Przemysław Marek
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy
Państwowy Instytut Badawczy

Jak skutecznie ogrzać chlewnię? Efektywność energetyczna w produkcji trzody chlewnej

Utrzymanie optymalnej temperatury w chlewni to jeden z ważnych czynników decydujących o opłacalności produkcji trzody chlewnej. Warunki termiczne bezpośrednio wpływają na zdrowotność zwierząt, wykorzystanie paszy oraz tempo przyrostów. Jak właściwie zaplanować system ogrzewania, by zagwarantować dobrostan stada, a jednocześnie uniknąć drastycznego wzrostu rachunków za energię?

Trzoda chlewna charakteryzuje się wrażliwością na wahania temperatur, a nieodpowiednie warunki w budynku inwentarskim szybko ujawniają się w wynikach produkcyjnych. Gdy temperatura w pomieszczeniu spada poniżej dolnej granicy komfortu termicznego, zwierzęta zmuszone są zużywać cenną energię pobraną z paszy na utrzymanie stałej ciepłoty ciała, zamiast przeznaczać ją na budowę tkanki mięśniowej. Skutkuje to znacznym pogorszeniem współczynnika konwersji paszy i wydłużeniem cyklu tuczu. Co więcej, przechłodzenie, szczególnie w połączeniu z wilgocią lub niekontrolowanym ruchem powietrza, znacząco obniża odporność, otwierając drogę infekcjom układu oddechowego oraz schorzeniom przewodu pokarmowego. Projektowanie instalacji grzewczej komplikuje fakt, że różne grupy technologiczne przebywające w chlewni mają odmienne zapotrzebowanie na ciepło:

• Sektor porodowy: To obszar o najbardziej wymagającym mikroklimacie. Odsadzone od matki lub nowo narodzone prosięta posiadają znikomą tkankę tłuszczową i słabo rozwiniętą termoregulację organizmu, przez co w pierwszych dniach życia potrzebują temperatury na poziomie 30–35°C, stopniowo obniżanej do około 26–28°C w kolejnych tygodniach. Z kolei dla lochy optymalny zakres to zaledwie 16–20°C. Przegrzanie lochy prowadzi do spadku apetytu, niższej laktacji i stresu termicznego. Rozwiązaniem tej rozbieżności jest stosowanie ogrzewania strefowego, tworzącego ciepły mikroklimat wyłącznie w strefie legowiskowej prosiąt.
• Odchowalnia: Po odsadzeniu prosięta tracą naturalne źródło ciepła, jakim była locha, i zmagają się ze stresem żywieniowym. Odpowiednia temperatura startowa ok. 24–26°C jest ważna dla zachowania ciągłości wzrostu i ochrony przed biegunkami. W kolejnych tygodniach odchowu jest ona stopniowo obniżana o 1°C tygodniowo.
• Tuczarnia: Starsze zwierzęta wytwarzają znaczną ilość ciepła biologicznego. Optymalna temperatura dla tuczników wynosi 14–20°C w zależności od wagi. Ogrzewanie dogrzewające w tuczarniach stosuje się głównie w najzimniejszych miesiącach roku lub przy zasiedlaniu komór małymi warchlakami. Należy jednak unikać sytuacji, w której budynek inwentarski nie jest w ogóle ogrzewany, gdyż jest to niekorzystne z punktu widzenia utrzymania prawidłowego mikroklimatu i zapewnienia zwierzętom wysokiego poziomu dobrostanu.

Czynniki wpływające na zapotrzebowanie na ciepło

Niewłaściwe oszacowanie zapotrzebowania budynku na ciepło to jeden z najczęstszych błędów popełnianych na etapie projektowania lub modernizacji chlewni. Aby optymalnie dobrać moc urządzeń grzewczych i uniknąć niepotrzebnych strat energii, należy dokładnie przeanalizować 3 podstawowe czynniki kształtujące bilans cieplny obiektu: izolacyjność przegród budowlanych, sposób funkcjonowania wentylacji oraz ilość ciepła biologicznego generowanego przez same zwierzęta.

