Tapani Kivinen

Toimiiko verhoseinä talvella?

MTT on viime vuoden aikana tutkinut verhoseinän toimivuutta pihatoissa suomalaisissa talviolosuhteissa. Tutkimuskohteina olivat ensimmäiset pioneeritilat.

Verhoseinäisessä nautakarjarakennuksessa ilmanvaihto tapahtuu painovoimaisesti pitkillä seinillä olevilla verhoilla ja harjalla olevilla luukuilla. Luukkujen ja verhojen avautumista säädetään joko käsin tai automatiikalla lämpötila-anturin ohjauksessa.

Verhoseinää voidaan käyttää sekä lämpöeristetyssä että lämpöeristämättömässä rakennuksessa. Verhoja ja samalla ilmanvaihtoa säädetään pihaton sisäolosuhteiden mukaan. Säätö

tapahtuu verhoja laskemalla tai nostamalla, jolloin ilman virtausaukon pinta-ala kasvaa tai pienenee. Pääosan vuotta keväästä syksyyn verhot ovat täysin auki.

Suurin ero verhoseinä- ja perinteisen pihaton välillä on sisälämpötilassa. Suomessa lämminpihatoissa sisälämpötila pyritään pitämään noin 10 asteessa. Verhoseinäpihatoissa lämpötilan tavoitetaso on 5 astetta, ja samalla varaudutaan lämpötilojen hetkellisiin nollarajan alituksiin.

Mittaukset kohdetiloilla

Tutkimus jakautui kenttämittauksiin ja niiden perusteella tehtyihin vuosimallinnuksiin. Kenttämittaukset suoritettiin kolmessa uudessa verhoseinäpihatossa, joiden pinta-alat vaihtelivat 960 - 1 900 m² ja parsipaikkaluku 120 - 140.

Mittausjakso osui alkutalven paukkuviin pakkasiin. Kaikilla tiloilla mitattiin sisälämpötilaa, suhteellista kosteutta ja hiilidioksidia. Tämän lisäksi pihaton katolla oli sääasema, josta saatiin lisäksi tuulen suunta ja nopeus. Kuukauden mittaisen mittausjakson tuloksia verrattiin luonnollisen ilmanvaihdon teoriaan ja laskentakaavoihin, ja tältä pohjalta voitiin laatia koko vuotta koskeva mallinnus.

Pihaton sisälämpötila suhteessa ulkolämpötilaan vuoden jokaisena tuntina. Sisälämpötila on säädetty +4 - +6 välille talviolosuhteissa. Kesällä sisälämpötilat seuraavat ulkolämpötilaa.

Laskentamallin kohteena oli pihatto, jossa eläinhallin tilavuus oli 6 350 m³ ja pinta-ala 1 245 m². Hallissa oli parsipaikkoja 124 kpl. Lypsylehmiä oli 80 kpl, hiehoja ja umpilehmiä 30 kpl. Eläinten tuottama jatkuva lämpöenergia oli 130 kW. Energian tuotto oli 20 wattia jokaista ilmakuutiota kohden ja 104 wattia jokaista lattianeliötä kohden. Rakenteiden u-arvot laskettiin todellisten rakennettujen tilanteiden mukaisesti.

Alapohja ei ollut eristetty lainkaan Rakennuksen tiiviys todettiin keskinkertaiseksi. Hallitsemattomia ilman vuotoaukkoja löytyi laskennallisesti 3,6 m2 kohdepihatosta. Ilmanvaihdon riittävyyden kannalta nämä hallitsemattomat vuotokohdat näyttivät hoitavan riittävän minimi-ilmanvaihdon, vaikka kaikki ilmanvaihdon luukut olivat kiinni kovimmilla pakkasilla.

Viljelijän näkökulmasta mielenkiintoinen kysymys on, meneekö pihatto pakkasen puolelle ja pinnat ja putket jäähän. Tämän kokoisessa ”lämpölaitoksessa” sisäilman lämpötila laskee nollan alapuolelle noin 3 päivänä vuodessa. Mittausjakson aikana kohdepihatossa lämpötila laski pariin otteeseen pakkasen puolelle. Tilanteet olivat kuitenkin lyhytaikaisia ja merkittävin vaikutus oli kosteuden tiivistyminen sumuksi, jota esiintyi muutaman tunnin ajan. Lattiapintojen tai vesikuppien jäätymisiä ei esiintynyt.

