Meetmethod en NH 3 - emissie uit stallen

Meetmethod en NH3emissie uit stallen

2

Meetmethoden NH3-emissie uit stallen Werkgroep "Meetmethoden NH3-emissie uit stallen" Eindredactie: E.N.J. van Ouwerkerk (IMAG-DLO)

Onderzoek inzake de mest- en ammoniakproblematiek in de veehouderij 16

Colofon: Ministerie van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij Dienst Landbouwkundig Onderzoek Postbus 59 6700 AB Wageningen tel. 08370-74000 prijs: ƒ 75,ISSN 0926-7085

In de reeks "Onderzoek inzake de Mest- en Ammoniakproblematiek in de Veehouderij", die wordt uitgebracht onder verantwoordelijkheid van de programmaleiding van het mesten ammoniakonderzoek van de Dienst Landbouwkundig Onderzoek (DLO), zijn reeds verschenen: 1.

Mestinjectie: mogelijkheden, voordelen en problemen (november 1988). Verslag van de werkgroep Mestinjectie. Redactie: W.P. Wadman Verkrijgbaar bij DLO (beperkte oplage). Prijs: ƒ 15,-.

2.

Raamplan voor onderzoek inzake de mest- en ammoniakproblematiek (mei 1989). NRLO Taakgroep COLA, Ambtelijke Werkgroep Mestonderzoek. Verkrijgbaar bij DLO (uitverkocht). Prijs: gratis.

3.

Perspectieven voor de aanpak van de mest- en ammoniakproblematiek op bedrijfsniveau (mei 1989). Verslag van de themadag Mestbehandeling op de boerderij op 30 mei 1989 in Ede. Samenstellers: A.A. Jongebreur en G.J. Monteny Verkrijgbaar bij DLO (beperkte oplage). Prijs ƒ 25,-.

4.

Mestproblematiek: aanpak via de voeding van varkens en pluimvee (april 1990). Verslag van de themadag Veevoeding & Milieu op 19 april 1990 in Lelystad. Samenstellers: A.W. Jongbloed en J. Coppoolse Verkrijgbaar bij IVVO, Postbus 160, 8200 AD Lelystad. Prijs: ƒ 35,-.

5.

De uitscheiding van stikstof, fosfor en kalium door landbouwhuisdieren, Nu en Morgen (juli 1990). Auteurs: J. Coppoolse et al. Verkrijgbaar bij IVVO, Postbus 160, 8200 AD Lelystad. Prijs: ƒ 35,-.

6.

Advies beperking uitrijperiode van dierlijke meststoffen voor de tweede fase van de mestregelgeving (juli 1990). Eindverslag van de Commissie van deskundigen inzake de uitrijregels betreffende dierlijke mest voor de tweede fase van de mestregelgeving. Redactie: W.P. Wadman Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: gratis.

7.

Milieu-effecten van dierlijke mest (augustus 1990). Verslag van de themadag Milieu-effecten van Dierlijke Mest van 26 april 1990 in Wageningen. Samenstellers: A. Breeuwsma en H.A.C. Verkerk Verkrijgbaar bij SC, Postbus 125, 6700 AC Wageningen. Prijs: ƒ 15,-.

8.

Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot (september 1990). Publikatie in het kader van de themadag Naar stallen met beperkte ammoniakuitstoot van 11 september 1990 in Bussum. Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen. Deel 1: Bronnen, processen en factoren. Auteurs: P.W.G. Groot Koerkamp, N. Verdoes en G.J. Monteny Prijs: ƒ 15,-. Deel 2: Rundvee. Auteur: L. Snel Prijs: ƒ 15,-. Deel 3: Varkens. Auteur: N. Verdoes Prijs ƒ 20,-. Deel 4: Pluimvee. Auteur: P.W.G. Groot Koerkamp Prijs: ƒ 15,-.

Deel 5:

Gebundelde Samenvattingen. Auteurs: P.W.G. Groot Koerkamp, N. Verdoes en L. Snel Prijs: ƒ 10,-.

Setprijzen: Delen 1, 2 en 5: ƒ 40,-. Delen 1, 3 en 5: ƒ 40,-. Delen 1, 4 en 5: ƒ 40,-. Delen 1 t/m 5 : ƒ 70,-. Verkrijgbaar bij DLO.

9.

Advies van de Commissie Stikstof. Redactie: F.R. Goossensen en P.C. Meeuwissen. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: gratis.

10.

Stikstofbenutting en -verliezen van gras- en maïsland. Stand van zaken in het onderzoek naar de stikstofproblematiek van gras- en maïsland. Redactie: H.G. van der Meer Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 20,-.

11.

Practical measures to reduce nutrient losses from grassland systems. Publikatie van inleiding gehouden op de bijeenkomst van The Fertiliser Society op 13 december 1990 in Londen. Auteurs: H. Korevaar en D.J. den Boer. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 15,-.

12.

Weidevogelstand en ammoniakemissie-arme mesttoediening. Verslag van een inventarisatie door medewerkers van Dienst Landbouwkundig Onderzoek, Directie Beheer Landbouwgronden en Informatie- en Kenniscentrum Veehouderij. Auteurs: H. Korevaar, J.F.M. Juijsmans, H.A. Boeschoten en J.H.A.M. Steenvoorden. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 35,-.

13.

Mest & Milieu in 2000: Visie van het landbouwkundig onderzoek. Verslag van het congres Mest & Milieu in 2000 van 19 november 1991 te Veenendaal. Redactie: H.A.C. Verkerk. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 35,-.

14.

Economische aspecten van veehouderij en milieu. Verslag van de studiemiddag Economische aspecten van veehouderij en milieu van 26 februari 1992 te Veenendaal. Redactie: H.A.C. Verkerk. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 25,-.

15.

Mestbehandeling op de boerderij. Verslag van het symposium Mestbehandeling op de boerderij van 26 mei 1992 te Ede. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 35,-.

Voorwoord De problematiek van de verzuring van het milieu staat sterk in de maatschappelijke belangstelling. Eén van de verzurende stoffen is ammoniak. De ammoniakuitstoot uit stallen en mestopslagen bedraagt ca. 35% van de totale ammoniakuitstoot in Nederland. Bij de aanvang in 1988 van het ammoniakonderzoek in stallen werd duidelijk dat het meten van de uitstoot een buitengewoon ingewikkelde zaak was. Diverse instituten en bedrijven hebben inmiddels verscheidene meetmethoden ontwikkeld. De vergelijkbaarheid van deze methoden was echter voor veel onderzoekers in het Mest- en Ammoniakonderzoek een punt van grote zorg. In overleg met de Ministeries van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij en van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer alsmede het bedrijfsleven is besloten tot het instellen van de werkgroep Meetmethoden NH3-emissie uit stallen. De werkgroep heeft kans gezien een degelijke beschrijving van de verschillende methoden op papier te zetten. Daarnaast zijn aspecten aangegeven die bij het meten een rol kunnen spelen. Ik prijs mij gelukkig, dat het bedrijfsleven en de overheid in deze groep zinvol hebben kunnen samenwerken, waardoor een breed draagvlak voor toepassing is verkregen. Ik spreek de verwachting uit dat een ieder die betrokken is bij het zoeken naar en beoordelen van emissie-arme huisvestingssystemen voor landbouwhuisdieren in dit rapport de actuele informatie over de meetmethoden zal kunnen vinden. Ir M. Heuver, algemeen directeur Dienst Landbouwkundig Onderzoek (DLO)

Inhoud Voorwoord Werkgroepsamenstelling Samenvatting 1 Inleiding 1.1 Definities 1.2 Samenstelling van stallucht 1.3 Richtlijn Ammoniak en Veehouderij 1.4 Leidingeffecten ammoniakmonstername 1.5 Meting achtergrondconcentraties 2 Meetmethoden NH3-concentratie 2.1 NH3-converter + NOx-analyzer 2.2 Niet dispersieve infrarood (NDIR) fotometrie 2.3 Hyphenated laserfotoakoestiek 2.4 Filterpakketmethode 2.5 Denuder/filterpakketmethode 2.6 Annular denuder/filterpakketmethode 2.7 Roterende denuder 2.8 Roterende denuder met on-line detector 2.9 Thermodenuder 2.10 Gaswasfles 2.11 Gasdetectiebuisjes 2.12 Elektrochemische cel 2.13 Passieve meetmethoden 2.14 Differentiële optische absorptie spectroscopie (DOAS) 2.15 Overige meetmethoden 3 Meetmethoden ventilatiedebiet 3.1 Meetventilator 3.2 Pitotbuis 3.3 Hittedraad anemometer 3.4 Meetflens 3.5 Verschildrukmeting 3.6 Tracergas experimenten 3.7 CO2-meting en CO2-balansberekening 3.8 Warmtebalansmethode 3.9 Vleugelradanemometer 4 Meetdoelen en meetstrategie 4.1 Algemeen 4.2 Doel van de metingen 4.3 Beïnvloedende variabelen 4.4 Meetstrategie in relatie tot het doel van de metingen 4.5 Opzet van een meetsysteem 4.6 Overzicht van emissieschattingsmethoden 4.7 Foutenanalyse 5 Meettechnische criteria en afwegingen 5.1 Inleiding 5.2 Meettechnische criteria 5.3 Toelichting op de tabellen 6 Voorbeeld kostenvergelijking meetsystemen 6.1 Inleiding 6.2 Criteria voor het toepassingsgebied 6.3 Economische aspecten 7 Evaluatie van methoden en aanbevelingen 7.1 Algemeen 7.2 Bruikbare meetsystemen 7.3 Mogelijk bruikbare meetsystemen en meetsystemen in onderzoek 7.4 Niet bruikbare meetmethoden 7.5 Aanbevelingen Bijlagen Bijlage I. Emissiefaktoren voor de stalemissie Bijlage II. Aërosolmetingen in stallucht Bijlage III. Resultaten van twee testen met een NH3-sensor van Dräger Bijlage IV. Staltypen Bijlage V. Manieren van uitmesten

8 13 14 17 18 18 19 20 22 25 25 29 32 38 39 40 41 42 46 48 51 53 55 61 64 69 69 73 76 77 79 84 93 104 117 121 121 121 123 128 129 131 135 140 140 140 143 147 147 147 148 152 152 153 154 156 157 159 160 164 166 168 170

Bijlage VI. Afwijkingen bij de overdracht van een meetsignaal Bijlage VII. Soorten van fouten Bijlage VIII. CO2-meting en CO2-balansberekening Bijlage IX. Meetmethoden voor indicatieve bronsterktebepaling Bijlage IX. Meetmethoden voor bronsterktebepaling t.b.v. emissiefaktoren Bijlage IX. Meetmethoden voor procesonderzoek en modelvorming/validatie

171 174 175 178 179 179

Werkgroepsamenstelling paragrafen: Ir. A.A. Jongebreur (voorzitter), IMAG-DLO, Wageningen Ing. E.N.J. van Ouwerkerk (secretaris, eindredacteur), IMAG-DLO, Wageningen

1.2, 1.5, 3.7, 3.9, 5, 6.1, 6.2, 7 en samenvatting

Ir. G. van Beek, COVP-DLO, Beekbergen Dr. F.M.G. Boshouwers, Rijksuniversiteit, Utrecht

2.12

Dr. ir. H.W.G. Heynen, Cehave, Veghel

6.3

Ir. K.W. van der Hoek, RIVM, Bilthoven

6.3

Ir. P. Hofschreuder, Landbouwuniversiteit, Wageningen

2.13 en 4

Drs. J.C.T. Hollander, IMW-TNO, Delft

2.2, 2.14, 3.2, 3.3 en 3.4

Ir. C.E. van 't Klooster, Proefstation voor de Varkenshouderij, 3.1, 3.9 en 6.3 Rosmalen E. Mulder, Gezondheidsdienst voor Dieren Noord-Nederland, 2.11 en 3.7 Drachten Ir. A. van 't Ooster, Landbouwuniversiteit, Wageningen

3.5, 3.6, 3.7 en 3.8

Ir. R. Scholtens, IMAG-DLO, Wageningen

1.4, 2.1, 2.12, 3.1 en 6.3

J.J.H. Willems, Landbouwuniversiteit, Wageningen,

2.13

Ir. Y. Wintjens, Hendrix' Voeders, Boxmeer

2.10

Dr. G.P. Wyers, ECN, Petten

1.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 en 2.9

Tot 1 mei 1992 maakte Ir. H.A.C. Verkerk (Dienst Landbouwkundig Onderzoek, Wageningen) deel uit van de werkgroep en secretariaat

1 en 1.3

Dr. D. Bicanic, Landbouwuniversiteit, Wageningen, leverde een externe bijdrage

2.3

Het secretariaat is tijdelijk versterkt geweest met de heren Ir. O. Cleveringa en Ir. R.L.A. Boel Nederlands Normalisatie Instituut

4 2.15 en 6 2.4

Samenvatting Dit rapport beschrijft de huidige stand van zaken bij de meting van ammoniakemissies uit stallen. Meetmethoden voor de meting van ammoniakconcentraties in stallen alsmede methoden voor de bepaling van ventilatiedebieten komen aan de orde. Ook de verschillende meetdoelen en uitgangspunten voor de meetstrategie zijn geformuleerd, van de eenvoudige indicatieve meting tot en met de gedetailleerde meetsystemen voor procesonderzoek. Voor de meting van ammoniakconcentraties zijn veertien methoden beschreven. Vele daarvan worden tot nu toe voor andere doeleinden dan voor stalmetingen, zoals voor buitenluchtconcentratie-metingen, toegepast. Geconcludeerd wordt dat slechts enkele methoden geschikt zijn voor metingen in stallen. De meest geschikte methode is die van de NH3-converter + NOx-analyser, op basis van nauwkeurigheid en mogelijkheden om processen in de tijd te volgen (continue registratie). Dit instrument is kostbaar, vergt meer installatiewerk dan andere methoden en is daardoor aantrekkelijk voor grote hoeveelheden van metingen. Wanneer met een geringer aantal metingen kan worden volstaan zijn gaswasflessen (nat-chemische methode), filterpakketten en vlakke passieve samplers de meer aangewezen instrumenten. Voor mechanisch geventileerde stallen blijkt de meetventilator het beste instrument te zijn voor de meting van het ventilatiedebiet. Daarnaast kunnen voor indicatieve metingen ook hittedraad- en vleugelradanemometers worden gebruikt. Voor natuurlijk geventileerde stallen is geen pasklare methode voorhanden. Actieve debietmeetmethoden bieden nu geen oplossingen. Enkele indirecte methoden zijn in onderzoek. Daarvan lijkt de methode van CO2-meting + modelberekening of de tracergasdecay-methode voor dit moment de meeste perspectieven te bieden. Voor de concentratiemeting kunnen de NH3-converter + NOx-analyser, de gaswasfles of de vlakke passieve sampler worden gebruikt. Verdere ontwikkeling van methoden voor ammoniakemissiemeting in natuurlijk geventileerde stallen wordt sterk aanbevolen.

1 Inleiding In het plan 'Plan van Aanpak beperking ammoniakemissie van de landbouw' (Anonymus, 1990) wordt onder andere aangegeven, dat de komende jaren het onderzoek naar ammoniakemissie-arme stalsystemen geïntensiveerd dient te worden. Inherent aan het zoeken naar emissie-arme huisvestingssystemen is het meten van NH3-emissie van die stallen. Er is een aantal bedrijven, instellingen en instituten, dat zich bezighoudt met het meten van ammoniak in lucht zowel binnen als buiten stallen. Bij enkele instellingen gaat dit niet verder dan het vaststellen van de ammoniakconcentratie. Velen proberen de ammoniakuitstoot vast te stellen. De NH3-emissie van een stal is het produkt van ammoniakconcentratie in de uitgaande stallucht en het ventilatiedebiet. De ammoniakconcentraties kunnen met behulp van verschillende methoden bepaald worden. Deze zijn beschreven in hoofdstuk 0. Ook voor het ventilatiedebiet geldt dat er een aantal methoden beschikbaar zijn. Deze zijn terug te vinden in hoofdstuk 0. De in dit rapport weergegeven kennis is het resultaat van de werkgroep "Meetmethoden NH3-emissie uit stallen', die is ingesteld door de Programmaleiding van het Mest- en Ammoniakonderzoek. De werkgroep had als taak de beschikbare meetmethoden en meetsystemen te inventariseren. De doelgroep van dit rapport bestaat uit diverse overheidslichamen, adviesbureaus, het agrarisch bedrijfsleven en agrarische ondernemers. De aard van de metingen (meetnauwkeurigheid, meetduur en meetstrategie) is daarom ook divers. Een onderverdeling naar de aard van de metingen is aangegeven in hoofdstuk 4. In hoofdstuk 5 zijn de meetmethoden gewaardeerd op grond van enkele meettechnische criteria. Hieruit volgt een aantal (mogelijk) bruikbare meetmethoden. In hoofdstuk 6 is een voorbeeld gegeven van een economische vergelijking van een paar meetsystemen. De kosten die genoemd zijn zijn uiteraard sterk gedateerd en kunnen door allerlei omstandigheden wijzigen.

Literatuur Anonymus, 1990a. Plan van Aanpak beperking ammoniakemissie van de landbouw, Tweede Kamer, vergaderjaar 1990-1991, 18 225, nr. 42. SDU uitgeverij 's-Gravenhage.

1.1 Definities De begrippen en afkortingen die in dit rapport voorkomen zijn op de onderstaande wijze gedefinieerd. Aërosol

Begrip afkomstig uit de meteorologie. Totaal van de in de atmosfeer zwevende vaste en vloeibare deeltjes (Van Dale). Meetmethode Directe of indirecte bepaling van een enkelvoudige parameter (NH3-concentratie of ventilatiedebiet) binnen een meetsysteem. Meetsysteem Stelsel van meetmethoden, waarmee de emissie van NH3 uit een stalgebouw bepaald wordt. Ventilatiedebiet Volume lucht, die een bepaalde ventilatie-opening per tijdseenheid passeert. Praktijk In het 'veld', op boerderijniveau. In praktijk bruikbaar Meettoestel is bestand tegen stallucht en heeft bewezen storingvrij te werken. MAC TLV NTP FEP PTFE

Maximaal Aanvaardbare Concentratie Threshold Limit Values (Amerikaanse lijst van MACwaarden) Norm Temperature and Pressure (0° C en 101325 Pa) Fluorinated ethylene propylene resin Polytetrafluoretheen (Teflon)

Literatuur Nationale lijst van MAC-waarden, 1989. (Publikatie / Ministerie van Sociale Zaken en Werkgelegenheid, Directoraat-Generaal van de Arbeid, Arbeidsinspectie; No. 145).

1.2 Samenstelling van stallucht Stallucht bevat naast ammoniak, de component die voor dit rapport van belang is, nog een groot aantal andere componenten. Deze componenten bestaan uit een groot aantal organische zuren en aromaten, die voor het grootste gedeelte bepalend zijn voor de geur van de stallucht. De samenstelling van de stallucht is niet constant maar is afhankelijk van een groot aantal faktoren o.a. van de diersoort, het staltype, voersamenstelling, temperatuur, ventilatiedebiet etc.). In 1.1 is de stalluchtsamenstelling weergegeven van een vleesvarkensstal en van leghennenstallen met drie verschillende typen van mestopslag. De gegevens van de leghennenstallen hebben betrekking op het gemiddelde van 6 meetdagen gedurende de zomerperiode. De variatie in de ammoniakconcentratie over één dag en tussen verschillende dagen is vooral voor de stal met droge mestopslag groot. Tijdens de periode waarin de mestventilatoren aan staan is de ammoniak3 concentratie hoog (12 - 24 mg/m ) staan de ventilatoren uit dan zijn de concentraties veel 3 lager (1,3 - 13,2 mg/m ).

Tabel 1.1 Samenstelling stallucht component

stalluchtsamenstelling 3 concentratie (mg/m ) vleesvarkens leghennen droge mest mengmest

Stikstofammoniak NH3 tri-ethylamine N2H4

18

zwavelwaterstof H2S

0,004

Organische zuren: azijnzuur C2 propionzuur C3 n-boterzuur n-C4 i-boterzuur i-C4 n-valeriaanzuur n-C5 i-valeriaanzuur i-C5 n-capronzuur i-capronzuur oenanthzuur caprylzuur pelargoonzuur tot. org. zuren

6,7 1,1 0,70 0,16 0,08 0,21 0,01 0,004 0,003 0,005 0,004

Aromaten: fenol p-cresol indol skatol tot. aromaten

0,005 0,040 0,003 0,003

diacetyl

12

dagontmesting

4

2

Stal met droge-mest-systeem; Stal met mengmestopslag; Stal met mestband (dagontmesting); de mest valt op een band die 2 à 3 maal per week wordt afgedraaid. Het aantal kippen tijdens de meetperiode bedroeg 17.500 met een gemiddeld levend gewicht per kip van 1,75 kg. Het gemiddelde ventilatiedebiet over de 6 meetdagen was voor de drie staltypen resp. 20600, 15600 en 24400 m3/h bij 20 °C.

Literatuur

0,103

0,177

0,035

0,007

0,058

0,006

-

Jongebreur, A.A., 1979. Geuremissies van veehouderijbedrijven. Syllabus PAO-cursus "Veehouderij en Milieu", Wageningen. Samenvatting van Jansen, C.M.A. Instrumenteelsensorisch onderzoek aan de ventilatielucht van leghennenstallen. Rapport MT-TNO 7902853.

Schaefer, J., 1973. Onderzoek van de voor stank van varkensmesterijen verantwoordelijke componenten. CIVO-TNO Rapport nr R 4265, Zeist.

1.3 Richtlijn Ammoniak en Veehouderij De richtlijn ammoniak en veehouderij heeft tot doel de toename van de depositie van ammoniak op daarvoor gevoelige bos en natuurterreinen vanuit een veehouderijbedrijf te stabiliseren. Daartoe is een maximaal toelaatbare depositiedrempel opgenomen voor nieuwvestigingen (max. 15 mol potentieel zuur/ha/jaar) en voor uitbreidingen van bestaande bedrijven (max. 30 mol potentieel zuur/ha/jaar). De depositie van ammoniak heeft een verzuring van de bodem tot gevolg. Met name grond met weinig kalk is daar erg gevoelig voor. Door de verlaging van de pH verloopt de omzetting van ammoniak tot nitraat veel langzamer. Door het veel langzamer verlopen van dit omzettingsproces, hoopt het ammonium zich in de bodem op en worden andere voedingsstoffen zoals calcium, magnesium en kalium door de planten minder goed opgenomen (kationen-verdringing). Een ander gevolg van ammoniakdepositie is, dat er meer stikstof in de bodem komt, waardoor planten, die in een stikstofarm milieu leven, verdrongen worden door stikstof minnende planten. De voor verzuring gevoelige bodemeenheden waarvoor de richtlijnen gelden zijn op de bodemkaart van Nederland weergegeven. De depositie wordt per bedrijf berekend door de totale emissie van het bedrijf met behulp van de opgestelde emissiefaktoren per diergroep en per staltype (zie bijlage 0) te bepalen. Vervolgens wordt de afstand gemeten tot het voor verzuring gevoelige gebied (middelpunt bedrijf tot het dichtbijgelegen punt van de rand van het betreffende gebied). Via een omrekeningsfaktor, die afhankelijk is van de afstand en de hoogte van de vegetatie (omrekeningsfaktor voor bos 2x zo groot als voor de overige vegetaties) wordt de depositie bepaald. Bij de bepaling van het maximale depositieniveau wordt geen rekening gehouden met depositie als gevolg van de achtergrondammoniakconcentratie. De ammoniakemissiefaktoren worden ieder jaar op basis van de resultaten van het emissie-onderzoek aan bestaande en nieuwe staltypen bijgesteld.

Literatuur

de m de

Richtlijn ammoniak en veehouderij 1991 (richtlijn in het kader van de Hinderwet), Ministerie van Landbouw, Natuur en Visserij en het Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer.

1.4 Leidingeffecten ammoniakmonstername 1.4.1 Probleemstelling Alle materialen waarlangs lucht wordt geleid hebben invloed op de samenstelling van deze lucht. Wanden van leidingen, gascellen, multiplexers, passieve samplers, etc., waarmee de te analyseren lucht in contact komt, hebben effect op de gevonden meetwaarde. De meeste meet- en monstername-instrumenten hebben wanden. Het is dus belangrijk een goede en praktische keuze te doen uit de beschikbare materialen. In onderstaande tekst wordt een poging gedaan de invloed van faktoren aan te geven en waar mogelijk een oplossing of minst slechte keuze aan te geven. Verder blijkt uit dit stuk dat aanvullende metingen nodig zijn. Gekeken is daarbij naar het gedrag van NH3 en NO in leidingen.

1.4.2 Processen 1.4.2.1 Stroming door een leiding Bij laminaire stroming van een medium door een buis is er een slecht gemengde weerstandslaag langs de wand aanwezig. De snelheidsverdeling loodrecht over de buis heeft een parabolisch verloop. Transport naar de wand van de buis vindt plaats via diffusie. In het geval van turbulente stroming is de gemiddelde snelheid over het grootste deel van de doorsnede constant. Het transport naar de wand wordt door deze turbulentie bepaald. Tussen beide situaties bestaat een overgangsgebied waarin een steeds groter deel van de stroming door de buis turbulent wordt. Met behulp van grenswaarden voor het Reynoldsgetal is uit te rekenen bij welke snelheden door een buis stroming nog grotendeels laminair is. De ruwheid van de wand is ook van invloed op het stromingsgedrag. Voorbeeld van een berekening: Kritische waarden van het Reynoldsgetal voor lange gladde cilindrische buizen: water Re = 2300; lucht Re = 2100. Re = vD/v waarin: v = luchtsnelheid [cm/s] 2 v = kinematische viscositeit [Stokes;cm /s] v-lucht = 0,137 [St] (15 °C) D = doorsnede buis [cm] 1/4 " FEP wanddikte 1 mm : 3/8 " FEP wanddikte 1 mm :

kritische snelheid ≈ 6 l/min kritische snelheid ≈ 10 l/min

Bij turbulent transport worden aërosoldeeltjes afgezet op de leidingwand. Verbindingen als ammoniumnitraat en ammoniumchloride zijn instabiel. Bij dissociatie ontstaat ammoniak. Het blijkt echter dat ammoniumaërosol in relatief geringe mate voorkomt in stallucht (t.o.v. NH3). 1.4.2.2 Diffusie Transport van NH3 en NO door de leidingwand treedt alleen op indien een concentratiegradiënt aanwezig is. Wanneer de concentraties van NH3 en NO binnen in de leiding en daarbuiten weinig verschillen, kan dit effect verwaarloosbaar worden geacht.

1.4.2.3 Adsorptie

De meest storende effecten bij transport van reactieve gassen door leidingen worden veroorzaakt door adsorptie van gassen aan de leidingwand. Adsorptie is afhankelijk van een aantal faktoren. - Stroomsnelheid langs de wand - Concentratie Adsorptie neemt in absolute waarde toe naar mate de concentratie stijgt. Het adsorptieevenwicht stelt zich echter sneller in bij hoge concentraties. - Temperatuur van de wand De adsorptie neemt af bij een hogere temperatuur. - Luchtvochtigheid Gasvormig water kan adsorptieplaatsen op de wand bezet houden en zo van invloed zijn op de adsorptie van andere gassen. - Materiaal Geadviseerd wordt gebruik te maken van FEP, dit materiaal geeft weinig aanleiding tot problemen en is redelijk te verwerken. - Vervuiling van de wanden

1.4.2.4 Reacties tijdens transport door de leidingen 1.4.2.4.1 NH3 Van ammoniak zijn geen omzettingsreacties bekend die onder 'normale' omstandigheden en in een kort tijdsbestek problemen kunnen veroorzaken.

1.4.2.4.2 NO NO wordt voor een deel omgezet in NO2 tijdens het transport door leidingen. De grootte van dit effect is ondermeer afhankelijk van de verblijftijd in de slang. Uit metingen aan een 1/4" FEP slang met een lengte van 350 m en een aanzuigsnelheid van 500 ml/min bleek dat ± 5 % van de NO omgezet was in NO2. De verblijftijd in de slang was ± 12 min. Bij gebruik van de NO2 --> NO van de NOx-analyzer blijkt dit geen probleem te zijn.

1.4.2.5 Absorptie Condensvorming in leidingen geeft aanleiding tot de absorptie van ammoniak. Door de leidingen voldoende te verwarmen kan dit worden voorkomen. Omdat instabiele aërosoldeeltjes als ammoniumnitraat in stallucht geen probleem lijken te vormen is dit niet bezwaarlijk.

1.4.3 Minimalisering leidingeffecten 1.4.3.1 NO Door omzetting van NH3 in NO d.m.v. een converter, zo dicht mogelijk bij het monsternamepunt, worden problemen door wandeffecten geminimaliseerd. No is een gas dat zich zonder grote problemen over grote afstanden laat transporteren. Concentratiestappen van buitenlucht naar enkele ppm en omgekeerd vragen minimaal 15 minuten. NH3-concentratiestappen in het bereik van 0,5-1 ppm tot enkele tientallen ppm vragen ± 2 minuten.

1.4.3.2 NH3 Uit praktijkmetingen met ammoniakmeetsystemen met één centrale verwarmde aanzuigslang (3/8 " FEP; snelheid 12 l/min) max. lengte 80 m blijkt dat een evenwichtsinstelling na 25 min. bereikt wordt. De gemeten ammoniakconcentratie liep uiteen van 2 tot 50 ppm. De kleppen zijn bij de monsternamepunten geplaatst en de converter bij de analyzer. Uit controlemetingen met impingers bleken (zie tabel 0) geen grote verschillen tussen de met beide methoden gemeten waarden te bestaan. Uit metingen aan een meetsysteem waarbij iedere afdeling voorzien was van een eigen slang (1/4" FEP; snelheid 2 l/min) max. lengte 70 m blijkt dat binnen 10 min een evenwichtssituatie werd

bereikt. De gemeten ammoniakconcentraties varieerden van 2 tot maximaal 20 ppm. De kleppen en de converter zijn bij de NOx-analyzer geplaatst. Achtergrondmetingen zijn met beide meetsystemen niet goed mogelijk door de traagheid van converter en/of slang. De prestatie van systemen met een converter bij het monsternamepunt is grotendeels beschreven in § 0.

1.4.3.3 Aanwijzingen voor het gebruik van leidingen Transport van NO door leidingen lijkt goed mogelijk. Bij transport van NH3 door leidingen treden problemen op, voornamelijk door adsorptie/desorptie van NH3 aan de leidingwanden. Het verdient, in het geval van ammoniak, altijd aanbeveling de leidinglengte zo kort mogelijk te houden. Als leidingmateriaal verdient FEP de voorkeur, aangezien dit materiaal een gladde binnenwand heeft waardoor het intern oppervlak (en dus adsorptie) relatief laag is. Uitgaande van een laminair stromingsregime moet het debiet zo hoog mogelijk worden afgeregeld, zodat adsorptie evenwichten snel worden ingesteld. Bij lage ammoniumaërosol-concentraties verdient het misschien aanbeveling een nog hoger debiet te gebruiken (turbulente stroming). Stilstaande lucht in leidingen moet worden vermeden. Continu lucht aanzuigen heeft de voorkeur boven intermitterend aanzuigen. Condensvorming in leidingen moet beslist worden vermeden. Dit is, afhankelijk van de situatie, te realiseren door leidingen te isoleren en/of enigszins te verwarmen. Verwarmen van leidingen is alleen toegestaan indien is vastgesteld dat, de concentraties van ammoniumnitraat en -chloride laag is in verhouding tot de ammoniakconcentratie. Leidingen moeten regelmatig worden gereinigd met dubbel gedemineraliseerd water en worden gedroogd met schone lucht of stikstof. Normaal stalstof blijkt, behalve door verstopping, weinig problemen te veroorzaken. Bij hoge aanzuigsnelheden kan verstopping door stalstof hinderlijke vormen aannemen. Het voorkomen van verstopping door het plaatsen van een teflonfilter is wenselijk. Indien er verbouwingen nabij een monsternamepunt plaatsvinden is het wenselijk het aanzuigen van lucht vanuit dit punt te stoppen en de slang af te sluiten. Het effect van metaaloxyden, die vrijkomen tijdens slijp en laswerkzaamheden, op de NH3-metingen is desastreus. 1.4.4 Advies aanvullende gegevens Zoals aangegeven in 0 en 0 zijn er geen exacte meetgegevens bekend over de invloed van een aantal parameters op de snelheid waarmee een gewijzigde ammoniakconcentratie aan het eind van een leiding terug wordt gevonden. Gedacht wordt aan de volgende parameters: - lengte van de leiding - ammoniakconcentratie - wandtemperatuur - luchtvochtigheid - aanzuigsnelheid (turbulente of laminaire stroming)

1.5 Meting achtergrondconcentraties De NH3-concentratie in de buitenlucht kan in de meeste gevallen verwaarloosd worden. In dit rapport worden achtergrondammoniakconcentraties onder 0,5 ppm verwaarloosd. In een aantal gevallen kan men verwachten, dat de achtergrondconcentratie wel van belang is. Dit is bijvoorbeeld het geval als de stal in de nabijheid van andere emissiebronnen zoals stallen, mestopslag of een pas bemest perceel ligt. De achtergrondconcentratie kan ook van belang zijn als er sprake is van een heel hoog ventilatievoud. De ammoniakconcentraties in de uitgaande lucht en de instromende lucht kunnen in dat geval erg dicht bij elkaar komen te liggen waardoor de mogelijke fout in de ammoniakemissiemeting door het verwaarlozen van de achtergrondconcentratie onaanvaardbaar hoog kan worden. Voor meting van de achtergrondconcentratie moet een meetmethode gebruikt worden 3 waarmee concentraties van 0 - 100 µg/m zeer nauwkeurig te bepalen zijn. Metingen van de achtergrondconcentratie dienen altijd bovenwinds van de te meten stal verricht te worden om te voorkomen, dat de emissie uit de stal ook als achtergrondconcentratie mee wordt gemeten. Van de gemeten ammoniakconcentraties in de stal moet voor het berekenen van de ammoniakemissie de achtergrondconcentratie worden afgetrokken.

2 Meetmethoden NH3-concentratie 2.1 NH3-converter + NOx-analyzer 2.1.1 Toepassingsgebied Ammoniakconcentratiemetingen op emissieniveau in en uit huisvestingssystemen in de intensieve veehouderij. Voor emissiemetingen uit mechanisch geventileerde stallen moeten de concentratiemetingen gekoppeld worden aan ventilatiedebietmetingen (zie hoofdstuk 0). 2.1.2 Beginsel De ammoniakconcentratie in de aangezogen lucht wordt gemeten m.b.v. een NOx-analyzer gecombineerd met een NH3-converter. De meting van de NOx-analyzer is gebaseerd op de chemo-luminescentiereactie tussen O3 en NO (zie ook NEN 2039). Tijdens deze reactie wordt NO2 gevormd en er komen lichtdeeltjes vrij. De ozon wordt in de analyzer geproduceerd d.m.v. een ozongenerator. Doordat in de reactiekamer een overmaat aan O3 aanwezig is, is de snelheid van deze reactie: NO + O3 ---> NO2 + O2 + hv (lichtdeeltjes) proportioneel afhankelijk van de NO-concentratie in de reactiekamer. De stroom lichtdeeltjes is sterk afhankelijk van druk en temperatuur in de reactiekamer. Zijn druk en temperatuur in de reactiekamer constant dan is de stroom lichtdeeltjes evenredig met de NO2-produktie en dus met de NO-concentratie in de aangezogen lucht. Door een hoog vacuüm in de reactiekamers te handhaven en de temperatuur van de reactiekamers op ongeveer 50 °C te houden kan aan deze voorwaarden worden voldaan. De door de pomp geleverde onderdruk moet voldoende laag zijn (<500 hPa). Er moet gecontroleerd worden of er geen grote drukverschillen tussen de aanvoerleidingen bestaan want dat beïnvloedt de nauwkeurigheid van de metingen. Een NOx-analyzer meet in een aangezogen gasstroom zowel NO als NO2. De NO2-concentratie wordt als NO gemeten na omzetting door een geschikte converter. Het verschilsignaal tussen beide metingen is de NO2-concentratie. Dit verschilsignaal kan worden bepaald door gebruik te maken van één meetkamer met een kleppensysteem waarmee geschakeld wordt tussen wel of niet gebruik maken van de NO2-converter. Een NOx-analyzer met twee gescheiden meetkamers geeft continu dit verschilsignaal. De NO2-converter mag vrijwel geen NH3 omzetten in NO of NO2. Door een NH3-converter op te nemen in het NO-kanaal wordt de NOx-analyzer omgebouwd tot een NH3-meetinstrument. Deze combinatie meet NH3 als verschilsignaal tussen NH3 + NOx en NOx. Een meetbereik tot 50 ppm is wenselijk bij het meten van ammoniak in stallen, bij pluimveestallen zelfs tot 100 ppm. Een kort lopend gemiddelde (bijvoorbeeld 5 s) is nodig bij het snel schakelen tussen verschillende meetpunten.

2.1.2.1 Ammoniakconverter Een ammoniakconverter zet NH3 om in NO. Deze converter werkt i.h.a. bij hoge temperaturen, waarbij het meestal om een katalytische reactie gaat. Door de hoge temperaturen wordt niet alleen NH3 maar ook NO2, HNO3 en organische N-verbindingen gereduceerd tot NO. Een omzettingsefficiëntie > 95% voor ammoniak in het gevraagde meetbereik en een levensduur van minimaal 6 maanden zijn vereist.

2.1.2.2 Transport van stallucht naar meetopstelling De wijze van transporteren van de bemonsterde stallucht naar de ammoniakmeetopstelling is afhankelijk van de configuratie van deze opstelling. Figuur 0 laat schematisch een aantal mogelijkheden zien.

Figuur 2.1.1 Ammoniakmeetopstellingen

ad I Het eerste meetsysteem met één centrale bijvoorbeeld 3/8" slang en kleppen op de ventilatiekoker heeft als groot nadeel de lange tijdsduur die nodig is om een evenwichtssituatie in deze slang te bereiken. De aanzuigsnelheid kan in deze situatie vrij hoog zijn. ad II In het tweede meetsysteem heeft ieder meetpunt een eigen 1/4" slang. De kleppen met bypasspomp zijn naast de analyzer geplaatst. Het voordeel van deze opstelling is dat er slechts in een stukje slang van ongeveer 1 m een evenwichtssituatie moet worden bereikt. Met dit systeem kan sneller geschakeld worden tussen de meetpunten. De traagheid wordt veroorzaakt door de ammoniakconverter die deze tijd nodig heeft om het gewenste eindniveau te bereiken. ad III In het systeem zoals dat nu wordt geplaatst heeft ieder meetpunt een eigen 1/4" slang en zijn de kleppen met bypasspomp dichtbij de analyzer geplaatst. Maar nu wordt in iedere slang zo dicht mogelijk bij het monsternamepunt een NH3-converter geplaatst. Hierdoor wordt door de slangen na de converter NO getransporteerd. De meetsnelheid van het systeem wordt nu in belangrijke mate bepaald door de NOx-analyzer.

Tijdens transport van NO over grote afstanden door een monsternameslang kan een deel van de NO worden omgezet in NO2. Daarom worden de NO2-converters van de NOx-analyzer nog gewoon gebruikt. Uit testmetingen met een teflonslang van 350 m bleek geen verschil meetbaar tussen ammoniakconcentratie (10.3 ppm NH3) voor en na de slang bij gebruik van de NO2-converter. De schakeltijd nodig tussen twee meetpunten is afhankelijk van: - de lengte en materiaalkeuze van de slangen, - de configuratie en materiaalkeuze van het kleppensysteem, - de reactiesnelheid van de NOx-analyzer, - de samenstelling van het meetsysteem (I, II of III), - het niveau van de te meten concentraties, dit is vooral kritisch bij het gebruik van één NH3-converter voor alle meetpunten.

2.1.2 Gebruikscondities Bij het bemonsteren van luchtstromen met daarin NH3-concentraties op ppm niveau vindt een zeer snelle vervuiling van de reactiekamer in het NOx-kanaal plaats. Hierdoor was het soms binnen een week niet meer mogelijk een correcte verschilmeting uit te voeren. Als uit metingen blijkt dat het "NO-signaal" t.g.v. NO, NO2, HNO3 en org.-N in de stal verwaarloosbaar is t.o.v. de ammoniakconcentraties in de stal, dan kan het NOx-kanaal indien uitgerust met een extra NH3-converter ook voor de meting van ammoniakconcentraties worden gebruikt.