Jakość izolacji termicznej bezpośrednio decyduje o tym, jak długo wygenerowana energia utrzyma się we wnętrzu chlewni. Nieocieplone ściany i dach działają jak mostki cieplne, przez które ciepło bezpowrotnie ucieka do atmosfery. Największe straty, sięgające nawet 30–40% zachodzą przez górną przegrodę budynku, ponieważ ogrzane powietrze naturalnie unosi się ku górze. Zastosowanie nowoczesnych płyt poliuretanowych lub pianek o wysokiej oporności cieplnej pozwala ograniczyć te ubytki, a przy tym zapobiega niebezpiecznemu skraplaniu się pary wodnej pod sufitem. Równie istotna jest izolacja ścian zewnętrznych, która chroni przed zjawiskiem tzw. promieniowania chłodem, zmuszającym zwierzęta do stłaczania się w głębi kojca. Z kolei w sektorach porodowych i odchowalniach priorytetem pozostaje zwłaszcza odpowiednie ocieplenie posadzki w strefie legowiskowej. Prosięta stykają się z podłożem dużą powierzchnią ciała, dlatego brak izolacji podłogowej prowadzi do ich szybkiego wychłodzenia, nawet przy prawidłowej temperaturze samego powietrza.

Równolegle na bilans cieplny wpływa system wentylacyjny, bez którego niemożliwe byłoby usunięcie nadmiaru wilgoci, amoniaku, dwutlenku węgla oraz pyłów. Każda wymiana powietrza w zimie wiąże się jednak z usuwaniem ciepła i wdmuchiwaniem zimnego strumienia z zewnątrz. Konieczne jest tutaj zachowanie równowagi poprzez precyzyjne skalibrowanie tzw. wentylacji minimalnej, czyli najniższego poziomu wymiany powietrza, który gwarantuje zachowanie wymogów higienicznych, nie doprowadzając do gwałtownego wychłodzenia budynku. Prawidłowo wyregulowane wloty sprawiają, że napływające zimne powietrze miesza się z cieplejszymi masami pod sufitem zanim opadnie do strefy przebywania zwierząt, co zapobiega powstawaniu przeciągów i chroni stado przed infekcjami.

Ostatnim, lecz istotnym elementem równania jest ciepło behawioralne generowane przez samą trzodę. W wyniku procesów metabolicznych każde zwierzę wydziela do otoczenia znaczną ilość energii, przy czym jej poziom zależy od masy ciała i zagęszczenia obsady. Podczas gdy dorosły tucznik czy locha działają jak wydajny, naturalny grzejnik, sprawiając że pełne tuczarnie rzadko wymagają intensywnego dogrzewania poza najostrzejszymi mrozami, o tyle kilkukilogramowe prosięta wytwarzają jego znikome ilości. Strategia ogrzewania musi zatem uwzględniać dynamikę wzrostu stada: puste komory lub świeżo zasiedlone odchowalnie wymagają intensywnego wsparcia ze strony instalacji grzewczej, która z czasem może ograniczać swoją pracę, w miarę jak rosnące zwierzęta same zaczynają w większym stopniu dogrzewać obiekt.

Przegląd systemów ogrzewania chlewni

Dobór odpowiedniej technologii grzewczej zależy przede wszystkim od specyfiki obiektu inwentarskiego, jego parametrów izolacyjnych oraz specyficznych wymagań konkretnej grupy technologicznej. Dostępne na rynku rozwiązania dzielą się na dwie główne kategorie: ogrzewanie strefowe (miejscowe), dedykowane najmłodszym zwierzętom, oraz ogrzewanie ogólne (przestrzenne), odpowiadające za mikroklimat w całej kubaturze pomieszczenia.

Ogrzewanie strefowe

W sektorze porodowym oraz w odchowalniach z powodzeniem stosowane jest ogrzewanie strefowe. Pozwala ono dostarczyć ciepło precyzyjnie w miejsce przebywania prosiąt, eliminując konieczność przegrzewania całego pomieszczenia. Jest to rozwiązanie idealne biologicznie i ekonomicznie, locha przebywa w komfortowej dla siebie niższej temperaturze, podczas gdy prosięta korzystają z lokalnej strefy o temperaturze sięgającej 30–35°C. Warto stosować również mikroprocesorowe sterowniki, które płynnie regulują temperaturę i ilość zużywanej energii w cyklu produkcyjnym.

Na rynku dostępne są następujące technologie ogrzewania strefowego:

Promienniki podczerwieni (elektryczne i gazowe): Emitują promieniowanie podczerwone, które ogrzewa bezpośrednio powierzchnie i ciała zwierząt, na które pada, a nie samo powietrze. Są proste w montażu, zawiesza się je nad matą legowiskową w kojcu porodowym. Dają natychmiastowy efekt cieplny po włączeniu, co jest niezbędne w pierwszych minutach po porodzie. Charakteryzują się stosunkowo wysokim zużyciem energii (szczególnie wersje elektryczne) oraz punktowym działaniem. Przy braku odpowiedniej regulacji wysokości wywołują niestety ryzyko przegrzania prosiąt lub zniszczenia oprawy przez starsze zwierzęta.

