Het ontwikkelen van een accurate, snelle én goedkope methode voor het meten van het ventilatiedebiet in natuurlijk geventileerde stallen is een enorme uitdaging, dat blijkt uit het doctoraatsonderzoek van Gerlinde De Vogeleer. “We kunnen goede modellen opstellen voor een lege teststal in combinatie met een minimum aan dure sensoren, maar in de praktijk, een “echte” stal dus, zijn er teveel variabelen en onzekerheden”, zegt de ILVO-UGent onderzoekster.
Bij het gebruik van gordijnen in een melkveestal bijvoorbeeld, of bij té lage windsnelheden, wordt de onzekerheid op de modellen te groot. In dat geval hebben we dus meer meetpunten nodig, en die kosten geld”.
Toch is er grote vraag naar accurate metingen van luchtdebiet in natuurlijk geventileerde stallen. Die zijn nodig om de efficiëntie van de ventilatie te bepalen en om dus zwart op wit te kunnen aantonen dat er enerzijds genoeg frisse lucht de stal binnenkomt voor de dieren, maar anderzijds ook dat de emissie van schadelijke gassen, zoals CO2 en ammoniak, binnen de perken blijft en voorkomen kan worden. Emissiemetingen zijn onder andere van groot belang voor de Europese NEC-richtlijn (National Emission Ceilings) en de actuele Vlaamse Programmatische Aanpak Stikstof (PAS) die wordt aangestuurd door het Europese Natura 2000 programma.
Gas in de stal?
In stallen worden gassen als ammoniak en koolstofdioxide geproduceerd, en die kunnen schadelijk zijn voor dier, mens en milieu. Een goede controle van het binnenklimaat en een beperking van emissies zijn bijgevolg cruciaal voor een gezonde leefomgeving binnen en buiten de stal. Elke stal heeft daarvoor een efficiënt ventilatiesysteem nodig. De keuze voor natuurlijke ventilatie is vanuit energetisch oogpunt het meest interessant. Maar, natuurlijke ventilatie is een complex proces, onder andere door de sterke invloeden van de windrichting en –snelheid. Vooral het opmeten van het luchtdebiet bleek een knelpunt. Gerlinde De Vogeleer onderzocht daarom of het haalbaar is om het ventilatiedebiet te bepalen met een beperkt aantal snelheidssensoren (ventilatie is dan het product van de gemeten snelheid en het oppervlak van de ventilatieopeningen). Anderzijds werd nagegaan of toepassing van een statistisch model in combinatie met snelheidsmetingen aan een meteomast voldoende was om het ventilatiedebiet te bepalen.
Minder meten, evenveel weten?
In 2016 publiceerden ILVO en UGent een betrouwbare (directe) meettechniek ontwikkeld op basis van een kleine natuurlijk geventileerde teststal. Deze methode maakt gebruik van een 3D luchtsnelheidssensor die automatisch over een rechthoekige ventilatieopening beweegt. Dit levert gedetailleerde luchtsnelheidsprofielen op die worden vertaald in luchtdebieten, met een meetfout die ruim onder de vooropgestelde 20% blijft. Die techniek vormde de basis van het doctoraatsonderzoek van ILVO-UGent onderzoekster Gerlinde De Vogeleer. Zij stelde zich tot doel om deze meetmethode te vereenvoudigen, in eerste instantie voor de teststal en later voor de grotere semi-commerciële ILVO-melkveestal. De trade-off tussen accuraatheid en aantal meetlocaties (praktische haalbaarheid) stond daarbij centraal: hoe meer meetpunten in een stal, hoe accurater, maar ook hoe duurder en hoe meer tijdrovend. Uit de resultaten in de teststal bleek dat het aantal én de plaats van de sensoren van groot belang is voor een correcte inschatting van het debiet. Aan de hand van statistische modellen en snelheidsmetingen aan een meetmast bleek het mogelijk om de snelheidsdistributie doorheen de ventilatieopeningen, en dus ook het debiet door de teststal, te bepalen.
Van testlocatie naar “echte” stal
Na het onderzoek in de teststal werd de stap gezet naar de ILVO-melkveestal. Dat is een “werkende” melkveestal met 160 koeien in een boerderij-omgeving. Voor het model betekent dat dat er rekening gehouden moet worden met “interne en externe obstakels”. In de stal werd nagegaan of het debiet in de zij- en nokopeningen kon bepaald worden aan de hand van een beperkt aantal meetpunten op strategische plaatsen in de (grote) ventilatieopeningen. Tijdens het onderzoek werden de gordijnstanden aangepast aan de wisselende weersomstandigheden.
De resultaten bleken goed voor de nokopening: 2 sensoren bleken voldoende om een accurate meting uit te voeren (meetfout <20%). De resultaten voor de zijopening waren minder goed: het gebruik van slechts een beperkt aantal sensoren gaf al snel een over- of onderschatting van het debiet. Het ventilatiedebiet door de zijopening bleef onder de vooropgestelde meetfout van 20%, maar enkel bij omstandigheden waar (1) het windprofiel normaal was (het tegenoverstelde gordijn mocht niet volledig dicht zijn) en (2) de snelheden in de opening groter waren dan 1 m/s. Die omstandigheden waren slechts 16% van de gemeten tijd aanwezig.
De ontwikkelde meetmethode werkt dus, op voorwaarde dat er lang genoeg gemeten wordt met een groot aantal sensoren. Maar, op die manier worden de vooropgestelde randvoorwaarden van praktische haalbaarheid en lage kosten niet gehaald.
Volgende stap
De vraag naar accurate metingen van het luchtdebiet in natuurlijk geventileerde stallen blijft groot. Die metingen zijn namelijk nodig om de efficiëntie van de ventilatie te bepalen en om die eventueel te kunnen bijsturen. Dat is belangrijk voor het welzijn van de koeien, maar ook voor de milieukwaliteit. Denk maar aan emissierichtlijnen zoals het Vlaamse PAS (Programmatisch aanpak Stikstof) en de Europese NEC-richtlijn (National Emission Ceilings). Aanvullend onderzoek richt zich nu op alternatieve pistes, zoals modellen in combinatie met metingen dichtbij de emitterende oppervlaktes, zoals de dieren zelf en de stalvloer.