2.1.3 Mogelijkheden voor kalibratie 2.1.3.1 NOx-analyzer Zie NEN 2039 vanaf punt 5. Het is raadzaam regelmatig bijvoorbeeld eens per week de werking van de NOx-analyzer te controleren m.b.v. een ijkgas van NO in een inertgas bijvoorbeeld N2 (concentratie: ± 80% van de schaal), waarbij ook een aantal op de analyzer aanwezige testparameters worden genoteerd in een logboek. 2.1.3.2 NH3-converter De omzettingsefficiëntie van de converter moet bijvoorbeeld iedere 6 maanden worden gecontroleerd. Hiervoor kan gebruik gemaakt worden van een ijkgas-opstelling waarmee bij voorkeur dynamisch een aantal concentraties kan worden aangeboden. Uit metingen blijkt dat bij de omzetting van NH3 naar NO een spoortje water essentieel is, een relatieve luchtvochtigheid van enkele procenten lijkt voldoende voor een goede omzetting. Bij gebruik van zeer droge lucht daalt de omzettingsefficiëntie extreem. 2.1.3.3 Leidingsysteem Door regelmatig natchemische monsters te nemen op dezelfde meetplek waar ook de lucht naar de meetopstelling wordt verzameld, kan informatie worden verkregen m.b.t. de juistheid van de gemeten ammoniakconcentraties in de aangezogen lucht. Het ammoniakgehalte in de absorbtievloeistof kan volgens NEN 6472 spectrofotometrisch worden bepaald. De monsternameleidingen moeten regelmatig worden gereinigd. Specificaties als meetbereik, meetnauwkeurigheid en drift zijn sterk afhankelijk van de kwaliteit en de instelling van de gebruikte NOx analyzer. De volgende waarden zijn haalbaar: meetbereik : 0,020 - 1000 mg/m *) meetnauwkeurigheid : < 1 à 2 % FS drift : 1 % FS/24h *)

3

Met FS wordt bedoeld full scale (volle schaal meetbereik). De full scale is instelbaar. De meetnauwkeurigheid is <1 à 2 %, ook wanneer de full scale wordt ingesteld op bijv 3 10 ppm (=ca 7,6 mg/m ).

Een vergelijking tussen nat-chemische NH3-metingen en continu uitgevoerde NH3-metingen met de combinatie NH3-converter + NOx-analyzer is in tabel 2.1 gepresenteerd, verdeeld over verschillende afdelingen van een vleesvarkensstal. De nat-chemische monsters werden verzameld door stallucht te zuigen door een absorbtievloeistof. Het ammoniakgehalte werd daarna bepaald volgens NEN 6472. Tabel 2.1 Vergelijking van ammoniakmetingen volgens twee methoden Datum

11-02-88 15-02-88 17-02-88 18-02-88 25-02-88 25-02-88 17-03-88 13-04-88 16-05-88

Afdeling

C C C C D F C C C

Ammoniakconcentratie (mg/m3) nat-chemisch

analyzer

11.3 11.4 27.9 13.0 16.0 10.8 9.1 5.8 12.5

10.5 12.0 9.4 11.1 17.6 11.3 8.7 4.7 11.2

09-06-88 09-06-88 27-06-88 27-07-88 08-09-88 08-09-88 15-09-88 22-09-88 29-09-88 29-09-88 Gemiddelde

E F C C E F F E C D

20.6 13.8 15.4 8.1 11.6 9.9 7.2 17.0 16.1 4.0

17.7 11.3 14.9 8.2 11.5 7.2 7.8 17.4 14.7 5.4

11.9

11.3

Bij deze tabel kunnen de volgende opmerkingen gemaakt worden. - De ammoniakconcentratie in stallucht varieert in de loop van een dag. De tijdstippen van natchemische monstername en de monitormeting vallen niet samen. Hierdoor zijn de variaties in de meetresultaten waarschijnlijk ontstaan. - Het gemiddelde van de metingen ligt voldoende dicht bij elkaar om van een betrouwbaar beeld te kunnen spreken (meting van 17-02-88 is buiten beschouwing gelaten).

2.2 Niet dispersieve infrarood (NDIR) fotometrie 2.2.1 Toepassingsgebied Met niet dispersieve (dat is, zonder bepaling van de spectrale dispersie) infrarood methoden kunnen de concentraties van ammoniak in bijvoorbeeld stallen en luchtafvoerkanalen daarvan continu worden geregistreerd. De beschikbare apparatuur biedt in het algemeen de mogelijkheid in verschillende concentratiegebieden te meten. De onderste bepalingsgrens ligt tussen 0,3 en 1 ppm, afhankelijk van de technische realisatie van het meetinstrument. De bovengrens van deze meetmethoden ligt boven de 100 ppm. Het infraroodspectrum van ammoniak bevat twee karakteristieke sterke absorptiebanden -1 bij respectievelijk 10,4 en 10,8 µm (961 en 926 cm ) die voor de meting gebruikt kunnen worden. De meting wordt in principe gestoord door alle overige stoffen in de lucht die bij dezelfde golflengte straling absorberen. Bij de genoemde golflengten is de storing door CO2 en H2O (veelal een probleem bij IR-metingen) verwaarloosbaar of afwezig. Vluchtige lagere carbonzuren en esters daarvan kunnen een niet verwaarloosbare storing geven bij concentraties van dezelfde grootte als die van ammoniak.

2.2.2 Beginsel De meetmethode is gebaseerd op de absorptie van infrarode straling door ammoniakmoleculen. De wet van Lambert-Beer legt de relatie tussen de absorptie van licht en de concentratie in het lichtpad: E = log Io/I = ε . c . l waarin Io de intensiteit van de invallende straling en I de intensiteit van de doorgelaten straling. E is de extinctie die voor monochromatische straling, binnen bepaalde concentratiegrenzen evenredig is met de extinctiecoëfficiënt (ε), de weglengte (l) en de concentratie (c) in de lichtweg. Voor de niet dispersieve infrarood methoden treedt meestal een afwijking op van het lineaire verband tussen concentratie en extinctie, vooral over grotere concentratie-intervallen. De uitwerking van het meetprincipe zal van instrument tot instrument verschillen. In essentie bestaat elk meetinstrument uit een (polychromatische) IR-bron, een gascel die continu wordt doorstroomd met het meetgas en een IR-detector. In deze eenvoudige opzet wordt echter onvoldoende selectiviteit verkregen voor de meting van één enkele verbinding (NH3). Er worden dan ook voorzieningen toegevoegd om de selectiviteit te verhogen, waardoor op de meting van uitsluitend een enkele verbinding toegesneden meetinstrumenten ontstaan. Daartoe behoren nauwbandige optische filters, optische interferentiefilters of gasgevulde filtercuvetten in een roterende stralingsmodulator (interferentiefilter-, respectievelijk gasfiltercorrelatiespectroscopie) en dubbele gascellen, waarvan er één gevuld is met stikstof als referentiecel, in combinatie met modulatie van het invallende licht (choppen). Naast niet selectieve vaste stof detectoren, komen ook selectieve gasgevulde detectoren voor (gevuld met de zuivere te meten verbinding). De ontvangen infrarode (= warmte) straling veroorzaakt in combinatie met de modulatie van het invallend licht drukveranderingen in de detectorcel die via een differentieel werkende membraancondensator in capaciteitsveranderingen worden omgezet. Een recente ontwikkeling is de akoestische detector. In dit instrument wordt het meetgas in een cel gepompt die vervolgens wordt afgesloten. Door een mechanische modulator wordt het invallende infrarode licht gepulseerd, zodat, via de temperatuurverandering, een drukgolf ontstaat die met twee microfoons in de celwand wordt gemeten, en waarvan de intensiteit evenredig is met de concentratie van het te meten gas in de cel. Selectiviteit wordt bereikt door optische filtering van het invallende infrarode licht (filtercentra voor ammoniak: 10,2 of 10,6 µm, bandbreedte respectievelijk 6,5 en 7 %). Het instrument kan voorzien worden van een filter carrousel met maximaal zes filters, zodat in het eenmaal opgesloten monstervolume in zes verschillende spectrale banden tot zes verschillende verbindingen kunnen worden gemeten, waarbij software-matig is voorzien in de mogelijkheid om via de meting in deze verschillende spectrale gebieden te corrigeren voor interfererende stoffen. De detectiegrens van deze recent geïntroduceerde methode is met 0,2 ppm wat gunstiger dan die van al langer bestaande methodes (1 ppm). Het is niet geheel duidelijk of dit moet worden toegeschreven aan het detectieprincipe of aan een algemenere verbetering van instrumentatiemethoden. Een nadeel van het opsluiten van het gasmonster is, dat er geen sprake meer is van een continue meting. De cyclustijd van 30 s voor meting van een component betekent in feite "grabsampling" met een frequentie van 120 monsters per uur. Bij een dergelijke frequentie van de monstername zal het

gemeten gemiddelde over een periode van een uur met 95 % waarschijnlijkheid minder dan 7 % afwijken van het werkelijke gemiddelde, aangenomen dat de variatie van de concentraties, uitgedrukt in een relatieve standaarddeviatie ten opzichte van het gemiddelde, ca. 50 % bedraagt. Bij een cyclustijd van 105 s voor het meten van zes verbindingen, dan wel in zes spectrale gebieden, zal de onzekerheidsmarge van het gemiddelde door de teruglopende monsternamefrequentie bijna verdubbelen.

2.2.3 Gebruikscondities Niet dispersieve infrarood apparaten zijn in het algemeen zonder veel voorzieningen onder de normale omgevingscondities op de meetplek inzetbaar. Beperkingen ten aanzien van de omgevingscondities (temperatuur, luchtdruk, relatieve vochtigheid, ventilatie, trillingen etc.) behoren door de fabrikant te worden opgegeven. Meetgas van omgevings-temperatuur, -druk en vochtigheid kan zonder voorbehandeling worden aangezogen uit de directe omgeving van het apparaat of via leidingen vanaf verder gelegen punten of een ventilatiekanaal. De materialen die worden gebruikt voor verbindingen mogen de integriteit van het aangezogen luchtmonster niet aantasten. In het algemeen betekent dit het gebruik van zo kort mogelijke verbindingen, korte verblijftijden (zonodig via een primaire leiding met hoog debiet en een secondaire korte leiding voor het vereiste monsternamedebiet), inert materiaal, zoals PTFE of roestvast staal, en het vermijden van vervuiling en condensatie in de leidingen. Het meetinstrument zal ter voorkoming van vervuiling van de optische cel van een stoffilter zijn voorzien. In het algemeen betreft dit een fijn-stoffilter, soms worden ook een grof-stoffilter en fijn-stoffilter in combinatie gebruikt. Dit dient regelmatig te worden vervangen ter voorkoming van adsorptie/desorptie effecten van het filter op het meetgas. Bij metingen in een ventilatiekanaal dient te worden bedacht dat slechts de concentratie op één punt in de doorsnede van het kanaal wordt gemeten. Hoewel ten gevolge van diffusie en turbulente menging de concentratie in het kanaal meestal uniform zal zijn, wordt aanbevolen de uniformiteit te controleren door het traverseren van het kanaal. Wanneer er sprake is van inhomogeniteit in de concentratie kan een procedure worden toegepast zoals beschreven in § 0 voor de snelheidsmeting met de pitotbuis. De gemeten extinctie is proportioneel met de concentratie van ammoniakmoleculen in de lichtweg (dat is, in de gascel van het meetinstrument). De gemeten extinctie is daardoor mede afhankelijk van de temperatuur en druk in de gascel. Sommige meetinstrumenten corrigeren hiervoor automatisch.

2.2.4 Kalibratie Het instrument moet voor de ingebruikneming worden gekalibreerd. Hiervoor zijn minimaal twee gasmengsels noodzakelijk: een nulgas met een concentratie van ammoniak kleiner dan de detectiegrens van het meetinstrument en een mengsel met een concentratie van ongeveer 80 % van het toe te passen meetbereik. In geval van aanzienlijke afwijkingen van de lineariteit van de ijkgrafiek zullen meerdere mengsels nodig zijn met concentraties tussen de twee genoemde. Tijdens metingen te velde moet de ijkgrafiek periodiek worden gecontroleerd; meestal zal het gebruik van een nulgas en een concentratie van ca. 80 % van het meetbereik voldoende zijn. Het tijdsinterval tussen kalibraties en de controle daarvan te velde is afhankelijk van de stabiliteit van het instrument in de tijd, zoals opgegeven door de fabrikant of uit eigen ervaring bekend. Het verdient aanbeveling de kalibratie-omstandigheden zoveel mogelijk in overeenstemming te brengen met de veldsituatie: kalibratiegassen met dezelfde matrix en dezelfde relatieve vochtigheid en het meetinstrument voorzien van filters en aanzuigleidingen die in het veld ook worden gebruikt.

2.2.5 Nauwkeurigheid Bij de start van de metingen dient de door de fabrikant opgegeven opwarmtijd in acht te worden genomen. De technische specificaties die de meetnauwkeurigheid bepalen zullen van instrument tot instrument verschillen. Typische waarden voor de belangrijkste parameters zijn: Nulpuntsdrift Gevoeligheidsdrift Reproduceerbaarheid Afwijking lineariteit

< 1 % van het meetbereik per week < 1 % van het meetbereik per week < 0,5 % van het meetbereik < 1 % van het meetbereik (bij gelineariseerde uitgangssignalen).

Afgezien van de overdracht van kalibratiefouten, interferentiefouten en verliezen in aanzuigleidingen lijkt een meetnauwkeurigheid van ca. 5 % haalbaar.

2.3 Hyphenated laserfotoakoestiek 2.3.1 Toepassingsgebied De laserfotoakoestische spectroscopie is een recentelijk ontwikkelde methode behorende tot de klasse van laserfotothermische technieken voor de sporendetectie in de gasfase (17). Goede selectiviteit, groot dynamisch bereik, hoge gevoeligheid en de mogelijkheid voor het on-line meten maken deze technieken aantrekkelijk voor de toepassingen op o.a. het gebied van de luchtverontreiniging. In combinatie met andere fysische en analytische technieken leidt de laserfotoakoestiek tot de zgn. "hyphenated techniques" met nog betere gevoeligheid en selectiviteit. Voor een redelijk sterk absorberend molecule, zoals ammoniak in het infrarood, dat aangeslagen wordt met een straling van een CO2 laser (in de extracavity configuratie) is een detectielimiet van 100 pptv reeds haalbaar. Verdere verbetering is mogelijk met een andere cel, microfoon, intracavity configuratie etc. Het signaal is evenredig met de concentratie over zes orden van grootte, daarboven treedt de verzadiging op. De selectiviteit van de laserfotoakoestiek is afhankelijk van zowel de lijnbreedte van de bron, als de lijnbreedte van de absorptielijn van het ammoniakgas zelf. Met de continue afstembare laser, zoals de diodelaser, kan men dus in principe het "gewenste" molecule "op de kop tikken", dat wil zeggen dat er geen "spectrale mismatch" is tussen de excitatie en absorptielijn waardoor selectiviteit optimaal wordt. Een additionele verbetering is mogelijk door de spectrale vingerafdruk te vergelijken op een aantal discrete golflengtes. Helaas leveren de diodelasers weinig vermogen wat ten koste van de gevoeligheid gaat. De CO2 laser daarentegen is een zeer sterke bron, maar helaas slechts discreet afstembaar. In dat geval wordt de selectiviteit aanzienlijk opgevoerd door gebruik te maken van het Stark-effect (een extern aangelegd elektrisch veld zorgt ervoor dat de absorptielijnen van de verschillende gassen met een non-zero dipoolmoment een verschillende "frequentie-shift" ondergaan. Via het manipuleren met een dergelijk actief "filter" blijft uiteindelijk slechts de ammoniak absorptielijn tegen de laserbundel "aankijken" (8-10). Door het toepassen van de intermodulatie wordt de achtergrondruis onderdrukt en maximale signaal/ruis verkregen.

2.3.2 Beginsel De fotoakoestische spectroscopie in de gasfase is de oudste en tegelijk de meest bekende van de fotothermische methoden. Het berust op een 100 jaar oude ontdekking van A.G. Bell. Essentieel gaat het hier om de periodieke omzetting van stralingsenergie in geluid, een proces dat via botsingen (relaxatie) tot stand komt, wanneer de aangeslagen moleculen naar de grondtoestand terug keren. Door de op deze wijze vrijgekomen energie neemt de temperatuur van het gas toe. Omdat gas zich in een meetcel met een vast volume bevindt, resulteren de periodieke temperatuur variaties in periodieke drukfluctuaties (geluid) die met een transducer gedetecteerd kunnen worden. De grootte van het fotoakoestische signaal S gedetecteerd op de modulatie frequentie is direct proportioneel met de vermogen dat in het gasmonster is "gedeponeerd" dat wil zeggen het produkt van het invallende vermogen P, het aantal absorberende deeltjes (concentratie) C en de absorptiesterkte fingerprint σ bij een bepaalde golflengte. Het is duidelijk dat op deze wijze de anders zwakke absorpties (lage C of lage σ) "vertaald" kunnen worden naar de meetbare signalen, mits er voldoende vermogen beschikbaar is voor de excitatie. Dat is in sterke tegenstelling met de traditionele spectroscopie, waar in geval van zwakke absorpties het meten geschiedt via het vergelijken van de twee praktisch gelijke intensiteiten. Naast P, C en is nog de zgn. celconstante R van groot belang, een parameter die de "kwaliteit" van de celontwerp karakteriseert. In de celconstante zijn o.a. de microfoon gevoeligheid, de celgeometrie, verliezen e.d. inbegrepen. De basisvergelijking van de fotoakoestiek luidt dan: S = P.C.σ.R

(1)

Een eerste vereiste in de fotoakoestiek is de coïncidentie tussen de emissiefrequentie van de bron en de absorptiefrequentie van het absorberende gas. Zowel ammoniak als vele andere van belang zijnde luchtcomponenten hebben een zeer rijk spectrum in het infrarood. Ook zijn er verschillende stralingsbronnen in hetzelfde gebied. Uit de vgl. (1) volgt dat de beschikbaarheid van een groot vermogen P het meten van de concentratie C bevordert. De praktijk leert dat voor wat betreft de gevoeligheid men niet onbeperkt door kan gaan met het opvoeren van P. Voor een zwak absorberend monster speelt de vensteropwarming van de meetcel een beslissende rol omdat deze, door de

vensterabsorptie ontstane ongewenste warmte ("achtergrond-ruis"), met de gelijke modulatiefrequentie is gemoduleerd en daardoor als een "echt" signaal door de microfoon wordt geregistreerd. Een goed ontworpen meetcel werkt bij atmosferische druk en heeft een geoptimaliseerde signaal/ruis ratio voor een "on-line" (stromend gasmonster) meting. Figuur 2.3.1 geeft een blokschema van een fotoakoestische spectrometer.

Figuur 2.3.1 Blokschema van een laserfotoakoestische spectrometer. Afstembare laser (1), deling laserstraal (2), vermogensmeting (3), chopper (4), lens (5), fotoakoestische cel (6), gastoevoer systeem van te analyseren gasmengsel (6a), lock-in versterker (7), ratiometer (8), dataregistratie (9) en laserstraal stop (10). Figuur 2.3.2 geeft een beeld van de CO2-laser fotoakoestische spectrometer. Zoals boven is vermeld is de koolzuur-laser de sterkste stralingsbron (typisch 10 W) in het infrarood. Helaas is deze laser slechts discreet afstembaar op ca 100 lijnen tussen 9 en 11 µm. Het ammoniakmolecuul vertoont absorptie op diverse lijnen binnen het laser spectrum; de drie sterkste vallen samen met de 10R(6), 10R(8) en 9R(30) laserlijnen. De maximale -1 -1 absorptiesterkte σ van 60 atm .cm is de 9R(30) laserlijn. Een meting geschiedt als volgt. Met de laser afgestemd en "gehouden" (via een frequentiestabilisatiesysteem) op de laser lijn 10R(8) wordt het monster (door middel van een voorpomp) door een verwarmde 1/4 " FEP slang aangezogen (flow 1 liter/min) naar de fotoakoestische cel. Een kritisch capillair zorgt voor laminaire flow en een akoestisch filter onderdrukt het koppelen van pomposcillaties naar de meetcel. Met behulp van een fijnregelkraan (boven pomp) is er mogelijk de druk in de cel in te stellen tot de gewenste waarde van 200 mbar (lijnbreedte is dan gereduceerd, maar de druk is nog voldoende hoog om een voldoende amplitude te verkrijgen (Miklos, 1991)). Tussen de laserbron en de meetcel is een modulator geplaatst. Een meest eenvoudige versie daarvan is een mechanische chopper waarvan de frequentie geselecteerd kan worden tussen 1 en 6 kHz afhankelijk van het celontwerp. De stabiliteit van de chopper is elektronisch geregeld en 5 bedraagt 1 in 10 .

Figuur 2.3.2 De CO2laser fotoakoestische spectrometer. De laserstraal bereikt een convergerende lens, passeert eerst een venster van de cel en wordt gefocust midden in de resonante fotoakoestische cel (een rechthoekige kanaal) waar zich een microfoon bevindt. Twee identieke kanalen links en rechts van dit middenkanaal hebben ook ingebouwde microfoons, maar worden niet bestraald met laserlicht. De functie van deze kanalen is om de parasitaire ruis te middelen en af te trekken van het echte signaal dat gedetecteerd wordt in het middenkanaal. De gas inen -uitlaat bevinden zich op de plaatsen waar de "flow ruis" niet effectief koppelt naar de cel. Boven- en onderkant van de cel zijn voorzien van de twee platen (5 mm tussenruimte), de Stark elektrodes. Een plaat wordt op een elektrisch potentiaal van nul gehouden, terwijl de andere met behulp van een hoogspanningsgenerator (typische veldsterkte 6 kV/cm) periodiek gemoduleerd wordt. De laserbundel verlaat de cel via een ander venster, waarna het vermogen wordt gemeten met een thermozuil. In de traditionele fotoakoestiek is het door microfoon opgepikte signaal op de modulatiefrequentie (als referentie) verder verwerkt met een lockin versterker en vervolgens genormaliseerd (ten opzichte van het invallende laservermogen). In de hyphenated fotoakoestiek wordt de laser gemoduleerd met een frequentie f1 terwijl de Stark platen gemoduleerd zijn met f2. De uiteindelijke lock-in detectie vindt plaats op de frequentie f1-f2 die ook gelijk is aan de akoestische resonantie van de meetcel. Op deze manier detecteert men alleen het gas dat de laserstraling absorbeert en tegelijk ook Stark-shift ondergaat. De achtergrond (opwarming van vensters en gassen met kleine of überhaupt geen dipoolmoment) is op deze wijze helemaal geëlimineerd. Een dergelijke discriminatie is veel effectiever en meer betrouwbaar dan het gebruik van chemische en optische filters, referentie cellen etc. Een betere discriminatie dan deze is spectroscopisch gezien ook niet mogelijk (Sauren, 1992).

2.3.3 Gebruikscondities De laserfotoakoestiek is in de eerste instantie uiterst geschikt voor het meten van lage concentraties. Het verdient aanbeveling de apparatuur akoestisch af te schermen. De laser opstelling met de chopper en de cel moeten geplaatst worden op een stevige tafel. Verder zijn er geen extra voorzieningen nodig. Een van de meest lastige faktoren is de adsorptie van ammoniak aan de celwanden en de mogelijke reactie met water. De adsorptie veroorzaakt het verschijnsel van "memorie effecten" die moeilijk te controleren zijn. Uiteraard is dat effect van groot belang bij zeer kleine concentraties. Overigens is in geval van sporendetectie het gebruik van een en dezelfde cel over een groot concentratiebereik af te raden. Een meetcel die ooit de concentratie van b.v. 120 ppbv heeft moeten meten is niet meer bruikbaar voor de concentraties onder 10 ppbv. Het "memorie effect" kan op die schaal niet zomaar gereduceerd worden met behulp van de verschillende coatings, andere cel materialen of het opwarmen van de cel. Wel is het belangrijk de meetcondities (flow, druk in de cel) zo constant mogelijk te houden; bovendien moeten deze waarden overeenkomen met de omstandigheden waarbij de cel geijkt is. Doordat de temperatuur van buitenlucht verloopt verandert de resonantiefrequentie van de meetcel, waardoor ook automatisch de cel respons zou veranderen, indien de chopper blijft draaien op de oorspronkelijke frequentie. Dit ongewenste effect wordt tegengewerkt via een zgn. automatisch frequentietracking systeem, waarbij de chopperfrequentie altijd gelijk wordt gesteld aan de momentane resonantiefrequentie van de cel. De registratie van de meetgegevens vindt automatisch plaats. Een datalogger registreert druk, flow, netto amplitudo en de fase van het lock-in signaal, vermogen en temperatuur en berekent vervolgens de concentratie als functie van tijd.

2.3.4 Kalibratie De kalibratie van de fotoakoestische meetcel vindt plaats met behulp van een ijkgas. Het meest voor de hand liggende gas is een mengsel van 50 ppbv ethyleen in stikstof vanwege de sterke absorptiecoëfficiënt van ethyleen en de goede coïncidentie met de 10P(14) lijn van de CO2-laser. Met de cel op zijn plaats wordt bij de resonantie frequentie gekeken naar de grootte van het microfoon signaal wanneer invallend laser vermogen en de druk in de cel 10W respectievelijk 200 mbar zijn (bij een flow van 1 liter/min.; het is gebleken dat bij een flow groter dan 1 lit./min de gevoeligheid omlaag gaat). Uit de gemeten (vermogen, lock-in signaal) en bekende concentratie en absorptiecoëfficiënt van het gas verkrijgt men de celconstante R. Bij elke volgende meting is deze als constante beschouwd en de concentratie van het te meten gas wordt bepaald uit het gemeten signaal, vermogen en bekende absorptiecoëfficiënten. Uiteraard kan de kalibratie ook uitgevoerd worden met ammoniak gas. Probleem daarbij is dat er geen leverancier is die ammoniak in stikstof levert in de concentratie bereik van 100 ppbv. Het verdunnen kan dan slechts dynamisch gebeuren hetgeen dan een additionele onzekerheidsfaktor introduceert.

2.3.5 Nauwkeurigheid De fotoakoestische methode is de zgn. zero-techniek, dat wil zeggen geen absorptie dan ook geen signaal. In acht nemen van alle mogelijke bronnen van onzekerheden en afleesfouten leverde in een andere serie van metingen (in het ppbv bereik) een meetnauwkeurigheid beter dan 3 %.

2.3.6 Opmerkingen en conclusies Tot dusver zijn met de apparatuur veel metingen verricht in het laboratorium. Het buitenlucht monster werd via de leidingen/slang naar de cel gezogen. Elders zijn de buitenluchtstudies verricht met de laserfotoakoestische opstelling gemonteerd in een meetwagen. Er is zelfs een poging gedaan het potentieel van deze techniek aan de boord van een vliegtuig uit te testen (dat leverde faktor 5 verlies m.b.t. de gevoeligheid). Het huidige meetsysteem kan selectief 0.1 ppbv ammoniak detecteren in realistische gasmonsters. De respons is bepaald door gasflow en celvolume en bedraagt op het ogenblik 30 seconden. Een kleinere cel is nu in de maak. Simultaan probeert men een andere, zgn. fotothermische techniek te ontwikkelen waarbij geen meetcel meer nodig is, hetgeen adsorptie problemen elimineert en bovendien een momentane respons als gevolg heeft. Uiteraard blijven de selectiviteit en de gevoeligheid ook in deze nieuwe aanpak gehandhaafd. Gebruik van de isotopen in het lasergasmengel kan de selectiviteit nog eens extra verbeteren. Een zeer belangrijk voordeel van de hyphenated laserfotoakoestiek is dat in principe ook veel meer gassen gemeten kunnen worden met een en dezelfde opstelling hetgeen een flinke kosten besparing oplevert. Tenslotte kan betreffende het meten van hogere ammoniak concentraties, zoals in stallen, gezegd worden dat de huidige opzet "overgevoelig" en te duur is. De meetopstelling is te groot en te complex in het gebruik. Bij 50 en 100 ppmv ammoniak is het signaal van dit gas een paar orden van grootte sterker dan de signalen van water en koolzuur, zodat deze te verwaarlozen zijn. In dat geval kan men volstaan met een andere bron dan de CO2 laser. Wat dit betreft is een klystron bron misschien een goede oplossing. Het concept van het Stark effect en de intermodulatie in de combinatie met de fotoakoestiek blijft echter altijd een uitstekend middel tegen de mogelijke interferenties van andere gassen en degradatie van optische componenten. Vermoedelijk is het moeilijkste probleem de adsorptie van ammoniak aan praktisch alle materialen en het indringen van dat gas in de poriën van materialen. Dat probleem zal bij 50-100 ppmv behoorlijk groot zijn. Misschien dat door een uitsluitend gebruik in dit concentratie bereik op den duur een soort verzadiging aan het oppervlak plaatsvindt waardoor de adsorptie minder belangrijk wordt.

Literatuur Angeli G., A. Solyom, A. Miklos & D. Bicanic, 1992. Calibration of a Windowless Photoacoustic Cell for Detection of Trace Gases. Analytical Chemistry 64. Bicanic D. (Ed.), 1992. Photoacoustic and Photothermal Phenomena III, Springer Series in Optical Sciences 69, Springer Verlag Berlin. Bicanic D., A. Miklos & H. Sauren, 1992. Laser Photoacoustic and Thermooptical Sensing of the Atmosphere: from the Laboratory Tool towards a Field Instrument. Eurotrac News Letters 9, 8-12. Bicanic D., H. Jalink, H. Sauren, K. van Asselt & A. Miklos, 1992. Recent Developments in Photoacoustic Sensing of Atmsophere by Infrared Lasers. in "Man and his Ecosystem", L. Brasser and W. Mulder (Eds.). Elsevier Science Publishers Amsterdam 636-668. Bicanic D., P. Torfs, M. Lubbers & A. Tam, 1992. Horticultural Sensing by Photoacoustic and Thermal Lensing. Acta Horticulturae. Miklos A., H. Sauren & D. Bicanic, 1991. An Experimental Methodology for Characterizing the Responsivity of the Photoacoustic Cell for Gases at Reduced Pressure by means of the Vibrating Strip as the Calibrating Sound Source Measurement Science and Technology 2, 957-962. Sauren H., T. Regts, K. van Asselt & D. Bicanic, 1991. Simplifying Laser Photoacoustic Trace Detection of Ammonia by Effective Supression of Water Vapour and of Carbon Dioxide as the Major Absorbing Atmospheric Constituents. Environmental Technology 12, p 719-724. Sauren H., D. Bicanic & K. van Asselt, 1991. Photoacoustic Detection of Ammonia at the Sum and Difference Sidebands of the Modulating Laser and Stark Electric Fields. Infrared Physics 31, 475-484.

Sauren H. & D. Bicanic, 1992. Photoacoustic Detection of Ammonia in a Simulated Atmosphere of Varying Water Vapour Content. Analytical Instrumentation. Sauren H, 1992. An Ammonia Monitor Based on Intermodulated Stark Photoacoustic Spectroscopy. Ph.D. Thesis, Agricultural University, Wageningen. Sauren H., E. Gerkema & D. Bicanic, 1992. In Situ Intermodulation Photoacoustic Stark Spectroscopy for the Continuous. Determination of Gaseous Ammonia Concentration in the Atmosphere. Atmospheric Environment. Solyom A., G. Angeli, D. Bicanic & M.Lubbers, 1992. Determination of Ammonia Using Carbon Dioxide Laser Photoacoustic Spectroscopy Compared with Conventional Spectrophotometry. Analyst 117.

2.4 Filterpakketmethode De filterpakketmethode is een techniek voor de bepaling van concentraties van verzurende componenten in lucht, voorkomend als gas en in aërosol. Lucht wordt 3 aangezogen met een debiet van typisch 1 m /h door drie in serie geschakelde filters: achtereenvolgens een onbehandeld filter, een met natriumfluoride gempregneerd filter en een met citroenzuur geïmpregneerd filter. Aërosol wordt verzameld op het onbehandelde filter, gassen op de geïmpregneerde filters. Na monstername worden de filters geëxtraheerd en de extracten als volgt geanalyseerd: - het onbehandeld filter: sulfaat, nitraat, chloride, ammonium - het natriumfluoride-geïmpregneerde filter: nitraat, chloride - het citroenzuur-geïmpregneerde filter: ammonium Uit het doorgezogen volume lucht en de analyses van de extracten worden de luchtconcentraties berekend: + - totaal ammonium (NH3 en NH4 ) uit filterextracten onbehandeld en citroenzuurgeïmpregneerd filter 3- totaal nitraat (HNO3 en NO ) en totaal chloride (HCL en Cl ) uit filterextracten onbehandeld en natriumfluoride-geïmpregneerd filter 2- totaal sulfaat (SO4 ) uit filterextract onbehandeld filter De minimale belading van de filters in het filterpakket bedraagt: ammonium 0,4 µg, chloride 0,3 µg, nitraat 0,3 µg, sulfaat 1,5 µg. De maximale belading bedraagt voor alle componenten 2 mg. Een meetnauwkeurigheid binnen 10 % is haalbaar. Een normatieve beschrijving van deze methode is verkrijgbaar bij het Nederlands Normalisatie Instituut te Delft als NEN 2821.

2.5 Denuder/filterpakketmethode Met de denuder/filterpakketmethode is het mogelijk de concentratie van verzurende componenten als gas en in aërosolen apart te bepalen. Lucht wordt aangezogen met een 3 debiet <0,3 m /h door achtereenvolgens twee denuders en een filterpakket. In de eerste denuder is een coating aangebracht van natriumfluoride; de tweede denuder heeft een coating van fosforzuur. Het filterpakket bevat een onbehandeld filter, een met natriumfluoride geïmpregneerd filter en een met fosforzuur geïmpregneerd filter. De eerste denuder dient voor monstername van salpeterzuur en zoutzuur, de tweede voor monstername van ammoniak. Aërosol wordt verzameld op het onbehandelde filter. Bij dissociatie van instabiel aërosol op het onbehandeld filter komen gassen als ammoniak, salpeterzuur en zoutzuur vrij. Deze gassen worden gemonsterd op de geïmpregneerde filters. Na monstername worden de denuders en filters geëxtraheerd en de extracten als volgt geanalyseerd: - Natriumfluoride-denuder: nitraat, chloride - Fosforzuur-denuder: ammonium - het onbehandeld filter: sulfaat, nitraat, chloride, ammonium - het natriumfluoride-geïmpregneerde filter: nitraat, chloride - het fosforzuur-geïmpregneerde filter: ammonium Uit het doorgezogen volume lucht en de analyses van de extracten worden de luchtconcentraties berekend: - HCl en HNO3: natriumfluoride denuder - NH3: fosforzuur denuder + - NH4 : onbehandeld filter en fosforzuur-geïmpregneerd filter 3- NO en Cl : onbehandeld en natriumfluoride-geïmpregneerd filter 2- SO4 : onbehandeld filter De minimale belading van het denudersysteem bedraagt voor ammoniak 0,6 µg, salpeterzuur 0,2 µg en zoutzuur 0,5 µg. De minimale belading van de filters in het filterpakket bedraagt voor ammonium 1 µg, nitraat 0,4 µg, sulfaat 0,2 µg en chloride 0,5 µg. De maximale belading bedraagt voor alle componenten afzonderlijk 2 mg. Een meetnauwkeurigheid binnen 10% is haalbaar. Een normatieve beschrijving van deze methode is verkrijgbaar bij het Nederlands Normalisatie Instituut te Delft als NEN 2822.

2.6 Annular denuder/filterpakketmethode Met de annular denuder/filterpakketmethode is het eveneens mogelijk de concentratie van verzurende componenten als gas en in aërosolen apart te bepalen (zie ook § 0). 3 Lucht wordt aangezogen met een debiet van 0,25-1,5 m /h door achtereenvolgens drie denuders en een filterpakket. Door de mogelijkheid van monsterneming met een hoog debiet is deze methode zeer geschikt voor metingen met een relatief korte monsternemingsduur of voor metingen van componenten met een lage concentratie. In de eerste twee denuders is een coating aangebracht van natriumcarbonaat; de derde denuder heeft een citroenzuur-coating. Het filterpakket bevat een onbehandeld filter en een nylon filter. De eerste twee denuders dienen voor monstername van salpeterzuur, salpeterigzuur, zwaveldioxyde en zoutzuur, de tweede voor monstername van ammoniak. Aërosol wordt verzameld op het onbehandelde filter. Bij dissociatie van instabiel aërosol op het onbehandeld filter komen gassen als ammoniak en salpeterzuur en zoutzuur vrij. Salpeterzuur wordt gemonsterd op het nylon filter. Na monstername worden de denuders en filters geëxtraheerd en de extracten als volgt geanalyseerd: - Natriumcarbonaat denuders: nitraat, chloride, sulfaat, sulfiet, chloride - Citroenzuur denuder: ammonium - het onbehandeld filter: sulfaat, nitraat, chloride, ammonium, hydronium - het nylon filter: nitraat Uit het doorgezogen volume lucht en de analyses van de extracten worden de luchtconcentraties berekend: - HCl, SO2, HNO2 en HNO3: natriumcarbonaat denuders - NH3: citroenzuur denuder 3+ + 2- NH4 , NO , SO4 , Cl , H : filterpakket De minimale belading van het denudersysteem bedraagt voor zwaveldioxyde 2,5 µg, ammoniak 0,8 µg, salpeterzuur 1 µg, salpeterigzuur 2 µg en zoutzuur 1,5 µg. De minimale belading van de filters in het filterpakket bedraagt voor ammonium 0,8 µg, nitraat 2 µg, sulfaat 3 µg, chloride 1 µg en hydronium 0,2 µg. De maximale belading bedraagt voor alle componenten afzonderlijk 2 mg. Een meetnauwkeurigheid binnen 10% is haalbaar. Een normatieve beschrijving van deze methode is verkrijgbaar bij het Nederlands Normalisatie Instituut te Delft als NEN 2823.

2.7 Roterende denuder Deze methode wordt gebruikt voor de bepaling van concentraties van ammoniak, salpeterzuur, zoutzuur en zwaveldioxyde in lucht. Lucht wordt aangezogen door een roterende annular denuder. De gassen worden gemonsterd in 14-18 ml absorptieoplossing, aanwezig in de annulus. Voor monstername van salpeterzuur, zoutzuur en ammoniak wordt een mierezuuroplossing gebruikt (pH 4). Zwaveldioxyde wordt gemonsterd in een formaldehyde-bevattende natriumdiwaterstoffosfaat oplossing. Evenals de annular denuder/filterpakketmethode (§ 2.6) is deze methode geschikt voor metingen met een korte monsternemingsduur of voor metingen van componenten met een lage concentratie. Deze methode is op eenvoudige wijze te automatiseren. Na + monstername worden de oplossingen geanalyseerd op NH4 , NO3 en Cl (miere2zuuroplossing) en op SO3 (formaldehyde/-natriumdiwaterstoffosfaat oplossing). Uit het doorgezogen volume lucht, de analyses en de gewichten van de oplossingen worden de concentraties van ammoniak, zwaveldioxyde, salpeterzuur en zoutzuur bepaald. De minimale belading van de denuder bedraagt voor alle gassen 0,4 µg. De maximale hoeveelheid is voor de gassen salpeterzuur, zoutzuur en zwaveldioxyde 2 mg en voor ammoniak 0,2 mg. Een meetnauwkeurigheid binnen 5% is haalbaar. Een normatieve beschrijving van deze methode is verkrijgbaar bij het Nederlands Normalisatie Instituut te Delft als ontwerp NEN 2824.

2.8 Roterende denuder met on-line detector 2.8.1 Onderwerp Deze methode betreft de bepaling van de concentratie aan ammoniak in de buitenlucht. De monstername geschiedt met behulp van een roterende, annulaire denuder. De ammoniakconcentratie wordt conductometrisch bepaald.

2.8.2 Toepassingsgebied De ammoniakconcentratie in de buitenlucht wordt continu gemeten. De tijdsresolutie 3 bedraagt twee minuten. De detectielimiet van het systeem is 10 ng/m . Het te meten concentratiebereik omvat drie decaden. Het instrument is zodanig in te stellen dat de 3 maximaal meetbare concentratie ligt boven de 35 mg/m . De bepaling wordt gestoord door kleine aminen. De meetnauwkeurigheid is binnen 2%.

2.8.3 Beginsel Buitenlucht wordt geleid door een roterende, annulaire denuder (zie figuur 0). De denuder is horizontaal opgesteld. Door de annulus wordt absorptie-oplossing gepompt met een debiet van bijvoorbeeld 3 ml/min. Door rotatie ontstaat een vloeibare coating. Het luchtdebiet wordt ingesteld op 30 l/min. Ammoniak wordt afgevangen in een zwak zure absorptie-oplossing van natriumwaterstofsulfaat. Het ammoniak wordt gehydrolyseerd tot ammonium. Het monster wordt continu uit de denuder gepompt. In het monster wordt ammonium bepaald door de oplossing eerst basisch te maken met natronloog, waardoor weer gasvormig ammoniak ontstaat. Dit wordt langs een semipermeabel membraan geleid. Het ammoniak zal door het membraan heen diffunderen. Aan de andere zijde van het membraan loopt een zuiver waterstroompje, waarin het ammoniak weer wordt opgenomen en gehydrolyseerd tot ammonium. Van deze stroom wordt de geleidbaarheid gemeten, hetgeen gecorrigeerd voor de temperatuur een maat is voor de ammoniakconcentratie in de aangezogen lucht.

