Prof. Massimo Lazzari IMPIANTI E STRUTTURE Corso di laurea in PAAS

Il controllo dell'ambiente

Gli strumenti a disposizione dell'allevatore per mantenere il livello dei parametri ambientali entro la “zona di benessere” sono: isolamento termico ventilazione riscaldamento o raffrescamento dell'aria.

Condizioni estive

Condizioni invernali T (°C) UR (%)

Condizioni invernali (interno)

Bilancio termico dell’edificio qr :radiazione solare qe :attraverso le pareti qsu :riscaldamento qv :ventilazione qa :emesso dagli animali

L'isolamento termico È la capacità che hanno gli elementi di tamponamento e copertura del ricovero di limitare gli scambi di calore tra l'interno e l'esterno dipende dalle caratteristiche isolanti (K) dei materiali impiegati nella costruzione e dalla cura posta nell'evitare zone non isolate (ponti termici)

K = coefficiente di trasmissione del calore: è il flusso di calore che attraversa un m2 di parete, in un'ora, per t = 1°C; si misura in W/m2 °C. Km = media ponderale dei K di tutte le superfici esposte dell'edificio.

Calcolo del K per una parete i = coefficiente liminare interno (10) e = coefficiente liminare esterno (20) s = spessore del materiale (m)  = coefficiente di conduttività termica (W/m °C)

Tabella 5.6 Segue….

Segue…..

La trasmissione del calore attraverso il pavimento avviene prevalentemente sul perimetro esposto. Per calcolare il valore di K del pavimento si può usare una relazione empirica, valida per pavimenti con superficie maggiore di 25 m2: Kp = 0.05 + 1.65 * (S/P)-1- 0.6 * (S/P)-2 Dove: S è la superficie del pavimento; P è la somma della lunghezza dei lati esposti. Se è presente uno strato isolante:

Valore di K per pavimenti solidi in contatto con il terreno e con quattro lati esposti

Ponti termici

Si considera non solo l’area del ponte termico ma si estende la sua influenza al doppio della sua distanza dalla parete: L=La + 2 D La D

Calcolo del K medio di un edificio Ai fini della valutazione del bilancio termico di un edificio è utile calcolare il valore medio del valore del coefficiente di trasmissione del calore (K). Tale valore medio (Km) si ottiene dalla media dei coefficienti dei singoli elementi della struttura ponderata rispetto alle superfici degli elementi stessi: Dove: ki=coefficiente di trasmissione del calore dell’elemento i Si= Superficie esposta dell’elemento i

capacità termica o inerzia termica strettamente correlato con l'isolamento, è il potere che ha la parete di immagazzinare calore, ad una certa temperatura, e di cederlo a temperatura più bassa. Tale caratteristica dipende soprattutto dal “peso” della costruzione; in presenza di pareti e di coperture pesanti è più facile mantenere condizioni ambientali costanti, anche con situazioni esterne notevolmente variabili, sia nei periodi invernali che estivi.

sfasamento attenuazione

Fig. 6.13

La ventilazione I processi di termogenesi, propri del metabolismo animale, comportano scambi di calore con l'ambiente, sia sotto forma di calore sensibile, che di calore latente. La produzione totale di calore (sensibile + latente) dipende da vari fattori quali la specie, la razza, l'età, il livello alimentare e la temperatura ambientale.

Il dimensionamento del sistema ventilazione deve essere fatto tenendo presenti: le condizioni climatiche esterne le esigenze degli animali le emissioni di calore e vapor acqueo da parte degli animali

Ventilazione invernale Ua= Umidità emessa dagli animali (g/h) Ui= Umidità assoluta ambiente interno (g di H20/kg di aria) Ue= Umidità assoluta ambiente esterno (g di H20/kg di aria)  = densità dell’aria (kg/m3)

Tab. 6.14

Diagramma psicrometrico

Riscaldamento degli ambienti Il riscaldamento artificiale consiste nell'immissione, all'interno dell'ambiente, di calore (prodotto dalla combustione di materiali organici o minerali) per consentire l'innalzamento della temperatura a livelli tali da ridurre al minimo la produzione di calore metabolico. Ciò si traduce in un incremento degli indici di conversione degli alimenti e in un miglior uso dell'alimento.

