Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The increase of milk consumption in south East Asia requires an increase in milk
production. Cows suffering from heat stress are a big problem for milk producers in
these hot and humid countries. The consequences of heat stress for cows are declines in
food consumption which leads to declines in milk production and fertility. If the cows
shall be able to produce more milk, they or their surrounding environment must be
cooled in some way.
The objective of this thesis was to find out the total cooling demand in a milk centre
with 160 cows, 40 cows in a double 20 parlour and a holding area fitting 120 cows. Also
a proposal for mechanical cooling of the milk centre should be created.
The thesis is a theoretical study where a calculation model has been made to be
able to identify and quantify the different contributions of supplied heat to the milk
centre. The calculations have been made representing the worst case and from that the
refrigerate requirement has been established. After having the refrigerate requirement
the refrigerate plant that will cool the milk centre have been dimensioned.
Climate conditions were taken from Kuala Lumpur, Malaysia, which is a low land
area near the ocean. This area has been chosen to get the worst climate for milk
production. The calculations were made with an outdoor temperature and relative
humidity at 32 °C and 60 %, respectively. The indoor climate was set to 24 °C and 80
%, which gives a THI of 73. U-value in walls and roof was 0.5 W/m2K and the floor had
a value of 0.3 W/m2K.
The refrigerate requirement in the milk centre was calculated to 271 kW. Almost 80
% was caused by production of heat and moisture by the cows. Heat and moisture that
was brought inside the milk centre with the ventilated air caused 16 % of the refrigerate
requirement. The heat gained from solar radiation caused 4 % of the refrigerate
requirement and only 1 % was caused by transmission through walls and floor. The calculations made with the calculation model showed that the number of cows
in the milk centre makes a big difference to the refrigerate requirement. It also indicated
that the material on the outer surface of the roof should be shiny and bright so the
radiation from the sun is reflected. Furthermore, it showed the importance of controlling
the ventilation rate to a minimum.
In this thesis the used technique for cooling the air in the milk centre was
compressor cooling. The total power consumption was calculated to 66.2 kW. With the
energy price in October 2004 in Malaysia the energy cost for cooling the milk centre
during the warmest month of the year should be USD 2627 (18 389 SEK). If this energy
cost is divided on the number of kilo milk that is produced in the milk center in that
month the cost will end up at USD 0.003 (0.021 SEK) per kilo milk. The investment
cost for the total cooling system will be in the quantity of USD 300 000
(2 100 000 SEK). Because the cows will only be cooled for two hours a day in the milk
centre it is hard to say if the milk production will increase and make an investment in
mechanical cooling feasible.

SAMMANFATTNING

Mjölkkonsumtionen i Sydostasien ökar vilket leder till ett behov av ökad
mjölkproduktion. Ett stort problem för mjölkproducenterna i dessa länder är det varma
och fuktiga klimatet som gör att korna lider av värmestress. Värmestress hos kor leder
till ett minskat foderintag och således till en minskad mjölkproduktion och en lägre
fertilitet. Om kornas mjölkproduktion skall kunna öka, så måste korna och deras
omgivning kylas på något sätt.
Syftet med examensarbetet var att fastställa det totala kylbehovet i ett
mjölkningsstall med totalt 160 kor, 40 kor i en 2x20 mjölkgrop och en samlingsfålla
med 120 kor. Även ett förslag med mekanisk kylning av mjölkningsstallet skulle
utarbetas.
Examensarbetet är en teoretisk studie där en beräkningsmodell har framtagits för att
kunna identifiera och kvantifiera orsakerna till kylbehovet i mjölkningsstallet. För att
dimensionera kylanläggningen har beräkningarna gjorts utifrån de högsta
värmebelastningarna som kan uppträda.
De väderdata som har använts härrör från Kuala Lumpur, Malaysia, som ligger i ett
låglandsområde nära havet. Detta område valdes för att få det värsta klimatet för
mjölkproduktion. Beräkningarna gjordes med ett dimensionerande uteklimat av 32°C
och en relativ fuktighet på 80 %. Det valda klimatet inne i mjölkningsstallet var 24°C
och 80 % relativ fuktighet, vilket ger ett THI på 73.
Det totala kylbehovet i mjölkningsstallet beräknades till 271 kW. Utav detta stod
kornas produktion av värme och fukt för cirka 80 %. Den värme och fukt som införs i
mjölkningsstallet med ventilationen stod tillsammans för 16 %. Värme från solstrålning
utgjorde 4 % av kylbehovet och 1 % berodde på transmission genom väggar och golv.
De beräkningar som gjordes med beräkningsmodellen visade att antalet kor i
mjölkningsstallet har stor inverkan på kylbehovet. Beräkningarna visade även att
materialet hos den yttre takytan skall vara ljust och blankt så att solstrålarna kan
reflekteras. En annan viktig faktor för kylbehovet visade sig vara att ha en kontrollerad
minimiventilation så att minsta möjliga luftutbyte sker i mjölkningsstallet.
I detta examensarbete har kompressorkylning använts som teknik för att kyla luften i
mjölkningsstallet. Den dimensionerande effekten beräknades till 66,2 kW. Med
energipriset i oktober 2004 i Malaysia blev den beräknade driftskostnaden för att kyla
mjölkningsstallet under den varmaste månaden av året 18 389 SEK (USD 2627). Om
denna månadskostnad delas upp på antalet kilo mjölk som produceras i
mjölkningsstallet under samma månad så blir kylkostnaden per kilo mjölk 0,021 SEK
(USD 0,003). Investeringskostnaden för den kompletta kylanläggningen är i
storleksordningen 2 100 000 SEK (USD 300 000). Om inkomsten ökar till följd av att
kornas produktion av mjölk ökar tack vare att de kyls två timmar om dagen i
mjölkningsstallet är svårt att säga.