2.8.4 Toestellen en hulpmiddelen 2.8.4.1 Het denudersysteem (zie figuur 0) - De behuizing Het denudersysteem is geplaatst in een aluminium kist van 35x40x60 cm. - De inlaat De inlaat is een polyethyleen trechter met een polyethyleen gaasbespanning teneinde het aanzuigen van insekten en dergelijk te verhinderen. - De inlaat-spacer en de denuder-kegel De inlaat-spacer is de overgang van de inlaat naar de denuder, die in de spacer roteert. Een kanaaltje onder in de spacer maakt afvoer van het monster mogelijk. De denuderkegel fixeert de denuderbuizen ten opzichte van elkaar met behulp van een drietal 'spaken'. - De denuderbuizen De denuderbuizen zijn van hardglas met een lage tolerantie. De inwendige middellijn van de buitenste buis is 45 mm en de uitwendige middellijn van de binnenste buis is 42 mm. De lengte van de denuder bedraagt 300 mm. De dimensies zijn zodanig gekozen, dat de lucht bij de voorgeschreven aanzuigsnelheid laminair door de annulus stroomt. - De uitlaat-spacer en denuder-dop De uitlaat-spacer is de overgang tussen de denuder en de afvoerslang. De spacer bevat een kanaaltje voor de aanvoer van absorptie-oplossing. De denuderdop fixeert de beide buizen ten opzichte van elkaar. De afdichting van de spacers met de denuder vindt plaats met behulp van viton V- en O-ringen. - De rotatie De rotatiesnelheid is ongeveer 30 omw/min. De aandrijving bestaat uit een motor met een tandriem. - Het luchtdebiet De membraanpomp (droog) zuigt met behulp van een kritische capillair een constante luchtstroom van 30 l/min door de denuder. - Inpompende slangepomp

-

-

-

-

Een aanstuurbare slangepomp pompt de absorptie-oplossing in de denuder. Door de variërende relatieve vochtigheid in de lucht verandert de hoeveelheid absorptie-oplossing in de denuder. Dit wordt verholpen door de weerstand van de oplossing over de lengte van de denuder te meten. Wijkt deze weerstandswaarde af van een vooraf ingestelde waarde, dan zal de pompsnelheid van de slangepomp zodanig worden bijgeregeld dat de ingestelde weerstandswaarde weer wordt bereikt. Tandradpomp Een tandradpomp zuigt het monster met constant debiet van typisch 3 ml/min uit de denuder. De debubbler Een debubbler verwijdert eventuele luchtbellen uit de monsterstroom. Reagentia slangepomp Een driekanaalsslangepomp pompt met een debiet van ongeveer 0,05 ml/min de natronloog in het monsterkanaal, het gedemineraliseerd water naar het membraan en de ontluchtingsstroom uit de debubbler. De detector De detector is een blok perspex, dat het teflonmembraan, een mixed-bed ionenwisselaar kolom voor ultiem gedemineraliseerd water, een geleidbaarheidscel en een thermistor bevat. Elektronische controle eenheid De controle eenheid bevat de elektronica voor de geleidbaarheidsmetingen, de temperatuurmeting, de sturing van de inpompende slangepomp en de voeding voor de tandradpomp. Verder bevat het een basic programmeerbare datalogger, die naast dataopslag ook een display aanstuurt, waarop de actuele ammoniakconcentratie in de lucht is af te lezen. Verder zijn er manuele functies op het frontpaneel aanwezig voor besturing.

2.8.4.2 Hulpmiddelen -

Een debietmeter geschikt voor 30 l/min Een balans tot 10 mg nauwkeurig Een stopwatch Een portable PC voor data uitlezen

2.8.5 Reagentia en hulpstoffen Gebruik alleen reagentia van analytisch zuivere kwaliteit en gedestilleerd of dubbel-gedemineraliseerd water. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8

Natriumwaterstofsulfaat-monohydraat, NaHSO4.H2O pro analyse Ammoniumchloride, NH4Cl pro analyse Natriumhydroxyde, NaOH pro analyse Absorptie-oplossing Los 5,0 g natriumwaterstofsulfaat-monohydraat (5.1) op in 10 l water. Natronloog, 0,5 mol/l Los 20,0 natriumhydroxyde (5.3) op in 1,00 l water. Kalibratie moeder-oplossing, 100 ppm NH4 Los 296,5 g Ammoniumchloride (5.2) op in 1 l water. Maak uit (5.6) standaard oplossingen van 10, 100 en 1000 ppb NH4. Ontvettingsmiddel (Bijvoorbeeld Extran, MA 01 alkalisch MERCK) Maak een 5%-ige oplossing.

2.8.6 Werkwijze 2.8.6.1 Voorbereiding Reinig de denuder door deze gedurende 24 uur in een bad met verdund ontvettingsmiddel (5.8) te leggen. Spoel de denuder na met leidingwater en vervolgens grondig met water. Installeer de denuder. Bepaal de luchtstroom met een debietmeter voor de inlaat, terwijl het denudersysteem bemonstert. Bepaal de absorptie-oplossingstroom door weging. Kalibreer de meetcel volgens voorschrift met de standaard oplossingen (5.7).

2.8.6.2 Meten Het meetsysteem kan gedurende een week onbeheerd draaien. Een maal per week dienen de absorptie-oplossing, de natronloog-oplossing, het gedemineraliseerd water aangevuld en het afvalvat geleegd te worden. Ook worden de data uit de logger overgenomen op een portable PC. Een maal per twee weken wordt het luchtdebiet bepaald, het absorptie-oplossing debiet bepaald en dient er een nieuwe kalibratie uitgevoerd te worden. Tevens worden dan de vier slangepompslangetjes vervangen.

2.8.7 Berekening De kalibratielijn wordt beschreven door een 2e-graadskromme als gevolg van het dissosiatie-evenwicht van NH4OH in water. Met de 3 kalibratiepunten wordt de kalibratielijn bepaald in de vorm van:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. a,b,c

Conc = ammoniumconcentratie in ppb = coëfficiënten

De luchtconcentratie volgt dan uit:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. Mg = molmassa van NH3 Ml = molmassa van NH4 Liqflow = absorptie-oplossing debiet in ml/min Airflow = luchtdebiet in l/min

2.8.8 Kosten Investeringskosten: ƒ 49000,Exploitatiekosten: ƒ 200,- per maand bij continu bedrijf Onderhoud: 3 uur per week

Figuur 2.8.1 Doorsnede van een denuderbuis

Lcon = Luchtconcentratie van NH3 3 in µg/m

Figuur 2.8.2 Schema van een roterende annulaire denuder

2.9 Thermodenuder 2.9.1 Onderwerp Dit voorschrift betreft de bepaling van de concentratie aan ammoniak in de buitenlucht 3 met een monsternemingsdebiet van 1-10 liter per minuut (0,06-0,60 m /h).De beschreven methode kan worden toegepast wanneer een korte monsternemingstijd gewenst is, en is goed te automatiseren.

2.9.2 Toepassingsgebied De methode is van toepassing voor ammoniak in de buitenlucht. De minimale belading van het instrument bedraagt 0,01 µg terwijl de maximale belading ca.4 µg is. Bij een debiet van 1 l/min en een monsternameduur van 5 minuten is het meetbereik 2-800 3 µg/m . De meetnauwkeurigheid is binnen 5%. 2.9.3 Beginsel Buitenlucht wordt door een kwarts denuder voorzien van een V2O5-coating geleid waarbij de in de lucht aanwezige ammoniak op de coating wordt verzameld. Daarna wordt de denuder met een oven snel verhit tot 700 °C waarbij de op de coating afgevangen ammoniak wordt gedesorbeerd en omgezet in NOx. Een NOx-monitor registreert de piek, waarvan het oppervlak een maat is voor de belading. Deze belading kan met behulp van de monsternemingstijd en het monsternemingsdebiet worden omgerekend naar de luchtconcentratie.

2.9.4 Toestellen en hulpmiddelen - Een kwarts denuder met een totale lengte van 90 cm, voorzien van een annulair deel met een lengte van 25 cm, beginnend ca 15 cm van het uiteinde. Het annulaire deel heeft een binnenmiddellijn van de buitenbuis van 28 mm, terwijl de buitenmiddellijn van de binnenbuis 25 mm bedraagt. Dat levert een annulaire spleet van 1,5 mm. De uiteinden hebben een buitenmiddellijn van 8 mm. - Een monsterpomp met debietregeling (b.v. een kritische opening). - Een snelle NOx-monitor die geschikt is om te gebruiken bij een lage flow (ca. 50 ml/min). Het bereik moet liggen tussen 0,1 en 100 ppm volle schaal. - Een oven gemaakt van een Al2O3-buis met een binnenmiddellijn van 35 mm en een lengte van 40 cm voorzien van een spoed van 2 mm waarin weerstandsdraad ligt (middellijn 0,7 mm en een weerstand van 3,7 Ω/m). Om dit geheel is isolatiemateriaal gewikkeld en daaromheen bevindt zich een beschermende buitenbuis (kwarts) met een buitenmiddellijn van 50 mm. Deze oven wordt gebruikt met een spanning van 220 Volt. - Een houder voor de denuderbuis en de oven met een voorziening om de oven te verplaatsen over de denuder.

2.9.5 Reagentia en hulpstoffen De coatsuspensie voor de denuder bestaat uit 5 g V2O5 in 100 ml aceton.

2.9.6 Werkwijze Plaats de oven over het lange uiteinde van de denuder. Sluit de monsterpomp aan het lange uiteinde aan. Zuig gedurende 5 tot 30 minuten buitenlucht aan door de denuder. Verwijder de monsterpompslang en sluit aan dezelfde kant de aanzuigslang van de NOx-monitor aan. Verwarm de oven voor tot ca. 700 °C (7 minuten),en verplaats de oven daarna in 1 of 2 stappen over het annulaire deel van de denuder. Laat de oven ca 5 minuten in elke positie staan. Op de recorder van de NOx-monitor verschijnen de pieken die geïntegreerd moeten worden (b.v. met behulp van een computer). Door de piekoppervlakken te vergelijken met het piekoppervlak van een bekende belading (kalibratie) kunnen deze worden omgerekend naar de belading en vervolgens met behulp van monsternemingsdebiet en -tijd tot een ammoniak-luchtconcentratie. Verplaats de oven daarna terug naar het lange uiteinde van de denuder en laat de denuderbuis en oven afkoelen. Vervolgens kan er weer een nieuw luchtmonster genomen worden. Deze methode kan goed geautomatiseerd worden.

2.9.7 Berekening Het monstervolume wordt berekend met de formule:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 3

waarin: V = het bemonsterd 3 volume in m Q = het

monsternemingsdebiet in m /h t = de monsternemingsduur in h De ammoniakconcentratie wordt vervolgens berekend met de formule:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

Ac = het piekoppervlak van de kalibratie NH3,c = de hoeveelheid NH3 bij de kalibratie in µg 2.9.8 Kosten Investeringskosten: ƒ 30.000,Exploitatiekosten: Laag Onderhoud: 2 uur per week

Figuur 2.9.1 Schema thermodenuder

waarin: [NH3] = de ammoniak 3 luchtconcentratie in µg/m Am = het piekoppervlak van het monster

2.10 Gaswasfles 2.10.1 Toepasbaarheid De nat-chemische methode is van toepassing op de bepaling van gasvormig ammoniak in zowel buiten als binnenlucht. Eventueel in de lucht aanwezig ammoniumaërosol moet door filtratie vooraf verwijderd worden. Aminen storen de bepaling niet. Het toepassingsgebied loopt van lage tot hoge ammoniakconcentraties (bij spectrofotometrie 3 3 b.v. van 1 µg NH3/m tot ca maximaal 140 mg NH3/m ). Gedurende de expositietijd wordt een tijdgewogen gemiddelde van de ammoniakconcentratie vastgesteld. Afhankelijke variabelen zijn: - toepassing van filter - keuze/concentratie/hoeveelheid absorptievloeistof - capaciteit/aanzuigsnelheid pomp/aantal impingers De invangstefficiëntie van deze methode wordt bepaald door 2 midgetimpingers in serie te belasten. Deze blijkt 100% te zijn. De variatiecoëfficiënt van deze methode bedraagt 5% (incl. analyse). - Spectrofotometrie (zie NEN 6472) - Titratie (zie NEN 3235)

2.10.2 Globale beschrijving Het principe van deze methode berust op het feit dat er een hoeveelheid lucht met ammoniak wordt aangezogen en door een bepaalde hoeveelheid zuuroplossing wordt geleid. Verschillende oplossingen zijn te gebruiken, b.v. zwavelzuur (0.1 N) of boorzuur (10%). Als de aangezogen lucht door deze oplossing geleid wordt zal de aanwezige ammoniak in de zuuroplossing gebonden worden. Om de ammoniakconcentratie in de bemonsterde lucht te bepalen kan gebruik gemaakt worden van verschillende methoden, b.v. spectrofotometrie of titratie.

2.10.3 Gebruikscondities Voordat de meetopstelling in de praktijk geplaatst kan worden zullen enkele voorbereidingen nodig zijn. Een oplossing van absorptievloeistof dient aangemaakt te worden. Verder moet het glaswerk gespoeld zijn en de flowmeter geijkt zijn. Op de plaats van bestemming wordt de meetopstelling geïnstalleerd. Stel de flow van het pompje in op ca 1 liter/min. Lucht wordt aangezogen via een aanzuigslang met kritisch capillair (ook gebruik maken van een glasvezel filter). De aangezogen lucht gaat door de absorptievloeistof (10 ml) in de midgetimpinger of gaswasfles. Alle monsters worden in duplo genomen. De aanzuigsnelheid van de lucht door de absorptievloeistof dient voor en na de bemonstering gecontroleerd te worden met behulp van de vooraf geijkte flowmeter. De monstertijd varieert van 90-120 minuten. Deze is te bepalen met behulp van een stopwatch. Benodigdheden:

Figuur 2.10.1

- midgetimpinger (of gaswasfles) - kritisch capillair, ca 1 l/min - pompje - flowmeter (geijkt) - stopwatch - absorptievloeistof

2.10.3.1 Spectrofotometrie

Figuur 2.10.2

Vul de inhoud van de midgetimpinger aan tot 10 ml met gedestilleerd water. Voeg een bekende hoeveelheid van deze vloeistof, aangevuld tot 4,2 ml met gedestilleerd water, samen met 0.4 ml salicylaat-reagens en 0.4 ml dichloorisocyanuraat-reagens. Meet na ca 1 uur de extinctie bij 655 nm in een 1 cm cuvet. De absorptievloeistof (verdund zwavelzuur) waarin het ammonium-sulfaat complex wordt gevormd, geeft met reagentia, na verhoging van de pH tot 12.6, een blauw-groene kleur. De concentratie wordt bepaald door de extinctie van het gekleurde complex colorimetrisch te meten en deze te relateren aan een ijklijn bepaald met een aantal bekende standaard oplossingen (zie NEN 6472). Benodigdheden: - spectrofotometer - cuvetten - kleurreagentia indofenol - pipetten - maatkolven

2.10.3.2 Titratie De inhoud van de midgetimpinger wordt teruggetitreerd met een zwavelzuuroplossing van bekende concentratie. Als indicator wordt een mengsel van methylrood en methyleenblauw gebruikt. Deze indicator kleurt van groen naar paars-violet bij titratie met zuur. De verbruikte hoeveelheid zwavelzuuroplossing is equivalent aan de gevormde hoeveelheid ammoniak (zie NEN 3235). Benodigdheden: - mengindicator (methylrood/methyleenblauw) - zwavelzuuroplossing - destillatietoestel - destillatiekolf - boorzuuroplossing

2.10.4 Berekening 2.10.4.1 Spectrofotometrie N = (A x V)/D waarin: 3 N = concentratie NH3 (mg NH3/m ) A = afgelezen concentratie NH3 uit ijkgrafiek V = verdunningsfaktor D = hoeveelheid aangezogen lucht

2.10.4.2 Titratie N = 14000 x T x (V1 - V2)/(V0 x D) waarin: 3 N = concentratie NH3 (mg NH3/m ) T = concentratie zwavelzuur V1 = hoeveelheid gebruikte zwavelzuur V2 = hoeveelheid gebruikte zwavelzuur bij blanco V0 = hoeveelheid analyse monster D = hoeveelheid aangezogen lucht

2.10.5 IJking De flowmeter dient geijkt te worden met een zeepvliesmeter. De flowmeter dient voor de instelling van de aanzuigcapaciteit van de pomp, eventueel voorzien van een kritisch capillair.

2.10.6 Kosten Materiaalkosten bemonstering (bij vier aanzuigpunten)

-

Onderdeel

Aantal

Kosten

flowmeter pomp filterhouder glasvezelfilter plastic aanzuigslang impinger kritisch capillair 4

1 1 4 4 20 m 8 ƒ

ƒ 300,ƒ 1000,ƒ 40,ƒ 1,ƒ 20,ƒ 160,1,-

totaal

ƒ

1522,-

2.11 Gasdetectiebuisjes 2.11.1 Toepassingsgebied Naast bepaling van het ventilatiedebiet is bepaling van de NH3-concentratie in de stallucht noodzakelijk teneinde de NH3-emissie te kunnen bepalen.

2.11.2 Beginsel Deze bepaling kan worden gerealiseerd door gebruik te maken van gasindicatoren. Deze indicatoren bestaan uit glazen buisjes gevuld met een reagens. Bij de meting kunnen de glazen buisjes aan weerszijden worden geopend door het uiteinde ervan af te breken. Vervolgens wordt het buisje geplaatst in de zuigmond van een met de hand te bedienen pompje. Dit pompje zuigt een bepaalde hoeveelheid (stal)lucht door het buisje. Door reactie van de in de lucht aanwezige ammoniak met het reagens treedt een voortschrijdende verkleuring op. De maat van de voortschrijding van de verkleuring kan worden afgelezen op een op het buisje aangegeven schaalverdeling. Er zijn verschillende merken van gasindicatorbuisjes en pompjes op de markt. Het reactieprincipe volgens Dräger is: broomphenolblauw als indicator NH3 + zuur ---------------------------------> ammoniumzout en volgens Kitagawa: 2NH3 + H3PO4 --> (NH4)2HPO4 De pompjes hebben een verschillend werkingsprincipe per merk. De Drägerpomp heeft een balg die samengeknepen wordt. Bij het loslaten van de balg wordt de lucht door het aangesloten buisje gezogen. Per pompslag wordt 100 cc lucht doorgezogen. De Kitagawa- en Gastec-pompen werken met een cilinder met zuiger, die door de gebruiker wordt uitgetrokken. Ook hier wordt 100 cc per pompslag doorgezogen. Ook kan een halve pompslag (50 cc) worden gerealiseerd.

2.11.3 Nauwkeurigheid Om goede waarnemingen te verkrijgen moeten enkele klimaatparameters worden gemeten, om te controleren of de metingen niet vallen buiten de gestelde limieten (temperatuur, luchtvochtigheid). Met een psychrometer kunnen de natte en droge bol temperaturen worden gemeten, waaruit de absolute en relatieve luchtvochtigheid kunnen worden afgeleid. Bij een luchtdruk afwijkend van 101,3 kPa moet de gemeten NH3concentratie worden gecorrigeerd met de faktor:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

2.11.4 Gebruikscondities De fabrikanten geven de volgende gebruikseigenschappen van gasdetectiebuisjes: Tabel 2.11.1

Gebruikseigenschappen (opgave fabrikant) van enkele gasdetectiebuisjes voor NH3 Dräger

Kitagawa

Gastec type 3La

type 3L

10-200

2-60

type

type

type

type

2a

5a

105SD

105SC

10-150

50-700

1-20

10-260

5-100

1-30

2 pompslagen

5-75

25-350

5-130

2,5-50

0,5-15

5 pompslagen

2-301)

10-140

10 pompslagen

1-15

5-701)

50 pompslagen

0,2-3

1-14

relatieve stan-daard-

15-10

15-10

10-50

10-50

0-40

0-40

5-12

5-12

-

-

aminen

aminen

aminen

aminen

water

water

meetbereik (ppm) 0,5 pompslag 1 pompslag

0,2-1

afwijking (%) temperatuurseisen (°C) eisen aan luchtvochtigheid (mg/l) interferentie met andere gassen 1)

standaardgebruik Dräger

2.11.5 Kosten Gasdetectiebuisjes variëren in prijs. NH3-buisjes kosten ƒ 5,00 - 7,00 exclusief BTW. De pompjes met standaard accessoires kosten ƒ 600 - 1.000 per stuk. De arbeidstijd voor het uitvoeren van een meting (pompen, aflezen, noteren waarde etc.) wordt geschat op ca 6 minuten.

2.11.6 Ervaringen met Dräger gasindicatoren voor NH3 en CO2 In 1990 is een onderzoek (Gezondheidsdienst voor Dieren in Noord-Nederland, 19841989) afgesloten naar de NH3-emissie uit natuurlijk geventileerde ligboxenstallen voor rundvee. Daarbij werd zowel de NH3-concentratie als ook de CO2-concentratie gemeten. Met behulp van een rekenmodel werd uit de CO2-balans het ventilatiedebiet berekend. De gemiddelde NH3-emissie per stuks grootvee bleek 0,95 kg per maand te zijn. Dit cijfer komt redelijk goed overeen met resultaten van IMAG-onderzoek te Duiven. Daar zijn in een mechanisch geventileerde rundveestal continumetingen gedaan met de NH3converter + NOx-analyser in combinatie met de meetventilator. De NH3-emissie bedroeg daar circa 1 kg per koe per maand.

2.11.7 Vergelijkend onderzoek In 1991 is een oriënterend vergelijkend onderzoek van Dräger- en Kitagawa-gasindicatiebuisjes voor NH3 uitgevoerd door KEMA in Arnhem. Aan de juistheid van de proefomstandigheden wordt getwijfeld. Daarom wordt momenteel gewerkt aan een nieuw vergelijkend onderzoek bij IMAG-DLO te Wageningen, waarin beide fabrikanten participeren. De resultaten van dat onderzoek worden met belangstelling tegemoet gezien.

2.12 Elektrochemische cel 2.12.1 Onderwerp Deze methode betreft de bepaling van ammoniak in lucht. De sensor kan passief dan wel actief via een rvs. adapter en een pomp bemonsteren. De ammoniak komt via diffusie door een teflon membraan in de vloeistof van de cel. Het stroompje dat ontstaat doordat deze ammoniak reageert in een redoxreactie is de maat voor de ammoniakconcentratie in de lucht.

2.12.2 Toepassingsgebied Sensoren op basis van een elektrochemische cel worden meestal gebruikt als alarmmelders. Ze moeten dus waarschuwen in situaties waar een gasconcentratie door een storing plotseling te hoog oploopt. Het meetbereik van dit type sensoren ligt vaak in het bereik van 5 - 100 ppm. Een hoger meetbereik is echter mogelijk. Elektrochemische sensoren lijken op dit moment niet geschikt voor continue meting van ammoniak. Een mogelijke oplossing is het intermitterend aanbieden van schone en ammoniakhoudende lucht. Het om en om 6 minuten aanzuigen van schone en vervuilde lucht geeft een bevredigend resultaat (Boshouwers, 1991). Het meetbereik begint in deze meetsituatie bij 10 ppm. Dit in verband met de drift rond het nulpunt zoals ook duidelijk wordt uit de metingen in bijlage 0.

2.12.3 Beginsel Aan de basis van dit meetprincipe ligt een redoxreactie met ammoniak. De werking, o.a. de selectiviteit, van de cel wordt ondermeer bepaald door de keuze van: - de reagentia in het elektroliet van de cel, - het materiaal van de werk- en de tegenelektrode, - de spanning over deze elektroden. Een redoxreactie bestaat uit een combinatie van twee halfreacties een oxydatie en een reductie. Voor de NH3-sensor kan deze redox-reactie beschreven worden als: De processen die zich in Install Equation Editor and doublede cel afspelen zijn click here to view equation. temperatuur- en drukgevoelig. In de Drägersensor wordt m.b.v. een NTC een temperatuurcorrectie uitgevoerd. Volgens Interscan (Shaw, M, persoonlijke mededeling) is dit niet goed mogelijk omdat de temperatuurcoëfficiënten van de zero- en spaninstelling niet gelijk zijn. Door een geschikte keuze van een combinatie van halfreacties kan een zekere selectiviteit bereikt worden. In het voorbeeld van NH3 is duidelijk dat H2S ook een geschikte halfreactie oplevert. Het transport van ammoniak van de lucht naar het elektroliet in de cel vindt plaats via diffusie door een teflonmembraan. Tussen de reagentia in het elektroliet van de cel en het weggevangen gas verloopt een redoxreactie. Als gevolg van deze redoxreactie loopt er een stroom tussen de werk- en de tegenelektrode van de elektrochemische cel. Deze stroomsterkte is de grootheid die gemeten wordt.

2.12.4 Toestellen en hulpmiddelen De meeste elektrochemische cellen worden gebouwd met 3 elektroden (figuur 0) nl.: - de werkelektrode: aan deze elektrode (kathode) vindt de reactie met het te meten gas plaats. - de tegenelektrode: aan deze elektrode (anode) vindt de andere helft van de redoxreactie plaats. - de referentie-elektrode: m.b.v. deze elektrode wordt een bekende spanning over de werk- en de tegen-elektrode aangelegd. Teneinde de gewenste redoxreactie in de cel te laten verlopen wordt over de werk- en de tegenelektrode een vaste spanning aangebracht. Om een goed bekende en constante spanning te kunnen genereren over de werk- en de tegenelektrode wordt gebruik gemaakt van een referentie-elektrode (b_v: Ag/AgCl of Pt/H2).

2.12.2 Gebruikscondities Over de gebruikscondities kan, heel algemeen, het volgende worden opgemerkt: - De sensor kan passief, alleen diffusie van NH3, gebruikt worden, of actief met een pomp en een doorstroomvaatje. - Stof mag niet op de membraan van de cel terecht komen. - Interferentie met andere gassen is aanwezig. - Kruisgevoeligheid voor aminen (opgave Dräger): 100 ppm dimethylamine 100 ppm trimethylamine 100 ppm dimethylamineFiguur 2.12.1 Schematische weergave electrochemische cel ethylamine ≡ 40 ppm NH3 - Voor continue ammoniakmeting in met ammoniak verontreinigde lucht is dit type sensor niet geschikt zie (bijlage 0). - Bij intermitterend gebruik, om en om 6 min schone en ammoniakhoudende lucht, is de sensor bruikbaar vanaf een ammoniakconcentratie van 10 ppm. - Dit type sensor is goed bruikbaar als alarmgever bij bijvoorbeeld het overschrijden van de MAC-waarde door een calamiteit.

2.12.3 Mogelijkheden tot kalibratie De sensor moet met zowel nullucht als kalibratiegas worden afgeregeld. Tijdens de in bijlage 0 beschreven test bleek de nulinstelling niet goed mogelijk een afwijking van 1 à 2 ppm was aanwezig. Tevens zal het testen van de lineariteit nodig zijn. Uit ervaringen (Boshouwers, 1991) blijkt dat de sensor in het aangegeven meetbereik ook na enkele maanden intermitterend meten in een stal niet of nauwelijks hoeft te worden bijgeregeld.

2.12.4 Slotopmerkingen Uit ervaringen met andere sensoren voor het meten van ammoniak op basis van een elektrochemische cel blijkt dat een dergelijke sensor zeer snel en redelijk accuraat reageert op plotselinge ammoniakpieken. Maar bij een continue blootstelling zakt het afgegeven signaal onder de verwachte meetwaarde. In de Drägersensor zou dit probleem opgelost zijn d.m.v. een extra reservoir met reagens. Dit inzakken van het meetsignaal heeft vaak te maken met de snelheid van een van de redoxreacties in de elektrochemische cel. Van H2S-sensoren gebaseerd op dit meetprincipe is bekend dat in de cellen een ophoping van S kan plaatsvinden. De vervolgreacties waarin S uiteindelijk 2wordt omgezet in SO4 verloopt te traag. De afwijking in het meetsignaal is afhankelijk van concentratie en blootstellingsduur.

Literatuur Boshouwers, F.M.G., 1991. Persoonlijke mededeling. Shaw, M. Folders van Interscan Corporation getiteld: "Everything you wanted to know about toxic gas monitors" en "More straight talk about toxic gas monitors".

2.13 Passieve meetmethoden 2.13.1 Inleiding Passieve meetmethoden bieden ten opzichte van actieve meetmethoden soms grote voordelen bij gebruik. Voordelen zijn het niet noodzakelijk zijn van een pomp of ander middel om actief lucht voor bemonstering aan te zuigen, de lage prijs en gemakkelijk transport door de geringe afmetingen. Zonder de noodzaak tot elektrische aansluitingen kunnen tegen relatief geringe kosten met grote aantallen monsternemers complexe situaties worden doorgemeten. Nadelen zijn echter ook aanwezig. Doordat de monstername gebaseerd is op de diffusie van het te meten gas naar een reactief oppervlak, is de bemonsterde hoeveelheid per tijdseenheid in vergelijking tot actieve meetmethoden laag. Daar staat tegenover, dat een passieve meting integrerend is in de tijd. Bij lage gasconcentraties (ppb-sfeer) moet de expositieduur lang zijn (12 uur), om detecteerbare hoeveelheden aan het reactieve oppervlak te binden. Bij hoge concentraties kan met een korte expositieduur worden volstaan (minuten-uren). De opgegeven middelingstijden gelden voor badges. Voor buisjes liggen deze, afhankelijk van de lengte, omstreeks een faktor 20 tot 50 hoger. Bij hoge concentraties, zoals voor ammoniak in stallen (ppm-sfeer) moet de expositietijd worden beperkt tot maximaal enkele dagen om overlading, en het daarbij niet meer juist functioneren van de badge te voorkomen. Het diffusieproces in een open meetsysteem kan verstoord worden door binnentredende luchtwervels, zodat de diffusielengte, die in de berekeningen van de gemiddelde concentratie een rol speelt, niet meer is gedefinieerd. Met het doel deze nadelen zoveel mogelijk te elimineren, zijn een groot aantal typen passieve monsternemers ontwikkeld. De volgende beschrijving beperkt zich tot twee typen passieve monsternemers, het Palmes-type buisje en de Willems-badge, die voor meting van ammoniak geschikt zijn gemaakt.

2.13.2 Het principe van de meting Een passieve sampler bestaat in principe uit een vaatje of buisje van inert materiaal, met een reactief oppervlak op de bodem, specifiek voor een bepaalde component. Dit reactieve oppervlak kan bestaan uit een met vloeistof of vaste stof geïmpregneerd filter of metalen gaasje. Het reagens en de drager worden gekozen in afhankelijkheid van de te bepalen stof. De evenwichtsconcentratie van het gereageerde gas met de lucht moet zeer laag zijn en het reagens mag niet verdampen of sublimeren, waardoor depositie elders in de monsternemer optreedt. Bij open buisvormige monsternemers als het Palmes-buisje bepalen de lengte en de diameter van de buis de weerstand tegen transport van het gas naar het reactieve oppervlak. Aannemende dat we in de buis een stilstaande luchtlaag aantreffen gaat het transport via moleculaire diffusie, zodat volgens de wet van Fick geldt; waarin: Install Equation Editor and doubleJ = massastroom van click here to view equation. (1) gas (NH3) (µg/s) D = diffusie-coëfficiënt 2 van gas in lucht (m /s) 2 A = oppervlak van de opening van de sampler (m ) 3 C = externe concentratie van het gas in lucht (µg/m ) 3 Co= evenwichtsconcentratie van het gas boven het absorbens (µg/m ) L = diffusielengte (m) Uit de formule blijkt, dat we de massastroom (opgevangen hoeveelheid gas per tijdseenheid) kunnen vergroten door het oppervlak van de sampler te vergroten en/of de diffusielengte korter te maken. Een voordeel is dan de verkorte monstertijd, die nodig is om voldoende gas te vangen om boven de detectiegrens van de chemische analysemethode uit te komen. Met het Palmes-buisje zijn metingen met buisjes met een lengte van 82 mm en met buisjes met een lengte van 30 mm uitgevoerd. Een nadeel van de open Palmesbuisjes is, dat turbulentie aan de ingang de diffusie in het buisje kan verstoren. Vooral bij de verkorte buisjes kan dat in turbulente omgeving aanleiding geven tot relatief grote fouten. Het Palmes-buisje is daarom slechts bruikbaar in een omgeving, waar lage luchtsnelheden (tot 1 m/s) voorkomen en de lucht weinig turbulent is (Willems, 1988). De meetmethode met Palmesbuisjes is voor NO2 uitvoerig getest in woonhuizen, waarbij lage luchtsnelheden en een luchtverversingsgraad van één à twee maal per uur voorkomen. In stallen zijn metingen met Palmes-buisjes uitgevoerd, doch heeft geen vergelijking met een onafhankelijke meetmethode plaatsgevonden. Hoewel in stallen in het algemeen de verversingsgraad hoger is dan in woonhuizen en bijgevolg de luchtbewegingen wat

sterker zijn, mag toch worden verwacht, dat deze methode ook in stallen goed zal werken. Plaatsen met sterke luchtbewegingen dienen echter te worden gemeden. Door de vrij hoge diffusieweerstand leent deze methode zich goed voor langdurige metingen (uren) en hoge concentraties. Voor kort durende metingen bij hoge concentraties en metingen bij lage concentraties is het gewenst de diffusielengte te verkorten en/of het oppervlak te vergroten. Om de eerder vermelde redenen is dat bij een Palmesbuisje niet mogelijk. Voor dit type metingen werd de Willems-badge ontworpen, waarbij het hydrofobe ingangsmembraan ten doel heeft een turbulentie-vrij diffusiegebied te creëren. Door een korte diffusielengte (2 mm) aan te houden en een relatief groot oppervlak (5,309 2 cm ) te kiezen, binden deze badges per tijdseenheid relatief veel gas. De turbulentie, die bij hogere luchtsnelheden optreedt wordt aan het ingangsfilter gedempt, zodat de meting onder deze omstandigheden niet wordt verstoord. In de huidige constructie ligt het ingangsfilter door een aandrukring wat dieper in de badge. Mede hierdoor ontstaat bij luchtsnelheden lager dan 1,2 m/s een stagnerende luchtlaag vóór dit filter. De weerstand tegen gastransport, die eerst alleen uit de weerstand van de stilstaande luchtlaag in de badge en de weerstand van het ingangsfilter bestond wordt dan vergroot met de weerstand van een diffusielaag van onbekende dikte vóór het ingangsfilter. Deze extra weerstand is, net als bij een Palmes-buisje, afhankelijk van de luchtsnelheid en de turbulentieintensiteit. Correctie voor die extra weerstand is in het luchtsnelheidsgebied van enkele tientallen cm/s niet goed mogelijk. Voor badges verandert de eerder genoemde formule voor de massastroom van NH3 als volgt: waarin de Install Equation Editor and doublediffusieweerstand (L/D uit click here to view equation. (2) vergelijking (1)) is vervangen door de totale weerstand, Rt, die voor de badge gegeven wordt door: waarin:Rd = Install Equation Editor and doublediffusieweerstand van click here to view equation. (3) luchtlaag in badge(=L/D)(s/m) Rf = weerstand van ingangsfilter (s/m) Rg = extra weerstand door ontstaan van externe grenslaag (s/m) Voor ammoniak is Rd = 88 s/m (bij 20°C) en Rf = 46 s/m. Rg is gelijk aan 0 onder buitenluchtomstandigheden bij windsnelheden boven 1 m/s en in ventilatiekanalen bij luchtsnelheden boven 2 m/s. Onder binnenluchtomstandigheden is Rg afhankelijk van de stromingscondities. Zowel het Palmes-buisje als de Willems-badge zijn getest in windtunnels, onder buitenluchtomstandigheden en, voor wat de Willems-badge betreft, in stallen. De daarbij opgedane ervaringen worden onderstaand samengevat; - In windtunnels (en dus ook in vergelijkbare omstandigheden als ventilatiekanalen e.d.) voldoet de Willems-badge goed bij luchtsnelheden groter dan 2 m/s. Als waarde voor Rt kan dan 132 s/m worden aangehouden (bij 20°C). Het Palmesbuisje is voor deze omstandigheden ongeschikt. - In de buitenlucht is de Willems-badge goed te gebruiken bij windsnelheden groter dan 1 m/s; ook dan kan een Rt waarde van 132 s/m worden aangehouden. Het Palmesbuisje geeft hier een overschatting van de concentratie door inslag van turbulentie. Bij windsnelheden lager dan 1 m/s (die overigens overdag betrekkelijk weinig, doch 's nachts vaker voorkomen) is geen van beide methoden beproefd, maar moet op theoretische gronden aan het Palmes-buisje de voorkeur worden gegeven. - In afgesloten ruimten doen zich een aantal mogelijkheden voor: a.nagenoeg stilstaande lucht; verversingsgraad minder dan 1 maal per uur (doet zich in de praktijk vrijwel niet voor in woningen of stallen): noch het Palmes-buisje, noch de Willems-badge zijn geschikt door het optreden van grote externe weerstanden tengevolge van stilstaande lucht. b.geen duidelijk meetbare luchtsnelheden; luchtverversingsgraad groter dan 1 maal per uur ( de meestal voorkomende situatie in woningen en stallen). In woningen, met waarschijnlijk een wat geringere verversingsgraad dan in stallen, zijn goede ervaringen met de Palmes-buisjes opgedaan, waarbij de totale weerstand rechtstreeks uit fysische gegevens is af te leiden. In stallen blijkt de Willems-badge goed bruikbaar. De totale weerstand heeft een waarde van ca. 380 s/m, met een spreiding van ruim 20 %. Een grotere nauwkeurigheid is vereist. Hiertoe dient Rt voor elke stal apart te worden bepaald uit gelijktijdige metingen met de badge en een onafhankelijke referentiemethode. Op grond van beperkte gegevens lijkt de waarde van Rt voor één en de zelfde stal binnen 5 % constant te zijn.

c.duidelijk meetbare luchtsnelheden, zoals in de buurt van openstaande deuren en in de buurt van afzuigventilatoren: hier dient het Palmes-buisje niet te worden gebruikt, terwijl ook het gebruik van de Willems-badge moet worden afgeraden, tenzij de -1 luchtsnelheid groter is dan 2 m.s .

2.13.3 Conclusies Voor het gebruik van passieve meetmethoden in stallen komen het Palmesbuisje en de Willems-badge in aanmerking. Beide passieve samplers zijn geschikt voor langdurige metingen. Bij de Willems-badge dient, daar de nauwkeurigheid van de metingen beter moet zijn dan 20 %, de totale weerstand Rt per stal te worden vastgesteld met behulp van referentiemetingen. Voor metingen van korte duur is de Willems-badge meer geschikt dan het Palmesbuisje in verband met de lagere detectiegrens. In luchtafvoerkanalen met -1 luchtsnelheden groter dan 1 m.s is het Palmesbuisje niet bruikbaar. In die situatie is de Willems-badge, zonder de noodzaak van referentiemetingen bruikbaar. Het oppervlak van de badge moet dan parallel aan de stromingsrichting van de lucht worden geplaatst.

2.13.4 Passieve sampler (Willems-badge) 2.13.4.1 Onderwerp Een passieve methode wordt beschreven om ammoniak in lucht te bepalen, gebruik makend van gasdiffusiemonsterneming. Een geschikte analysemethode voor ammoniak dient om de gemonsterde hoeveelheid ammoniak te bepalen en de concentratie in lucht te berekenen.

2.13.4.2 Toepassingsgebied De methode is van toepassing op de bepaling van gasvormig ammoniak in zowel buitenals binnenlucht. Eventueel in de lucht aanwezig ammoniumaërosol en/of aminen storen de bepaling niet. De badges zijn bruikbaar voor stationaire en persoonlijke metingen. De monsterneming in binnenlucht (stallen) kan mobiel plaatsvinden, mits het transport zich langzaam en zonder schokken voltrekt. Hierbij wordt elke plek in de stal bemeten en alle concentraties worden per badge uitgemiddeld. Bij mechanisch geventileerde stallen kan de meting stationair nabij ventilatoren plaatsvinden, mits de luchtsnelheid ter plaatse groter is dan 2 m/s. De werking van de badge is onafhankelijk van de ammoniak-concentratie in de lucht; de ondergrens wordt bepaald door de detectielimiet van de analysemethode, en de bovengrens door de verzadiging van het adsorbens met ammoniak. Bij een expositietijd 3 van 10 minuten is het meetbereik 0,26 - 1350 mg/m . (De maximale capaciteit is zonodig met een faktor 2 te vergroten.)

2.13.4.3 Beginsel De Willems-badge wordt, door deze te openen, een bepaalde tijd aan de lucht blootgesteld. Het te bepalen ammoniak in de lucht diffundeert in de badge naar het adsorbens en wordt als ammonium-ion opgeslagen. Na de expositie wordt in een wateroplossing na toevoegen van reagentia de ammoniak vrijgemaakt bij hoge pHwaarde; hierbij ontstaat een gekleurde verbinding (indofenol) waarvan de intensiteit spectrofotometrisch wordt bepaald. Uit de gemonsterde hoeveelheid ammoniak kan met behulp van de apparaatconstanten, de diffusiesnelheid van ammoniak en de monsternemingsduur, de concentratie van ammoniak in de lucht worden berekend.

2.13.4.4 Apparatuur

De Willems-badge bestaat uit polystyreen onderdelen met een goed sluitend polytheen deksel. Fig 2.13.1 Schematisch overzicht van de Willems-badge. A = omhulsel D= teflonmembraan B = reactiefilter C = afstandsring

2.13.4.5 Prepareren

Het prepareren van de badge dient in een NH3-vrije omgeving (glovebox met gereinigde lucht) plaats te vinden. Bij het prepareren wordt een met wijnsteenzuur gecoat glasvezelfilter (Whatman GF-A) in de badge gelegd, en de afstandsring van 2 mm wordt aangebracht. Hierop komt een teflon membraanfilter (poriën van 5 µm) te liggen. Het geheel wordt door een ring van 3 mm aangedrukt en gefixeerd, waarna de badge wordt gesloten. In gesloten toestand is de houdbaarheid van de badge bij kamertemperatuur minstens 1 maand.