Rys. 2. Promienniki podczerwieni dogrzewające chlewnię (fot. www.lbwhite.com)

Maty grzewcze (wodne i elektryczne): Montowane są bezpośrednio w posadzce strefy legowiskowej prosiąt. Ogrzewają zwierzęta od dołu drogą przewodzenia (przewodnictwa cieplnego). Wersje wodne zasilane z centralnego źródła ciepła to jedno z najbardziej efektywnych energetycznie rozwiązań na porodówkach i odchowalniach. Charakteryzują się dużą bezwładnością termiczną, posadzka długo trzyma ciepło nawet w przypadku krótkich przerw w dostawie energii. Zapewniają równe, stabilne ciepło na całej powierzchni legowiska, zapobiegając stłaczaniu się prosiąt. Wymagają wyższych nakładów inwestycyjnych na etapie budowy lub modernizacji posadzki. Wersje elektryczne, choć tańsze w instalacji, są kosztowniejsze w bieżącej eksploatacji.

Rys. 3. Ogrzewanie strefowe w postaci mat grzewczych to dobre rozwiązanie w odchowie prosiąt (fot. www.pbsanimalhealth.com)

Budki, daszki i gniazda dla prosiąt: Stanowią fizyczną osłonę (wykonaną z tworzywa sztucznego lub laminatu) umieszczaną nad matą grzewczą lub pod promiennikiem. Tworzą zamkniętą mikrostrefę, w której ciepłe powietrze zatrzymuje się wewnątrz i nie ucieka do otoczenia. Skutecznie chronią miot przed przeciągami generowanymi przez system wentylacji. Dzięki zastosowaniu daszków temperaturę w pozostałej części porodówki można obniżyć o kilka stopni, co przynosi oszczędności energii i poprawia apetyt laktacyjny loch.

Rys. 4. Prosięta dogrzewające się w budce (fot. www.1news.co.nz)

Ogrzewanie ogólne (przestrzenne)

Ogrzewanie przestrzenne stosuje się tam, gdzie konieczne jest podniesienie i uregulowanie temperatury w całej kubaturze pomieszczenia np. na odchowalniach po odsadzeniu prosiąt, w tuczarniach podczas zimowych rozruchów i wprowadzania małych warchlaków oraz w sektorach krycia i ciąży. Wśród dostępnych rozwiązań wyróżniamy:

Nagrzewnice wodne z wymiennikiem ciepła: Gorąca woda z centralnej kotłowni przepływa przez miedziano-aluminiowy lub stalowy wymiennik, a wbudowany wentylator zdmuchuje z niego ciepło, rozprowadzając je po pomieszczeniu. Proces spalania paliwa zachodzi poza chlewnią w kotłowni, dzięki czemu do wnętrza komory nie trafiają dwutlenek węgla, para wodna ani spaliny. Otrzymujemy czyste, suche powietrze, a jakość środowiska w budynku znacznie się poprawia. Wymagają rozprowadzenia instalacji hydraulicznej (C.O.) oraz posiadania centralnego źródła ciepła (kocioł, pompa ciepła).

Nagrzewnice gazowe z otwartą komorą spalania: Spalają gaz (LPG lub ziemny) bezpośrednio wewnątrz ogrzewanego pomieszczenia, a powstałe ciepło wraz ze spalinami jest zdmuchiwane przez wentylator do chlewni. Charakteryzują się bardzo niskim kosztem zakupu i łatwym montażem. Zapewniają natychmiastowy, wysoki wyrzut ciepła i 100% sprawności termicznej. Ubocznym produktem spalania gazu jest ogromna ilość pary wodnej oraz gazów spalinowych. Rozwiązanie niezalecane ze względów dobrostanu zwierząt.

Nagrzewnice gazowe/olejowe z zamkniętą komorą spalania: Spalanie paliwa następuje w szczelnej komorze, z której spaliny oraz para wodna są odprowadzane rurą na zewnątrz budynku. Łączą zalety wysokiej wydajności nagrzewnic nadmuchowych z czystością technologii wodnych. Dostarczają do chlewni wyłącznie czyste i suche powietrze, co osusza ściółkę lub ruszt i nie obciąża układu oddechowego zwierząt. Są droższe w zakupie od wersji z otwartą komorą spalania oraz wymagają wykonania przepustów ściennych lub dachowych dla przewodów spalinowych.