Mjölkkonsumtionen i Sydostasien ökar vilket leder till ett behov av ökad
mjölkproduktion. Ett stort problem för mjölkproducenterna i dessa länder är det varma
och fuktiga klimatet som gör att korna lider av värmestress. Värmestress hos kor leder
till ett minskat foderintag och således till en minskad mjölkproduktion och en lägre
fertilitet. Om kornas mjölkproduktion skall kunna öka, så måste korna och deras
omgivning kylas på något sätt.
Syftet med examensarbetet var att fastställa det totala kylbehovet i ett
mjölkningsstall med totalt 160 kor, 40 kor i en 2x20 mjölkgrop och en samlingsfålla
med 120 kor. Även ett förslag med mekanisk kylning av mjölkningsstallet skulle
utarbetas.
Examensarbetet är en teoretisk studie där en beräkningsmodell har framtagits för att
kunna identifiera och kvantifiera orsakerna till kylbehovet i mjölkningsstallet. För att
dimensionera kylanläggningen har beräkningarna gjorts utifrån de högsta
värmebelastningarna som kan uppträda.
De väderdata som har använts härrör från Kuala Lumpur, Malaysia, som ligger i ett
låglandsområde nära havet. Detta område valdes för att få det värsta klimatet för
mjölkproduktion. Beräkningarna gjordes med ett dimensionerande uteklimat av 32°C
och en relativ fuktighet på 80 %. Det valda klimatet inne i mjölkningsstallet var 24°C
och 80 % relativ fuktighet, vilket ger ett THI på 73.
Det totala kylbehovet i mjölkningsstallet beräknades till 271 kW. Utav detta stod
kornas produktion av värme och fukt för cirka 80 %. Den värme och fukt som införs i
mjölkningsstallet med ventilationen stod tillsammans för 16 %. Värme från solstrålning
utgjorde 4 % av kylbehovet och 1 % berodde på transmission genom väggar och golv.
De beräkningar som gjordes med beräkningsmodellen visade att antalet kor i
mjölkningsstallet har stor inverkan på kylbehovet. Beräkningarna visade även att
materialet hos den yttre takytan skall vara ljust och blankt så att solstrålarna kan
reflekteras. En annan viktig faktor för kylbehovet visade sig vara att ha en kontrollerad
minimiventilation så att minsta möjliga luftutbyte sker i mjölkningsstallet.
I detta examensarbete har kompressorkylning använts som teknik för att kyla luften i
mjölkningsstallet. Den dimensionerande effekten beräknades till 66,2 kW. Med
energipriset i oktober 2004 i Malaysia blev den beräknade driftskostnaden för att kyla
mjölkningsstallet under den varmaste månaden av året 18 389 SEK (USD 2627). Om
denna månadskostnad delas upp på antalet kilo mjölk som produceras i
mjölkningsstallet under samma månad så blir kylkostnaden per kilo mjölk 0,021 SEK
(USD 0,003). Investeringskostnaden för den kompletta kylanläggningen är i
storleksordningen 2 100 000 SEK (USD 300 000). Om inkomsten ökar till följd av att
kornas produktion av mjölk ökar tack vare att de kyls två timmar om dagen i
mjölkningsstallet är svårt att säga.