2.13.4.6 Monsterneming Voor de monsterneming wordt het deksel van de badge verwijderd, waarbij voor kortdurende exposities met een stopwatch de blootstellingsduur wordt gemeten. (Indien enige uren tot 1 dag wordt gemonsterd speelt de nauwkeurigheid van de tijdmeting een relatief geringere rol.) Bij stationaire- of mobiele metingen worden de badges met de opening naar beneden opgehangen. Bij persoonlijke metingen kan de badge m.b.v. een veiligheidsspeld worden bevestigd aan de kleding in de ademhalingszone. Let er bij metingen in stromende lucht op dat het filteroppervlak zich zoveel mogelijk evenwijdig aan de stromingsrichting bevindt. Na de monsterneming wordt de badge goed gesloten; op deze wijze kan de beladen badge tot minstens 1 maand bewaard worden bij kamertemperatuur alvorens te analyseren. Representatieve monsterneming in stallen heeft specifieke kenmerken, en kan bij passieve monsterneming mobiel plaatsvinden. Bij mobiele monsterneming worden enige badges op een voor dieren net niet bereikbare hoogte door de gehele stal vervoerd langs een soort kabelbaantje met een snelheid van 1 m/min. De badges bemonsteren op hun weg elk luchtpakketje, waardoor de stal-ammoniak-concentraties per badge worden uitgemiddeld. Op deze wijze wordt een hoge reductie van het benodigde aantal badges verkregen. Bij mechanisch geventileerde stallen kan stationaire monsterneming plaatsvinden in de nabijheid van afzuigventilatoren, mits de luchtsnelheid ter plaatse groter is dan 2 m/s.

2.13.4.7 Analyse De gevoeligheid en selectiviteit van de analysemethode is bepalend voor het resultaat van de monsterneming. Goede resultaten worden verkregen met spectrofotometrische analyse (gemodificeerde indofenol-methode). De minimale expositietijd wordt bepaald aan de hand van de detectiegrens van de analysemethode, waarbij de gemiddelde blanco-waarde, vermeerderd met 3 * de standaardafwijking, als norm dient. De op deze wijze bepaalde detectiegrens bedraagt 0,08 µg.

2.13.4.8 Berekeningen De concentratie in de lucht (C) wordt berekend uit de door de badge gemonsterde hoeveelheid NH3 (Q), de totale weerstand van de badge (Rt), het oppervlak van de badge (A) en de expositietijd (t), volgens: Voor waarden van Rt wordt Install Equation Editor and doubleverwezen naar paragraaf 0. click here to view equation. De temperatuur en de atmosferische druk hebben

E F

invloed op de diffusie van gassen. De theoretische invloed van de temperatuur op de diffusiecoëfficiënt van NH3 in lucht bedraagt ca. 6,5 % toename van D bij een toename van de temperatuur van 10°C. De diffusiecoëfficient is recht evenredig met de druk. De diffusieweerstand, Rd, kan voor deze temperatuur- en drukinvloeden gecorrigeerd worden volgens (uitgaande van een waarde van 88 s/m bij een temperatuur van 20°C en een druk van 101,3 kPa):

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

[s/m]

Wanneer voor Rt niet de gemiddelde waarde voor stallen van 380 s/m wordt gebruikt, maar deze uit referentiemetingen wordt afgeleid, geldt daarbij het volgende verband:

waarin: 3 C = NH3-concentratie in de lucht (µg/m ) 3 = NH3-concentratie gemeten met referentiemethode (µg/m ) Cref Q = vastgestelde hoeveelheid NH3 (µg) = vastgestelde hoeveelheid NH3 in de badge naast de referentiemeting (µg) Qbr Rt = totale weerstand van de badge (s/m) p = atmosferische druk (kPa) 293,2 = standaardtemperatuur in Kelvin bij 20 °C -4 2 D = diffusiecoëfficiënt NH3 in lucht (0,228 x 10 m /s) -4 2 A = oppervlakte badge-opening (5,309 x 10 m ) t = expositietijd (s) 101,3 = standaard atmosferische druk (kPa) T = temperatuur tijdens monsterneming (°C)

2.13.4.9 IJking badges De ijking van badges houdt het bepalen van de totale weerstand (Rt) in. Hiervoor is een betrouwbare referentiemethode nodig onder de gebruiksomstandigheden. Bij de vakgroep Luchtkwaliteit van de LUW in Wageningen wordt als referentie gebruik gemaakt van -1 gestaafde denuders. Bij een monsternamedebiet van 0,5 l.min vindt geen doorslag van NH3 plaats. De feitelijke NH3-concentratie (Cref) kan hiermee binnen 2% nauwkeurig worden bepaald. Gelijktijdig met de denuders worden badges geëxposeerd. De Rtberekening vindt plaats volgens bovenstaande formule.

2.13.4.10 Precisie Bij praktijkmetingen is gebleken, dat de variatiecoëfficiënt binnen duplo-metingen ca. 5% bedraagt.

2.13.4.11 Kosten en tijd De materiaalkosten van de Willems-badge zijn, inclusief het teflonfilter, ca. ƒ 2,50. Alle onderdelen kunnen na reiniging steeds worden hergebruikt. De bewerkingen (prepareren en analyseren) worden seriematig uitgevoerd, hetgeen tot gevolg heeft dat de bestede tijd ca. 5 minuten per badge vergt. Alle werkzaamheden zijn uitvoerbaar door een analist (M.B.O.)

Literatuur Bogaard, A., 1991. Een onderzoek naar de temperatuur, de windsnelheid en de badgestand op de transportweerstand in de Willems-badge. Luvo-Wageningen V 291. Brown, R.H. et al. Feasibility study on the use of diffusive samplers for monitoring of ambient air. Occupational Hygiene Laboratories, Health and Safety Executive, London. Steenhuisen, J., 1992. Invloed van de temperatuur op de diffusie van gassen. LuvoWageningen IV 168. Willems, J.J.H., 1988. Spectrofotometrische analyse van ammoniak. Luvo-Wageningen IV 120. Willems, J.J.H., 1989. Passieve monsterneming van ammoniak. (Willems-badge) LuvoWageningen IV 129. Willems, J.J.H., 1990. Diffusie van ammoniak door een teflonmembraan. LuvoWageningen IV. Willems, J.J.H. & P. Hofschreuder, 1990. A passive monitor for measuring ammonia. In: EEG - Air Pollution Research Report 37, Roma, pp. 99-119. Willems, J.J.H., 1991. Mobiel monsternemingsysteem voor NH3-meting in stallen. LuvoWageningen IV 162. Willems, J.J.H. & J. Steenhuizen, 1991. Passieve ammoniak-monsterneming in stallen.(stationaire metingen versus mobiele monsterneming). Luvo-Wageningen IV 163. Willems, J.J.H. & E.H. Adema, 1992. Passive monitoring of NH3, SO2, NO2, and ozone. In: Proceedings EEG-workshop, Air Pollution Res. Rep. 41, pp. 159-170, Rome. Willems, J.J.H. & H. Harssema, 1993. Ammoniakemissie geitenstal (natuurlijke ventilatie), Rapport IV-181, Vakgroep Luchtkwaliteit Landbouwuniversiteit Wageningen.

2.13.5 NH3-bepaling met buisvormige samplers De methode voor de bepaling van NH3 met buisvormige samplers is een variant op de Palmes tube, waarmee oorspronkelijk NO2 werd gemeten. Een verschil hiermee is de drastisch verkorte diffusielengte van 82 tot 30 mm, teneinde de gevoeligheid te vergroten. De sampler bestaat uit een polycarbonaatbuisje met een diameter van ca. 10 mm, dat aan één zijde open is. Het absorptiefilter bestaat uit een glasvezelfilter (Whatman GF-A) dat gecoat is met (bij voorkeur) wijnsteenzuur. De buisjes zijn zeer gevoelig voor wind en turbulentie. Ten gevolge van de relatief grote diffusielengte (30 mm versus 2 mm bij 2 2 badges) en de geringe oppervlakte (0,7 cm versus 5,3 cm bij badges) is de detectiegrens een faktor 25 lager dan van de badges. De maximale capaciteit van de buisjes om NH3 te binden is een faktor 8 lager dan van de badges en bedraagt ca. 25 3 mg/m bij een monsterduur van 1 uur. De meetnauwkeurigheid is ca. 15%.

Literatuur Adema, E.H. et al, 1989. On the role of ammonia on the quality of the needles and roots of Norway Spruce in South Bohemia. LU-Luvo Wageningen R450. Adema, E.H. et al. The determination of NH3-concentration gradients in a Spruce forest in South Bohemia, CSSR, using a passive sampling technique (LU-Luvo R501, to be published).

2.14 Differentiële optische absorptie spectroscopie (DOAS) 2.14.1 Toepassingsgebied Meetinstrumenten op basis van differentiële optische absorptie spectroscopie zijn nog maar kort commercieel verkrijgbaar. Er zijn versies voor immissiemetingen en voor emissiemetingen. In beide gevallen gaat het om open pad spectrometers, waarbij de lichtweg waarin de optische absorptie wordt gemeten uit respectievelijk de vrije atmosfeer (immissie) en de doorsnede van een afgaskanaal (emissie) bestaat. Door gebruik te maken van een eenvoudige cilindrische gascel (10-100 cm) of een White cel met meervoudig gevouwen lichtweg (2-40 m) kunnen ook extractieve metingen worden uitgevoerd. Emissiemetingen kunnen worden uitgevoerd met lichtwegen tussen 0,1 en 10 m en immissiemetingen voor paden vanaf 100 m tot enkele kilometers, waarbij de gemiddelde concentratie in de lichtweg wordt bepaald. De onderste detectiegrens van de concentratie is afhankelijk van de lengte van de lichtweg en van de middelingstijd van de meting (in verband met de signaal-ruis verhouding) die minimaal 1 min bedraagt. De detectiegrens voor ammoniak (uitgedrukt in het produkt van weglengte en concentratie) bedraagt bij een middelingstijd van 5 min. ca. 0,6 ppm.m. De bovengrens van het concentratiebereik loopt tot 10.000 ppm.m.

2.14.2 Beginsel De differentiële absorptie spectrometer bestaat in essentie uit een breedbandige lichtbron (een hoge druk Xenon-lamp die licht uitzendt in het golflengtegebied van 200-700 nm) en uit een ontvanger waarin het licht op een glasvezelkabel wordt gefocusseerd via welke de ontvanger met een snel scannende (100 Hz) spectrofotometer is verbonden. Zender en ontvanger worden op enige afstand van elkaar in het veld opgesteld, dan wel diametraal tegenover elkaar in de wand van een afvoerkanaal geplaatst. Door het meten van de differentiële absorptie in een golflengtegebiedje (typische waarde 40 nm breed) waar de te meten verbinding een karakteristieke absorptieband of spectrale fijnstructuur vertoont kan via de wet van Lambert-Beer de concentratie van die verbinding worden bepaald: log (I'o)/I) = ε' . c . l waarin I'o de lichtintensiteit in afwezigheid van differentiële absorptie, I de lichtintensiteit in aanwezigheid van differentiële absorptie, ε' de differentiële absorptiecoëfficiënt, die in het algemeen kleiner is dan de totale absorptiecoëfficiënt ε die gedefinieerd is ten opzichte van de werkelijke Io, l de weglengte en c de concentratie in de lichtweg. Een (door de fabrikant geselecteerd, en niet vrijgegeven) golflengtegebiedje wordt gedurende een in te stellen integratietijd met een frequentie van 100 Hz afgetast waarbij enkele honderden signaal samples per scan worden vastgelegd. Het aldus verkregen ruwe absorptiespectrum wordt langs mathematische weg ontdaan van alle breedbandige bijdragen van voornamelijk instrumentale aard, waarna de karakteristieke absorptie fijnstructuur van de te meten verbinding overblijft. Dit spectrum wordt via een kleinste kwadraten fit vergeleken met een in het geheugen opgeslagen gekalibreerd spectrum van de verbinding, waaruit de concentratie wordt berekend. De tijd benodigd voor de concentratieberekening is niet verwaarloosbaar klein, zodat dit gaat ten koste van de continuteit van de meting. Omdat de differentiële absorptie spectrometer als multicomponent meetinstrument wordt geleverd (er kunnen meerdere golflengtegebiedjes achtereenvolgens worden gemeten) is het in principe mogelijk langs mathematische weg de bijdragen van meerdere stoffen aan de absorptie in een bepaald golflengtegebiedje te scheiden. Op deze wijze kan dus worden gecorrigeerd voor de aanwezigheid van storende stoffen. De gekalibreerde absorptiespectra van potentiële storende stoffen dienen dan eveneens in het geheugen te worden opgeslagen. Een dergelijke meetprocedure gaat wel ten koste van de meettijd voor de hoofdcomponent, in dit geval ammoniak. De spectrofotometer is samengebouwd met dataverwerkings- en besturingselektronica, een harde schijf voor dataopslag, een procescomputer en een modem. Het gehele systeem kan via een PC, menu-gestuurd worden bediend.

2.14.3 Gebruikscondities De zender en ontvanger kunnen op de meetplek worden opgesteld of in het luchtafvoerkanaal worden gemonteerd. In verband met de uitlijning van zender en ontvanger is een stevige stabiele opstelling noodzakelijk. Doordat de ontvanger via een glasvezelkabel

met de spectrometer is verbonden kan deze op enige afstand (10-100 m afhankelijk van de golflengte van het te meten spectrale gebied) van de ontvanger worden geplaatst. Uiteraard dient aan dit deel van het instrumentarium enige bescherming te worden geboden tegen vuil en water. Overigens zijn er geen grotere beperkingen ten aanzien van omgevingscondities dan voor andere meetinstrumenten. De lichtweg dient vrij te zijn van obstakels. Een incidentele korte onderbreking van de lichtweg is geen probleem. Tegen vervuiling van zender en ontvanger dient te worden gewaakt. Het meetinstrument registreert overigens de ontvangen lichtintensiteit, zodat het teruglopen ervan tijdig kan worden gesignaleerd. Het te sterk teruglopen van de lichtintensiteit verslechterd de signaal ruis verhouding en dus de detectiegrens van de concentratiemeting en de nauwkeurigheid daarvan. Een teruglopende lichtintensiteit kan ook een indicatie zijn voor de noodzaak tot het vervangen van de lamp, die slechts een beperkte levensduur heeft. Op de spectrometer kunnen meerdere zender/ontvanger combinaties worden aangesloten, zodat via multiplex technieken concentraties over meer dan één lichtweg kunnen worden gemeten. Daarnaast biedt het data-acquisitie systeem faciliteiten om ook gegevens van andere sensoren op te nemen. Met het enige type meetinstrument dat thans beschikbaar is, is nog maar weinig ervaring opgedaan in de praktijk van metingen in stallen of de afvoerkanalen daarvan. Er is daarom nog weinig inzicht in de praktische toepassing van deze techniek. Een belangrijk voordeel van deze niet extractieve meetmethode is gelegen in het vermijden van monsternemings- en conditioneringssystemen, die in het geval van ammoniakmetingen gemakkelijk aanleiding kunnen geven tot systematische fouten.

2.14.4 Kalibratie Er is een kalibratie-eenheid beschikbaar waarmee de instrumentele nul van het instrument kan worden afgeregeld (frequentie volgens fabrikant eens per maand, of na transport). Eveneens volgens de fabrikant is verdere ijking, door de vergelijking van de gemeten absorpties met gekalibreerde referentiespectra, niet nodig. Dit standpunt is op zijn minst voor discussie vatbaar. IJking van de differentiële absorptie spectrometer met behulp van gasmengsels van bekende concentraties is gezien het open optische pad niet eenvoudig te realiseren. Dit geldt zeker voor de immissie versie. Een vergelijking van het meetresultaat met conventionele meetmethoden (of liever nog een standaard referentiemethode), die langs de gebruikelijke weg zijn gevalideerd en gekalibreerd, is de meest voor hand liggende oplossing. Voor de emissie versie bieden de beschikbare cilindrische cellen, waarmee zender en ontvanger kunnen worden verbonden een oplossing. Deze cellen kunnen dan doorstroomd worden met gasmengsels van bekende concentratie. Kortere cellen dan de weglengte die in de praktijk wordt gebruikt zijn geen probleem, zolang de extinctie in het juiste bereik ligt.

2.14.5 Nauwkeurigheid Er zijn nog nauwelijks meetresultaten bekend die een goed inzicht geven in de juistheid en reproduceerbaarheid van ammoniakconcentraties gemeten met DOAS. Ervaring met andere stoffen dan ammoniak duiden op de haalbaarheid van een zeer goede lineariteit (afwijkingen < 1 %) en herhaalbaarheid (1 % relatieve standaarddeviatie). De fabrikant geeft een nulpuntsdrift van 1,5 ppm.m per maand. Zonder onafhankelijke kalibratie zal de juistheid van de meting worden bepaald door de onzekerheid van de differentiële absorptiecoëfficiënt, die door de fabrikant wordt geleverd. Systematische fouten kunnen optreden door absorptiebanden van andere, mogelijk niet geïdentificeerde, verbindingen in het meetgas die in hetzelfde golflengtegebied liggen en een gelijkvormige structuur hebben als die van het meetgas. De noodzaak tot scheiding van bijdragen van verschillende stoffen in het gemeten spectrale gebied zal de nauwkeurigheid verminderen.

Literatuur Edner H., A. Sunesson, S. Svanberg, L. Unéus & S. Wallin, 1986. Differential optical absorption spectroscopy system used for atmospheric mercury monitoring. Applied Optics, 25, pp. 403-409.

Platt U., D. Perner & H.W. Pätz, 1979. Simultaneous Measurement of atmospheric CH2O, O3 and NO2 by Differential Optical Absorption. J. Geophysical Research, 84, pp. 6329-6335. Platt H. & D. Perner, 1984. Ein Instrument zur spectroscopischen Spurenstoffmessung in der Atmosphäre. Fresenius Z. Anal. Chem., 317, pp. 309-313.

2.15 Overige meetmethoden 2.15.1 Inleiding In deze paragraaf worden nog enkele alternatieve meetmethoden voor ammoniakemissie beschreven. Deze methoden zijn niet opgenomen in de vergelijking van de verschillende meetmethoden in de hoofdstukken 5 en 6. De beschrijving van deze overige meetmethoden zijn in deze paragraaf opgenomen om een zo volledig mogelijk beeld te geven van alle bestaande meetmethoden voor ammoniakemissie.

2.15.2 N-balansmethode Bij NH3 gaat het om de N-balans op een landbouwbedrijf. Er wordt gerekend in kg zuivere N. Op een landbouwbedrijf wordt stikstof aangevoerd in de vorm van kunstmest, krachtvoer, ruwvoer en strooisel, terwijl daarnaast ook depositie uit de lucht en binding van luchtstikstof plaatsvindt. Afvoer van stikstof vindt plaats via de verkoop van gewassen, melkprodukten, eieren, runderen, varkens en pluimvee, de verwijdering van mest en urine, uit- en afspoeling en vervluchtiging. In veel gevallen zal de balans niet uit al deze elementen bestaan, vooral niet als deze N-balansmethode enkel op een stal in plaats van een geheel bedrijf wordt toegepast. Zo wordt deze methode voor koeien in ligboxenstallen als volgt gedefinieerd: De berekening van de ammoniakemissie uit stallen bij koeien in ligboxenstallen is gebaseerd op het verschil tussen de uitscheiding door het dier (opgenomen hoeveelheid stikstof via het voer gedurende de stalperiode minus de vastlegging in melk en vlees) en de hoeveelheid stikstof in de mest aan het eind van de opslagperiode in de ligboxenstal (naar Janssen et al, 1990). De N-balansmethode is beperkt omdat in veel omstandigheden produktie, voerhoeveelheid, voersamenstelling en diergewicht niet exact bepaald kunnen worden. In die gevallen worden vaak aannamen gedaan. Andere praktijkproblemen bij deze methode zijn de behandeling en behandelingsmethodiek van de mestmonsters, de vervluchtiging van ammoniak tijdens het uitmesten, het nemen van representatieve monsters en het bepalen van de stikstofuitscheiding door het dier (N-rendement). Vaak blijken de berekende en de gemeten ammoniakemissies niet met elkaar te kloppen. Slechts een klein deel van de totale hoeveelheid stikstof vervluchtigt als ammoniak. Door het supplement tot 100 procent te berekenen, is de relatieve fout in de emissie groot (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen (deel 1), 1990).

2.15.3 Lijzijde-methode Een methode die ook wel met de term massabalansmethode wordt aangeduid maar op een ander principe dan bovengenoemd berust, is de lijzijde-methode. Hierbij wordt in feite niet in de stal maar aan weerszijden ervan gemeten. Het principe is dat er een denkbeeldig verticaal vlak bovenwinds van het emitterende oppervlak wordt bemeten en een denkbeeldig verticaal vlak benedenwinds van dit oppervlak. Hierbij gelden als aannamen dat de achtergrondconcentraties in het vlak vrij homogeen verdeeld zijn en dat alle toegevoegde massa ook door het vlak benedenwinds stroomt. De horizontale flux van verontreiniging door beide vlakken wordt vastgesteld door het meten van de verticale windsnelheids- en concentratieprofielen. Integreren van het produkt van windsnelheid en concentratie over de hoogte en dwars op de wind levert deze flux op. In formule: waarin: Install Equation Editor and doubleF = horizontale flux -1 click here to view equation. (µg.s ) U = horizontale -1 windsnelheid (m.s ) 3 C = concentratie (µg/m ) y = dwarswindse afstand (m) z = hoogte (m) Het verschil tussen de bovenwindse en de benedenwindse flux is de emissie (Harssema, 1990). De lijzijde-methode verkeert wat stalcomplexen betreft nog in een experimenteel stadium. De methode leent zich in het bijzonder voor het meten van de NH3-emissie van stallen met natuurlijke ventilatie en men vermijdt daarmee de complicaties die ventilatiedebiet- en concentratiemetingen in dergelijke stallen met zich meebrengen. Bij de lijzijde-methode worden natuurlijk wel bronnen meegenomen die bij emissiebepalingen

binnen stallen buiten beschouwing blijven, zoals mestopslagen en gemorste mest nabij de stallen. Beperkingen van deze methode zijn: - De punten waarop de windsnelheid en NH3-concentratie worden gemeten, kunnen uit haalbaarheidsoogpunt (beschikbare apparatuur, mankracht en financiën) slechts gering in aantal zijn, hoewel voor een grote betrouwbaarheid zeer veel punten nodig zijn. - De stal dient, wat de omgeving betreft (bomen, bossen, obstakels), redelijk vrij te liggen. - De methode is alleen toepasbaar als de windsnelheid vrij hoog is en de windrichting niet te sterk tijdens het opstellen van de meetapparatuur verandert. Aangezien de windrichting en -snelheid in Nederland vaak snel verandert, is het moeilijk een geschikt moment voor metingen te vinden, vooral ook omdat het opstellen van de apparatuur enige tijd vergt.

2.15.4 Lijwervel-methode De lijwervel-methode is een speciaal geval van de lijzijde-methode. De benedenwindse positie is nu beperkt tot het gebied van de lijwervel en bij de interpretatie van de metingen wordt gebruik gemaakt van de speciale eigenschappen van de lijwervel-zone. Informatie over deze methode is onder andere te vinden in (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen (deel 1), 1990).

2.15.5 Pluimdispersiemetingen Deze methode is een variant op de lijzijde-methode. Ammoniak afkomstig uit een stal wordt door de wind meegevoerd en onderweg vindt door dispersie een soort uitwaaiering van ammoniak plaats. Hierdoor ontstaat een zogenaamde pluim (zie figuur 2.15.1). De concentratieverdeling in de pluim kan als volgt worden beschreven:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

Met behulp van deze formule is de bronsterkte Q te bepalen als C, u, σy en σz bekend zijn. De concentratie en windsnelheid kunnen worden gemeten. De standaardafwijkingen zijn afhankelijk van de mate van turbulentie en kunnen op verschillende manieren worden bepaald (met Pasquill-klassen, uit het concentratieprofiel of met functies die afhankelijk zijn van de standaard deviatie van windsnelheidsfluctuaties). Het is gebleken dat het rekenen met concentratiewaarden die zijn geïntegreerd in de yrichting nauwkeuriger resultaten opleverde (voor z = 0 m): Het voordeel van deze vergelijking is dat geen σy hoeft te worden bepaald. De σz kan bepaald worden uit de concentratie in de pluimas op z = 0 en z = H of uit de stabiliteitsklassen. waarin: Install Equation Editor and doubleC(x,y,z;H) de click here to view equation. gemiddelde concentratie 3 [kg/m ] in het punt (x,y,z) t.g.v. de emissie Q [kg/s] uit een puntbron op hoogte H; x,y,z de afstand [m] langs de x-, y- en z-as; u de gemiddelde wind-snelheid [m/s] op hoogte H; σy de standaardafwijking [m] van de gemiddelde concentratieverdeling in horizontale richting loodrecht op de as van de pluim; σz de standaardafwijking [m] van de gemiddelde concentratieverdeling in verticale richting loodrecht op de pluimas. C, u, σy en σz hebben betrekking op dezelfde middelingsperiode.

Figuur 2.15.1 Coördinatenstelsel, dat wordt gebruikt bij de berekening van de verspreiding van luchtverontreiniging met het Gaussischpluimmodel.

Als op voldoende afstand wordt gemeten (verder dan 10 keer de breedte van de stal) ondervindt de pluim geen invloed meer van de stal en kan de stal bij benadering als puntbron worden gezien. Benedenwinds van de stal moet op een aantal punten in de yrichting concentraties worden gemeten. Voor de bepaling van de verticale dispersie parameter σz kan eventueel op de pluimas in de hoogte een aantal meetpunten worden gehangen (z = 0 en H). De achtergrond kan worden bepaald door bovenwinds te meten of benedenwinds de meetpunten zover te laten doorlopen, dat de zijkanten van de pluim worden bereikt (zie figuur 2.15.1), waarvan de concentratie gelijk is aan de achtergrond. Deze methode is net zoals de lijzijde-methode nog in een experimenteel stadium en moet nog vergeleken worden met bijvoorbeeld een stal met bekende emissie om de meetfout te bepalen. De methode is geschikt om de emissie uit natuurlijk geventileerde stallen en stalcomplexen te bepalen. Ook hierbij geldt dat bronnen worden meegenomen die niet bij emissiebepalingen binnen een stal worden gemeten, zoals mestopslagen en gemorste mest. Nadelen van deze methode zijn net zoals bij de lijzijdemethode: - een redelijk vrij gelegen stal, - lage achtergrondconcentraties, - niet te lage windsnelheid en niet te sterk draaiende wind. Een beetje fluctueren van de windrichting is niet erg, want dat wordt uitgemiddeld. Het voordeel van deze methode boven de lijzijdemethode is dat er zijn minder meetpunten nodig. Windsnelheidsmeting op één hoogte en concentratiemetingen op twee hoogtes op de pluimas en verder een aantal meetpunten aan de grond in de y-richting.

Literatuur Harssema, H., 1990. Berekenen en meten van de luchtkwaliteit, Vakgroep Luchthygiëne en verontreiniging. Janssen, P.H.M., W. Slob & J. Rotmans, 1990. Gevoeligheidsanalyse en onzekerheidsanalyse: een inventarisatie van ideeën, methoden en technieken, RIVM-rapport nr. 958805001. K.N.M.I., 1979. Luchtverontreiniging en weer. Staatsuitgeverij 's-Gravenhage, KNMI, De Bilt.

Mulder, L, 1991. NH3-emissie uit varkensstallen, ECN-rapport 91-001/FB:MO. ECN, Petten. Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Bronnen, Processen en Faktoren, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 1), Wageningen.

3 Meetmethoden ventilatiedebiet 3.1 Meetventilator 3.1.1 Onderwerp Mechanisch geventileerde stallen in Nederland werken in overgrote meerderheid met onderdrukventilatie. In een verticale koker is een ventilator gemonteerd. Deze ventilator wordt gestuurd. De sturing van de ventilator, hetzij een sturing zonder feed-back, hetzij een sturing op basis van toerentalterugmelding van de ventilator kan niet worden gebruikt voor een meting van de ventilatiehoeveelheid. Daarnaast is het mogelijk een "meetventilator" te gebruiken. Deze 'meetventilator' is een groot formaat anemometer met een diameter gelijk aan de diameter van de ventilatiekoker. De meetventilator wordt aangedreven door de luchtstroom in de ventilatiekoker en is niet gekoppeld aan de motor van de ventilator. Ventilatie-debietmetingen voor het meten van emissies kunnen met behulp van deze meetventilatoren worden uitgevoerd.

3.1.2 Toepassingsgebied De meetventilator wordt in ondermeer varkensstallen gebruikt in ventilatiekokers met een diameter tussen 30 en 63 cm. Het meetbereik van een losse meetventilator zonder verschildruk gaat van 0,4 tot 20 m/s. Bij een ventilatiekokerdiameter van 0,50 m is dan het 3 meetbereik 280 - 14000 m /h. - Een ventilatiekoker is bij voorkeur lang maar meestal kort, bijvoorbeeld 1 m. De lengte/diameter verhouding is dan bijvoorbeeld 2:1. Er kan derhalve niet worden voldaan aan voorschriften van bijvoorbeeld DIN-normen of ASHRAE-normen, waarin vrije aanstroming door de koker over een aantal maal de kokerdiameter wordt voorgeschreven. - De meetventilator moet stroomopwaarts, dus bij onderdrukventilatie onder de ventilator, worden gemonteerd. Montage van de meetventilator boven de ventilator maakt in geval van storing vervanging van de ventilator weliswaar eenvoudig maar heeft nadelen voor het meten. Het drukverschil tussen ventilator en uitstroomrand fluctueert meer dan het drukverschil tussen instroomrand en ventilator. De luchtkolom kan door de ventilator ook een roterende component krijgen. Deze roterende component is boven de ventilator groter dan onder de ventilator. - Er moet een instroomrand onder aan de ventilatiekoker met een straal van minstens 4 cm worden gebruikt, die goed aansluit op de ventilatiekoker. Een instroomrand vermindert de wervelingen bij intrede. Gevolg is dat de luchtverplaatsing energetisch efficiënter verloopt en dat de lucht meer parallel aanstroomt naar de meetventilator, die onder de ventilator is gemonteerd. - De maximaal toegestane tipspeling is 2 mm aan iedere zijde van de waaierbladen. - Over de invloed van constructies, zoals diafragmaschuiven, petten, etc, in de ventilatiekoker op de meetnauwkeurigheid van meetventilatoren is nog onvoldoende bekend, verder onderzoek op dit terrein is zinvol.

3.1.3 Eenheden 3

3

Als eenheid van debietmeting met een meetventilator wordt de eenheid m /h of m /s aanbevolen. Wordt het debiet slechts uitgedrukt als percentage van de maximale luchtopbrengst, dan is dit alleen bruikbaar als de maximale luchtopbrengst van de ventilator in de ventilatiekoker is bepaald.

3.1.4 Meetventilator Het aantal bladen van een meetventilator bedraagt, afhankelijk van fabrikant en type, 2, 3, 4 of 6. Een meetventilator geeft minder weerstand als er minder bladen zijn. De bladvorm is merk- en typeafhankelijk. Het aantal omwentelingen van een meetventilator wordt vastgelegd door een telling van pulsen. Hiervoor worden benaderingsschakelaars (inductieve werking), microswitches (mechanisch) of reed-relais (elektromagnetisch) gebruikt. Zonder verdere voorzieningen wordt alleen het toerental gemeten en niet de draairichting van het waaierblad. Het aantal afgegeven pulsen bedraagt bij gangbare meetventilatoren, afhankelijk van de uitvoering, 1 tot 3 per omwenteling. Voor een nauwkeurige meting zal het aantal getelde pulsen meer dan 100 moeten bedragen en moet over een periode van minimaal 10 seconden het aantal pulsen worden geteld.

3.1.5 Kalibratie Voor het meten van ammoniak emissies moeten de gebruikte meetventilatoren worden gekalibreerd. Teneinde een zo correct mogelijke kalibratie van deze meetventilatoren te verkrijgen wordt hiervoor een kopie van de in de stal geplaatste ventilatiekoker plus ventilator en meetventilator gebruikt. De kalibratie kan plaatsvinden in de windtunnelopstelling van het IMAG, die ontworpen is voor het testen van o.a. stalventilatoren. Deze test-opstelling is gebouwd volgens NEN 1048-11. Het debiet door de windtunnel wordt gemeten door middel van een meetflens en gecorrigeerd voor temperatuur en druk. In de drukkamer waarop de ventilatiekoker wordt aangesloten kan met behulp van extra ventilatoren en een smoorkegel een onder- of overdruk worden ingesteld. De kalibratie van de meetventilator bestaat uit het meten van de frequentie van de meetventilator bij een aantal drukken in de drukkamer (-30, -20, 0, 20 en 30 Pa) en 9 verschillende debieten van de stalventilator (20 - 100% van de maximale capaciteit). Hierna wordt de relatie tussen debietmeting met de meetflens en de frequentie van de meetventilator vastgesteld. Uit metingen uitgevoerd met diverse typen meetventilatoren blijkt, dat een rechte lijn door de meetpunten kan worden bepaald, die onafhankelijk is van de onder- en/of overdruk in de drukkamer. Wanneer het ventilatiedebiet minder dan ongeveer 20 % van de maximum ventilatie bedraagt, kan in de praktijk de gemeten relatie tussen debiet en frequentie beginnen af te wijken van een rechte lijn. In de praktijk wordt de ventilatie in stallen altijd geregeld tussen 20% en 100%. In dit ventilatiebereik is er een goed lineair verband tussen frequentie van de meetventilator en het gemeten debiet gevonden bij de gekalibreerde meetventilatoren. Onder de omstandigheden tijdens kalibratie is de meetfout van een meetventilator circa 1 %. In praktijksituaties zijn de omstandigheden waaronder gemeten moet worden ongunstiger omdat er variaties in het ventilatiedebiet zijn. Ook zal de inbouwnauwkeurigheid in de praktijk door werking van de gebouwconstructie veelal matig zijn. De onnauwkeurigheid is dan ongeveer 5%. Tijdens de kalibratie wordt geen rekening gehouden met variaties in het ventilatiedebiet en de vertraagde reactie van de meetventilator op deze variaties. Deze invloed is moeilijk te kwantificeren. Een techniek voor controle van de meetventilator, die in varkensstallen bruikbaar is gebleken, is de stal doormeten met een tracergasmethode. Een voordeel van deze methode is dat in de werkelijke praktijkomstandigheden wordt gemeten. De meetfout is groter dan onder gecontroleerde omstandigheden, maar wordt beperkt tot 10%. Het met deze techniek controleren van de meetventilator is een goede aanvulling op de kalibratie in de windtunnel, om het functioneren van de meetventilator globaal te kunnen blijven volgen. De meetventilator moet 1 x per jaar geijkt worden. Het functioneren van de meetventilator kan goed gevolgd worden door 1x per maand de meetventilator te laten meten bij vol vermogen van de ventilator. Hierna volgen enkele voorbeelden van metingen die in een windtunnel aan meetventilatoren zijn uitgevoerd.

Figuur 3.1.1 Relatie tussen debiet en pulsen van een meetventilator, diameter 500 mm, 3 pulsen per omwenteling, statisch drukverschil variërend van -30 tot 30 Pa. In figuur 3.1.2 is het effect van het opblazen van het debiet d.m.v. de hulpventilatoren weergegeven. Figuur 3.1.3 geeft een schematische weergave van de opstelling van de windtunnel voor het testen van ventilatoren. Figuur 3.1.2 Relatie tussen debiet en pulsen van de meetventilator bij "opblazen" van het debiet, diameter 500 mm, 2 pulsen per omwenteling, statisch drukverschil variërend van -30 tot 50 Pa.

Figuur 3.1.3 Schema windtunnelopstelling

3.2 Pitotbuis 3.2.1 Toepassingsgebied Pitotbuizen kunnen worden gebruikt voor het meten van gassnelheden (gasvolumestroomdichtheden), in luchtafvoerkanalen. Ze kunnen van het standaard- (Prandtl-)type of het S-(reversed-)type zijn. Het meetbereik loopt van 1,5 tot 50 m/s. De ondergrens van het meetbereik is afhankelijk van de keuze van de drukverschilopnemer (vloeistofmanometer, elektronische drukverschilopnemer).

3.2.2 Beginsel De pitotbuis bestaat uit een dubbele haakvormige buis waarvan er één, stroomopwaarts gericht, in het afvoerkanaal wordt geplaatst. Met de tegen de stromingsrichting in geplaatste buis wordt de totale druk (statische plus dynamische) in het stagnatiepunt voor de buisopening gemeten. In dit punt is de gassnelheid nul. De tweede buis geeft de statische druk van de ongestoorde stroming, bij de ongestoorde gassnelheid in het afvoerkanaal. De verschildruk tussen beide buizen (dynamische- of stuwdruk) is een maat voor de gassnelheid. Wanneer het drukverschil niet meer dan enkele procenten van de statische druk bedraagt, kan de stroming als onsamendrukbaar worden beschouwd. Uit de wet van Bernouilli volgt dan: waarin: Dp het Install Equation Editor and doubledrukverschil (Pa), v de click here to view equation. gassnelheid (m/s) van de ongestoorde stroming 3 onder bedrijfscondities en ρ de dichtheid (kg/m ) van het gas onder bedrijfscondities. In de meetpraktijk dient hieraan nog de pitot-coëfficiënt Cp (dimensieloos) toegevoegd te worden, zodat: Voor de standaard Install Equation Editor and doublepitotbuis is Cp nagenoeg click here to view equation. gelijk aan 1,0. De S-type pitotbuis heeft een Cp van ca. 0,83-0,87. De coëfficiënt wordt bepaald door ijking van de pitotbuis. De coëfficiënt van de S-type pitotbuis is kleiner dan 1 omdat de statische druk in het zog van de buis wordt gemeten en daar lager is dan de werkelijke statische druk. Bij een zelfde gassnelheid geeft de S-type pitotbuis dan ook een wat groter drukverschil dan het standaard type. Een ander voordeel van het S-type is de geringere gevoeligheid voor vervuiling. Het debiet van het afvoerkanaal volgt uit de gemiddelde snelheid in de doorsnede van het kanaal en het oppervlak van die doorsnede.

3.2.3 Gebruikscondities Met een pitotbuis wordt de instantane gassnelheid op één punt in de gasstroom gemeten en dus niet direct de volumestroom van de afgevoerde lucht. Aangezien de snelheidsverdeling dwars op de stromingsrichting in een kanaal niet uniform is en de gassnelheid niet constant in de tijd, moeten simultaan en continu metingen worden uitgevoerd op een groot aantal punten in de doorsnede van het kanaal. Dit is praktisch gesproken een onmogelijke taak. In de praktijk wordt daarom volstaan met het meten van het snelheidsprofiel in een dwarsdoorsnede (het meetvlak) waaruit de gemiddelde snelheid kan worden berekend. De meting wordt vervolgens gecontinueerd op één punt (midden van het kanaal). De gemiddelde gassnelheid op ieder moment wordt dan berekend uit de snelheid in dat punt en de verhouding van die snelheid tot het gemiddelde over de doorsnede. Het snelheidsprofiel hangt ervan af of de stroming laminair dan wel turbulent is, maar in het laatste geval bovendien nog van het Reynoldsgetal (Re). Voor laminaire stroming (Re < 2000) bedraagt de verhouding tussen de gemiddelde snelheid en de maximale snelheid in het midden van het kanaal 0,5. In het overgangsgebied tussen laminair en turbulent (2000 < Re < 5000) neemt de genoemde verhouding bijna sprongsgewijs toe tot ca. 0,75. In het turbulente gebied neemt de verhouding dan geleidelijk verder toe met toenemend Reynoldsgetal. Bij zeer grote variaties in het debiet, en dus in het Reynoldsgetal, zal het dan ook meestal noodzakelijk zijn het meetvlak onder die uiteenlopende stromingscondities te traverseren.

De juistheid van de meting van de gemiddelde gassnelheid is afhankelijk van een goede keuze van het meetvlak. De meting moet bij voorkeur worden uitgevoerd in een recht leiding gedeelte van constante middellijn, zo ver mogelijk van obstakels (bochten, aftakkingen, kleppen, ventilatoren) zowel bovenstrooms als benedenstrooms van het meetvlak. Een recht kanaalgedeelte met een lengte van zesmaal de (hydraulische) middellijn waarborgt een voldoende storingvrije stroming. Voor kanalen met een middellijn kleiner dan 0,45 m wordt meestal volstaan met een enkele meting en wel in het middelpunt. Richtlijnen voor het traverseren van kanalen met grotere diameters en de keuze van het meetvlak worden in detail behandeld in NPR 2788. Voor de berekening van de gassnelheid moeten behalve de verschildruk ook de temperatuur, de absolute statische druk en de samenstelling van de afgevoerde lucht worden bepaald. Uit die gegevens volgt de dichtheid (ρb) onder bedrijfscondities van de afgevoerde lucht. Voor de statische druk gebruikt men meestal een pitotbuis in combinatie met een U-buismanometer, waarbij de luchtdruk van de buitenlucht met een nauwkeurige barometer wordt bepaald. De temperatuur kan worden gemeten met een weerstandselement of thermokoppel. De dichtheid van de lucht onder bedrijfscondities kan worden bepaald uit de dichtheid van droge lucht onder standaard omstandigheden -3 (273 K, 101,3 kPa, 1,293 kg.m ) met een correctie voor de actuele temperatuur en druk en het vochtgehalte. (Een correctie voor het CO2-gehalte bedraagt ca. 0,5 % per volume procent CO2 in de lucht en is voor stallen verwaarloosbaar). De correctie voor waterdamp 3 (dichtheid 0,804 kg/m onder standaard omstandigheden) bedraagt ca. 0,4 % per volume procent H2O. Met waterdampgehaltes tussen 1 en 3 % (100 % relatieve vochtigheid bij respectievelijk ca. 8 en 25 °C) zal deze correctie niet groter zijn dan 1 %, zodat een eenvoudige meting van de relatieve vochtigheid van de afgevoerde lucht volstaat. Uit de dichtheid van lucht onder standaardcondities (subscript n) volgt de dichtheid van vochtige gassen (superscript ') onder standaardcondities als volgt: waarin fn: Install Equation Editor and doublewaterdampgehalte in 3 click here to view equation. kg/m of waarin Ps: de dampdruk Install Equation Editor and doublevan water click here to view equation.