Rys. 5. Nagrzewnica powietrza to proste i wydajne rozwiązanie (fot. dahmira.pl)

Rury profilowane: To zaawansowane elementy instalacji wodnej wykonane z wysokiej jakości stopów aluminium odpornych na agresywne środowisko chlewni (amoniak, wilgoć). Oddają ciepło łagodnie na drodze konwekcji naturalnej oraz promieniowania.

Rys. 6. Rurki typu delta lub twin o zwiększonej powierzchni wymiany ciepła (fot. erra.es)

Delta (profil trójkątny): Dzięki specjalnemu trójkątnemu przekrojowi posiadają bardzo dużą powierzchnię oddawania ciepła. Ich konstrukcja sprawia, że pył i kurz powstający w chlewni nie osiadają na górnej krawędzi (po prostu z niej zsuwają się). Jest to ważne, gdyż warstwa pyłu działa na klasycznych rurach jak izolator i obniża wydajność grzewczą. Twin, to aluminiowe rury grzewcze o specjalnie zaprojektowanym profilu z dwoma skrzydełkami, łączą w sobie dużą powierzchnię wymiany ciepła z wysoką wydajnością hydrauliczną. Aluminiowy profil charakteryzuje się wysoką przewodnością cieplną, dzięki czemu rury te bardzo szybko reagują na zmiany temperatury czynnika grzewczego. Rury Delta i Twin sprawdzają się montowane bezpośrednio pod wlotami powietrza. Tworzą tam tzw. kurtynę termiczną, gdzie wpadające z zewnątrz mroźne powietrze opływa gorącą rurę, ogrzewa się i miesza z powietrzem z wnętrza, zanim dotrze na poziom posadzki. Eliminuje to ryzyko niebezpiecznych przeciągów i szoku termicznego u zwierząt. Ponadto nie wywołują sztucznego, gwałtownego ruchu powietrza, co ogranicza podnoszenie się pyłu w budynku.

Podsumowanie: Koszty ogrzewania a realna opłacalność inwestycji

Wybór odpowiedniego systemu ogrzewania w chlewni to decyzja o fundamentalnym znaczeniu dla rentowności całego gospodarstwa. W ostatecznym rachunku decydująca jest nie tylko wysokość początkowych nakładów inwestycyjnych, ale przede wszystkim bieżące koszty eksploatacyjne oraz ich bezpośrednie przełożenie na końcowe wskaźniki produkcyjne stada. Zestawienie poszczególnych technologii wyraźnie pokazuje, że najtańsze rozwiązania na etapie zakupu bardzo często generują największe wydatki w trakcie wieloletniej pracy obiektu. Doskonałym przykładem są promienniki oraz nagrzewnice elektryczne, które ze względu na niską cenę zakupu bywają chętnie wybierane na start, jednak bez wsparcia własnej instalacji fotowoltaicznej generują najwyższy koszt bieżący, podnosząc rachunki za prąd. Z kolei tradycyjne nagrzewnice gazowe z otwartą komorą spalania, choć niedrogie w instalacji, obarczone są ukrytym kosztem w postaci konieczności intensywniejszego wietrzenia komór. Zdecydowanie najbardziej uzasadnione ekonomicznie w dłuższej perspektywie okazują się wodne systemy ogrzewania wykorzystujące nagrzewnice z wymiennikiem, rury Delta czy maty posadzkowe. Wymagają one wprawdzie wyższych nakładów początkowych na rozbudowę hydrauliki, ale gwarantują najniższy koszt jednostkowy wytworzenia ciepła i wyższą jakość mikroklimatu. Wybór konkretnego źródła zasilania takiej instalacji zależy od możliwości gospodarstwa: kotły na biomasę i pelet oferują bardzo tanie ciepło kosztem nakładu pracy przy obsłudze kotłowni, kotły gazowe zapewniają pełną bezobsługowość przy umiarkowanych kosztach paliwa, natomiast połączenie pompy ciepła z systemem rekuperacji oznacza najwyższy próg inwestycyjny, ale redukuje coroczne rachunki za ogrzewanie do minimum.