Siniset pisteet esittävät ilmanvaihtokerrointa ulkoilman lämpötilan suhteen vuoden jokaisena tuntina. Määräysten mukainen minimi-ilmanvaihto on talvella 1,1 vaihtoa tunnissa ja kesäaikainen maksimivaihto 6 vaihtoa tunnissa. Huomaamme, että kesällä ilma vaihtuu keskimäärin 12 kertaa tunnissa eli paljon yli määräysten vaatimustason. Tuulisella säällä ilmanvaihtokerroin voi olla 50 ja jopa 150 vaihtoa tunnissa. Yhtenäinen punainen viiva esittää energialaskelmassa käytettyä ilmanvaihtokerrointa koneellisella järjestelmällä.

Vuosimallinnuksen mukaan lämpötila pysyy asetetun +4 ja +6 asteen välillä liki 60 % vuoden kaikista tunneista. Se tarkoittaa yli 7 kuukautta. Noin 5 kuukauden ajan lämpötila on riippuvainen ulkolämpötilasta eikä siihen voida juurikaan vaikuttaa. Tällöin pihatossa tarvitaan tehokasta ilmanvaihtoa ja kesällä se on tyynelläkin säällä noin 12-kertainen ja tuulella jopa 100-kertainen. Luku ylittää reippaasti MMM suunnitteluohjearvon. Tämä on luonnollisesti erittäin hyvä asia lehmän kannalta.

Suhteellinen kosteus vaihtelee kesällä 30 % ja 90 % välillä. Vaihtelu johtuu voimakkaasta vuorokautisesta vaihtelusta ja on ajanjaksolle normaalia. Talvella suhteellinen kosteus vaihtelee 70 % ja 100 % välillä. Kastepiste saavutetaan noin 3 %:ssa vuoden kaikista tunneista ja tämäkin tapahtuu vasta -20 asteen alapuolella. Tämä tarkoittaa sumun esiintymistä pihaton sisällä ja kosteuden kondensoitumista sisäpinnoille.

Ilman laatu ja taloudellisuus

Verhoseinäisen kohdepihaton (6 350 m³) ilmanvaihtokerroin on esitetty sinisin pistein kuviossa 2. Vertailun vuoksi punaisella viivalla on laskettu ilmanvaihto myös sähköpuhaltimilla. Kesäolosuhteissa puhaltimien ilmanvaihtokerroin on rajoitettu 11 kertaan tunnissa, koska suurempi ilmanvaihto ei ole energiataloudellisesti järkevää. Koneellisen ilmanvaihdon energiakulutus on laskentaesimerkissä noin 16 000 kWh vuodessa. Tämä sähkömäärä säästyy verhoseinäratkaisussa ja samalla kesäolosuhteissa saadaan koneelliseen järjestelmään verrattuna vielä paljon parempi ilmanvaihto ja ilman laatu.

Investointina verhoseinä on noin 3 000 euroa asennettuna 120-paikkaiseen pihattoon. Tähän täytyy lisätä hinta poistoluukuille, joiden tekninen ratkaisu voi vaihdella kasvihuoneharjasta polyuretaanihormeihin.

Tehty tutkimus koskee ainoastaan lypsykarjapihatoita. Tuloksia voitaneen varovaisesti soveltaa myös nautakarjakasvattamoihin. Viime kädessä verhoseinän toimivuus on suhteessa rakennuksessa syntyneeseen energiaan ja miten se vaikuttaa kosteuden poiston mahdollisuuksiin.

Verhoseinän toimivuus on erittäin riippuvainen tuulen nopeudesta ja suunnasta. Verhoseinästä syntyvät hyödyt näyttävät ylittävän siitä mahdollisesti aiheutuvat haitat. Hiilidioksiditaso pysyy pääosin 3 000 ppm suositusarvon alapuolella. Minimi-ilmanvaihto toteutuu aina ja maksimi-ilmanvaihto on omaa luokkaansa tyynelläkin kesäsäällä.

Ilmanvaihtokerroin ja ilman laatu ovat selkeästi hyviä. Erot koneellisen ja verhoseinäilmanvaihdon välisessä energiankulutuksessa ovat merkittävät verhoseinän eduksi. Sähköä kuluu ainoastaan harjaluukkujen säätömoottoreihin muutaman minuutin verran päivässä. Lisäksi systeemi on meluton.

Kirjoittaja toimii arkkitehtina
MTT Kotieläintutkimuksen kotieläinteknologian yksikössä.