Uit de absolute statische druk in het afgaskanaal (Pst,b) en de absolute temperatuur van de afgevoerde lucht (Tb) volgt de dichtheid van lucht onder bedrijfscondities (subscript b) De gassnelheid volgt dan Install Equation Editor and doubleuit: click here to view equation. De gemiddelde Install Equation Editor and doublegassnelheid (v−) onder click here to view equation. bedrijfsomstandigheden wordt berekend als het gemiddelde van v, of, als de gassnelheid slechts weinig varieert, uit het gemiddelde van ∆p. Het ventilatiedebiet onder bedrijfsomstandigheden wordt berekend uit: waarin A de doorsnede Install Equation Editor and doublevan het afvoerkanaal. click here to view equation. Het ventilatiedebiet kan worden herleid naar standaardomstandigheden via: of Install Equation Editor and doubleInstallhere Equation Editor and doubleclick to view equation. 3.2.4 Kalibratie click here to view equation. Pitotbuizen moeten individueel gekalibreerd worden. De kalibratie bestaat in feite uit de bepaling van de pitot-coëfficiënt. De S-type pitotbuis kan worden gekalibreerd tegen het standaardtype, waarvoor een Cp van 0,99 kan worden gebruikt, indien de waarde onbekend is. De fabrikant zal pitotbuizen meestal afleveren voorzien van een ijkgrafiek. Aanbevolen wordt om de pitotbuis na elke meetcampagne te herijken. Beschadiging van de tip en vervuiling kunnen de pitotcoëfficiënt veranderen. Daarnaast dient de drukopnemer regelmatig gekalibreerd te worden.

3.2.5 Nauwkeurigheid De intrinsieke onnauwkeurigheid van een goed gekalibreerde pitotbuis bedraagt ca. 1 %. Dit is afgezien van de nauwkeurigheid van drukverschil-, temperatuur-, absolute druk- en dichtheidsmetingen, die nodig zijn om het ventilatiedebiet te berekenen. Een onnauwkeurigheid van 1 °C in de temperatuurmeting geeft 0,17 % in de snelheid. Een onnauwkeurigheid van 1 mbar in de absolute druk draagt 0,05 % bij. Voor de drukverschilmeting is een onnauwkeurigheid van 1 à 2 % haalbaar die 0,5 tot 1 % onnauwkeurigheid in de snelheid geeft. De fout die ontstaat door continu in één punt van het afgaskanaal te meten, onder aanname van een constante verhouding tussen de gemiddelde snelheid en die in het meetpunt (en door zijn variatie ook het karakter van een toevallige fout heeft), kan veel groter zijn dan de (toevallige) meetfouten van de hiervoor genoemde grootheden. Een onjuiste keuze van een niet ideaal meetvlak kan daar nog een veel grotere systematische fout aan toevoegen. Onder ideale stromingscondities kan een onnauwkeurigheid in het debiet van 5 % haalbaar zijn. Onder niet ideale condities kan de onnauwkeurigheid gemakkelijk oplopen tot 25 %. Literatuur NPR 2786, 1988. Luchtkwaliteit - Debietmeting en debietregeling, NNI. NPR 2788, 1985. Luchtkwaliteit - Rook-, proces- en uitlaatgassen. Gravimetrische bepaling van de stofconcentratie en het stofdebiet, NNI. Perry R.H., Chilton C.H. & Kirkpatric S.D. (eds.), 1963. Perry's Chemical Engineers'Handbook, fourth edition chapter 5,5, McGraw-Hill Inc., New York.

3.3 Hittedraad anemometer 3.3.1 Toepassingsgebied Hittedraad anemometers kunnen worden gebruikt voor het meten van gassnelheden (gasvolumestroomdichtheden) in luchtafvoerkanalen. Er zijn verschillende soorten instrumenten met een variëteit aan meetbereiken. Het totale bereik loopt van enkele cm/s tot tientallen m/s (0,05-20 m/s). De huidige instrumenten zijn uitgerust met temperatuurcompensatie voor zowel langzame (steady state) als snelle (transiënt) temperatuurveranderingen van de luchtstroom in het kanaal. Meetduur vanaf 1 s.

3.3.2 Beginsel Een dunne verwarmde draad wordt in de gasstroom geplaatst. Door het langs de draad stromende gas treedt warmteverlies op en daalt de temperatuur van de draad. De weerstandsverandering van de sensor (hittedraad, maar ook thermistor of thermokoppel) die hiervan het gevolg is kan worden gemeten. Een andere methode is vermogen toe te voeren aan de draad zodat deze een constante temperatuur behoudt en het daarvoor benodigde vermogen te meten. De relatie tussen de gassnelheid en het warmteverlies is complex, maar met behulp van elektronische circuits wordt een directe uitlezing van de snelheid gerealiseerd.

3.3.3 Gebruikscondities De hittedraad anemometer meet in essentie de gassnelheid op een bepaalde tijd en plaats in het afgaskanaal. Voor het verkrijgen van het afgasdebiet geldt derhalve hetzelfde als voor de pitotbuis (§ 0) voor de keuze van een representatief meetvlak en de noodzaak tot het bepalen van het snelheidsprofiel in dat meetvlak. De ingebouwde temperatuurcompensatie maakt het mogelijk de hittedraad anemometer over een breed temperatuurgebied te gebruiken (0-60 °C). 3.3.4 Kalibratie De hittedraad anemometer moet tegen een primaire standaard worden geijkt. Meestal zal dit reeds door de fabrikant zijn gedaan en is de meter, voorzien van een uitlezing in m/s. IJking moet minimaal 1x per jaar plaatsvinden. Drift is onbekend, in ieder geval afhankelijk van gebruiksomstandigheden.

3.3.5 Nauwkeurigheid Typische waarden voor de onnauwkeurigheid van de snelheidsmeting met een temperatuur-gecompenseerde sensor zijn 1,5 % van de gemeten waarde met een minimum van 0,5 % van de volle schaal. De onnauwkeurigheid in het debiet wordt sterk beïnvloed door de noodzaak van het bepalen van de gemiddelde snelheid in het vlak, waarna de verhouding tussen dat gemiddelde en de snelheid in één enkel punt min of meer constant wordt verondersteld. Onder ideale stromingscondities in een correct gekozen meetvlak is een onnauwkeurigheid in het debiet van 5 % haalbaar. In een minder gunstig gelegen meetvlak kan de onnauwkeurigheid gemakkelijk oplopen tot 25 %.

3.4 Meetflens 3.4.1 Toepassingsgebied Meetflenzen kunnen worden toegepast voor het meten van debieten in ronde leidingen met diameters tussen 5 cm en 100 cm, waarin sprake is van turbulente stroming (Reynoldsgetal > 5000). De diameter van de opening van de meetflens kan variëren van 20 tot 80 % van de kanaaldiameter. Er zijn dan ook meetflenzen voor zeer uiteenlopende 3 debieten vanaf enkele tientallen tot 100.000 m /h. De ondergrens van het meetbereik is afhankelijk van de keuze van de verschildruk opnemer (vloeistofmanometer, elektronische drukopnemer).

3.4.2 Beginsel De meetflens bestaat uit een vlakke plaat, waarin (volgens een nauwkeurig voorgeschreven maatvoering) een cilindrische opening is aangebracht met een diameter (d) die kleiner is dan die van het kanaal (D). Als de lucht door deze vernauwing stroomt neemt de gassnelheid toe. Deze toename van de kinetische energie wordt, in overeenstemming met de wet van behoud van energie, gecompenseerd door een afname van de druk-energie. Uit de wet van Bernouilli volgt, met toevoeging van experimentele correctiefaktoren voor expansie (ε) en het doorstroomgetal (α): waarin Q het debiet in 3 Install Equation Editor and doublem /s, Dp het drukverschil click here to view equation. in Pa, ρ de dichtheid in 3 kg/m en d de diameter van de flensopening in m; 2 2 of na substitutie van m = d /D De dimensieloze Install Equation Editor and doublecorrectiefaktoren α en ε click here to view equation. zijn afhankelijk van de openingsverhouding m en van respectievelijk het Reynoldsgetal en de drukverhouding voor en achter de meetflens.

3.4.3 Gebruikscondities Een correcte montage van de meetflens is van groot belang voor de juistheid van de meting. De meetflens dient concentrisch te worden geplaatst in een recht gedeelte van het kanaal met een lengte van minimaal tien maal de kanaaldiameter (5D stroomopwaarts, 5D stroomafwaarts). In aanwezigheid van de stroming beïnvloedende obstructies, zoals bochten, aftakkingen, kleppen en ventilatoren kan de afstandseis (vooral bovenstrooms) oplopen tot 10D of meer. De montage van de flenzen met een kleinere openingsverhouding m is minder gevoelig voor installatiefouten dan die voor flenzen met grotere m. Een en ander is uitgebreid beschreven in NEN-ISO 5167. De installatie van de meetflens leidt tot een blijvend drukverlies achter de meetflens ten opzichte van de druk voor de flens. Het blijvende drukverlies neemt toe met afnemende waarde van de openingsverhouding m (in procenten van de werkdruk ongeveer (1-m) . 100%). Dit aspect is vooral van belang bij kanalen met een ten opzichte van de buitenlucht relatief geringe overdruk, zoals bij aandrijving van de stroming met een ventilator. Meetflenzen met grotere m hebben dan de voorkeur. Ten aanzien van de meting van temperatuur, statische druk en de dichtheid van de stromende lucht (vóór de meetflens) geldt hetzelfde als beschreven in de paragraaf gebruikscondities voor de pitotbuis (§ 0). Dezelfde formules kunnen worden gebruikt voor de berekening van de dichtheid en de herleiding van het debiet naar standaardomstandigheden. De benodigde tijd voor een meeting is minimaal 1 sec.

3.4.4 Kalibratie De mogelijkheden voor kalibratie zijn beperkt. Door de fabrikant worden meestal ijkgrafieken geleverd van het debiet tegen de verschildruk voor gespecificeerde bedrijfsomstandigheden. Beschadiging van de randen van de meetopening kan tot afwijkingen leiden in het meetresultaat. Herkalibratie is dan noodzakelijk. Daarnaast dient

de drukopnemer regelmatig te worden gekalibreerd. IJking is nauwelijks nodig, jaarlijkse vergelijking is voldoende.

3.4.5 Nauwkeurigheid De nauwkeurigheid van de meetflens op basis van de toleranties van de produktiespecificaties, de doorstroomgetallen en expansiecoëfficiënt bedraagt 1 à 2 %. Een grotere nauwkeurigheid (beter dan 1 %) kan worden bereikt door individuele kalibratie.De onnauwkeurigheid van de drukverschilmeting, temperatuur, statische druk in het kanaal en dichtheid dienen daar nog aan toegevoegd te worden (zie § 0). In het algemeen is voor een correct geïnstalleerde meetflens een onnauwkeurigheid van 3 à 5 % haalbaar. Een niet correcte installatie kan een systematische meetfout toevoegen die vele malen groter is dan het hiervoor genoemde percentage. De drift is onbekend, en is afhankelijk van stofafzetting etc.

Literatuur NPR 2786, 1988. Luchtkwaliteit - Debietregeling en debietmeting, NNI. NEN-ISO 5167, 1980. Debietmeting van vloeistof- en gasstromen in leidingen door middel van meetschijven, tabulures en venturibuizen, NNI.

3.5 Verschildrukmeting 3.5.1 Onderwerp Deze paragraaf beschrijft een meetsysteem voor het bepalen van lokale ventilatiedebieten in natuurlijk geventileerde stallen met behulp van drukverschilmetingen over openingen. Het betreft een indirecte meetmethode. Het meetsysteem verkeert nog in experimenteel stadium en wordt op zijn waarde getest door vergelijking met overall debietmetingen zoals beschreven in de paragrafen 3.6, 3.7 en 3.8.

3.5.2 Toepassingsgebied In beginsel is het principe van drukverschilmeting bruikbaar voor mechanisch en natuurlijk geventileerde stallen. Toepassing in mechanisch geventileerde stallen komt voor maar ligt minder voor de hand omdat een relatief goedkope directe methode voor debietmeting beschikbaar is (§ 0). Deze toepassing wordt dan ook niet nader besproken. Bij natuurlijk geventileerde stallen is de drukverschilmethode als stand-alone methode voor de vaststelling van het ventilatiedebiet niet erg betrouwbaar. Het nut van de methode is vooral gelegen in het feit dat in combinatie met tracergasexperimenten uitspraken gedaan kunnen worden over distributie van de in- en uitstromende debieten over de openingen, m.a.w. over de lokale ventilatiedebieten. Hierdoor wordt koppeling aan lokale concentratiemetingen mogelijk. Van belang is ook de koppeling met een computermodel, dat vanuit een fysische beschrijving van de natuurlijke ventilatiemechanismen, het ventilatiedebiet per (gedefinieerde) opening in afhankelijkheid van de fysische omgeving voorspelt (Van 't Ooster en Both, 1988). Met deze koppeling kan o.a. de continuïteitsvergelijking voor de massastroom worden bewaakt.

3.5.3 Beginsel Rondom de stal, op een afstand van 40-50 cm van de ventilatieopeningen, worden druksensoren geplaatst die bij benadering de statische drukfluctuaties opnemen op een punt in de atmosferische grenslaag, turbulente luchtstroming, zonder sterk beïnvloed te worden door fluctuaties in de dynamische druk t.g.v. snelheidsfluctuaties in de stroming. Een alternatief is drukmeting aan het wandoppervlak. De druk(fluctuaties) op het meetpunt worden gemeten t.o.v. een drukreferentiepunt in de stal in de nabijheid van het zwaartepunt van de staldoorsnede. Het verschil tussen beide signalen wordt geregistreerd door een Validyne drukopnemer met een meetbereik van +127 Pa. De bemonsteringsdichtheid is voorlopig vastgesteld op een onderlinge afstand tussen de druksensoren van 4-8 m aan een doorgaande opening. In de lengteas van de stal dienen meerdere referentiepunten voor de drukmeting opgenomen te worden om verstoring van de meting door drukgradiënten over de lengteas van het gebouw zoveel mogelijk tegen te gaan. De onderlinge afstand tussen de referentiepunten is voorlopig gekozen op ruim 10 m, deze afstand is stalafhankelijk. Definitieve uitspraken over aantal referentiepunten en de exacte plaatsing daarvan zijn nog niet mogelijk. De druksignalen op de meetpunten worden met behulp van een pneumatische multiplexer beurtelings met de drukopnemer verbonden. De verbindingslijnen bestaan uit nylon drukslang van 1/16" doorsnede, die geïsoleerd zijn en voorzien van verwarmingslint. De aldus discreet vastgelegde drukverschilniveau's en -fluctuaties kunnen met gebruikmaking van de theoretische procesbeschrijving van natuurlijke ventilatie worden omgerekend tot lokale debieten. Omdat de drukverschilmetingen slechts steekproeven zijn uit het totale drukpatroon rond een opening en de stromingsweerstand van de opening eveneens debiet bepalend is, is terugkoppeling naar bepaling van het totale ventilatiedebiet van de stal door middel van tracergasexperimenten zeker in het huidig stadium van onderzoek nog noodzaak.

3.5.4 Toestellen en hulpmiddelen Figuur 0 geeft een schematisch overzicht van twee alternatieve oplossingen voor de configuratie van het drukmeetsysteem. Alternatief B is het meest aantrekkelijk vanwege de kortere transportwegen van het druksignaal en de mogelijkheid tot parallelle uitlezing van de signalen; nadeel is dat een strakke bewaking van zero- en spandrift van alle sensoren nodig is om het gevaar van verschillen ten gevolge van drift te minimaliseren. De realiseerbaarheid is vooral afhankelijk van de prijs van een enkele drukopnemer. Alternatief A reduceert het aantal drukopnemers tot één centrale sensor (één ijkpunt). De druksensoren worden vervangen door een multiplexer. Nadeel van dit alternatief zijn de langere transportwegen voor het druksignaal. AB 3.5.1.1 Druksensoren De druksensoren kunnen bestaan uit een lange dunne stam met aan het uiteinde een cirkelvormig schijfje met een doorsnede van 40 mm (figuur Figuur 3.5.1 Schema drukmeetsystemen 0). De schijfjes hebben een aërodynamisch profiel, zodanig dat de dynamische drukfluctuaties aan de meetpoorten erg klein zijn ten opzichte van de statische drukfluctuaties. Het instrument dient opgesteld te worden met de schijf evenwijdig aan de snelheidsvector van de (gemiddeld) langsstromende lucht. De meetpoorten bevinden zich in het centrum van de schijf aan boven- en onderzijde; ze nemen de totale druk ter plaatse van de meetpoort op, zowel de statische als de dynamische druk en transporteren deze ieder via een eigen kanaal naar de stam alwaar de kanalen worden samengevoegd tot één kanaal. De gatdiameter van de poorten is 0,5 mm. De stam is 55 cm lang om 'dynamische ruis' door verstoring van het stromingsveld ten gevolge van het meetinstrument zelf zoveel mogelijk te voorkomen. Indien de schijf onder een duidelijke hoek met de snelheidsrichting komt te staan (>10°) dan is het aandeel van de dynamische druk in de meting niet meer verwaarloosbaar (>10% gemeten bij een gem. luchtsnelheid van 5,7 m/s). Om afsluiting van de meetpoorten door regenwater te voorkomen dienen de sensoren daartegen beschut te worden. Er zijn alternatieven voor deze druksensoren denkbaar. 3.5.2.1 Multiplexer

Figuur 3.5.2 De Elliot-druksensor (Elliot, 1972). Dimensies in cm.

Een aantrekkelijke oplossing voor het multiplexen van druksignalen vormt het "Double Scanivalve System" (DSS) van Scanivalve Corp. Dit systeem is speciaal ontwikkeld voor het scannen van drukverschillen in windtunnels. De DSS is uitgerust met elektronica om middels Digital I/O vanuit de dataacquisitie computer stap en home

commando's te ontvangen en de positie van de multiplexer terug te melden. Door het plaatsen van drukopnemers in de multiplexers zelf kan het volume achter de multiplexer zeer klein gehouden worden, waardoor de responstijd kort is. Het voor natuurlijke ventilatie noodzakelijke zeer lage meetbereik van de drukopnemer noodzaakt een uitgebouwde drukopnemer, omdat drukopnemers in het bereik tot 125 Pa niet in de gewenste vorm verkrijgbaar zijn. Hierdoor ontstaan responstijden van 6-40 sec afhankelijk van de leidinglengte.

3.5.2.2 Drukopnemer Als drukopnemer is een validyne DP850V-P50 ingezet met een volle schaal van 0,50" H2O (= 127 Pa). Het druksensor-element bestaat uit een roestvaststalen diafragma ingeklemd tussen twee cilinderdeksels van hetzelfde materiaal in een symmetrische opstelling. Kleine spoeltjes die in de cilinderdeksels liggen ingebed detecteren de verplaatsing van het diafragma o.i.v. de opgelegde druk. Ingebouwde elektronica transformeren het spoelsignaal naar een volt of stroom signaal. Hierdoor kunnen zowel drukverschillen t.g.v. het schoorsteeneffect als het windeffect voor windsnelheden tot (+ 20 m/s) met een redelijke nauwkeurigheid worden gemeten. De drukopnemer geeft een betrouwbaar output signaal in het bereik +5V, de fabrikant garandeert echter alleen het positieve bereik van 0-5V.

3.5.2.3 Verbindingsleidingen De verbindingsleidingen dienen zo dun mogelijk te zijn om een werking als drukbuffer zoveel mogelijk te voorkomen. Met de wet van Hagen-Poiseuille is deze invloed redelijk goed in rekening te brengen. De drukbuffering en demping is sterk afhankelijk van de inwendige leiding diameter en de lengte van de leiding. Een diameter van 1/16" lijkt goed werkbaar. Nadeel van deze diameter is echter dat deze capillaire werking vertoont t.a.v. (regen)water. Waardoor afsluiting gewenst is als de leidingen niet gebruikt worden en bij gebruik van de druksensoren ook om deze reden beschutting tegen regenwater noodzakelijk is. Een alternatief hiervoor is het leidingstelsel uit te rusten met een voorziening voor automatisch doorblazen, bijvoorbeeld met 2 bar stikstofgas, als te veel leidingen geblokkeerd zijn door water. Dit laatste is te detecteren aan de hand van sterk afwijkende druksignalen.

3.5.3 Werkwijze Het drukmeetsysteem is aan te sluiten op een dataacquisitiesysteem en met dezelfde computer te besturen mits deze is uitgerust met digitale I/O randapparatuur en adequate software. Verzameling van de drukinformatie zonder informatie over de geometrie van de openingen te bezitten is niet zinvol. Bij variabele openingen zal daarom een registratiesysteem voor de stand van de openingen moeten worden opgezet. Voor vaste of zeer zelden gewijzigde openingen kan een eenvoudiger (handmatig) systeem worden gebruikt. Gelijktijdig meting van binnen- en buitenluchttemperatuur en windsnelheid en -richting is nodig voor koppeling met de ventilatietheorie. Voor alternatief A zal steeds de responstijd van het systeem voor de gegeven leidinglengte in acht genomen moeten worden. Er moet een evenwicht gezocht worden tussen de scan-duur per meetpunt om voldoende inzicht in het niveau van het drukverschil en de ordegrootte van de drukfluctuaties te verkrijgen en de benodigde tijd om alle meetpunten eenmaal geregistreerd te hebben. Hierover kunnen nog geen uitspraken worden gedaan. De data worden geregistreerd door per meetpunt begintijd, gemiddeld drukverschil, standaard afw. drukverschil tijdens de scanduur en het minimum en maximum in de meetreeks vast te leggen. Voor alternatief B kunnen druksignalen zeer snel gescand worden.

3.5.4 Berekening Het drukverschil over een ventilatieopening is op te vatten als potentiële energie. Aangenomen dat visceuze invloeden verwaarloosbaar zijn en dat lucht niet samendrukbaar is, dan wordt deze potentiële energie omgezet in kinetische volgens de wet van Bernoulli. Hieruit valt vast te stellen dat: Install Equation Editor and double3 click here to view equation. [m /s]

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. waarin: 28v,i(t) = ventilatiedebiet door opening i op Install Equation Editor and doubletijdstip t in [m3/s]. ( click here to view equation. 29P > 0 inlaat; Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 30P < 0 uitlaat). Ai Ci

=oppervlakte van opening i =de ratiofaktor of stromingsweerstand van opening i.

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 31i/e

=de dichtheid van de stallucht in geval i een uitstroomopening is en de dichtheid van de buitenlucht in geval i een instroomopening betreft.

Het totale ventilatiedebiet op stalniveau is te berekenen volgens:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

[kg dl/s]

fv(t)

waarin: n = het totaal aantal uitlaatopeningen (

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

33P < 0). n is afhankelijk van de temperatuurverschil, openingen geometrie en windrichting en -snelheid. = het ventilatiedebiet in [kg dl/s]

De totale ingaande massastroom moet volgens de continuïteitsvergelijking gelijk zijn aan de uitgaande massastroom. Door evaluatie van het schoorsteeneffect, het windeffect en doorrekening van de continuïteitsvergelijking kunnen afwijkingen van de continuïteitsvergelijking worden geconstateerd. Aangaande de invloed van drukfluctuatie op het ventilatiedebiet is het onderzoek onvoldoende gevorderd om daarover uitspraken te doen. Het berekende totale ventilatiedebiet kan door vergelijking met uitkomsten van meetmethoden als beschreven in par. 3.6 t/m 3.8 worden gecontroleerd.

3.5.5 Verslag Als resultaat van de meting komen data ter beschikking aangaande: - drukbeelden rond het stalgebouw aan de ventilatieopeningen, - lokale debieten als functie van de tijd (niet continu), - windrichting en -snelheid als functie van de tijd, - temperatuurverschil tussen stallucht en buitenlucht.

3.5.8 Slotbeschouwing Verschildrukken onder 1 Pa zijn tengevolge van onnauwkeurigheid en temperatuureffecten moeilijk vast te stellen. Het debiet dat optreedt bij goed meetbare drukverschillen >1 Pa - 125 Pa is sterk afhankelijk van de vorm en grootte van de ventilatieopeningen, het aantal ventilatieopeningen, de ligging van de openingen en de stalgrootte. De verschildrukmethode is dan ook alleen bruikbaar als deze wordt gebruikt in combinatie met een theoretisch model van het natuurlijke ventilatie proces. Per staltype ligt het meetbereik betreffende het ventilatiedebiet dan ook anders. Indicatief kan gezegd worden dat bij windsnelheden van 3-18 m/s met verschildrukmetingen gewerkt kan worden. Berekeningen zijn doorgevoerd voor een ligboxenstal voor 120 melkkoeien met een 3 luchtinhoud van 7500 m . De verschildrukmethode kan voor een stal met gesloten 3 hoofddeuren (2* (4 * 4) m) een bereik van 40.000-450.000 m /h en voor geopende 3 hoofddeuren en zijdeuren een bereik van 100.000-850.000 m /h bemeten. De te behalen nauwkeurigheid is afhankelijk van het bereik van het meetinstrument, van eventuele hoogteverschillen tussen drukopnamepunten en van temperatuureffecten. Voor natuurlijke ventilatie bruikbare verschildrukopnemers zijn verkrijgbaar met volle schaal bereiken van 6,5 tot 250 Pa. Een bereik van 0-125 Pa (0-0,5" waterkolom) is het meest voor de hand liggend in windrijke gebieden. De instrumentnauwkeurigheid is 0,5% FS (= full scale), temperatuureffecten kunnen oplopen tot 2% FS. Het af te leiden debiet is ook afhankelijk van andere faktoren met een eigen onnauwkeurigheid. Bij lage windsnelheden is de onnauwkeurigheid van de meetmethode te groot, voor windsnelheden boven 3 m/s is deze voor de meeste ventilatieopeningen redelijk tot goed. Een drukopnemer is bij toepassing op een enkel meetpunt geschikt voor continue meting. Kalibratie van de opnemers vereist in dat geval extra aandacht. Bij plaatsing op grote

afstand van het meetsysteem (>25 m) is stroomsturing en galvanische scheiding van het meetsignaal gewenst. In het multiplexersysteem is men afhankelijk van responstijden enkele sec. tot een minuut afhankelijk van de leidinglengte en het volume tussen multiplexer en drukopnemer. Plaatsing van de drukopnemer op lokatie verdient bij procesonderzoek de voorkeur. De methode heeft als grote voordeel dat in principe lokale debieten kunnen worden vastgesteld. Nadeel is de relatief grote storingsgevoeligheid met name bij neerslag. De methode is in onderzoek.

Literatuur Elliot J.A., 1972. Instrumentation for measuring static pressure fluctuations within the atmospheric boundary layer. Boundary-Layer Meteorology 2, p476-495. Ooster, A. van 't & A.J. Both, 1988. Towards a Better Understanding of Relations Between Building Design and Natural Ventilation in Livestock Buildings. Proceedings of the third international livestock environment symposium. Toronto, Canada. Published by ASAE, p8-21.

3.6 Tracergas experimenten 3.6.1 Onderwerp Deze paragraaf beschrijft methodieken ter bepaling van het totale ventilatiedebiet van ruimten met behulp van tracergas experimenten. Het betreft indirecte meetmethoden. Er zijn drie vormen van tracergas experimenten denkbaar, Rate-of-Decay (ROD), Rate-ofAccumulation (ROA) en de continue tracergasmethode (CT). Deze komen allen aan de orde. Tracergassen zijn goed meetbare, in de toe te passen concentraties niet toxische en stabiele gassen, liefst met een molecuulgewicht dat niet te ver afwijkt van het gemiddelde molecuulgewicht van lucht 28,96 kg/kmol. Een dichtheidsverandering van de stallucht t.g.v. toevoeging van het tracergas tot 1% wordt toelaatbaar geacht. Het is wenselijk dat het tracergas normaliter niet anders dan als een constante achtergrondconcentratie voor de duur van het experiment in de te meten lucht voorkomt.

3.6.2 Toepassingsgebied Tracergasexperimenten zijn in principe bruikbaar voor alle geventileerde ruimten, zolang er een goede menging van de ruimtelucht optreedt. Bij grote concentratiegradiënten of duidelijke stagnatie zones verliest de methode aan nauwkeurigheid indien de aanname van ideale menging van de binnenlucht gehandhaafd wordt. Een andere methodiek die langer haar meetnauwkeurigheid behoud is die waarbij systeemgrenspassage van het tracergas gemeten wordt. Deze laatste methode is echter vooral goed bruikbaar tezamen met de druk-meetmethode (§ 0) en is momenteel nog in ontwikkeling en wordt daarom nog niet nader beschreven. De methoden ROD en ROA zijn bedoeld als discrete meting van het ventilatiedebiet, terwijl de CT-methode geschikt is voor bepaling van de dynamiek in het ventilatiedebiet. Indien tracergasexperimenten worden toegepast voor erg grote ruimten, met name volgens de continu tracergasmethode, dan dient het gas of goedkoop of op lage concentratieniveau's (<0,5 ppm) goed meetbaar te zijn. De ROD-methode is voor erg -1 hoge ventilatievouden (h ) niet bruikbaar als op meer dan één meetpunt in de ruimte de gasconcentratie gemeten wordt m.b.v. multiplex apparatuur. De samplefrequentie is dan, t.g.v. dode tijd van het leidingsysteem en de responstijd van het meetinstrument, te laag voor een nauwkeurige registratie van het concentratieverloop. De ROA methode verdient in dat geval de voorkeur.

3.6.3 Beginsel en werkwijze De tracergasmethodieken zijn gebaseerd op de wet van behoud van massa. Bij de berekening van het ventilatiedebiet uit concentraties wordt aangenomen dat de lucht in de ruimte ideaal gemengd is. Deze aanname houdt in dat de thermodynamische eigenschappen van de uitlaat-lucht gelijk gesteld worden aan de gemiddelde thermodynamische eigenschappen van de stallucht. Deze aanname biedt eveneens de mogelijkheid de massabalans stationair te benaderen. De algemene vorm van een niet stationaire massabalans voor een gas in een geventileerde ruimte is: Opslag = aanvoer - afvoer + produktie - verval ofwel: waarin:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

buitenlucht

[kg trg/s] (1) xe

= idem voor de

Σ fprod(t)

= som van alle

Σ fad-/abs.

= som van de ad- en

[kg trg/kg dl]

voornamelijk tijdsafh. bronfuncties

[kg/s]

absorptie verliezen van het gas. fcv(t,ti,xi)= verliezen t.g.v. van chemisch verval in de stallucht.

[kg/s] [kg/s]

Opmerking: Het gasgehalte (xi) in de differentiaal betreft de gemiddelde concentratie in de bulklucht, terwijl het gasgehalte in de eerste term de gemiddelde concentratie aan de uitlaatopeningen aangaat. De vergelijking is alleen goed oplosbaar indien deze bij benadering aan elkaar gelijk zijn.

Het tracergas (trg) dient zodanig gekozen te worden dat verlies functies ten gevolge van chemisch verval of ad- en absorptieprocessen verwaarloosbaar klein zijn ten opzichte van de verliesfunctie door ventilatie, omdat deze functies niet of nauwelijks met enige nauwkeurigheid in te schatten zijn. Hierdoor vervallen de laatste twee termen van de massabalans. Tevens dient de aangelegde gasbron de enige bron van het tracergas te zijn, tenzij de tracergasproduktie uit andere bronnen zeer goed voorspelbaar is. In het laatste geval wordt extra toediening van tracergas overbodig, mits de uit de bestaande bronnen voortkomende gasproduktie voldoende nauwkeurig meetbaar is. Navolgend worden de diverse methoden afzonderlijk kort behandeld. De ROD en de ROA methoden zijn in wezen stimulus-respons technieken. De stimulus, een verandering in een meetbare eigenschap van de stallucht (gasconcentratie) (ROD) of een gasbron (ROA) wordt aan het systeem opgelegd en de response van het systeem, de geventileerde ruimte, wordt gemeten.

3.6.3.1 Rate of decay methode De ROD methode is gebaseerd op de opslagterm en de ventilatieterm in de massabalans. De produktiefunctie is daarbij op nul gesteld. Er wordt een tijdelijke bron aangelegd, meestal bij gesloten ventilatieopeningen, tot de binnenluchtconcentratie is opgelopen tot een niveau dat voldoende ruim boven de achtergrondconcentratie ligt, goed meetbaar is en binnen het meetbereik van de gasanalyzer blijft. Het is van groot belang dat de bron het gas zo homogeen mogelijk over het stalvolume verdeelt. Zodra het gewenste concentratieniveau is bereikt wordt de bron stilgelegd. Op t= t0 worden de ventilatieopeningen in de gewenste positie gebracht en zal tengevolge van ventilatie de gasconcentratie teruglopen. Uit het verval van het gasgehalte in de binnenlucht wordt het ventilatiedebiet afgeleid met behulp van de volgende vergelijking: De grafiek van de ln van Install Equation Editor and doublede gasgehalte-ratio tegen click here to view equation. [kg trg/kg [-] dl] (2) (3) de t-t0 is een rechte, die de y-as in de oorsprong snijdt en de richtingscofficiënt -fv / (V.ρi) heeft. Uit de helling van deze lijn is het ventilatiedebiet te bepalen. Het stalvolume dient bij dit proces representatief bemonsterd te worden. Bij continue bemonstering met één analyseapparaat wordt lucht via bemonsteringsslangen vanuit diverse punten in de ruimte verzameld. Het debiet per monsterpunt dient gelijk te zijn. Voor de analyser wordt de lucht goed gemengd, zodat een "gemiddelde" stalluchtconcentratie wordt verkregen. Voor de verdeling van de bemonsteringspunten over de stal zijn diverse oplossingen denkbaar, die sterk afhangen van het ventilatiesysteem. Bij zuivere ideale menging zou één monsterpunt voldoende zijn. In de praktijk dient te worden afgeschat, waar plaatsen met goede menging en minder goede menging zijn en gestreefd te worden naar een zo representatief mogelijke verdeling van de monsterpunten. Bij discontinue meting kan een aantal monsternemers op diverse plaatsen in de stal worden geplaatst. Ook is het mogelijk een eenvoudig kabelbaansysteem aan te brengen, waaraan passieve monsternemers hangen. Deze verzamelen een "gemiddelde" concentratie voor de stal. De nauwkeurigheid van de laatste methode blijkt aan gestelde eisen te voldoen. De precisie is nog niet uitgetest (Willems & Harssema, 1993). Belangrijke aannamen bij deze methode zijn: - Het ventilatiedebiet is bij benadering constant gedurende het experiment. Bij erg lage debieten en natuurlijke ventilatie houdt deze aanname slechts zelden volledig stand door het fluctuatieve karakter van het ventilatiedebiet. - De bemonstering van het stalvolume is zodanig uitgevoerd dat de gemeten concentraties die van de bulklucht van een ideaal gemengd vat representeren. Het komt in de praktijk vaak voor dat het ventilatieproces afwijkt van het ideale mengmodel. Barber en Ogilvie (1984a) hebben een twee parameter n,m-model geïntroduceerd dat rekening moet houden met deze situatie. In dit model wordt het stalvolume in twee volumina opgedeeld gedacht; een fractie m wordt verondersteld ideaal gemengd te zijn en de resterende fractie 1-m wordt verondersteld uit stilstaande lucht te bestaan. De inkomende lucht wordt eveneens opgedeeld in twee fracties; een fractie n van de inkomende luchtstroom treedt binnen in de ideaal gemengde zone, terwijl een fractie 1-n via kortsluitstromen direct naar de uitlaatopening stroomt. De wiskundige oplossing voor dit model luidt:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

(4)

De grafiek van de ln van de gasgehalte-ratio tegen de t-t0 is een rechte, met ln n als intercept op de logaritmische y-as en de richtingscofficiënt -n/m. fv / (V.ρi). Probleem van dit model is dat m alleen ingeschat kan worden op grond van stromingsvisualiseringstechnieken, de grafiek levert immers alleen informatie over n en fv/m.

3.6.3.2 Rate of accumulation Deze methode is gebaseerd op de eerste drie termen in de massabalans, de opslagterm, de ventilatieterm en de produktieterm. De ventilatie wordt niet gestoord door het sluiten van openingen, ventilatoren en/of openingen blijven in de gewenste stand staan. Op t= t0 start de produktiefunctie, een constante gasstroom wordt regelmatig verdeeld in de ruimte gedoseerd of bij vaste inlaatopeningen in de inlaatstromen geïnjecteerd. Gevolg is een toenemende tracergasconcentratie in de ruimte, die oploopt naar een evenwicht volgens: Voor traag verlopende Install Equation Editor and doubleventilatieprocessen, gering click here to view equation. [kg trg/kg dl] (5) luchtdebiet, is het ventilatiedebiet af te leiden uit de afgeleide van bovenstaande functie direct na de start van het experiment. De gemeten richtingscoëfficiënt van de concentratielijn rond t= t0 (r.c. t≈t0) biedt in dat geval de oplossing: Gevaar bij deze aanpak is Install Equation Editor and doubledat de kans groot is dat de click here to view equation. [kg dl/s] (6) gemeten concentratie niet representatief is voor de bulkluchtconcentratie zo kort na aanvang van het experiment. Indien dit gewantrouwd moet worden dan dient het experiment door te lopen totdat zich een vrijwel stationaire situatie voordoet, d.w.z. dat de gemeten ruimteconcentratie vrijwel constant blijft. Het tracergas krijgt dan meer tijd zich door de ruimte te verdelen. Het ventilatiedebiet is dan te berekenen uit: Genoemde vergelijkingen Install Equation Editor and doublezijn alleen bruikbaar als de click here to view equation. [kg dl/s] (7) produktiefunctie, de buitenlucht-concentratie en het ventilatiedebiet bij benadering constant zijn gedurende het experiment. De ROD methode heeft als voordeel t.o.v. de ROA methode dat bij inbreng van het gas de lucht opgemengd mag worden met een hulpventilator, waardoor op t= t0 de gasverdeling vrij homogeen kan zijn in de ruimte. Bij de ROA methode is dat veel meer afhankelijk van het heersende luchtstromingspatroon en lokatie van bemonsteringspunten.

3.6.3.3 Continu tracergasmethode Bij de continu tracergasmethode wordt een bekende bronfunctie voor het tracergas gehandhaafd. De bron dient liefst constant of op enkele niveaus varieerbaar te zijn. Echter ook een traploze regeling met als doel de concentratie in de binnenlucht constant te houden is denkbaar. Er ontstaat dan een eerste orde differentiaal vergelijking met een in de tijd variabele binnenlucht concentratie en/of een in de tijd variabele bronfunctie. Deze is opgebouwd uit de eerste drie termen van de eerder genoemde massabalans. Het ventilatiedebiet kan in deze beide gevallen, vaste tracergasbron en concentratieregeling, worden bepaald. Indien de binnenluchtconcentratie variabel blijft dient de volgende lineaire d.v. te worden opgelost:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

Numerieke oplossing levert xi(t) (berekend) door gebruikmaking van optimaliseringstechnieken voor [kg trg/s] (8) minimalisering van de

functie:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

door schatting van de functie fv(t) bij bekende (gemeten) V.ρi, xe en fprod(t). Een directere numerieke

methode is ervan uit te gaan dat het gemeten verloop van xi (t), de oplossing van bovengenoemde d.v. representeert. De differentiaal dxi/dt wordt dan omgezet naar een differentie ∆xi/∆t, d.w.z. dat de concentratieverandering van de binnenlucht wordt bepaald door een of meerdere gemeten binnenluchtconcentraties uit verleden en 'toekomst' mee te nemen voor berekening. xi(t) en ∆xi(t)/∆t worden dan bepaald uit de gemeten data. Resteert als enige onbekende fv(t). Een sterke vereenvoudiging kan worden gemaakt door de eerste term te verwaarlozen. Dit is alleen gerechtvaardigd indien deze term erg klein is ten opzichte van de overige door geringe verandering van de binnenluchtconcentratie, regeling op binnenluchtconcentratie, of door een hoog ventilatiedebiet. De vergelijking is in dat geval algebraïsch op te lossen: De foutfunctie ε(t) wordt Install Equation Editor and doublegroter naarmate de regeling click here to view equation. (9) slechter wordt. Om bij de CT-methode de tracergasconsumptie te minimaliseren moet voor een gas gekozen worden dat bij zeer lage concentraties goed meetbaar blijft. Van groot belang bij deze experimenten is dat de opgelegde bronfunctie inderdaad de enige bron is van het betrokken gas. Van evenzo groot belang voor het welslagen van het experiment is dat aannamen betreffende de verliesposten, liefst nul, met de werkelijkheid in overeenstemming zijn. Zonodig moeten laboratorium-proeven worden opgezet om dit de verifiëren.

