisäävät ilman virtausvastusta. Tämän seurauksena puhallinten ilmavirta ja tehokkuus heikkenevät. [Ford ym. 2001] totesivat, että puhaltimen sulkijat vähentävät tyypillisesti ilmavirtaa ja tehokkuutta noin % ja suojaritilät alle 5 %. Likaiset, heikosti toimivat sulkijat voivat vähentää ilmavirtaa jopa 40 % [Ford ym. 2001]. Tämä osoittaa, että puhallinten säännöllinen puhdistaminen ja kunnossapito vaikuttavat omalta osaltaan puhallinten energiankulutukseen.

128 LUKU 4. ENERGIANKULUTUS BROILERINTUOTANNOSSA 127 Kuva 4.8: Seitsemän broilerierän säätyvien ja on-off puhallinten energiankulutus kasvatusviikkoa kohden. 4.7 Lämmitys Linnut ovat tasalämpöisiä, joka tarkoittaa sitä, että ne pyrkivät pitämään kehon lämpötilan tasaisena ympäristön lämpötilanmuutoksista huolimatta. Linnun kehon normaali lämpötila on noin C. Eri eläimille on määritelty ylin ja alin lämpötila-alue, jossa eläimiä voidaan kasvattaa ilman, että niiden perusaineenvaihdunnassa tapahtuisi muutoksia. Tätä lämpötila-aluetta kutsutaan termoneutraaliksi alueeksi. [Bucklin ym. 1992] Lintu saavuttaa parhaimman kasvun tällä lämpötila-alueella. Näin ollen oikeanlainen kasvattamon lämpötila onkin yksi merkittävimmistä linnun kasvuun vaikuttavista tekijöistä. Nykypäivän linnut saavuttavat korkeita teuraspainoja ja niiden rehunkäyttösuhde on hyvä, joka tekee ne herkemmäksi lämpöstressille kuin aiemmin [Lin ym. 2006]. Liian lämpimissä oloissa linnut kärsivät lämpöstressistä, jolloin niiden kuolleisuus lisääntyy, rehunkulutus vähenee ja tuottavuus kärsii. Tämä korostuu etenkin lämpimissä ja kuumissa kasvatusoloissa. Liian kylmissä olosuhteissa linnut taas tarvitsevat enemmän energiaa ruumiin lämmön ylläpitämiseksi, joka lisää rehunkulutusta. Linnun lämmön tuntemiseen vaikuttaa ympäristön lämpötilan lisäksi kasvattamon suhteellinen kosteus. Mitä kosteampaa ilma on, sitä lämpimämmäksi lintu sen tuntee. Ross-broilerin oppaassa kasvattamon suhteelliseksi kosteudeksi suositellaan %:a. Sisäilman kosteutta voidaan säädellä ilmanvaihdon ja lämmityksen avulla. [Ross 2009] Broilerikasvattamon lämpötila on noin 33 astetta silloin, kun untuvikot saapuvat kasvattamoon. Kasvatusjakson lopussa lämpötila lasketaan noin 20 asteeseen. Kuvassa 4.9 on esitetty esimerkki yhden linnun (elopaino lopussa noin 2,4 kg) lämmöntuotosta 39 päivän kasvatusjakson aikana. Lintu tuottaa kasvatusjakson loppuvaiheessa lämpöä reilun 12 watin teholla. Broilereiden lämmöntarve vaihtelee paljon lintujen eri ikävaiheessa. Untuvikkojen lämmöntuotto kasvatusjakson alussa on hyvin vähäistä ja tämän vuoksi lämmitystarve on suurta. Broilerihallit lämmitetään tavanomaisesti keskuslämmityksellä, jossa lämpö jaetaan halliin putkipattereiden avulla. Lisäksi käytössä on jonkin verran puhaltimella ja vesikierrolla toimivia lämpöpattereita. [Mikkola ym. 2002] Lämmitysenergian kulutus ja lämpöhäviöt Lämmitykseen käytettävät polttoaineet ovat suurin broilerikasvattamon suora energiapanos. Lämmitysenergian kulutus vaihtelee eri vuodenaikoina ja linnun eri kasvuvaiheissa. Pääsääntöisesti lämmitysenergian kulutus on suurinta linnun kasvun alkuvaiheessa ja se pienenee kasvatusjakson loppuvaihetta kohden. Broilerikasvattamon eristeet ja tiiviys vaikuttavat kasvattamon lämmönhukkaan ja lämmitystarpeeseen. Suomessa suurin osa kasvattamon lämpöhukasta tapahtuu ilmanvaihdon kautta. Ilmanvaihdon osuus korostuu etenkin kylmimpinä kausina, kun ulko- ja sisälämpötilan väliset erot kasvavat. Kylmimpinä kausina myös lämmön talteenoton potentiaali olisi suurin, joskin nykyisellään jäätymis- ja pölyyntymisongelmat rajoittavat lämmönvaihtimien käyttöönottoa suomalaisissa broilerikasvattamoissa. Esimerkkikasvattamon viidelle broilerierälle laskettiin teoreettinen lämmöntuotto (lintujen lämmöntuotto ja lämmitys) ja lämpöhäviöt (rakenteiden ja ilmanvaihdon kautta). Laskennassa ei otettu huomioon valaistuk-