Non sempre il riscaldamento è necessario: ad esempio, se vi è della lettiera di paglia, e se vi è alta concentrazione di animali di massa elevata (porcilaie da ingrasso o stalle per bovini da carne). Il riscaldamento è, invece, necessario negli allevamenti suinicoli (localizzato nelle sale parto e diffuso nei locali per lattonzoli su flat-deck) e nelle pulcinaie. Il riscaldamento può essere utile anche per le conigliere.

Calcolo dell’energia richiesta Per calcolare l'ammontare dell'energia termica richiesta su base annua si può utilizzare il metodo dei «gradi-giorno». Occorre innanzitutto calcolare l'incremento di temperatura dovuto agli animali con la seguente formula:

qa= calore prodotto dagli animali (W) Q= portata d’aria di ventilazione (m3/s) ca=calore specifico dell’aria (1005 J/°C kg di aria secca)  = densità dell’aria (kg/m3) t = differenza di temperatura tra interno e esterno Km = coefficiente di trasmissione del calore medio (W/ m2 °C) A= superfici esposte dell’edificio (m2)

Successivamente si determina la temperatura di base sottraendo il t prima calcolato dal valore della temperatura che si desidera mantenere all'interno dell'edificio. Quindi si sceglie il valore dei gradi-giorno, per mese o per anno, utilizzando il valore della temperatura base precedentemente calcolata.

Infine si calcola il calore supplementare richiesto (qsu) utilizzando l'equazione: In cui G= gradi giorno per il periodo considerato Per trasformare il valore trovato in kg di gasolio o m3 di gas, occorre considerare: - il primo ha un potere calorifico di circa 41.800-43.000 kJ, mentre il secondo ha un potere calorifico di circa 34.300 kJ. - il rendimento di combustione varia fra 0,7 e 0,8.

Il raffrescamento dell’aria Il controllo delle alte temperature estive è normalmente affidato più all'impiego di sistemi passivi che all'utilizzo di una specifica impiantistica. Per questo è necessario ombreggiare, ed eventualmente tinteggiare con vernici riflettenti, per limitare l'irraggiamento solare e, soprattutto, realizzare il ricovero con strutture pesanti.

Tra i possibili sistemi attivi il “cooling”, è quello che appare oggi il più accettabile dato il costo relativamente contenuto in relazione ai risultati ottenibili. Il principio di funzionamento consiste nel far evaporare dell'acqua nell'aria di rinnovo, in modo che questa, fornendo il calore sensibile necessario alla sua evaporazione, riduca la sua temperatura. E’ evidente che la diminuzione di temperatura sarà tanto maggiore quanto minore sarà la U.R. dell'aria trattata.

Ventilazione estiva qa= calore prodotto dagli animali (W) ca=calore specifico dell’aria (1005 J/°C kg di aria secca)  = densità dell’aria (kg/m3) t = differenza di temperatura tra interno e esterno

I valori dipendono, oltre che dal calore sensibile, dal t ammesso; questo valore si fissa normalmente sui 3-40C per evitare portate eccessivamente elevate. Anche in questo caso, comunque, i volumi di ventilazione estivi risultano spesso, dalle 5 sino alle 10 volte, maggiori di quelli invernali.

tab. 6.15

I sistemi di ventilazione Ventilazione naturale differenza di temperatura (effetto camino) forza del vento (effetto vento) La portata effettiva dipende dalla combinazione dei due effetti

Effetto vento kv = efficienza delle aperture (600 per R=1) Ai = superficie di ingresso (m2) v = velocità del vento (km/h)

V (km/h) inferiore a 1 Calma di vento Il fumo sale verticale tra 1 e 5 Bava di vento La direzione del vento è indicata dall'inclinazione del fumo tra 6 e 11 Brezza leggera Si apprezza il vento sul volto, si ode il fruscio delle foglie tra 12 e 19 Brezza tesa tra 20 e 28 Vento moderato Il vento solleva polvere e fogli di carta tra 29 e 38 Vento teso Gli arbusti ondeggiano tra 39 e 49 Vento fresco I rami più grossi si agitano, gli arbusti ondeggiano tra 50 e 61 Vento forte Gli alberi si agitano, la marcia controvento è difficoltosa