3.6.4 Toestellen en hulpmiddelen Om tracergasexperimenten uit te kunnen voeren zijn een aantal hulpmiddelen noodzakelijk. Naar functie is een onderscheid te maken tussen het tracergas zelf, het tracergasinjectiesysteem en het meetsysteem voor de gasconcentratie.

3.6.4.1 Tracergas In het algemeen veel gebruikte tracergassen zijn SF6 (zwavel hexafluoride), CO2 (kooldioxyde), C4H8 (isobutyleen), N2O (lachgas). De eerst genoemde twee gassen hebben voor toepassing in praktijkstallen nadelen. SF6 heeft een zeer hoog molecuulgewicht, waardoor een geïnjecteerde gasstroom ook bij voorverdunnen een hogere dichtheid heeft dan de omgevende lucht, gevolg is 'koudeval' van deze lucht. Hierdoor is dit gas vooral bij geringe convectiestromen minder goed bruikbaar. Bij sterk voorverdunde injectiestromen (enkele tientallen ppm's) speelt dit probleem niet. CO2 heeft als nadeel dat dit in alle dierlijke produktiestallen door de dieren al in overmaat wordt geproduceerd. Aangezien de produktiefunctie van CO2 in stallen geen constante is en het gedrag ervan voor de meeste diersoorten niet zonder nader onderzoek is vast te stellen is CO2 niet bruikbaar als 'vreemd' ingebracht gas voor tracergasexperimenten in stallen. Isobutyleen is een vrij inert gas, maar wel brandbaar bij conc. 1,1-8,5 vol-%. Het lijkt geschikt als tracergas in landbouwbedrijfsgebouwen. Lachgas is goed bruikbaar voor kleinere ruimten, omdat het niet goed detecteerbaar is op zeer lage concentratieniveau's. In strooiselstallen is sprake van lachgas produktie in de strooisellaag. Toepassing van lachgas in stallen met strooisel wordt derhalve ontraden. Andere minder gangbare tracergassen, als NO (stikstofmonoxyde) en CO (koolmonoxyde) worden hier besproken omdat deze gassen op een erg laag concentratieniveau meetbaar zijn en derhalve geschikt lijken voor grote stalvolumina met een relatief hoog ventilatievoud. Stikstofmonoxyde heeft een aantal duidelijke nadelen: - Het is giftig, het heeft een MAC en TLV-TWA (TWA= time weighted average) waarde van 25 ppm. Zolang gasflessen niet in de stal geplaatst worden en voorzien zijn van een beveiliging is het risico klein. - Het gas is erg duur. - NO is nogal reactief waardoor er kans bestaat op verliezen door chemische omzettingen. Het gas is echter aantrekkelijk omdat het reeds ver onder 1 ppm goed detecteerbaar is, waardoor het zich goed leent voor experimenten volgens de CT-methode in grote volumina. Het lijkt nodig de concentratie terug te meten m.b.v. het NOx-kanaal van een Nox-analyzer. Evt. in NO2-omgezet NO wordt dan weer teruggevormd naar NO. Verdergaande tweedeorde chemische omzettingen van NO2 zijn niet onderzocht. Koolmonoxyde heeft hetzelfde voordeel als NO betreffende de meetbaarheid van het gas, dat wil zeggen er zijn instrumenten op de markt met een voldoende laag meetbereik. Koolmonoxyde is eveneens een giftig gas, de MAC en TLV-TWA waarde zijn 50 ppm. De

TLV-STEL (Short Term Exposure Limit) bedraagt 400 ppm. De werkconcentratie dient zo laag mogelijk te liggen om de gasconsumptie laag te houden en om gezondheidsredenen. Voor de continu tracergasmethode lijkt een werkconcentratie in de stal van 1-3 ppm het meest aantrekkelijk. De toepasbaarheid van dit gas in stallen is nog in onderzoek. Zowel voor CO als NO dienen de veiligheidsvoorschriften voor gebruik van deze gassen nauwkeurig te worden opgevolgd. Met andere eventueel geschikte tracergassen zijn bij de werkgroep geen ervaringen.

3.6.4.2 Tracergasinjectiesysteem De aan het tracergasinjectiesysteem te stellen eisen verschillen afhankelijk van het experimenttype ROD, ROA of CT. Bij de ROD bestaat vaak de mogelijkheid de lucht intensief te mengen alvorens het experiment gestart wordt. Een homogene distributie in de ruimte is wegens deze na menging minder belangrijk. Indien het normale luchtstromingspatroon niet verstoord mag worden zoals bij ROA en CT-experimenten, dan is een zo homogeen mogelijke distributie van het gas in de gehele ruimte nodig om al te grote concentratiegradiënten te voorkomen. Hulpmiddelen voor een goede inbreng van tracergas in grote ruimten zijn: - Gasstation: gasfles(sen) met reduceerventielen en een mass flow controller. Bij CTexperimenten is het aan te bevelen een gasstation toe te passen met twee gasflessen en automatische omschakeling als één van de flessen leeg is. Het is bij CTexperimenten in natuurlijk geventileerde ruimten aan te bevelen een mass flow controller toe te passen die met een extern (analoog) signaal is aan te sturen. Deze optie opent de mogelijkheid de gasstroom automatisch aan te passen aan het niveau van de ventilatie. Tevens gaat regeling op een nagenoeg constante concentratie in de stal tot de mogelijkheden behoren. Het gasstation dient buiten de te onderzoeken ruimte geplaatst te worden. - Transport van tracergas van het gasstation naar het distributiesysteem: Na de flowcontroller is de gasdruk al vrijwel atmosferisch. Voor deze transportfunctie is dan ook iedere goedgekeurde gasleiding bruikbaar. Een flexibele leiding heeft de voorkeur. - Het distributiesysteem heeft als hoofdfunctie het tracergas homogeen in de ruimte te verdelen. Als genoemd is dit voor ROA en CT-experimenten van groter belang dan voor ROD-experimenten met namenging door interne ventilatie. Bij duidelijk gedefinieerde inlaatopeningen en een goede luchtmenging in de ruimte is injectie van het tracergas in de inlaatopeningen denkbaar. Zijn de inlaatopeningen niet aanwijsbaar, zoals bij natuurlijk geventileerde ruimten, of zijn er redenen om aan te nemen dat er geen goede menging van de inlaatlucht met de stallucht is, denk aan kortsluitstromen tussen in- en uitlaat, dan verdient injectie in het centrale recirculatiegebied van het gebouw de voorkeur. Voor injectie aan de inlaatopeningen is een distributiesysteem bestaande uit een pomp met een dunne flexibele leiding naar iedere opening voldoende. Met slangklemmen of beter afsluiters dient ervoor zorggedragen te worden dat iedere leiding evenveel gas naar een opening transporteert. Indien de totale gasstroom in het distributiesysteem groter moet zijn dan de tracergasflux uit het gasstation dan dient een draaggas, bijvoorbeeld N2 of droge lucht te worden bijgemengd. Deze vorm van distributie kan ook toegepast worden bij distributie in de ruimte als er wordt nagemengd (ROA) of als het volume van de ruimte klein is. Bij injectie in het recirculatiegebied van het gebouw is het beter te werken met een of meerdere blowers (kleine centrifugaal ventilator) en evenveel geperforeerde polyethyleen slangen. Ventilator en slang dienen op elkaar afgestemd te zijn ten behoeve van een gelijkmatige luchtopbrengst per perforatie in de PE-slang. De blowers gebruiken stallucht voor de drukopbouw in het leidingsysteem. Vlak achter de blower dient het tracergas met bekende flux (flow controller) in het distributiesysteem geïnjecteerd te worden. Er vindt dan al voorverdunning plaats in het distributiesysteem. Bij goed ontwerp kan een zeer gelijkmatige toediening over de volle lengte van een PEslang worden gerealiseerd. Voor natuurlijk geventileerde ruimten is deze laatste distributiemethode sterk aan te bevelen.

3.6.4.3 Meetsysteem gasconcentratie De gasconcentratie in de ruimte kan terug gemeten worden op verschillende wijzen: 1. Meting van de 'gemiddelde' concentratie in de ruimte. 2. Meting van individuele punten in de ruimte. 3. Meting aan de uitlaatopeningen.

Ad.1) De bemonsteringspunten dienen zorgvuldig geplaatst te worden om zo goed mogelijk beeld van de ruimtegemiddelde concentratie te verkrijgen. Transport van de luchtmonsters: Benodigd zijn een centrale pomp die van de diverse punten stallucht aanzuigt naar een centraal verzamelpunt, waarin een goede menging van de bemonsteringsluchtstromen gerealiseerd moet worden. Met behulp van een afsluiter per bemonsteringslijn en een (tijdelijk tussen geplaatste) flowmeter moet een gelijke luchtopbrengst per lijn worden gerealiseerd voor een eerlijke weging van de monsterpunten. Tengevolge van de leidinglengte ontstaat er bij een gelijk debiet per lijn toch een verschillende dode tijd t.g.v. transport in de leiding. Indien dit ongewenst zullen alle leidingen even lang gemaakt moeten worden. Eén bemonsteringslijn tussen het verzamelpunt en de gasanalyse apparatuur is voldoende voor bemonstering van het luchtmengsel in het verzamelpunt. Er moet wel op gewezen worden dat de drukverlopen in het leidingstelsel goed moeten zijn, d.w.z. dat de pomp van de gasanalysator nog voldoende druk moet kunnen op- of afbouwen om het gewenste transport te realiseren. Ook worden wel eisen gesteld aan de druk van de monsterflux in de meetkamer van de gasanalysator !! Ad.2) Meting op individuele punten geschiedt meestal om tevens zicht te krijgen op de gasdistributie in de ruimte. Iedere bemonsteringslijn dient in dat geval apart met een gasanalysator verbonden te kunnen worden. Dit kan door toepassing van een gasanalysator per bemonsteringspunt. Hoewel aantrekkelijk is deze optie veelal te kostbaar. Toepassing van een multiplexer, die een van de gasstromen met de analysator verbind ligt meer voor de hand. Diverse oplossingen zijn denkbaar, zoals per leiding een pomp of een centrale pomp, aftakking van een bemonsteringslijn naar de analysator door gebruik te maken van drieweg kleppen of ingewikkelder multiplexers, zoals de samplivalve van Scanco. Belangrijk is dat: a) de lucht vanuit alle bemonsteringspunten continu al zo dicht mogelijk bij de analysator wordt gebracht om vertraging door dode tijden t.g.v. leidingtransport te voorkomen, b) de opbrengst per leiding voldoende is om aan de benodigde luchtstroom in de analysator te kunnen voldoen, c) de luchtopbrengst voor alle leidingen gelijk is en d) de dode tijden voor transport in de leidingen van monsterpunt tot multiplexer bekend zijn. Hoe sneller het ventilatieproces verloopt hoe hoger de meetfrequentie moet zijn. Het is belangrijk na te gaan of de benodigde meetfrequentie per meetpunt gehaald kan worden. De pomp die verantwoordelijk is voor luchttransport van het monsterpunt naar de multiplexer moet zodanig geplaatst zijn, dat deze buiten het circuit valt zodra de bemonsteringlijn wordt omgeschakeld op de gasanalysator, deze moet van een eigen pomp zijn voorzien. Ad.3) Ten aanzien van apparatuur geldt voor dit geval hetzelfde als onder punt 2 is genoemd. De gasanalysator dient uiteraard afgestemd te zijn op het te meten gas en het meetdoel. Voor het meetdoel kan het belangrijk zijn een vrijwel continu signaal te registreren, het is echter ook denkbaar dat een over wat langere tijd gemiddelde concentratie kan voldoen. Behandeling van deze apparatuur zou op deze plaats echter te ver voeren.

3.6.5 Verslag In de verslaglegging moet in ieder geval worden gegeven: - een duidelijke tekening of beschrijving van de gemeten ruimte met karakterisering van het ventilatiesysteem en definiëring van de ventilatie openingen, - informatie over de instellingen van het ventilatiesysteem tijdens de proef en zo mogelijk over het debiet bij de betreffende instelling (voor mechanische ventilatiesystemen), - informatie aangaande binnen- en buitenluchttemperatuur, windsnelheid en windrichting en een situatieschets van de omgeving van de gemeten ruimte (voor natuurlijk geventileerde ruimten), - met welk tracergas de experimenten zijn uitgevoerd, - welk type experiment is toegepast, - op welke wijze het gas is ingebracht en hoe het is verdeeld in de ruimte, - op welke wijze de gasconcentraties zijn teruggemeten, - duidelijke weergave van meetresultaten: ROD: een grafiek van de gasgehalte-ratio uitgezet tegen t-t0 met de bijbehorende lineaire regressielijn, alsmede weergave van de richtingscoëfficiënt en het intercept van de regressielijn.

ROA: grafiek van de gemeten binnenluchtconcentratie uitgezet tegen t-t0 vanaf de start van de meting (= start tracergas injectie) totdat een vrijwel stabiele binnenluchtconcentratie is gerealiseerd met weergave van de geschatte fv uit de richtingscoëfficiënt rond t= t-t0 (vgl. (6)) en de geschatte fv uit het eindniveau van de ruimteconcentratie. CT : vermelding van de gebruikte benaderingsformule voor schatting van fv(t). Weergave van de geschatte fv(t) in grafiekvorm. Bij natuurlijk geventileerde ruimten tevens met weergave van het temperatuurverschil tussen binnen- en buitenlucht, windsnelheid en windrichting. Weergave van de zoninstraling, dakisolatieniveau en dierbezetting is zeker nuttig, vooral bij lage windsnelheden.

3.6.6 Slotbeschouwing 3.6.5.1 Rate of Decay Methode (ROD) Het is voor hoge ventilatiedebieten een voorwaarde dat de (gemiddelde) binnenluchtconcentratie snel gescand kan worden, dat wil zeggen 1-2 metingen per minuut. De buitenluchtconcentratie moet gemeten worden als deze niet verwaarloosbaar is. De meetfrequentie voor de buitenluchtconcentratie is afhankelijk van de stabiliteit van die concentratie. Het is aan te bevelen tenminste 10 metingen aan de stalluchtconcentratie te verrichten gedurende de vervaltijd van de stalluchtconcentratie. Het kortst haalbare tijdsinterval tussen twee metingen beïnvloedt de nauwkeurigheid van de methode, vooral bij hoge ventilatiedebieten. Gedurende de vervaltijd dient het ventilatiedebiet vrij constant 3 te zien. Het meetbereik in m /h is afhankelijk van de startconcentratie, de nog nauwkeurig meetbare onderste concentratie limiet voor het tracergas, het stalvolume en de totale meettijd. De meetnauwkeurigheid is vooral afhankelijk van de adequaatheid van het toegepaste model, of anders gezegd voldoet de stal aan het ideale mengmodel, is het debiet redelijk constant gedurende het experiment (een kortdurend experiment is bevorderend) en wordt de stallucht representatief bemonsterd. Dit is dermate situatieafhankelijk dat daarop niet verder wordt ingegaan. De methode is in onderzoek. Tabel 3.6.1

Overzicht meetbereik ROD-methode. De ondergrens van het 3 meetbereik is 0 m /h, er is dan geen verval van de stalluchtconcentratie meetbaar. Fv-max is het maximaal meetbare ventilatiedebiet voor gegeven condities.

Uitgangspunten:

Minimaal 10 metingen per experiment; hoogst haalbare meetfrequentie: A: 1 meting per 60 s en B: 1 meting per 30 s; eindconcentratie tracergas 1 ppm boven achtergrondconcentratie; Ideale menging van de stallucht; Ventilatiedebiet is gedurende een experiment bij benadering stabiel. 3 Variaties:Stalvolume 10000, 5000, 2500, 1000 en 500 m Startconc. 10, 20 en 50 ppm boven achtergrond conc.

conc. verschil [ppm]

Fv-max [m3/h]

Stalvolume [m3] 10 -> 1 ppm

20 -> 1 ppm

50 -> 1 ppm

A scannen eens per 60 s vervaltijd >10 min

10.000 5.000 2.500 1.000 500

138.000 69.000 34.500 13.800 6.900

180.000 90.000 45.000 18.000 9.000

235.000 117.500 59.000 23.500 11.750

B scannen eens per 30 s vervaltijd >5 min

10.000 5.000 2.500 1.000 500

276.000 138.000 69.000 27.500 13.800

359.500 180.000 90.000 36.000 18.000

470.000 235.000 117.000 47.000 23.500

3.6.5.2 Rate of accumalation methode (ROA) Indien het ventilatiedebiet wordt bepaald op grond van de respons van de stal in de eerste minuten na aanvang van de tracergasinjectie (vgl. 6 in § 3.6.3.2), dan is continue monitoring van de gemiddelde stalluchtconcentratie noodzakelijk om de richtingscoëfficiënt van het concentratieverloop in de stal te kunnen bepalen. Er dient

rekening te worden gehouden met de dode tijd (vertragingstijd en de responstijd) van het meetsysteem. Het meetbereik is afhankelijk van het stalvolume, de gasinjectiecapaciteit en het tijdsinterval waarover de richtingscoëfficiënt wordt bepaald rond (t= t0). De meetnauwkeurigheid is vooral afhankelijk van de mate waarin het gas homogeen over de stallucht wordt verdeeld en de snelheid waarmee dat gebeurt en representativiteit van de stalluchtbemonstering voor de gemiddelde stalluchtconcentratie. Ook het meetsysteem zelf beïnvloedt de meetnauwkeurigheid, vooral als de responstijd groter is dan een derde van de responstijd van het stalsysteem op het opgelegde injectieniveau. Hoe korter de responstijd van het meetsysteem hoe beter de stalrespons wordt geregistreerd en hoe hoger de meetnauwkeurigheid. De vertragingstijd tengevolge van transport in de leidingen heeft verder weinig invloed. Deze methode kan op problemen stuiten in verband met een te traag verloop van de menging van het tracergas met de stallucht. Voordeel is dat de methode door de korte meetduur nauwelijks beïnvloed wordt door fluctuaties in het ventilatiedebiet, een voordeel bij natuurlijk geventileerde ruimten. Er is geen ervaring met deze methodiek; evenmin is de methode in onderzoek.

Tabel 3.6.2

Overzicht meetbereik ROA-methode, indien het ventilatiedebiet wordt bepaald op grond van de stalrespons direct na aanvang van de 3 injectie. De ondergrens van het meetbereik is 0 m /h (de stalluchtconcentratie stijgt in dat geval lineair). Fv-max is het maximaal meetbare ventilatiedebiet voor gegeven condities.

Uitgangspunten:

Continue meting van de stalluchtconcentratie; Ideale menging van de stallucht; maximaal toelaatbare fout voor ventilatiedebiet ten gevolge van linearisering van de opgaande flank van de concentratiecurve 5 %; minimum meetduur 60 s; Ondergrens voor nauwkeurige detectie van het concentratieverschil stallucht/buitenlucht 1 ppm (Tracergas koolmonoxyde). 3 Variaties:Stalvolume 10000, 5000, 2500, 1000 en 500 m Stalvolume [m3]

Fv-max1) [m3/h]

injectiecap. [l/min] NTP

tijdsinterval bepaling r.c.(t=t0)2) [s]

conc. toename in stal tijdens meetinterval

10.000 5.000 2.500 1.000 500

180.000 90.000 45.000 18.000 9.000

11.0 6.0 3.0 1.1 0.6

60 60 60 60 60

1.0 1.1 1.1 1.0 1.1

1) Fv-max komt voor alle stalgrootten overeen met een ventilatievoud van 18 h-1. Voor lagere ventilatiedebieten dan Fv-max kan een lagere injectiecapaciteit en een langer tijdsinterval worden gekozen. 2) R.c. = richtingscoëfficiënt curve, tijd (x-as), concentratie tracergas (y-as).

Indien het ventilatiedebiet wordt bepaald uit de evenwichtsconcentratie die na verloop van tijd ontstaat, dan is het van belang dat het ventilatiedebiet vrij stabiel is. In geval van een fluctuerend ventilatiedebiet is moeilijk na te gaan wanneer de evenwichtsconcentratie is bereikt. In geval van hoge ventilatiedebieten is de stal respons snel (enkele minuten (95% responstijd)). Lage ventilatiedebieten leiden tot lange responstijden (tot 40 min (95% responstijd)). Voor niet stabiele ventilatiedebieten (natuurlijk geventileerde stallen) is het derhalve zinvol een ondergrens aan te geven voor deze ventilatiemethode. Het injectieniveau van het tracergas dient aan het ventilatievoud te worden aangepast. Feitelijk is er geen bovengrens van het meetbereik voor het ventilatiedebiet aan te geven, behalve dan uit oogpunt van een plafond aan de gasconsumptie. De methode is mogelijk bruikbaar als niet continue methode voor zowel natuurlijk als mechanisch geventileerde stallen. De ROD verdient echter de voorkeur zolang die ook toegepast kan worden i.v.m. de mogelijkheid van het homogeniseren van de stalluchtconcentratie juist voor aanvang van het experiment. De ROA-methode is momenteel niet expliciet in onderzoek.

Tabel 3.6.3

Overzicht meetbereik ROA-methode. Ventilatiedebiet bepaling op grond van de eindconcentratie (= evenwichtsconcentratie) in de stallucht. Injectieniveau en 95% responstijden voor stallen van verschillende omvang.

Uitgangspunten:

Ideale menging van de stallucht; De evenwichtsconcentratie dient tenminste 1 ppm boven de buitenluchtconcentratie te liggen. Een ondergrens voor natuurlijk geventileerde stallen is niet weergegeven. Wel is indicatief de 95% responstijd bij een ventilatievoud van 5 -1 h weergegeven. 3 Variaties:Stalvolume 10000, 5000, 2500 m Stalvolume [m3]

Fv [m3/h]

injectieniveau1) [l/min] NTP

10.000

1.000.000 50.000 500.000 25.000 250.000 12.500

25.0 1.2 12.5 0.6 6.0 0.3

5.000 2.500

95% responstijd [s] 2)

81 2160 108 2160 108 2160

1)

Minimaal benodigde injectniveau om een evenwichtsconcentratie in de stallucht te bereiken die 1,5 ppm boven de buitenluchtconcentratie ligt. 2) 2160 s = 36 min. Te lang voor een nauwkeurige debietmeting.

3.6.5.3 Continu tracergasmethode Het meetbereik van de continu tracergasmethode is in principe onbeperkt, zolang gasinjectiesysteem, de terugmeting van de concentratie (meetlokaties en meetfrequentie) en de dynamiek van de stofbalans goed op elkaar zijn afgestemd. In de praktijk worden de grenzen bepaald door de gekozen injectiecapaciteit en de onderste detectiegrens van de monitor. De distributie van het gas in de stalruimte bepaalt de nauwkeurigheid van de methode. Dode ruimten en kortsluitstromen moeten voorkomen worden. Eveneens moet in dit opzicht veel aandacht worden besteed aan de stalluchtbemonstering. Een exacte meetnauwkeurigheid is niet aan te geven omdat de absolute referentie ontbreekt. Zeker is dat bron bij gebruikmaking van een massflowcontroller zeer nauwkeurig vast ligt (fout < 1% FS). De belangrijkste foutbronnen zijn dan ook meetnauwkeurigheid van de monitor en de mate waarin de gemeten stalluchtconcentratie representatief is voor de gemiddelde stalluchtconcentratie. De meetnauwkeurigheid van een monitor kan hoog gemaakt worden met behulp van een polynoom ijkcurve en dagelijkse registratie van zero- en spandrift. Bij numerieke oplossing van de stofbalans met gebruikmaking van de gemeten data is het mogelijk de fout beneden 10% van de meetwaarde te houden. De methode lijkt zeer geschikt voor de bepaling van het ventilatiedebiet van natuurlijk geventileerde stallen, maar verkeert nog in onderzoeksstadium. Literatuur Barber, E.M. & J.R. Ogilvie, 1984a. Incomplete mixing in ventilated airspaces. Part I. Theoretical considerations. Canadian Agric. Engng 24: p25-29. Barber, E.M. & J.R. Ogilvie, 1984b. Incomplete mixing in ventilated airspaces. Part II. Scale model study. Canadian Agric. Engng 26: 189-196. Hitchin, E.R. & C.B. Wilson, 1967. A review of experimental techniques for the investigation of natural ventilation in buildings. Building Science vol. 2: 59-82. Verwijzing van Barber & Ogilvie 1982. Incomplete mixing in ventilated air spaces. Part I. Willems, J.J.H. & H. Harssema, 1993. Ammoniakemissie geitenstal (natuurlijke ventilatie), Rapport IV-181, Vakgroep Luchtkwaliteit Landbouwuniversiteit Wageningen.

3.7 CO2-meting en CO2-balansberekening 3.7.1 Algemeen De CO2-balans benadering, voortaan CO2-balansmethode te noemen, houdt in dat het ventilatievoud van een stal geschat wordt op grond van een zo waarheidsgetrouw mogelijke evaluatie van de wet van behoud van massa voor kooldioxyde. Deze methode is een speciale vorm van de in de voorgaande paragraaf behandelde continu tracergasmethode bij toepassing in een continu meetsysteem. Ook bij steekproefsgewijze metingen wordt de CO2-balansmethode wel gebruikt. De CO2-buffering in de stallucht zal in dat geval noodgedwongen verwaarloosd moeten worden. Het grootste verschil met tracergasexperimenten is dat gebruik wordt gemaakt van de natuurlijke CO2-produktie in de stal. De dieren zijn de voornaamste CO2-producenten, daarnaast kan CO2-produktie uit (meng)mest, strooisel of opgeslagen voer en eventueel aanwezige verbrandingsmotoren of verwarmingssystemen met directe verbranding van de brandstoffen worden verwacht. Vooral in stallen met stroloze huisvesting en mestopslag of duurzaam strooiselgebruik kan extra CO2-produktie ontstaan. Gassen uit mest bestaan voor meer dan 40 (gew.)-% uit CO2 (Bresk en Stolpe (1985)). Tevens geldt dat de CO2produktie uit opgeslagen mest in het algemeen toeneemt met de leeftijd van de mest. Toch is bij normale dierbezettingen de respiratie CO2-produktie dominant, d.w.z. meer dan 90% van de totale produktie. Van Ouwerkerk en Aarnink (1991) hebben een mathematische beschrijving gemaakt van bronsterkten van gassen, waaronder CO2, in varkensstallen. Tabel 1 geeft enkele cijfers aangaande CO2-bronsterkten, die deels indicatief zijn. Tabel 3.7.1. Enkele cijfers aangaande CO2-bronnen in stalgebouwen. De niet op de dieren betrekking hebbende bronnen zijn indicatief. CO2-bron

CO2-vorming

literatuurbron

dieren algemeen

1 ltr CO2 per 21,2-24,3 kJ (tot. warmteproduktie van het dier)

Hilliger, 1983; CIGR, 1984; DIN 18910 Brouwer, 1965

mest (algemeen)

5-10% van dierlijke CO2-produktie (bij rust in de stal)

Hilliger, 1983

vleesvarkens

41-82 g CO2/dier.dag

Aarnink & Van Ouwerkerk, 1990

vleesvarkensstal met gevulde mestkelders

3,7 l CO2/m3 mest.h

Bieber, 1975

omzetting faeces varken (lichaamsgewicht 80 kg)

max. 8,5% van dierlijke CO2-produktie.

Curtis, 1972

ingestrooide rundvee grupstal bij uit mesten

12 l CO2/h.standplaats

Hilliger, 1964

leghennenstal strooisel

4,6-5,6 l CO2/m2 staloppervlak.h

Hilliger, 1966

Voor een goede inschatting van het ventilatiedebiet is een nauwkeurige inschatting van de totale CO2-produktie (Σ fprod(t)) voorwaarde. Tengevolge van de gebruikmaking van de natuurlijk aanwezige produktiefuncties kunnen 'Rate of Decay' en 'Rate of Accumulation' (zie § 3.6) niet doelmatig worden toegepast voor het inschatten van het ventilatiedebiet, daar zowel bronsterkte als het ventilatiedebiet onbepaald zijn. Wel kunnen deze experimenttypen worden toegepast om de CO2-produktie in de ruimte in te schatten door het ventilatiedebiet stapsgewijs te verhogen of te verlagen door klepstanden te wijzigen en/of deuren te openen. Voorwaarde is wel dat op beide niveaus het ventilatiedebiet goed bekend moet zijn. Bij natuurlijke geventileerde ruimten kan dat alleen door parallel een tracergasexperiment uit te voeren. Bij mechanisch geventileerde ruimten zijn voor de debietmeting diverse technieken beschikbaar (§ 3.1 - § 3.6).

3.7.2 Toepassingsgebied De CO2-balans berekening is bruikbaar indien sprake is van een voldoende hoge dierbezetting, zodanig dat een goed meetbaar concentratieverschil ontstaat tussen de stallucht en de buitenlucht. Bij melkveehouderij is in de zomerperiode veelal sprake van beweiding. Meting van de ammoniakemissie m.b.v. de CO2-balansmethode uit de dan

veelal lege stal zal in dat geval problemen opleveren. Door de sterk verminderde CO2produktie in de lege stal is het concentratieverschil tussen binnen en buitenlucht veel kleiner. Een relatief kleine fout in de meting van de absolute concentratie in binnen- en buitenlucht kan een onaanvaardbaar grote fout geven aangaande het kleine concentratieverschil. Daarnaast is onder deze omstandigheden de bronsterkte (= CO2produktie) moeilijk nauwkeurig in te schatten. Gevolg is een onzekere ventilatiedebietbepaling volgens deze methode. Bij concentratieverschillen onder 500 ppm kan de meetfout theoretisch onaanvaardbaar hoog worden. Indien beide concentraties achtereenvolgens met één instrument worden gemeten (bijvoorbeeld m.b.v. NDIR (= Non Dispersive Infrared)), dan zullen systematische afwijkingen in de metingen, zoals drift grotendeels teniet worden gedaan door berekening van een verschilsignaal. In dat geval komt de fout voort uit signaalruis en verschillen in lineariteitsafwijking bij de beide concentratieniveaus. Absolute afwijkingen in de concentratieverschilmeting tot 25 ppm kunnen afhankelijk van instrument en omstandigheden ook dan nog optreden. Dräger gasdetectiebuisjes voor CO2-concentratiemeting (type CH 23501) kunnen meten met een absolute nauwkeurigheid van 100 ppm. Aanbevolen wordt deze alleen in te zetten bij stallen met een (vrijwel) volledige bezetting. De CO2-bronsterkte is niet direct te bepalen. Indirect is de bronsterkte te bepalen via experimenten, door deze terug te rekenen uit concentratie- en (indirecte) debietmeting of langs theoretische weg door gebruik te maken van getoetste warmteproduktie- en/of warmteverliesmodellen voor de betreffende diersoort. De foutschatting in de debietbepaling kan vooral door een onvoorziene tijdsafhankelijke variatie van de dierlijke CO2-produktie en door een te onnauwkeurige of een niet representatieve meting van de CO2-concentratie in de stal en in de buitenlucht gemakkelijk oplopen tot 50%, hetgeen uit oogpunt van de emissiebepaling zeker niet wenselijk is.

3.7.3 Beginsel De basis voor de CO2-balans berekening is evenals bij de continu tracergasmethode vgl. (1) in §3.6. CO2 is een stabiel gas, chemisch verval in stallucht mag dan ook verwaarloosd worden. Slechts indien de stallucht, voor meting van de CO2-concentratie, intensief in contact wordt gebracht met grote waterhoeveelheden zal met oplossing van CO2 in water rekening gehouden moeten worden (oplosbaarheid CO2 in water: 3,48 g/l bij 0 °C; 1,45 g/l bij 25 °C; globaal komt dit overeen met de CO2-produktie van 1 koe 3 gedurende resp. 9 en 4 uur per m water). Normaliter kan de ad- en absorptieterm in vgl. (1) worden verwaarloosd, ook omdat andere ad- en absorptie processen van CO2 met significante betekenis niet bekend zijn. Vergelijking (8) in § 3.6 wordt hierdoor de kernvergelijking voor de CO2-balansberekening op stalniveau. De grootste problemen voor een waarheidsgetrouwe schatting van het ventilatiedebiet uit deze vgl. vormen de CO2-produktiefuncties en het dynamisch gedrag van het stalvolume m.b.t. CO2-buffering. Laatste punt is algemeen voor alle tracergassen. De CO2-produktie is vooral afhankelijk van het totaal van metabolische processen bij de dieren. Enerzijds spelen daarbij zaken als voeropname en voersamenstelling, het lichaamsgewicht, de groei, vetaanzet en de produktie een rol, anderzijds is de activiteit van de dieren van invloed op de warmteproduktie en daarmee ook op de CO2-produktie. Het activiteitenpatroon is sterk afhankelijk van de diersoort, het al of niet continue beschikbaarstellen van voer (ad libitum of gerantsoeneerde voedering) en interactiemomenten tussen mens en dier, zoals bijvoorbeeld het melken van melkvee, het voeren, etc. Een veel gebruikte vergelijking die de relatie tussen warmteproduktie en de gasuitwisseling, zuurstof (consumptie) en kooldioxyde (produktie), door dieren weergeeft is naar Brouwer (1965): waarin: Install Equation Editor and doubleQ = totale click here to view equation. warmteproduktie (MJ) [MJ] (1) O2 = respirabele 3 zuurstofconsumptie (m NTP) 3 CO2 = respirabele kooldioxydeproduktie (m NTP) NTP = Norm Temperatuur en druk, dat is 0 °C en 101,325 kPa.

De verhouding tussen de zuurstofconsumptie en de kooldioxydeproduktie, de respiratiecoëfficient RQ (O2 consumptie = RQ * CO2-produktie; RQ = +1), is niet constant voor alle diersoorten en voerrantsoenen. Hierdoor kan de CO2-produktie per kJ of MJ enigszins variëren. Er bestaat echter voor een gegeven diersoort en voerrantsoen vrijwel altijd een vaste verhouding tussen de totale warmteproduktie en CO2-produktie. Hierdoor kan de respiratie CO2-produktie direct gekoppeld worden aan warmteproduktiemodellen of warmteverliesmodellen. Het voert te ver om deze modellen hier uitputtend te behandelen. Figuur 3.7.1 geeft naar Young (1975) een schematische voorstelling van de processen die optreden bij de opname van voer door een dier. De in figuur 3.7.1 weergegeven warmteproduktie zal door geleiding, convectie, straling en verdamping aan de omgeving moeten worden afgedragen. De verhouding van de warmteafgifte via de diverse mechanismen is vooral afhankelijk van dierparameters en klimaatcondities in de omgeving van het dier. Belangrijke invloedsfaktoren zijn de weerstand van het lichaamsweefsel tegen warmtegeleiding en andere vormen van Figuur 3.7.1 Schematische voorstelling van de processen, die optreden bij de opname warmtetransport, de van voer door een dier (naar Young, 1975). beharing, de (on)mogelijkheid om te zweten en klimaatfaktoren als de luchttemperatuur, luchtbeweging, stralingstemperatuur van de omgeving, de luchtvochtigheid en het warmtegeleidend en bufferend vermogen van vloerdelen waarop de dieren liggen. Modelbenadering van de CO2-produktie door dieren: Er zijn verschillende soorten modellen beschikbaar: 1. Empirische modellen voor indicatieve berekening van warmte-, CO2- en vochtproduktie, waarin als parameters uitsluitend het lichaamsgewicht, de produktieparameters met uitzondering van groei, zoals bijvoorbeeld melkproduktie en zwangerschapsproduktie en de omgevingstemperatuur, als onafhankelijke parameters voorkomen. Feitelijk zijn deze modellen uitsluitend geldig voor ad libitum gevoerde dieren. De Vos (1991) en CIGR (1984) behandelen modellen volgens Bruce, Eriksson, Landis en Strom, alsmede de door het CIGR (1984) zelf geformuleerde aanbevelingen. 2. Modellen waarin de warmteproduktie gebaseerd is op het voerniveau (n x onderhoudsniveau) en een onderverdeling van de metaboliseerbare energieinhoud van het voer naar onderhoud en aan de diverse produktieprocessen, als groei, vetaanzet, melk- of eiproduktie e.d., toegerekende metaboliseerbare energie. De kwaliteit van het voer en de efficiëntie faktoren voor benutting van de energie in het voer, alsmede het onderhoud bepalen de warmteproduktie. Dit type model is beschreven door Sterrenburg en Van Ouwerkerk (1986(1) en (3)) en De Vos (1991). Het is uitsluitend geschikt voor berekening van de warmteproduktie binnen de thermoneutrale zone van de dieren. De totale warmteproduktie door de dieren is daar vrijwel constant. Bij gerantsoeneerd gevoerde dieren is dit modeltype te verkiezen boven het eerste. 3. Een derde categorie van modellen poogt een getrouwe weergave van de voelbare en latente warmtebalans van het dierlichaam te beschrijven. Warmteproduktie en warmteverlies worden in evenwicht gehouden (stationaire benadering). Voordeel van dit type modellen is dat berekening van warmte afgifte buiten de comfortzone tot de mogelijkheden gaat behoren. Met name bij diersoorten met een smalle comfortzone, zoals slachtkuikens en biggen is deze modelbenadering van belang. Bruce en Clark (1979) en Sterrenburg en Van Ouwerkerk (1986 (3)), Groenestein en Van Ouwerkerk (1990) behandelen dit type model. In de twee eerstgenoemde modelsoorten wordt veelal gewerkt met een correctiefunctie op de totale warmteproduktie om de invloed van de omgevingstemperatuur te

verdisconteren. Invloeden van de overige klimaatparameters worden in deze beide modeltypen buiten beschouwing gelaten. Geen van de modellen maakt onderscheid tussen individuele dieren en hun parameters binnen een gehuisveste groep. Zolang de warmteproduktie van de in de stalruimte aanwezige diergroep vrijwel lineair afhankelijk is van een parameter mag inderdaad gewerkt worden met gemiddelde parameterwaarden binnen de groep. Voor de parameters melkproduktie en diergewicht gaat dit redelijk op. Voor een evt. drachtigheidsstadium kan dit niet. Bij melkvee kan bijvoorbeeld bij een hoog percentage droogstaand vee t.g.v. deze middeling alleen al een fout ontstaan in de ordegrootte van 10% (De Vos, 1991). 3.7.4 Ondersteuning van de modelbenadering door experiment Een ander aspect dat op stalniveau van belang is, is de variatie in de totale CO2-produktie (c.q. warmteproduktie) t.g.v. variaties in dierlijke activiteit en de tijden van voeropname. Dit wordt in geen van de modellen in rekening gebracht. Onderzoeken naar deze variabiliteit hebben nog een verkennend karakter (Verstegen et.al., 1987; Schneider, 1988). Wel is heel duidelijk dat de CO2-produktie binnen een etmaal sterk kan variëren. Bij melkvee en varkens zijn variaties van plus of min 30% denkbaar. De enige manier om deze variaties in kaart te brengen is een parallelle uitvoering van de CO2-balansmethode en de continu tracergasmethode. Hiermee ontstaat de mogelijkheid een tijdcorrectiefunctie te berekenen, waarin de dieractiviteit tot uiting komt. Indien wordt aangenomen dat de warmteproduktiemodellen een voldoende goede benadering geven van de gemiddelde warmte- en CO2-produktie, dan dient de tijdcorrectiefunctie slechts een goede weergave te vormen van de verdeling van de CO2-produktie over een etmaal. De waarde van de functie zal kunnen variëren tussen +0,65 en +1,35 [-]. Figuur 3.7.2a geeft een voorbeeld van een gemeten dagverloop van de warmteproduktie op stalniveau per dier, en een daaruit afgeleide gestyleerde tijdcorrectiefunctie voor melkvee. Schneider (1988) vond voor melkvee op stalniveau de relatief hoge gemiddelde voelbare warmteproduktie van 1335 W/koe. Indien de tijdcorrectie geen min of meer vast patroon over de dag vertoont, dan moet een effectieve toepassing van de CO2-balansmethode als (indirecte) schattingsmethode voor het ventilatiedebiet ernstig betwijfeld worden, omdat dan altijd parallel een tracergasexperiment moet meelopen. In dat laatste geval kan de tracergasmethode zelf als indirecte schattingsmethode voor het ventilatiedebiet worden toegepast. Het effect van verwaarlozing van een eenvoudige tijdcorrectiefunctie op het geschatte ventilatiedebiet is weergegeven in figuur 3.7.2 (De Vos, 1991). Figuur 3.7.2a t/m 2c zijn resultaten van simulatieberekening. Het betreft een natuurlijk geventileerde ligboxenstal met 80 melkkoeien, 4 vaarzen en jongvee (19 stuks). Experimenteel is de methode nog niet afdoende beproefd. Naast bovengenoemde invloeden is er nog een belangrijke invloed die de nauwkeurigheid van de schatting van het ventilatiedebiet met deze methode beïnvloed. Met name bij stallen met grote luchtvolumina, zoals ligboxenstallen, is het gedrag van de stallucht als buffer van gassen niet te verwaarlozen. Om een concentratiewijziging te bewerkstelligen moet de buffer gedeeltelijk gevuld of geleegd worden. Dit levert een faseverschuiving op tot +1 uur (zie fig. 3.7.2c). Indien de opslagterm in vgl. (8) van § 3.6 niet wordt meegenomen, d.w.z. een stationaire benadering, dan kunnen tijdelijk relatieve fouten in de schatting van het actuele ventilatiedebiet ontstaan tot de ordegrootte van 40%, onafhankelijk van de nauwkeurigheid aangaande de CO2-concentratiemeting of dagvariatie in CO2-produktie. Omdat de ammoniakconcentratie in hetzelfde stalvolume een soortgelijk gedrag vertoont als de CO2-concentratie zal deze relatieve fout niet volledig doorwerken in een ammoniakemissieberekening.