Próby oszczędzania na ogrzewaniu poprzez obniżanie temperatury w chlewni poniżej wymogów biologicznych zwierząt są oszczędnością czysto iluzoryczną. Każdy spadek temperatury w budynku poniżej strefy komfortu termicznego zmusza zwierzęta do przeznaczania energii pobranej z paszy na utrzymanie stałej ciepłoty ciała. W efekcie hodowca płaci wielokrotnie więcej w drogiej paszy potrzebnej na każdy kilogram przyrostu, niż wynosiłyby ewentualne oszczędności na paliwie grzewczym, nie wspominając o wyższych kosztach leczenia i ryzyku upadków najsłabszych prosiąt. Ostatecznie o sukcesie ekonomicznym decyduje jak zawsze podejście łączące: solidną izolację budynku, precyzyjną wentylację minimalną oraz dopasowany system grzewczy zarządzany przez nowoczesny sterownik. Przemyślana inwestycja w ciepło zwraca się szybko, gwarantując zdrowe, wyrównane stado i maksymalną efektywność produkcji.

—————————————————————————————————————–

Efektywna chlewnia z płytami THERMANO

Największe straty ciepła w chlewni, sięgające nawet 30–40%, zachodzą przez górną przegrodę budynku – pisze w tym numerze dr inż. Przemysław Marek. Dlatego zanim zainwestujemy w ogrzewanie, warto zadbać o izolację.

W chlewniach najlepiej sprawdzają się płyty THERMANO ALU i THERMANO FIBER firmy BALEX METAL. Niska, stała λ_D = 0,023 W/mK płyt ALU pozwala zastosować prawie dwukrotnie cieńszą warstwę izolacji niż w przypadku większości popularnych materiałów. Dla chlewni zaleca się podsufitkę o grubości 60 lub 80 mm, a płyta ALU o grubości 80 mm osiąga współczynnik U = 0,29 W/m²K. Zamknięta struktura komórek płyt tworzy zaporę dla pary wodnej, co pomaga utrzymać odpowiedni mikroklimat pod dachem.

Chlewnia to środowisko wymagające: amoniak, wilgoć, regularne mycie myjką ciśnieniową, gryzonie i owady. THERMANO jest odporne na lotne związki chemiczne, pleśnie, grzyby czy szkodniki. Gazoszczelne okładziny ALU utrzymują parametry izolacji przez lata, a niska nasiąkliwość (≤2%) sprawia, że kontakt z wodą nie pogarsza izolacyjności. Sztywny rdzeń o wytrzymałości min. 200 kPa i okładziny odporne na mycie pod ciśnieniem dobrze znoszą transport, montaż i codzienne użytkowanie.

Którą wybrać? THERMANO ALU z karbowaną okładziną aluminiową 50 µm zapewnia wysoką stabilność termiczną. Płytę ALU można ułożyć białą lub srebrną stroną do wewnątrz, biała powierzchnia tworzy jasne, neutralne otoczenie dla zwierząt. THERMANO FIBER, z okładziną z żywicy poliestrowej zbrojonej włóknem szklanym, to propozycja dla gospodarstw, w których liczy się wyjątkowa odporność mechaniczna i mycie myjkami pod wysokim ciśnieniem. Obie płyty dostępne są w grubościach 40, 50, 60, 80 i 100 mm, FIBER także w grubości 30 mm. Nadają się do chlewni, kurników i obór o podwyższonych lub bardzo wysokich standardach sanitarnych.

Montaż jest prosty: płyty o szerokości 1200 mm i długości do 5000 mm są na tyle lekkie, że nie wymagają specjalistycznego sprzętu. Wsuwa się je w profile C i H, a przycina zwykłą piłą lub wyrzynarką.

THERMANO ALU i FIBER stabilizują temperaturę i ograniczają jej wahania w ciągu doby: latem chronią przed upałem, a zimą zapewniają komfort cieplny chowu. Zwierzęta nie muszą zużywać paszy na utrzymanie ciepłoty ciała kosztem przyrostów, co oznacza lepsze jej wykorzystanie i równiejsze tempo ich wzrostu. Dobra izolacja sprawia, że ciepło wyprodukowane w chlewni zostaje ze zwierzętami, co wpływa na mniejszą zachorowalność stada.

Zapytaj o wycenę i doradztwo: tel. 58 778 44 44, kontakt@balex.eu lub www.balex.eu.

  Marek Łuczak, Kierownik Kategorii BALEX METAL