Disegni Prof. Franco Sangiorgi

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Effetto camino ka=costante che dipende dal rapporto tra le aree di ingresso e uscita (400 per r=1) Ai=superficie di entrata (m2) h= differenza di altezza tra entrata e uscita (m) t=differenza tra la temperatura interna ed esterna

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Effetto combinato

Ventilazione artificiale Il ricambio si ottiene per effetto di ventilatori appositamente predisposti. Il vantaggio consiste nella possibilità di- regolare, in modo abbastanza preciso ed automatico, le portate di ricambio indipendentemente dalle condizioni climatiche esterne. E’ possibile quindi attuare la ventilazione in relazione alle esigenze specifiche degli animali ospitati nel ricovero.

Per contro. a fronte di questo vantaggio, si ha un consumo di energia elettrica; la convenienza ad adottare questo sistema deve risultare quindi dalla riduzione di mano d'opera e dalla maggior produttività degli animali. La ventilazione dinamica è inoltre praticamente insostituibile nelle porcilaie su pavimento fessurato ove le fermentazioni, che si sviluppano nelle deiezioni stoccate a lungo, producono gas nocivi che, se non allontanati direttamente dalle fosse. potrebbero facilmente raggiungere livelli intollerabili in ambiente

Il ricambio dell'aria può essere ottenuto sia in pressione (o pressione positiva od immissione), sia in depressione (o estrazione o pressione negativa) a seconda che l'aria di rinnovo sia immessa direttamente da un ventilatore o entri, dalle aperture predisposte, perché richiamata in ambiente dalla depressione creata da un ventilatore estrattore.

Sistema in depressione E’ la soluzione indubbiamente più diffusa nei ricoveri zootecnici. Consiste, nel predisporre dei ventilatori estrattori, e nelle posizioni opportune, le aperture di ingresso dell'aria. Dalla disposizione di queste ultime, e dalla velocità d'ingresso dell'aria, dipende la corretta distribuzione in ambiente; per questo è necessario che tali aperture siano regolabili per adattarle alle necessarie variazioni di portata nel ricovero. Con tale sistema non è possibile effettuare il riciclo dell'aria ambiente ed è più difficile il trattamento. Per contro l'impianto è particolarmente semplice ed affidabile.

Figura depressione

Disegni Prof. Franco Sangiorgi

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Sistema in pressione Normalmente il ventilatore immissore viene collegato ad una canalizzazione, rigida o flessibile, che provvede alla distribuzione uniforme dell'aria in tutto il ricovero. Con questo sistema è possibile avere ambienti omogenei anche con valori di ricambio molto bassi; il che si può tradurre in pratica, in sensibili economie di energia.

Questo sistema, inoltre, concentrando in pochi punti (in alcuni casi addirittura in uno solo) l'ingresso, rende facile ogni eventuale trattamento dell'aria come la filtrazione, la disinfezione, il riscaldamento o raffreddamento. A fronte di questi aspetti positivi si ha una maggior complessità di impianto e quindi la necessità di una esecuzione, e successiva gestione, più accurata.

Figura pressione

Entrambi i sistemi possono essere validamente utilizzati per il controllo degli ambienti zootecnici; la scelta deve essere fatta caso per caso in considerazione delle specifiche condizioni ed esigenze di allevamento non ultima la preparazione professionale dei personale. La variazione della portata è affidata a una centralina con sonda sensibile alla temperatura. Nella centralina è inoltre possibile fissare la velocità minima dei ventilatore in modo da assicurare in ogni caso la ventilazione minima insopprimibile.

Sistemi misti Si prevede l'impiego della ventilazione dinamica nel periodo invernale, mentre, nelle mezze stagioni e nel periodo estivo, le maggiori esigenze di ricambio si ottengono con la ventilazione naturale. In questo modo si possono ridurre notevolmente le potenze dei ventilatori; negli altri periodi climatici la ventilazione dinamica assume funzione di soccorso e di allontanamento dei gas pesanti.