Figuur 3.7.2a

Verloop van warmteproductie op stalniveau per koe volgens metingen van Schneider (1988) (2). De pieken duiden op melk- en voertijden. Curve 1 geeft een gestyleerde tijdcorrectiefunctie (* 1335 W per koe) weer.

3.7.5 Toestellen en hulpmiddelen 3.7.5.1 Eenvoudig en snel toepasbare apparatuur voor CO2concentratiemeting

Figuur 3.7.2c Figuur 3.7.2b

Bij steeksproefgewijze bemonstering wordt veel gewerkt met gasdetectiebuisjes en bemonstering op diverse plaatsen in de stal voor het verkrijgen van een representatieve stalluchtconcentratie. Een Actuele (ÄÄÄ) en geschatte (- - -) ventilatiedebiet onder verwaarlozing van de CO Werkelijk (ÄÄÄ) en geschat in de stallucht. (- - -) ventilatiedebiet Het CO2-produktieverloop onder verwaarlozing over de voorbeeld is de Dräger 2-buffering gasindicator CH 23501 dag de is daarbij van variatieverdisconteerd. in de CO2-produktie over een etmaal en de CO2met een meetbereik van buffering in de stallucht. 0,1 tot 1,2 vol-% bij 500 ml luchtpassage. Dit type is vrijwel in alle gevallen bruikbaar. Er zijn echter ook andere typen verkrijgbaar. De tester wordt aangesloten op een Dräger handpomp (slagvolume 100 ml), waarmee de benodigde hoeveelheid stallucht wordt doorgezogen (§ 2.11.3.2). Reactieprincipe: kristalviolet als redoxindicator CO2 + N2H4 ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ> H2N-NH-CO-OH De tester is bruikbaar bij temperaturen variërend van 0 tot 30 °C. De hoeveelheid vocht die de te onderzoeken lucht mag bevatten dient binnen het bereik 3 tot 20 mg H2O per liter stallucht te liggen. Bij 100% RV betekent dit een temperatuurbereik van -6 tot 22 °C. Een controlemeting van het vochtgehalte in de stal kan afhankelijk van de temperatuur nodig zijn. Eventueel kan een luchtdrukcorrectie worden toegepast. Meetafwijkingen tot 10% van het meetbereik onderin het meetbereik en tot 5% van het meetbereik bovenin het meetbereik treden op. De meting wordt niet door andere gassen beïnvloed. Het is van belang de voorschriften voor gebruik van pomp en gasdetectiebuisjes nauwgezet te volgen. De kosten van de Dräger-methode bedragen ƒ 716,- voor de handpomp met reserve onderdelen en +ƒ 7,- per gasindicator. Een instrument voor meting van luchttemperatuur en vochtigheid kost +ƒ 1500,- (alle bedragen excl. BTW).

3.7.5.2 Apparatuur voor continu CO2-meting De CO2-meetapparatuur maakt vooral gebruik van infraroodabsorptie meettechnieken. Figuur 3.7.3 geeft een schematische weergave van het meetprincipe van infraroodabsorptie.

Figuur 3.7.3

Het meetprincipe berust op het klassieke nondispersieve infrarood absorptie (NDIR) gasdetectiesysteem, d.w.z. er wordt gebruik gemaakt van het feit dat meeratomige gassen straling uit het infrarood spectraalbereik (2.50012.000 µm) absorberen. Een infraroodbron zendt straling uit. Deze straling wordt in een verdeelcel opgedeeld in twee stralingsbundels van gelijke sterkte. De ene wordt door een meetcel en de andere door een referentiecel geleid. De Schema van het werkingsprincipe van een NDIR-gasanalysator. referentiecel is gevuld met een gas dat geen infrarood licht absorbeert, in de meetcel daarentegen wordt afhankelijk van de gasconcentratie meer of minder infrarood licht geabsorbeerd. Met behulp van een chopper, een roterende schijf die de lichtbron periodiek onderbreekt, worden beide cellen in tegenfase licht en donker gemaakt. In de detector (diverse typen) wordt het verschil van de stralingssterkte, die afwisselend uit beide cellen wordt ontvangen omgezet in een elektronisch verder verwerkbaar signaal (AC). De referentiecel kan ook gevuld worden met CO2. Bij lage CO2-concentraties in de meetcel krijgt men dan een groter verschilsignaal en wordt de meetnauwkeurigheid groter. Er bestaat bij deze detectoren een gevaar voor interferentie door andere gassen, die het meetsignaal direct beïnvloeden. De diverse fabrikanten hebben eigen oplossingen om dit effect tot een minimum te reduceren (filtertechnieken). Hiervoor wordt verwezen naar produktinformatie. De meeste instrumenten vertonen een zero en span drift. Om de meetfout zo klein mogelijk te houden, is het van groot belang de zero en span regelmatig te ijken m.b.v. ijkgassen. Dit belang wordt groter naarmate meer meetwaarden laag in de volledige schaal van het instrument liggen. Er dient minimaal eens per week te worden geijkt. Afhankelijk van de lineariteit van het instrument moet en twee of driepunts ijking worden uitgevoerd. Indien de absolute meetfout onder 100 ppm blijft en het concentratieverschil tussen binnen- en buitenlucht niet kleiner is dan 500 ppm, dan blijft de relatieve fout onder 25 %. Slechts met goed geijkte apparatuur zijn metingen van CO2-concentratieverschillen onder 500 ppm verantwoord uit te voeren. Het is aan te bevelen de stallucht en buitenluchtconcentratie met één instrument te meten. Systematische fouten als drift worden dan gecorrigeerd. De relatieve fout in de concentratieverschilmeting werkt direct door in de relatieve fout in de ventilatiedebietschatting. De plaatsing van de meetpunten in de stalruimte beïnvloedt ook de fout in de schatting in het ventilatiedebiet, het is dan ook van groot belang dat deze voldoende representatief zijn. Deze fout is moeilijk te kwantificeren, maar door voor meerdere meetpunten en meerdere metingen per meetpunt te kiezen kunnen echter de toevallige fouten sterk reduceren. Voor algemene informatie aangaande de aanleg van bemonsteringspunten wordt verwezen naar § 3.6 punt 4. Tabel 3.7.2 geeft een overzicht van de kostencomponenten voor een continu meetsysteem.

Tabel 3.7.2 De kostencomponenten voor een continu meetsystemen Investeringsbehoefte 1NDIR CO2-analyzer (benodigde tijd per meting (niet integrerend) +1 minuut, bij toepassing van slechts één verzamelleiding kan continu gemeten worden.)

ƒ 12.000,- tot ƒ 25.000,-

2Meerpuntsomschakelaar (per stuk: 12 punten)

+ƒ 10.000,-

3Centrale pomp

+ƒ 1.000,-

4Losse meetpunten, per punt: - stoffilter

ƒ 325,-

- bemonsteringsleiding (FEP 0,25"; 30 m); incl. slangisolatie + verwarmingslint;an aantal leidingen opgenomen in één verwarmde hoofdleiding) of verzamelleiding (16 aanzuigpunten, mengkamer voor bemonstering):

ƒ 550,-

- niet verwarmde, niet geïsoleerde leiding, stoffilter/aanzuigpunt, pomp, mengvat,stoffilter, hoofdleiding

+ƒ 2.000,-

5PC, datalogger of schrijver voor dataregistratie 6IJking - drukreduceer

ƒ 1.000 - ƒ 7.500 ƒ 500,-

- ijkgas cilinder 10H (1,5m3, 150 bar)

ƒ 300,-

- cilinderhuur

ƒ 12,50/maand

Nadat de meetopstelling bedrijfsklaar is gemaakt kan deze gaande gehouden worden door medewerkers op MBO-niveau.

3.7.6 Werkwijze 3.7.6.1 Steekproefsgewijze meting De ventilatiehoeveelheid per dier per uur wordt geschat op grond van de stationaire balansbenadering, d.w.z. § 3.6 vgl. (8) met verwaarlozing van de opslagterm. Tevens zijn de massastromen als volumestromen weergegeven, d.w.z. verwaarlozing temperatuurinvloeden op de volumefluxen. De CO2-gehaltes zijn weergegeven als concentraties in vol-%: waarin: Install Equation Editor and doubleFv = ventilatiedebiet in 3 click here to view equation. (1) [m /s] Fprod = CO2 produktie in 3 [m /s] ci,ce = CO2 concentratie als volume fractie [-] De CO2-concentratie van de stallucht en de buitenlucht worden steekproefsgewijs bepaald met behulp van de Dräger gasindicator CH23501, luchtbemonstering op meerdere punten per gasindicator. De CO2-produktie door de dieren wordt berekend op grond van een model van soort 1, d.w.z. berekening van de kooldioxydeproduktie op grond van drie parameters: gemiddeld lichaamsgewicht, gemiddelde melkproduktie en gemiddeld drachtigheidsstadium. De CO2-produktie ligt dan rond 190 liter CO2 per dier per uur (lichaamsgewicht 600 kg; gem. melkproduktie 20 kg/dag). Bij gegeven/gemeten achtergrondconcentratie in de buitenlucht (ce) is het ventilatiedebiet in te schatten als een vrijwel lineaire functie van de gemeten binnenluchtconcentratie (ci), waarin ventilatiedebiet en (ci) omgekeerd evenredig zijn. Voordelen van deze benaderingswijze zijn: -het is een eenvoudig toepasbare methodiek -goedkoop -het geeft een indicatie van het ventilatiedebiet van een stal op het moment van meting. Nadelen van deze methodiek zijn: -het betreft momentsmetingen -de meetfout kan erg groot zijn -voor kleine concentratie verschillen (ci - ce) is de meetfout onaanvaardbaar groot, de methode is dan niet meer toepasbaar. -Metingen in de nachtperiode zijn noodzakelijk. Dit is van belang i.v.m. activiteitenpatronen van mens en dier en bij natuurlijke geventileerde stallen ook i.v.m. met het snelheidspatroon dat de wind gedurende een etmaal vertoont. -diergewichten en produktieniveaus moeten worden vastgesteld. -dieractiviteit kan tot grote fouten in de schatting van het ventilatiedebiet leiden.

-de buffering van kooldioxyde in de stallucht wordt verwaarloosd. Dit leidt vooral bij fluctuatief gedrag van de (natuurlijke) ventilatie tot een foutschatting van het ventilatiedebiet.

3.7.6.2 Continue meting van de gemiddelde CO2-concentratie in de stallucht Aan deze meting ligt de dynamische massabalans ten grondslag vgl. (8) § 0. Het verloop van de gemiddelde CO2-concentratie in de stallucht wordt bijgehouden m.b.v. een nauwkeurige CO2-analyzer. Hetzelfde geldt voor de buitenluchtconcentratie. De meetfrequentie op de buitenlucht concentratie kan beduidend lager zijn dan die voor de stalconcentratie, eens per uur is ruim voldoende. Met behulp van een multiplexer kan tussen beide punten worden geschakeld. Continue aanzuiging van stal- en buitenlucht tot de multiplexer is aan te bevelen. Voor de layout van het stalluchtbemonsteringssysteem wordt verwezen naar § 0 punt 4 'Meetsysteem Gasconcentratie' Ad 1). De CO2-produktie in de stal wordt ingeschat m.b.v. warmteproduktiemodellen (soort 1, 2 of 3). Ter reductie van de foutschatting in de CO2-produktie verdient het sterk aanbeveling rekening te houden met de verdeling van de CO2-produktie over een etmaal i.v.m. dieractiviteit e.d. (de zgn. tijdscorrectiefunctie). Hierover is helaas voor de meeste diersoorten nog weinig bekend. Nader onderzoek is nodig. Het ventilatiedebiet, de overblijvende onbekende functie, dient vervolgens uit de differentiaal vergelijking te worden geschat.

3.7.6.3 Continue meting van de CO2-concentratie aan de ventilatieopeningen In deze methode wordt nagestreefd het CO2-verlies uit de stal nauwkeuriger te bepalen door niet zondermeer van de hypothese van ideale menging van de stallucht uit te gaan, maar rekening te houden met de concentratiegradinten die binnen het stalvolume bestaan. Er moet voor deze methode informatie beschikbaar zijn uit metingen, bijvoorbeeld verschildrukmeting (zie § 0), aangaande de bijdrage die iedere opening in het totale ventilatiedebiet levert. Deze methodiek wordt momenteel beproefd in het project 'Ammoniakemissie uit natuurlijk geventileerde stallen' (IMAG/LU).

3.7.6.4 IJking van de continue CO2-meetmethode m.b.v. tracergasexperimenten Door parallel de continu tracergas en de CO2-balansmethode toe te passen, volgens de in § 0 beschreven methode, kan met behulp van de exact bekende bronfunctie van het tracergas en het gemeten concentratieverloop een redelijk nauwkeurige schatting van het ventilatiedebiet worden gemaakt. Door substitutie van dit ventilatiedebiet in de differentiaalvergelijking voor het CO2 kan vervolgens de CO2-bronsterkte als functie van de tijd worden berekend. Uit deze koppeling is een evaluatie te maken van de geschatte CO2-produktie op grond van een model en het verloop van de CO2-produktie in de tijd, de tijdcorrectiefunctie. Blijkt de tijdcorrectiefunctie voor verschillende dagen niet te veel te variëren, dan kan de CO2-balansmethode door deze koppeling sterk aan waarde winnen en kan het tracergasverbruik worden teruggedrongen.

3.7.7 Berekening Een gedetailleerde beschrijving van alle berekeningswijzen voor bovenvermelde methoden zou in dit kader te ver voeren. Bovenstaande tekst biedt voldoende aanwijzing om de hoofdlijnen van de berekeningen te onderkennen. In bijlage VIII is een voorbeeld gegeven van een berekening van het ventilatiedebiet op basis van steeksproefgewijze meting (§ 0).

3.7.8 Verslag Onderdelen van het verslag vormen: -Beschrijving van de stal: plattegrond, vorm bovenbouw, lokatie en geometrie van de ventilatie openingen. -Weergave van dierinformatie: aantal aanwezige dieren, gemiddeld gewicht, voeropname. Indien van toepassing gemiddeld drachtigheidsstadium, gemiddelde (melk)produktie, gemiddelde groei.

-Bij gerantsoeneerd gevoerde dieren voersoorten en voersamenstelling. Bij ad libitum gevoerde dieren is registratie hiervan aan te bevelen. -In verband met verloop van activiteiten, minimaal vermelding van voertijden en eventuele melktijden. -Bij continue experimenten een weergave van de gebruikte tijdcorrectiefunctie met motivatie en weergave hoe deze is vastgesteld (literatuur of experiment). -Verloop van de 'gemiddelde' CO2-produktie bepaald op basis van de warmteproduktiemodellen. Bij rundvee zijn in de zomerperiode naast bovengenoemde punten ook de tijden van aanwezigheid van diergroepen in de stal van belang. -Vermelding van de toegepaste benaderingsformule voor inschatting van het ventilatiedebiet (stationair of dynamisch). 3 -Geschatte ventilatiedebiet of het verloop daarvan in [kg dl/s] of [m /s] met in het laatste geval vermelding of het in of uitgaande lucht betreft en de temperatuur van stallucht en buitenlucht.

3.7.9 Slotbeschouwing Het meetbereik van deze methode wordt vooral bepaald door de dierbezetting van de stal en door de meetnauwkeurigheid van de monitor en de onderste limiet voor nauwkeurige detectie van het concentratieverschil tussen buitenlucht en stallucht. Hoe lager de dierbezetting hoe lager het maximaal meetbare ventilatiedebiet (zie tabel 3.7.3). Tabel 3.7.3

Overzicht meetbereik van de CO2-balansmethode. Indicatieve bepaling van het maximaal meetbare ventilatiedebiet op grond van dierbezetting voor verschillende diersoorten. De ondergrens van het meetbereik wordt bepaald door het meetbereik van de monitor.

Uitgangspunten:

Minimaal concentratieverschil tussen binnen en buitenlucht 50 ppm; Ideale menging van de stallucht. Berekening ondergrens meetbereik op basis van een volle schaal van 4000 ppm voor de CO2-monitor.

Dierbezetting [m2 stalopp. per dier]

geschatte CO2-produktie [mg.m-2.s-1]

Fv-max1) [m.h-1] (vent.voud) [h-1]

Fv-min meetbereik CO2 monitor: 4000 ppm

leghennen2) 0,03 0,05 0,10 0,16 vleesvarkens3) 0,8 1,0 1,2 6 melkvee4) 10 12 14

35,07 21,04 10,52 6,58 20,56 16,44 13,71 16,46 9,88 8,23 7,05

1438,3 (320) 859,5 (269) 429,8 (134) 268,8 ( 84) 816,9 (212) 653,3 (170) 544,9 (142) 632,0 (169) 379,4 ( 81) 315,8 ( 67) 270,6 ( 58)

18,0 (4,0) 10,7 (3,3) 5,4 (1,7) 3,4 (1,1) 10,2 (2,7) 8,2 (2,1) 6,8 (1,8) 7,9 (2,1) 4,7 (1,0) 3,9 (0,8) 3,4 (0,7)

1)

Fv-max en Fv-min zijn gegeven als ventilatiedebiet [m3.h-1] per m2 primair huisvestingsoppervlak. Tussen haakjes is het ventilatievoud [h-1] toegevoegd voor een gemiddelde stalhoogte. Voor praktische stallen vormen de bovengrenzen, Fv-max, geen beperking bij volledig bezette stallen, met uitzondering van laag bezette ligboxenstallen voor melkvee (12-14 m2/dier). Bij melkvee ontstaat een probleem met deze methode zodra de dieren de stal verlaten voor beweiding. Kunstmatige toediening van CO2 kan dan een oplossing zijn. De ondergrens bij toepassing van CO2-monitoren met een volleschaalbereik van 4000 ppm is alleen bij zwaar bezette leghennenstallen mogelijk een probleem. Er moet dan gekozen worden voor een groter volleschaalbereik. 2) Uitgangspunten leghennen: 1,7 kg levend gewicht, 12,3 W totale warmteproduktie per aanwezige hen. Staltemperatuur: 24 °C, RV 80%. Gemiddelde stalhoogte 4,5 m voor 0,03 m2/dier, 3,2 m voor 0,05 t/m 0,16 m2/dier. 3) Uitgangspunten vleesvarkens: 60 kg levend gewicht, 188,4 W totale warmteproduktie per dier. Staltemperatuur: 18 °C, RV 80%. Gemiddelde stalhoogte 3,85 m. 4) Uitgangspunten melkvee: 600 kg levend gewicht, melkproduktie 20 kg/dag, totale warmteproduktie 1100 W per dier. Staltemperatuur: 10 °C RV 80%. Gemiddelde stalhoogte 3,75 m voor 6 m2/dier (grupstal) en 4,70 m voor 10 t/m 14 m2/dier.

De relatief grote onnauwkeurigheid van de methode is te wijten aan de variabiliteit van de CO2-bronsterkte in het stalgebouw t.g.v. het gedragspatroon van de levende have. De nauwkeurigheid is te verbeteren door het activiteitsritme van de dieren in kaart te brengen. Literatuur

Aarnink, A.J.A. & E.N.J. van Ouwerkerk, 1990. Model voor de berekening van het volume en de samenstelling van vleesvarkensmest (MESPRO), IMAG rapport 229, Wageningen. Bresk, J. & B. Stolpe, 1985. Stallklimagestalltung. Tierphysiologische Grundlagen und Normative. Angewandte Tierhygiene Band 9. VEB Gustav Fischer Verlag, Jena. rd

Brouwer, E., 1965. Report of sub-committee on constants and factors. 3 symposium on energy metabolism. EAAP publ. 11 (441-443), Troon, Scotland. Bruce, J.M. & J.J. Clark, 1979. Models of heat production and critical temperature for growing pigs. Animal Production (28), p353-369. CIGR (Commission International du Genie Rurale), 1984. Report of working group on climatization of animal houses, Section II (Farm Buildings). Scottish Farm Buildings Investigation Unit, Aberdeen. DIN 18910, Klima in geschlossenen Ställen. Wasserdampf- und Wärmehaushalt im Winter, Lüftung, Beleuchtung. Beuth Verlag GmbH, Berlin und Köln, 1974. Groenestein, C.M. & E.N.J. van Ouwerkerk, 1990. Literatuuronderzoek naar de energiebalans van slachtkuikens. IMAG Nota P507, 19p. Hilliger, H.G, 1983. Kohlendioxid in der Stalluft. KTBL-Arbeitspapier 83. Klooster, C.E. van 't, H.J.M. Hendriks, A.M. Henken, A. van 't Ooster, E.N.J. van Ouwerkerk, C.J.M. Scheepens & P. van der Voorst, 1989. Werkgroep Klimaatsnormen voor varkens. Klimaatsnormen voor varkens. Proefstation voor de varkenshouderij. Proefverslag P 1.43, Rosmalen, 51p. Ouwerkerk, E.N.J. van, 1988. Modelling the heat balance of pigs at animal and housing levels. Paper 88.012. AgEng. Intern. Conf. Paris. Ouwerkerk, E.N.J. van & A.J.A. Aarnink. Gasproduktie van vleesvarkens. Bronsterkten bij de berekening van stalluchtsamenstelling en stalemissies. IMAG-DLO rapport (In Press). Schneider, B, 1988. Computer gestützte kontinuierliche Erfassung der Wärme-, Wasserdampf- und Kohlendioxidproduktion in Nutztierställen. Dissertation, Institut für Tiermedizin und Tierhygiene mit Tierklinik der Universität Hohenheim. Sterrenburg, P. & E.N.J. van Ouwerkerk, 1986(1). Rekenmodel betreffende de warmteproduktie van rundvee (RUND). IMAG-rapport 80, Wageningen. Sterrenburg, P. & E.N.J. van Ouwerkerk, 1986(2). Tabellen van warmteproduktie en temperatuureisen van rundvee. IMAG-rapport 81, Wageningen. Sterrenburg, P. & E.N.J. van Ouwerkerk, 1986(3). Rekenmodel voor de bepaling van de thermische behaaglijkheidszone van varkens (BEZOVA). IMAG-rapport 78, Wageningen. Sterrenburg, P. & E.N.J. van Ouwerkerk, 1986(4). Tabellen van warmteproduktie en temperatuureisen van varkens. IMAG-rapport 79, Wageningen. Verstegen, M.W.A., A.M. Henken & W. van der Hel, 1987. Influence of some environmental, animal and feeding factors on energy metabolism in growing pigs. In: Energy metabolism in farm animals. Eds. M.W.A. Verstegen and A.M. Henken. Martinus Nijhoff, Dordrecht, p70-86. Vos, J.J.C. de, 1991. Modelvorming van klimaatbeïnvloedende bronfuncties in rundveestallen. Uitbreiding van een dynamisch klimaatsimulatiemodel met dierlijke produktiefuncties aangaande warmte, vocht en CO2 en aanzetten tot verdere detaillering van de vochtbalans. Doctoraalscriptie Landbouwbedrijfsgebouwen, Vakgroep Agrotechniek & -fysica, LUW, Wageningen. Young, B.A, 1975. Some physiological costs of cold climates. Columbia : University of Missouri-Columbia. - 17 p. [en]. - (Special report. Agricultural Experiment Station. University of Missouri-Columbia ; no. 175). - (Brody memorial lecture ; no. 12).

3.8 Warmtebalansmethode 3.8.1 Algemeen De energieverliezen tengevolge van ventilatie vormen vaak een dominerende post aan verlieszijde van de warmtebalans. Uitsluitend om die reden lijkt de warmtebalans bruikbaar als indirecte schattingsmethode voor het ventilatiedebiet. In geval het klimaat in stalruimten al onderwerp van studie vormt, kunnen met enige extra meetinspanning de verkregen meetresultaten grondslag vormen voor een indirecte schattingsmethode voor het ventilatiedebiet, in het vervolg de warmtebalansmethode te noemen. Afhankelijk van de ventilatiemethode en het isolatieniveau van het gebouw en het meetdoel zullen de hoofdenergiestromen in en om het gebouw of de afdeling meer of minder gedetailleerd beschreven moeten worden. Bij gedetailleerde warmtebalansevaluaties is een simulatiemodel onontbeerlijk. Bij dit model kunnen de meetdata als randvoorwaarden of bronfuncties worden gebruikt, terwijl andere meetdata als referentiedata voor de beoordeling van de modeloutput benut kunnen worden. Bij eenvoudiger vormen van warmtebalansevaluaties neemt de foutkans in veel gevallen toe. Ook daar is echter zoveel nacalculatie op de meetdata nodig, dat computermatige dataverwerking noodzakelijk is. De methode is niet geschikt voor een snelle en eenvoudige bepaling van het ventilatiedebiet. De methode is nog niet op grote schaal in de praktijk toegepast en geëvalueerd.

3.8.2 Toepassingsgebied Toepassing van deze methode in mechanisch geventileerde stalgebouwen is af te raden. Er zijn goedkopere en meer accurate methoden voorhanden om het debiet voor deze staltypen vast te leggen (§ 3.1 e.v.). Wel kan de methode in een mechanisch geventileerd(e) stal(deel) worden uitgetest om de betrouwbaarheid van de methode zelf te toetsen door vergelijking van de output van deze indirecte methode met de output van een directe debiet meetmethode, liefst met de meetventilator als meetinstrument. Hét toepassingsgebied vormen de natuurlijk geventileerde stallen. Voordeel van deze methode daar is dat in het gunstigste geval kan worden volstaan met temperatuurmetingen alleen. Deze zijn relatief goedkoop, beproefd en kennen een geringe arbeidsbehoefte tijdens het meetproces. In het ongunstigste geval (hoge k-waarden van de constructiedelen en een geringe bouwmassa) zijn ook metingen nodig aangaande de zoninstraling (SWR), de langgolvige uitstraling naar de hemel en windsnelheid en richting. Meting van windsnelheid en -richting is altijd aan te bevelen als de warmtebalans methode wordt getoetst aan de natuurlijke ventilatie theorie (Bruce, 1986; Van 't Ooster 1988, 1991). Indien het temperatuurverschil tussen stallucht en buitenlucht erg klein wordt kan door de foutaanduiding van de temperatuursensor (+0.1 - +0.3 °C) en door de fouten t.g.v. lokale temperatuurverschillen (afwijking van de gemiddelde stalluchttemp.) de fout van deze methode groot worden. Dit treedt vooral op bij hoge ventilatiedebieten (harde wind en/of kleppen geheel open) of een geringe dierbezetting en weinig zonbelasting. De methode zal hierdoor voor de meeste diersoorten, maar zeker voor melkvee (weideperiode), in de zomer onbetrouwbaarder zijn dan in de winter. Een ander probleem kan zich voordoen is tijdens de winterperiode in verwarmde stallen waar de minimum ventilatie zeer laag wordt aangehouden. De relatieve fout in het te schatten ventilatiedebiet kan dan groot zijn tengevolge van geringe foutmetingen van de andere warmtestromen.

3.8.3 Beginsel De warmtebalansmethode kent een met de massabalansmethoden vergelijkbare aanpak. In wezen wordt van een gebouwsysteem of onderdeel daarvan b.v. een afdeling een fysische beschrijving gemaakt van warmtebronnen (sources) en warmteverliezen (sinks) die de temperatuur van de binnenlucht beïnvloeden. Het is onmogelijk om deze methode in kort bestek uitputtend te behandelen. Daarom zal de tekst tot hoofdlijnen worden beperkt. Bij warmtebronnen moet worden gedacht aan: - 1 de voelbare warmteproduktie door de dieren, - 2 warmtetoevoeging door het verwarmingssysteem - 3 de warmteproduktie door verlichting en installaties in de ruimte - 4 de warmtebelasting t.g.v. daglichttoetreding (via lichtabsorptie door constructiedelen)

- 5 de warmtebelasting t.g.v. doordringing van zoninstralingswarmte door de constructie - 6 vrijkomende warmte uit zware constructieelementen en de onderbouw tijdens korte (dagritme) en lange termijn afkoeling (seizoensritme) - 7 energieconversie van latente naar voelbare warmte door overmatige condensvorming - 8 energieaanvoer uit massastromen, zoals water en voer, die het gebouw inkomen De belangrijkste warmteverliezen zijn: - 1 netto energieverlies tengevolge van luchtuitwisseling (ventilatie en lekventilatie) - 2 energieverlies door transmissie, dat wil zeggen door warmtetransport door de constructiedelen. - 3 tijdelijk 'energieverlies' t.g.v. warmtebuffering in constructieelementen en de onderbouw - 4 energieconversie van voelbare naar latente energie door verdamping (= tijdelijk voelbaar energieverlies) - 5 energieafvoer naar massastromen, zoals water en voer, die het gebouw inkomen Tenslotte kent de warmtebalans een opslagterm die de buffering van warmte in de stallucht (en inrichtingselementen) weergeeft, deze kan met uitzondering van studies waarin juist de dynamiek van de stallucht bestudeerd wordt, meestal verwaarloosd worden. Ook omdat anders de meetfrequentie van data relatief hoog en het tijdsinterval tussen berekeningsstappen in een computermodel relatief laag gekozen moeten worden. Evenals alle andere balansmethoden kent deze methode als nadeel dat het ventilatiedebiet wordt geschat uit een sluitpost in de voelbare warmtebalans, waardoor zeker bij onzorgvuldige inschatting van niet verwaarloosbare warmtestromen een foutaccumulatie gemakkelijk kan ontstaan. De fouten tengevolge van onjuist berekende of gemeten of ten onrechte verwaarloosde warmteverliezen of -bronnen worden toegerekend aan de sluitpost met als gevolg een foutschatting in het ventilatiedebiet. Van natuurlijke ventilatie is echter ook een fysisch model beschikbaar, waarmee het debiet bepaald kan worden op grond van informatie over temperatuur in en buiten de stal, de windsnelheid en -richting en de openingenconfiguratie (geometrie en plaatsing) in het gebouw. De warmtebalansmethode is feitelijk ingewikkelder dan de eerder beschreven massabalansmethoden door de grotere diversiteit in betekenisvolle vormen van warmtetransport. Figuur 0 brengt de belangrijkste vormen van warmtetransport schematisch in beeld. De gebruikte symbolen zijn analoog aan die in § 0. Een in de praktijk veel toegepaste vorm van de warmtebalans ten behoeve van verwarmings- en ventilatiecapaciteitsberekeningen is eenvoudig en brengt Figuur 3.8.1 Symbolische weergave van de vormen van warmtetransport. alleen de warmtebronnen 1 (en 2) aan de inputzijde en alleen de warmteverliesposten 1 en 2 aan outputzijde in rekening, waarbij de berekening stoelt op kwaarden en vaste ventilatievouden. Deze methode is echter voor een goede schatting van het actuele ventilatiedebiet (on line monitoring) zelden bruikbaar, omdat de dynamiek van het systeem dan een niet verwaarloosbare rol speelt en niet verwaarloosbare warmtestromen buiten beschouwing blijven. In de warmtebalansmethode dient de systeemgrens òf op de binnenzijde van de wanden, dak en vloer gekozen te worden òf rond het gebouw. In het eerste geval moeten de oppervlakte temperaturen van de constructiedelen nauwkeurig gemeten worden, zodat deze als randvoorwaarde in de warmtebalans meegenomen kunnen worden. In het tweede geval dienen wanden, dak en vloer meegemodelleerd te worden en kunnen externe randvoorwaarden en belastingsfluxen worden opgelegd aan

het model. De tweede aanpak geeft een duidelijker beeld, maar vergt een omvangrijker model.

3.8.1.1 Belang van de warmtebronnen Ad. 1: De sensibele warmteproduktie van de dieren is reeds afdoende beschreven in § 0. Deze warmteproduktie is bij normale dierbezetting van gebouwen de belangrijkste 2 warmtebron, die globaal tussen 100 en 200 W/m ligt. Op basis van warmteproduktiemodellen, die hun wortels hebben in de dierfysiologie is de gemiddelde warmteproduktie van de dieren redelijk goed te benaderen. Voor veel diersoorten is de kennis over de dynamiek in de warmteproduktie over de dag nog zeer gering. Dit vormt zowel voor de warmtebalansmethode als de CO2-balansmethode een probleem. Nader onderzoek in deze richting is gewenst, omdat de fluctuaties over de dag in afhankelijkheid van stofwisseling en activiteit te groot zijn om aan voorbij te gaan. Ad. 2: De warmtetoevoeging door het verwarmingssysteem is alleen van belang als er sprake is van een stookseizoen voor de betrokken stal. Meting van de energie-input kan door de brandstofconsumptie of het elektriciteitsverbruik in een voldoende hoge frequentie te registreren en de karakteristieken van het verwarmingssysteem, zoals het ketelrendement en de responskarakteristiek van de verwarmingselementen te kennen. Ad. 3: De warmteproduktie van installaties is meestal niet constant, maar een functie van tijd. Van verlichting kan i.h.a. gezegd worden dat het totale elektrische vermogen in warmte wordt omgezet. Dit is alleen niet het geval als veel licht door lichtdoorlatende oppervlakken het systeem verlaat. De door de verlichting geproduceerde energie is bij de meeste huisvestings-vormen gering en verwaarloosbaar. Is dit niet het geval dan kan globaal gesteld worden dat de uitgestraalde energieflux (licht) in eerste instantie aan de constructieelementen ten goede komt en het restant van het elektrisch energieverbruik convectief de stallucht verwarmt. Een nauwkeuriger aanpak is mogelijk, maar zelden de moeite waard. Verder dienen aan/uit perioden geregistreerd te worden. Bedenk dat het stralingsrendement van gloeilampen slechts 6,2 % en van TL-buizen +20% bedraagt (Van 't Ooster, 1991). Voor overige apparatuur moet eveneens beoordeeld worden hoeveel energie aan de stallucht wordt afgegeven. De zeer grote diversiteit van apparatuur in ruimten maakt behandeling ervan onmogelijk. Globaal kan gezegd worden, dat de warmteproduktie door installaties verwaarloosd kan worden zolang deze lager ligt dan 5% van de totaal te verwachten warmteproduktie in de stalruimte. Ad. 4: De warmteproduktie door daglichttoetreding is afhankelijk van de stralingsintensiteit buiten het lichtdoorlatende oppervlak en de transmissiecoëfficiënt van dat oppervlak (raam, lichtdoorlatende golfplaat of nok, etc.). Registratie van de tijd, meting van de directe en diffuse zoninstraling in het horizontale vlak en registratie van de plaatsing en geometrie van de lichtdoorlatende openingen is voldoende om de stralingsflux te kunnen berekenen. Deze stralingsflux verwarmt de stallucht slechts indirect via opwarming van oppervlakken van constructieelementen. De warmte wordt deels in de constructie opgeslagen en komt deels aan de binnenlucht ten goede. Vooral lichtdoorlatende oppervlakken in het dak kunnen van belang zijn. Een grove beoordeling geeft al snel te zien of deze flux van belang kan zijn of niet: Aannamen: transmissiecoëfficiënt: 0,7 [-] (schoon raam) 2 max. energieflux: +700 [W/m ] Indien 0,7 * 700 * lichtdoorlatend opp. > 10% van de totale interne warmteproduktie dan ligt het voor hand deze energieflux in het model op te nemen. Echter voor het grootste deel van het jaar zal deze flux ver onder het aldus begrootte niveau liggen. Ad. 5: Deze warmtestroom werkt extern op het gebouw in. Afhankelijk van de absorptiecoëfficiënt van het bouwmateriaal (meestal +0,9) en de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt (αe) zal een aandeel van de inkomende stralingsflux worden gereflecteerd en via convectie aan de buitenlucht worden afgestaan. Echter ook een aandeel zal door de constructie doordringen en de binnenlucht (vooral tegen het dak) opwarmen. Het aandeel dat doordringt is sterk afhankelijk van het warmteweerstand van de constructie. Indien de constructie gemodelleerd wordt, kan dit gehele mechanisme daarin opgenomen worden. Meting van de directe en diffuse instraling in het horizontale vlak, registratie van de tijd en meting van de luchtbeweging op de dakvlakken is dan voldoende. Indien het gebouw wordt omringd door vegetatie, andere bouwwerken of objecten die een wezenlijk deel van het gebouw kunnen beschaduwen, dan is opname van een routine die de beschaduwde oppervlakken voor heldere dagen berekent als

functie van dag, tijd en breedtegraad voor de hand liggend. Een dergelijke routine is ontwikkeld aan de vakgroep Agrotechniek & -fysica (LUW). Het probleem van modellering van de omhullende constructie en inwerking van zonneënergie daarop kan enigszins omzeild worden door meting van de binnenoppervlakte temperatuur van de beide dakhelften liefst m.b.v. van infrarood temperatuursensoren of met opgebrachte thermokoppels o.i.d. In dat geval kan de gemeten temperatuur als randvoorwaarde in het model gebruikt worden. Probleem is echter wel dat altijd sprake is van een lokale temperatuur bepaling. Effecten van (een gedeeltelijke) beschaduwing zijn dan niet in rekening te brengen. Deze energieflux dient vrijwel in alle gevallen waar geen sprake is van een zogenaamde kouddakconstructie, d.w.z. ventilatie met buitenlucht tussen isolatie en dakbedekking, in rekening te worden gebracht. Figuur 0 illustreert het effect van zoninstraling op het temperatuurverloop in een constructie (Van 't Ooster, 1986). Voor een enkele golfplaat als 2 dakbedekking kan deze belasting op het binnenklimaat oplopen tot rond 200 W/m , vergelijk dit met het niveau van de sensibele warmteproduktie van de dieren. Voor beter geïsoleerde constructies ligt deze warmtebelasting aanzienlijk lager. Figuur 3.8.2 Zoninstraling uitgedrukt in de fictieve grootheid 'Sonnenlufttemperatur'

Ad. 6. Energiebuffering in constructie elementen en het vrijkomen van deze energie uit de buffer is vooral van belang als de binnenlucht in direct contact staat met constructie elementen van beton en steen. Deze energiestroom is alleen te berekenen in geval de systeemgrens rond het gebouw ligt. Worden binnen oppervlaktetemperaturen als randvoorwaarden gekozen, dan ligt het effect van energiebuffering reeds in de randvoorwaarden besloten. Om een halfsteens kalkzandsteen wand 1 °C op 2 te warmen is +185 kJ/m aan energie nodig, voor een grindbetonnen vloer van 150 mm 2 2 dik is dit +315 kJ/m , voor een houten wand van 20 mm dik +23 kJ/m en voor een PUR2 schuimlaag van 50 mm 2,2 kJ/m . Ter referentie een koe produceert +1,1 kJ/s aan sensibele warmte. De warmtebuffering heeft een fasevertraging en een demping van opgelegde warmtebelastingen tot gevolg, van minder dan een uur tot enkele uren. De energiebuffering is te modelleren door de wanden in laagjes opgedeeld te denken van +50 mm dikte binnen een homogeen materiaal of op de materiaalgrenzen en voor iedere laag een eigen warmtebalans op te stellen. Dit kan met behulp van de eindige elementenmethode. Het probleem van deze extra modelvorming kan als eerder vermeld worden omzeild door de oppervlakte temperatuur van de relevante constructieonderdelen te meten. De meetfrequentie is afhankelijk van de RC-tijd, ook wel de tijdconstante genoemd, van de constructie. Meestal is eens per kwartier ruim voldoende. (RC-tijden: kalkzandsteen wand: 3,8 uur; grindbeton vloer: 5,7 uur; houten wandje: 0,12 uur; PURschuimlaag: 1,0 uur). In geval van modelvorming is per definitie sprake van een dynamische warmtebalans beschrijving voor de contructieelementen. Zowel bij gebruikmaking van meetgegevens als bij modelvorming van de constructieelementen kan de energiebalans van de stallucht nog als stationaire energiebalans worden geëvalueerd. Ad. 7: Oppervlakte condensvorming is eigenlijk alleen van wezenlijk belang bij dunschalige constructies, zoals daken bestaande uit een enkele golfplaat. Bij sterk uitstraling gedurende heldere nachten en bij relatief grote temperatuurverschillen tussen binnen- en buitenlucht zullen deze constructieelementen snel onder het dauwpunt van de binnenlucht dalen en zal een condensstroom ontstaan. Bij beter geïsoleerde stalgebouwen is deze 'warmtebron' veelal verwaarloosbaar. Het thermische effect van condensvorming is dat de oppervlakte temperatuur van het oppervlak waarop de condensvorming optreedt toeneemt, hierdoor neemt het totale energieverlies door de

Figuur 3.8.3

constructie eveneens toe, maar de convectieve warmteoverdracht van stallucht naar dat oppervlak neemt af. Een en ander is beschreven in Van 't Ooster (1986). Figuur 3.8.3 illustreert dit effect. Ad. 8: Het gaat bij Effect van condensatie op de warmtestromen door de constructie bij een energieaanvoer uit verwarmde en een gekoelde ruimte uitgedrukt in een fictieve massastromen die het luchttemperatuur (ti"). gebouw ingebracht worden uitsluitend om de thermische energieinhoud en/of -produktie van het materiaal. Ter verduidelijking: De energie-inhoud die in bijvoorbeeld ruwvoer is gefixeerd in eiwitten en koolhydraten, en vrijkomt tijdens de spijsvertering in het dier blijft hier uiteraard buiten beschouwing. De daaruit voortkomende thermische energie komt het gebouw vrij in de vorm van de dierlijke warmteproduktie. Is de temperatuur van de binnenkomende massastromen hoger dan die van de ruimtelucht dan zal de massastroom als warmtebron (source) fungeren. Is het omgekeerde het geval dat zal warmte aan de lucht onttrokken worden (sink). In het algemeen is deze warmtestroom zonder additionele metingen moeilijk te kwantificeren, tenzij de temperatuur van de massastroom bekend is. Indien deze warmtestroom een aantoonbare invloed op de warmtebalans van de ruimtelucht heeft dient daarmee reken te worden gehouden. Normaliter wordt deze warmtestroom verwaarloosd.

3.8.3.1 Belang van de warmteverliesstromen Ad. 1: Het energieverlies door ventilatie wordt in deze methode als sluitpost beschouwd. Het is onmogelijk het ventilatiedebiet met behulp van deze methode te differentiëren naar individuele openingen. Er kan slechts een schatting gemaakt worden van het totale ventilatie-debiet. Het ligt het meest voor de hand in de berekening uit te gaan van de wet van behoud van massa en dus van massafluxen. Verschillen tussen in- en uitlaatstromen tengevolge van luchtdichtheidsverschillen behoeven dan niet in rekening te worden gebracht. Uiteraard wel bij als omrekening naar volumefluxen gewenst is. Het energieverlies door ventilatie wordt bepaald door het debiet, de warmtecapaciteit van de lucht en het temperatuurverschil tussen de uitgaande en de ingaande lucht. De gemiddelde stalluchttemperatuur en de buitenlucht-temperatuur dienen zo representatief mogelijk gemeten te worden. Indien informatie beschikbaar is over de status van de ventilatieopeningen, d.w.z. welke in- en welke uitlaat-opening zijn, dan is meting van de temperatuur in de buurt van uitlaatopeningen verkieslijk. Het gemiddelde van de nabij de ventilatieopeningen gemeten temperaturen is als stalluchttemperatuur te beschouwen. Indien die informatie niet beschikbaar is, dan is het beter de stalluchttemperatuur op enkele plaatsen in de lengte-as van het gebouw te meten voldoende ver verwijderd van de dieren (2-3 m). De keuze van de meetlokaties hebben vooral bij grote temperatuur gradiënten in de stal een niet exact voorspelbare fout tot gevolg. De invloed van deze fout wordt groter naarmate de binnen- en buitenluchttemperatuur elkaar dichter naderen. Het berekende ventilatiedebiet kan getoetst worden aan de natuurlijke ventilatie theorie en/of aan andere indirecte meetmethoden (§ 3.5 t/m § 3.7). Ad. 2: De transmissieverliezen worden veelal benaderd met behulp van k-waarden. De aanpak is in veel gevallen echter niet bruikbaar, omdat voor dunschalige bouwconstructies de transmissieverliezen sterk worden beïnvloed door de warmteovergangsweerstanden aan binnen- en buitenzijde. Deze overgangsweerstanden zijn afhankelijk van de luchtbeweging langs het oppervlak, de vorm en ruwheid van het oppervlak en de mate van langgolvige stralingsuitwisseling met andere objecten en de hemel (groter naarmate temperatuur-verschillen tussen diverse oppervlakken groter zijn). De effecten van variaties in warmte-overgangsweerstanden alleen al veroorzaken afwijkingen van de

normatieve k-waarde. Deze afwijking wordt groter dan 10% bij normatieve k-waarden 2 2 groter dan 6 W/m .K (Rc < 0,75 m .K/W) en groter dan 5% bij k-waarden groter dan 0,6 2 2 W/m .K (Rc-waarde < 1,65 m .K/W). Als bedacht wordt dat de constructieweerstand Rc 2 van een asbestcement golfplaat slechts +0,005 m .K/W bedraagt, dan geeft dat voldoende aan dat de warmteovergangsweerstand bij kleine constructieweerstanden niet meer normatief in rekening gebracht kan worden. Bij verwaarloosbare constructieweerstanden kan de afwijking van de werkelijke k-waarde t.o.v. de normatieve oplopen tot +50%. Voor goed geïsoleerde lichte constructies werkt de k-waarde benadering redelijk, voor goed geïsoleerde zware constructies gaat het warmtebufferend vermogen van de constructie zelf een duidelijke rol spelen en is de k-waarde benadering niet meer bruikbaar. Het is dan beter de warmteuitwisseling met het binnenoppervlak van de wand te berekenen, door de warmteuitwisseling met de wand en het verdere transport van warmte in de wand te modelleren (dynamisch model). De eindige elementen methode is daarvoor zeer geschikt, maar er zijn ook andere methoden denkbaar. Het meten van de binnenoppervlaktetemperatuur van wanden en dak kan daarbij een belangrijke controle op de berekening vormen. Ad. 3: Zie ad. 6 bij warmtebronnen. Ad. 4: Effecten van verdamping: Bij verdamping van vocht vanaf natte oppervlakken, zoals roostervloeren, drinkwaterbakken, uit mestkelders e.d., vindt omzetting plaats van sensibele naar latente warmte. Daarmee is de warmte uit de sensibele warmtebalans verdwenen, tenzij het vocht elders binnen het systeem weer condenseert. De verdampingswarmte van water bedraagt 2500 kJ/kg. Op een warme droge dag kan gemakkelijk 1 mm water van de natte oppervlakken verdampen. Voor de orde grootte bepaling zou dat voor een ligboxenstal van 100 koeien kunnen oplopen tot ongeveer 1000 liter/dag (0,0116 kg/s), ofwel een warmteverliesstroom van bijna 30 kW, hetgeen overeenkomt met de sensibele warmteproduktie van 26 koeien! Het moge duidelijk zijn dat de verdamping van natte oppervlakken aandacht verdient in deze methode. In deze indicatie is geen rekening gehouden met opdroging van natte oppervlakken. Het belang van deze energieconversie wordt sterk beïnvloed door de omvang van het verdampend oppervlak, de gesteldheid van dat oppervlak (al dan niet vrij verdampend) en de drijvende kracht voor verdamping het dampspannings-verschil tussen de bulklucht en verzadigingsdampspanning aan het natte oppervlak. Voor goede inschatting van deze flux is een verdampingsmodel nodig. Ad. 5: Zie ad. 8 bij warmtebronnen.

3.8.4 Toestellen en hulpmiddelen Tabel 3.8.1 geeft per warmteflux een overzicht van de te meten grootheden, de te gebruiken apparatuur, de gewenste meetfrequentie en een indicatie van de kosten per instrument. Vermeld moet worden dat de exacte configuratie van de meetopstelling alsmede het aantal aan te leggen meetpunten sterk afhankelijk is van de stalsituatie en het onderzoeksdoel. Tabel 3.8.1 Benodigde apparatuur en te meten grootheden per soort van warmtestroom in de energiebalans van de stallucht. Soort warmteflux Warmtebronnen

1sensibele warmte dieren (op basis van warmteproduktie modellen)

Te meten grootheden: i = model invoer r = randvoorwaarde model c = controle model o = overig

Instrumenten

meetfrequentie (1* per)

- diergewicht

i

weegschaal, -brug

maand

- kengetallen produktie: melkproduktie, eiproduktie, groeisnelheid, drachtigheidsstadium

i

procescomputer + postprocessing of bedrijfsgegevens

dag

- activiteit

i

stappenteller

1-30 min

- dieraantallen/aanwezigheid

i

dag

Investeringskosten instrument

Soort warmteflux Warmtebronnen

- voerrantsoen 2warmte verwarmingssysteem 1brandstof 2elektrische verwarming 3water of olie gevulde buizen

3warmte installaties: constante vermogensopname variabele vermogensopname

4daglichttoetreding

5doordringing zoninstraling (op basis van bezonningsmodel)

i

meetfrequentie (1* per)

Investeringskosten instrument

dag-mnd

afh. van systeem:

- brandstofverbruik + energ. rendement

i i

integr. flowmeter -

1-15min.

ƒ 1000,-

- opgenomen vermogen

i

kWh-meter

1-15min.

ƒ 1500,-

- waterzijdig energie verbruik: (aanvoertemp, retourtemp en debiet in verwarmingsnet, integre-rende meting)

i

warmtestroommeter

1-15min.

ƒ 2000,-

- aan/uit tijden + vast opgen. vermogen

i i

0/1 signaal -

minuut

ƒ 250,-

- opgenomen vermogen

i

kWh meter

1-15min.

- gebouworiëntatie

i

kompas

eenmalig

ƒ 250,-

- lokatie en geom. vensters

i

meetlint

eenmalig

ƒ 50,-

- lengtegraad, breedtegraad

i

- tijd

i

datalogger

- lichtdoorlaatfaktoren + intensiteit straling buiten

i i

pyranometer

1-5min.

- intensiteit straling binnen

i

lux meter

1-5min.

- globale instraling hor. vlak

i

pyranometer

1-5min.

ƒ 1800,-

- diffuse instraling hor. vlak

i

idem+schaduwring

1-5min.

ƒ 4300,-

- gebouworiëntatie

i

kompas

eenmalig

- lokatie en geometrie gebouwvlakken

i

meetlint

eenmalig

- lengtegraad, breedtegraad

i

-

eenmalig

- tijd

i

datalogger

iedere meting

- absorptiecoëfficiënt oppervlakte materialen

i

-

eenmalig

- plaats en geometrie schaduwgevende objecten

i

meetlint

eenmalig /jaarlijks

eenmalig iedere meting ƒ 1800,-

r/c (IR) temp. sensor

1-5min.

ƒ 6000,-

- ruimtelucht temp.

c

temperatuursensor

1-5min.

ƒ 50-1000

- luchtbeweging in ruimte

i

thermische anemometer

1-5min.

> ƒ 2000

- oppervl. temp. dakvlakken

r/c temperatuursensor

1-5min.

- ruimteluchttemp. nabij dak

r

1-5min.

6warmte uit buffers - oppervlakte temp. dak, (dynamisch model binnenwanden en vloer. nodig)

7warmte uit condensvorming

Instrumenten

Te meten grootheden: i = model invoer r = randvoorwaarde model c = controle model o = overig

temperatuursensor

Soort warmteflux Warmtebronnen

8 massastromen door gebouw

Instrumenten

Te meten grootheden: i = model invoer r = randvoorwaarde model c = controle model o = overig

meetfrequentie (1* per)

Investeringskosten instrument ƒ 10002000

- RV ruimtelucht nabij dak

r/c vochtsensor

1-5min.

- luchtbeweging

r

thermische anemometer

situatie afh.

- ingebrachte massa (kg)

i

weegbrug, -schaal

eens per gebeurtenis

- tijdstip van inbrengen

i

handmatig/ automatisch

- temp. van de massa

i

temperatuursensor

Tabel 3.8.2 Benodigde apparatuur en te meten grootheden per soort van warmtestroom in de energiebalans van de stallucht (vervolg). Soort warmteflux Warmteverliezen

Te meten grootheden: i= model invoer r= randvoorwaarde model c= controle model o= overig

1ventilatie (sluitpost) Normaliter geen metingen Bij modeltoepassing: - windsnelheid (10 m) - windrichting (10 m) - oriëntatie gebouw - geometrie gebouw en ventilatie openingen - geometrie obstakels om het gebouw 2warmteverlies door constructie elementen (dynamisch model nodig)

- opbouw gebouwomh. - materiaaleigenschappen - oppervl. temperaturen - hemeltemperatuur

3warmteopslag in buffers (constructieelementen)

Zie 6 warmtebronnen

4verdamping van water

- temp. natte oppervlak - ruimteluchttemp. nabij opp. - RV lucht nabij nat opp. - luchtbeweging bij nat oppervlak

5massastromen door gebouw

Zie 8 warmtebronnen - uitgaande massastroom

Instrumenten

meetfrequentie (1* per)

Investeringskosten instrument

i i i i

cupanemometer windvaan kompas meetlint

1-5min. 1-5min. eenmalig eenmalig

ƒ 1000-3000 ƒ 1000-3000

i

meetlint

eenmalig

i i r/c r

(IR) temp. sensor LWR-sensor

eenmalig eenmalig 1-5min. 1-5min.

ƒ 6000,-

zie 6 warmtebronnen

r r

(IR) temp.sensor temperatuursensor

r/c r

vochtsensor therm. anemometer

i

zie 8 warmtebronnen eens per gebeurtenis

5-15min 1-15min 1-15min sit. afh.

Temperatuursensoren zijn in grote diversiteit op de markt aanwezig, thermokoppels, weerstandsthermometer, halfgeleidervoelers, metaaloxyden, infraroodthermometers, etc. De meetnauwkeurigheid van goed functionerende temperatuursensoren ligt in de ordegrootte 0,1-0,3 °C. Voor de meting van de relatieve luchtvochtigheid zijn eveneens diverse technieken beschikbaar, drogebol en nattebolmeting (psychrometer), mechanische hygrometer, spiegel-dauwpuntmeter, elektrische geleidingshygrometer, capacitatieve vochtvoelers, e.d. Meting van de luchtsnelheid kan met behulp van thermische of hittedraad anemometers, vleugelrad- en cupanemometers, pitotbuis, drukverschilmeters, etc. Van 't Klooster, et al. (1991) geeft een uitgebreide technische beschrijving van vele meetinstrumenten op het gebied van het thermische klimaat in en om stallen, incl. een kosten indicatie. Voor het meten van de windsnelheid en richting op meteorologische hoogte (10 m) moet rekening gehouden worden met bijkomende kosten voor de mast (f 2000,-) en apparatuur voor uitlezing van de signalen. De in bovenstaande tabel vermeldde kosten zijn zeer globaal om een indicatie van de hoogte van de

benodigde investering te geven, of van het kostenbereik waarbinnen instrumenten worden aangeboden. De investeringskosten zijn per instrumenttype eenmalig vermeld. Naast de sensoren is een goed datalogsysteem vereist dat in staat is zowel pulssignalen (counters), als volt (0-25 mV, ..., 0-2,5 V), als stroomsignalen (0-20 mA) te meten. Een brede range van meetschalen in het voltage bereik met autoranging mogelijkheden per kanaal verdient de voorkeur, daar bij het meten van klimaatsignalen zowel zeer lage als hogere voltages naast elkaar voorkomen. Een bruikbaar datalogsysteem met een redelijke capaciteit kost ƒ 3000,- - ƒ 8000,-. Dataloggers in deze prijsklasse zijn in het algemeen niet goed beveiligd tegen spanningsoverschrijding (aardlussen, onweer). In het algemeen beschikken de dataloggers over een beperkte geheugencapaciteit voor dataopslag. Vastlegging van de data moet plaatsvinden door uitwisseling van geheugenkaarten of door communicatie met een PC. Arbeid: Voor het ontwerp van het meetsysteem is WO/HBO niveau gewenst. Voor opbouw en onderhoud van het meetsysteem is MBO(/HBO)-niveau toereikend. Voor doorrekening van de warmtebalans, d.w.z. ontwikkeling en testen van het simulatiemodel is WO-niveau vereist. Zodra een en ander is uitgekristalliseerd voor een gegeven stalsituatie is HBO-niveau voldoende voor de uiteindelijke dataverwerking.

3.8.5 Werkwijze Afgezien van de eenmalig vast te stellen parameters, als geometrie e.d. is het aan te bevelen het meetsysteem zodanig te automatiseren, dat de data beschikbaar komen in computerbestanden die toegankelijk zijn voor software, die middels grafische presentatie de onderzoeker in staat stelt snel een goed inzicht te verkrijgen in de data en die een interfacing met een simulatiemodel mogelijk maakt. Het simulatiemodel heeft als doel de warmtebalans door te rekenen en uit de gemeten data het ventilatiedebiet te bepalen. Daarbij wordt tevens gebruik gemaakt van een theoretisch fysische beschrijving van het gemodelleerde systeem. Het model dient een dynamische balansbeschrijving te bevatten die toegespitst is op de doorgemeten gebouwsituatie. Afhankelijk van de modelbeschrijving kunnen meetdata gebruikt worden als inputparameter, als bronvariabele, als randvoorwaarde of als controle grootheid ter beoordeling van de prestatie van het model. Tabel 1 geeft een indicatie van het gebruiksdoel van iedere vast te stellen grootheid. Het voert te ver om modelvorming e.d. in detail te bespreken. Duidelijk is dat deze methode relatief veel voorwerk behoeft alvorens een reële schatting van het ventilatiedebiet gemaakt kan worden.

3.8.6 Berekening Aangaande de berekening wordt hier volstaan met de vermelding van de algemene vorm van de voelbare warmtebalans van een lichaam: opslag = ingaande stromen - uitgaande stromen + produktie (1) ofwel in wiskundige notatie:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

Uitgewerkt voor de stallucht [W] (2) ziet deze vergelijking er als volgt uit:

(3)

waarin:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 49

= De effectieve warmtecapaciteit van de stallucht. Indien de inrichting niet apart is gemodelleerd, dan zal een deel van de warmtecapaciteit van inrichtingselement aan de warmtecapaciteit van de stallucht toegerekend moeten worden. [ J/K ] Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 50 = de som van de warmteuitwisseling tussen diverse te onderscheiden gebouwdelen en de stallucht als gevolg van convectieve warmteoverdracht [W] Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 51 = de som van de warmtestromen tengevolge van luchtuitwisseling [W] Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 52

=

warmteproduktie

door installaties (tijdsafhankelijk) [W] Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 53

=

warmte-input uit

[W] Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 54

=

sensibele

warmteproduktie afkomstig van de dieren [W] Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 55

=

som van de

warmtestromen tengevolge van verdamping [W] Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 56

=

som van de

het verwarmingssysteem

warmtestromen veroorzaakt door condensvorming

[W]

Hiermee is het kader voor de fysische berekening weergegeven. Voor verdere detailuitwerking van de diverse warmtestromen wordt verwezen naar de literatuur (ASHRAE, 1989; Byron Bird et.al., 1960). De warmtebelasting tengevolge van zoninstraling komt in vgl. (3) niet direct tot uiting, omdat zonnewarmte slechts indirect via constructie elementen doorwerkt op de binnenlucht. Evenals voor de stallucht worden voor constructie elementen of onderdelen daarvan warmtebalansen opgesteld waardoor een stelsel van gekoppelde eerste orde differentiaal vergelijkingen ontstaat, dat is te schrijven in de vorm:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

[ W ] (3)

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 58

waarin: M = massamatrix met daarin de warmtecapaciteiten behorend bij de diverse opslagtermen, een diagonaal matrix.

= de vector met eerste afgeleiden van

de temperaturen van de buffers naar tijd. S

= stijfheidsmatrix met daarin alle coëfficiënten die samenhangen met de toestandsgrootheden (temperaturen) in het model, afgezien van als randvoorwaarde opgelegde temperaturen.

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 59

=

de vector met model

temperaturen f(t) = de belastingvector, die randvoorwaarden en externe bronnen aan het systeem oplegt.

In dit stelsel wordt warmteaccumulatie in constructie elementen mee in beschouwing genomen. Voor verdere beschrijving van deze methodiek wordt verwezen naar Verhoeven (1982) en Augenbroe (1982). Het ventilatiedebiet vormt een parameter in de matrix S, deze dient middels parameterschattingsmethoden zodanig ingeschat, dat de simulatie de gemeten praktijk redelijk volgt. Deze methode wordt toegepast in het project 'Ammoniakemissie uit natuurlijke geventileerde stallen' project 34.4.12, een samenwerkingsproject tussen LU en IMAG en heeft als voordeel het systeem gebouw gemodelleerd wordt en de daarop inwerkende randvoorwaarden en warmtebelastingsfluxen direct aan het model kunnen worden opgelegd. De systeemgrens in het model wordt dus direct om het gebouw gelegd. Het model helpt het gehele systeem te evalueren incl. de eenvoudiger evaluatiemethoden van de warmtebalans. Indien men voor de warmtebalansmethode de systeemgrens op de binnenzijde van de gebouwwanden, dak en vloer aanlegt, dan voldoet oplossing van vergelijking (3).

3.8.7 Verslag Het verslag dient weer te geven: - Beschrijving van de stal: plattegrond, vorm bovenbouw, lokatie en geometrie van de ventilatie openingen. - Weergave van dierinformatie: aantal aanwezige dieren, gemiddeld gewicht, voeropname. Indien van toepassing gemiddeld drachtigheidsstadium, gemiddelde (melk)produktie, gemiddelde groei. - Bij gerantsoeneerd gevoerde dieren voersoorten en voersamenstelling. Bij ad libitum gevoerde dieren is registratie hiervan aan te bevelen. - In verband met verloop van activiteiten, minimaal vermelding van voertijden en eventuele melktijden. - Bij continue experimenten een weergave van de gebruikte tijdcorrectiefunctie met motivatie en weergave hoe deze is vastgesteld (literatuur of experiment). - welke balansbenadering is gekozen om het ventilatiedebiet te schatten - welke warmtestromen zijn in de evaluatie meegenomen, alsmede een fysische beschrijving daarvan - welk instrumentarium is gebruikt - welke meetlokaties zijn gekozen - welke meetfrequentie is gehanteerd 3 - Geschatte ventilatiedebiet of het verloop daarvan in [kg dl/s] of [m /s] met in het laatste geval vermelding of het in of uitgaande lucht betreft en de temperatuur van stallucht en buitenlucht.

3.8.8 Slotbeschouwing Het meetbereik van deze methode wordt bepaald door de dierbezetting van de stal, ofwel 2 de warmteproduktie per m incl. de warmtebelasting op het binnenklimaat (installaties, zon), en de meetnauwkeurigheid van de benodigde sensoren. De meetnauwkeurigheid is beter naarmate de warmteafvoer door ventilatie toeneemt bij een nog steeds voldoende nauwkeurig bepaalbare temperatuur en luchtvochtigheidsverschillen. Tabel 3.8.3 geeft een indicatie van het meetbereik en de te behalen nauwkeurigheid met deze methode.

Tabel 3.8.3

Overzicht meetbereiken van de warmtebalansmethode. Indicatieve bepaling van het maximaal meetbare ventilatiedebiet op grond van dierbezetting voor verschillende diersoorten.

Uitgangspunten:

Minimaal temperatuurverschil tussen binnen- en buitenlucht 1 °C.

Dierbezetting [m2 stalopp./dier]

kippen2)

varkens3) melkvee4)

0.03 0.05 0.10 0.16 0.8 1.0 1.2 6 10 12 14

geschatte totale warmteproduktie (sensibele warmte) [W.m-2]

Fv-max1) [m.h-1] (vent.voud) [h-1]

Indicatie meetnauwkeurigheid bij klein en (groot) temp.verschil5) %

410 (227) 246 (136) 123 ( 68) 77 ( 43) 236 (162) 188 (129) 157 (108) 183 (141) 110 ( 85) 92 ( 71) 79 ( 61)

696 (155) 417 (130) 207 ( 65) 129 ( 40) 483 (126) 384 (100) 321 ( 83) 420 (112) 240 ( 51) 198 ( 42) 168 ( 36)

+101/-34 (+ 7/- 6) +101/-34 (+ 7/- 6) +102/-34 (+ 7/- 7) +102/-34 (+ 7/- 9) +101/-34 (+ 7/- 6) +101/-34 (+ 7/- 7) +101/-34 (+ 7/- 7) +101/-34 (+ 7/- 6) +106/-35 (+13/-10) +108/-36 (+13/-16) +109/-36 (+20/-16)

1)

Alleen dierlijke warmteproduktie is in de berekening meegenomen. Het meetbereik neemt tengevolge van andere warmtebronnen slechts toe. Bij kippenstallen wordt zonodig bijverwarmd, de betekenis van Fv-max is in dat geval zeer beperkt. Fv-max is gegeven als ventilatiedebiet [m3.h-1] per m2 primair huisvestingsoppervlak. Tussen haakjes is het ventilatievoud [h-1] toegevoegd voor een gemiddelde stalhoogte. Voor praktische stallen vormen de bovengrenzen, Fv-max, geen beperking bij volledig bezette stallen, m.u.v. laagbezette ligboxenstallen voor melkvee (12-14 m2/dier). Bij harde wind en spaceboarding of geopende ventilatiekleppen kan deze methode voor melkvee gehuisvest in ligboxenstallen ontoereikend zijn. Bij melkvee ontstaat tevens een probleem zodra de dieren de stal verlaten voor beweiding. De ondergrens bij toepassing van CO2-monitoren met een volleschaalbereik van 4000 ppm is alleen bij zwaarbezette leghennenstallen mogelijk een probleem. Er moet dan gekozen worden voor een groter volleschaalbereik. 2) Uitgangspunten leghennen: 1,7 kg levend gewicht, 12,3 W totale warmteproduktie per aanwezige hen. Staltemperatuur: 24 °C, RV 80%. Gemiddelde stalhoogte 4,5 m voor 0,03 m2/dier, 3,2 m voor 0,05..0,16 m2/dier. 3) Uitgangspunten vleesvarkens: 60 kg levend gewicht, 188,4 W totale warmteproduktie per dier. Staltemperatuur: 18 °C, RV 80%. Gemiddelde stalhoogte 3,85 m. 4) Uitgangspunten melkvee: 600 kg levend gewicht, melkproduktie 20 kg/dag, totale warmteproduktie 1100 W per dier. Staltemperatuur: 10 °C RV 80%. Gemiddelde stalhoogte 3,75 m voor 6 m2/dier (grupstal) en 4,70 m voor 10..14 m2/dier. 5) Meetfout temperatuurverschil abs. 0,5 °C. Relatieve foutinvloed van de meetfout in de temperatuur op het te berekenen ventilatiedebiet bij ti-te (reëel)= 1 °C en ti-te (reëel)= 8°C. De laatste is tussen haakjes geplaatst. ti-te is temp. verschil tussen stallucht en buitenlucht. Voor een abs. afwijking van de temp. zijn voor beide temperatuurverschilniveaus twee relatieve fouten berekend namelijk voor ti-te= 1 °C plus 0,5 °C resp. min. 0,5 °C en 8 °C plus resp. min 0,5 °C gescheiden door het /-teken.

In tabel 3.8.3 is gebruik gemaakt van een stationaire warmtebalans. Voor berekening van actuele ventilatiedebieten zijn meer complete dynamische warmtebalansen nodig.

Literatuur ASHRAE (= American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers), 1989. Handbook of fundamentals. SI edition. Augenbroe, G.L.M., 1982. Numerieke berekening van het temperatuurgedrag van gebouwen met behulp van BFEP (= Building Finite Element Package). Deel 1, Introductie. TU-Delft. Bruce, J.M., 1986. Theory of Natural Ventilation due to Thermal Buoyancy and Wind. Proceedings CIGR section II, seminar on Pig Housing, Rabbit and small birds species housing, Rennes France, p117-124. Byron Bird, R., W.E. Stewart & E.N. Lightfoot, 1960. Transport Phenomena. Wiley international edition. Klooster, C.E. van 't, et al, 1991. Meten van Klimaat in varkensstallen. Rapport werkgroep Meten van klimaat in varkensstallen. Proefverslag nummer P 1.68, Rosmalen, 68p.

Ooster, A. van 't, 1990. Applicability of Natural Ventilation in Veal-calf Houses: A Theoretical Approach. Proceedings of the international symposium on veal calf production, Wageningen, EAAP publication no. 52, 1991. p85-94. Ooster, A. van 't, 1986. Bouwfysica. Collegedictaat vakgroep Agrotechniek & -fysica, LUW, 219p. Ooster, A. van 't & A.J. Both, 1988. Towards a Better Understanding of Relations Between Building Design and Natural Ventilation in Livestock Buildings. Proceedings of the third international livestock environment symposium. Toronto, Canada. Published by ASAE, p8-21. Ooster, A. van 't & A.L.J. van Strien, . Tuinbouwmechanisatie. Deel 1. Technische aspecten van de glastuinbouw. Collegedictaat vakgroep Agrotechniek & -fysica, LUW. 1991. 240p. Verhoeven, A.C. Toegepaste bouwfysica deel 1, TU-Delft, Collegedictaat, 1982

3.9 Vleugelradanemometer 3.9.1 Toepassingsgebied Bij ventilatiekokers is het niet eenvoudig de ventilatiehoeveelheid goed te meten. Als een ventilatiekoker een instroomrand heeft en de ventilator is in de koker gemonteerd en niet onder aan de koker, dan kan de vleugelradanemometer voor de bepaling van de luchtsnelheid in de koker worden gebruikt. Het meetbereik van de vleugelradanemometer loopt, afhankelijk van de kwaliteit (=aanloopsnelheid) van het instrument, van ongeveer 0,2 tot 20 m/s. Het meetbereik loopt bij 3 een ventilatiekoker-diameter van 0,5 m dan van 140 - 14.000 m /h. De responsietijd loopt van tienden van seconden voor de miniatuuruitvoering tot 10 seconden voor de meest robuuste exemplaren (en is afhankelijk van de windsnelheid en toe- dan wel afname van de wind).

3.9.2 Beginsel De vleugelradanemometer is in de meeste uitvoeringen een windmolentje met 8 tot 12 schoepen en een diameter van 10 of 20 mm (miniatuur-uitvoeringen) tot 80 à 120 mm.

3.9.3 Gebruikscondities Bij meting in kanalen dient rekening gehouden te worden met het feit, dat de windsnelheidsmeter de stroming verstoort. De fabrikant Lambrecht geeft aan, dat hiervoor gecorrigeerd kan worden in ronde kokers met een diameter kleiner dan 0,5 m. De werkelijke luchtsnelheid is de gemeten luchtsnelheid maal k. k is een correctiefaktor: waarin Rk de straal van de Install Equation Editor and doublekoker is en Rv de straal click here to view equation. van de vleugelradanemometer is. Door het toepassen van hulpstukken is het in veel gevallen mogelijk om onder de ventilator te meten. Als niet onder de ventilator gemeten kan worden, zal boven de ventilator gemeten moeten worden. Het meten boven de ventilator geeft echter onbetrouwbare meetresultaten. De afstand tussen ventilator en vleugelradanemometer moet minimaal de doorsnede van de ventilatiekoker bedragen. De vleugelradanemometer moet ook aan een dunne stang worden bevestigd om de invloed van de arm van de meetpersoon te verminderen.

3.9.4 Kalibratie De vleugelrad-anemometer dient regelmatig (eenmaal per een of twee jaar) te worden gekalibreerd.

3.9.5 Nauwkeurigheid De onnauwkeurigheid in het debiet wordt sterk beïnvloed door de noodzaak van het bepalen van de gemiddelde snelheid in het vlak, waarna de verhouding tussen dat gemiddelde en de snelheid in één enkel punt min of meer constant wordt verondersteld. Onder ideale stromingscondities in een correct gekozen meetvlak is een onnauwkeurigheid in het debiet van 2 % haalbaar. In een minder gunstig gelegen meetvlak kan de onnauwkeurigheid gemakkelijk oplopen tot 25 %. Bij de vleugelradanemometer dient de luchtsnelheid loodrecht op de dwarsdoorsnede te staan (Visscher & Kornet, 1980). Evenwel is de vleugelradanemometer binnen een hoek van circa 25° richtingsonafhankelijk (zie figuur 3.9.3).

3.9.6 Kosten De prijzen van deze meters beginnen bij ƒ 1.000,-. Kalibratiekosten variëren van ƒ 100,- tot ƒ 300,-.

3.9.7 Berekening van het debiet over de beschouwde doorsnede 3

Als ventilatiedebieten in m /uur gemeten moeten worden kan bij centrale afzuigsystemen, zoals in stallen met mechanische luchtafzuiging, als volgt gemeten worden. Wanneer 2 lucht met een snelheid van v m/s door een kanaal met een dwarsdoorsnede van A m stroomt, dan is de doorgestroomde hoeveelheid per tijdseenheid (het debiet) gelijk aan Q 3 = v * A m /s. In de praktijk is de snelheid over de dwarsdoorsnede niet overal gelijk. Het is dan toch mogelijk om door uitbreiding van het aantal metingen een schatting te maken van het debiet. Men verdeelt de dwarsdoorsnede in een aantal gelijke vlakken. Bij een rechthoekig kanaal kan dat volgens figuur 0. In het midden van elk vlak wordt met behulp van de relatief kleine anemometer de luchtsnelheid bepaald. Het debiet door dat vlak is gelijk aan zijn oppervlak maal de gemeten luchtsnelheid. Het totale debiet volgt uit de afzonderlijke metingen. Bij een rond kanaal verdeelt men de dwarsdoorsnede in een aantal concentrische ringen met gelijk oppervlak volgens figuur 0. In elk vlak meet men op tenminste 4 punten de Figuur 3.9.1 Meetpunten voor luchtsnelheid. De variatie de luchtsnelheid in een in het meetresultaat rechthoekig kanaal. bepaalt of er meer moeten worden gedaan. De gemiddelde snelheid maal het oppervlak, gesommeerd over het totale oppervlak levert het debiet. Voorbeeld voor een ronde doorsnede; verdeel de doorsnede in 4 concentrische delen met eenzelfde oppervlakte, dat wil zeggen alle 4 gelijk aan 2 1/4 * π * r . Dit betekent dat r1, r2 en r3 gelijk zijn aan respectievelijk 0,50 * Figuur 3.9.2 Meetpunten voor de luchtsnelheid in r, 0,71 * r en 0,87 * r. De een ronde koker. meetpunten leggen we in het midden van elk vlak, d.w.z. op resp. 0,25 * r, 0,6 * r, 0,79 * r en 0,93 * r. De metingen worden vervolgens uitgevoerd bij a, b, c en d. Bij grote verschillen in dezelfde ring tussen a,b,c en d moet een groter aantal concentrische vlakken genomen worden of, indien mogelijk, de ongestoorde lengte van het kanaal voor de meetplaats worden vergroot (d.w.z. blijf zo ver mogelijk uit de buurt van de ventilator of de instroomopening). Vaak helpt ook het aanbrengen van stromingsgelijkrichters (honingraten e.d.). Bij grote variaties in a,b,c en d is het zaak òf om zo snel mogelijk een meetserie te verrichten, òf de variaties via een soort gemiddelde per meetpunt te meten. Ervaring in het doen van metingen en de mogelijkheden van een bepaald meetinstrument bepalen in de vaak verre van ideale praktijksituaties de haalbare nauwkeurigheid. De diameter van diverse vleugelradanemometers is zo groot, dat metingen in alle punten van de figuren 3.9.1 of 3.9.2 niet mogelijk is. Voor de meting van een luchtstroom in een koker is volgens ISO 5167-1980 een aanstroomlengte van minimaal 10 maal de diameter nodig en een afvoerlengte van minimaal 4 maal de kokerdiameter.

Literatuur Meten van vloeistof- en gasstromen met pitotbuizen volgens Prandtl -Instrumentenfabriek van Essen N.V. Blad no 12.23 c. Visscher, G.J.W. & J.G. Kornet, 1980. Meten met windsnelheidsmeters. TFDL Bulletin 10, Wageningen.

Figuur 3.9.3 Richtingsafhankelijkheid (Visscher & Kornet, 1980)

4 Meetdoelen en meetstrategie 4.1 Algemeen In de hoofdstukken 0 en 0 zijn de meetmethoden voor NH3-concentratie en ventilatiedebiet besproken. Voordat de methoden met elkaar kunnen worden vergeleken en er een keuze uit kan worden gemaakt, is het nodig op meetdoelen en daarbij passende meetstrategieën in te gaan. Meetdoelen houden de redenen in waarom men gaat meten. De beschrijving van meetdoelen is nodig, omdat de doelgroepen van dit rapport, zoals genoemd in de inleiding, verschillend zijn. De doelen, die de doelgroepen bij het meten voor ogen kunnen hebben, worden besproken in § 0. Zodra een meetdoel is bepaald, moet een meetstrategie vastgesteld worden. Een meetstrategie betreft de keuze van de te meten componenten, meetplaatsen, tijdsaspecten van de metingen, meetmethoden en wijze, waarop de meetresultaten worden verwerkt en gepresenteerd. Voor het vaststellen van een meetstrategie is kennis nodig van de beïnvloedende variabelen en de patronen die daarin optreden. Hier wordt op ingegaan in § 0. § 0 bevat voor elk genoemd meetdoel een beschrijving van een passende meetstrategie, voor zover het de keuze van meetplaatsen en tijdsaspecten van de metingen betreft. Bij het ontwerpen van een meetstrategie zijn er veel aspecten, waarop gelet moet worden om bruikbare uitkomsten te krijgen. Dit is het onderwerp van § 0. In het algemeen kan een schatting van de NH3-emissie van een stal worden verkregen door integratie van het produkt van het ventilatiedebiet en de NH3-concentratie in deze lucht in de tijd. Er zijn verschillende mogelijkheden om tot deze emissieschatting te komen. De mogelijkheden staan beschreven in § 0. Voor NH3-emissiebepaling bestaat een alternatief in de vorm van massabalansmethoden. Deze verdienen in sommige gevallen de voorkeur. In § 0 zijn reeds de Nbalansmethode, de lijzijde-methode, de lijwervel-methode en pluimdispersiemetingen beschreven. Daarom wordt in § 0 na een korte inleiding hiernaar verwezen. Om tot zo nauwkeurig mogelijke uitkomsten te komen en de nauwkeurigheid van de uitkomsten te toetsen, is kennis en toepassing van foutenanalyse nodig. Paragraaf 0 gaat hier op in.

4.2 Doel van de metingen De belangrijkste doelen voor metingen in het kader van dit rapport zijn bronsterktebepaling, procesonderzoek en modelvalidatie. Deze doelen worden achtereenvolgens kort besproken.

4.2.1 Bronsterktebepaling Het gaat in dit rapport om de emissiebepaling uit stallen. Als men echter wil onderzoeken hoeveel ammoniak een veehouderijbedrijf als geheel emiteert, dan dient men ook de emissie van andere bronnen rond de stal, zoals mestsilo's en weilanden, te bepalen.

4.2.1.1 Bronsterktebepaling voor indicatieve doeleinden In de toekomst zal er aan de ammoniakemissie uit stallen waarschijnlijk een maximum gesteld worden. Er zal dan gecontroleerd moeten worden of deze maximale emissie niet overschreden wordt. Om een zo doelmatig mogelijke controle te hebben en om de kosten van het controle-apparaat zo laag mogelijk te houden is het van belang, dat de metingen binnen een werkdag verricht kunnen worden. De betrouwbaarheid van deze metingen zullen niet zo groot zijn want men meet maar op één bepaalde dag en in hoeverre die dag representatief is, is onbekend. Door echter goed rekening te houden met allerlei faktoren, die van invloed zijn op de ammoniakemissie (zie § 0) kan men de betrouwbaarheid vergroten. Met de indicatieve bronsterktebepaling wordt een eerste indruk verkregen van de ammoniakemissie. Al naar gelang de uitkomsten van deze metingen kan men beslissingen nemen; opzetten van een nieuw onderzoek, instellen van emissiebeperkende maatregelen etc. Pas als er een reden is om aan te nemen dat de norm overschreden wordt, zullen er uitgebreidere metingen verricht worden.

4.2.1.2 Bronsterktebepaling ten behoeve van het verlenen van vergunningen In de toekomst zal de uitstoot van ammoniak, zonder dat men in het bezit is van een vergunning, waarschijnlijk niet meer toegestaan zijn. Voor het verkrijgen van een vergunning zal men moeten aantonen, dat de ammoniakemissie niet boven het wettelijk toegestane maximum ligt. In de huidige wetgeving zijn er nog geen normen voor de ammoniakemissie gesteld. Voor ammoniak bestaan er al wel depositiedoelstellingen voor verzuringsgevoelige gebieden (ecologische richtlijn). Een overheidsorgaan, zoals een provinciale milieudienst, zal de emissie van verschillende typen stallen willen weten om deze in modellen te kunnen invoeren en te kunnen berekenen, welke bijdrage de stallen leveren aan de immissieconcentratie of lokale depositie. Het kan hier gaan om bestaande situaties en nieuwe situaties. In bestaande situaties kan op grond van de emissie van de aanwezige stallen met behulp van een model de immissieconcentratie in de omgeving van deze stallen berekend worden. De immissieconcentratie kan vervolgens met een norm worden vergeleken. Voor individuele bedrijven kan vervolgens vastgesteld worden in hoeverre emissiereductie nodig is om de immissieconcentratie niet boven de norm te laten uitstijgen. In nieuwe situaties kan berekend worden hoe de immissieconcentratie zal worden na vestiging of toevoeging van bepaalde aantallen en typen bedrijven, waarna ook weer vergelijking met een norm kan plaatsvinden. Hieraan kunnen eisen voor nieuwe bedrijven gekoppeld worden. In deze situatie is het sterk van de plaatselijke omstandigheden afhankelijk aan welke normen de ammoniakemissie moet voldoen. Tegenwoordig wordt bij de vergunningverlening niet meer op cumulatieve basis getoetst (zie § 0). Als in een gebied onderzoek plaatsvindt naar de belasting door ammoniak, wordt echter wel naar cumulatieve effecten gekeken. Verder moet worden opgemerkt, dat het niet eenvoudig is een relatie te leggen tussen immissieconcentraties en depositie vanwege de vele faktoren, die in het spel zijn. Dit is vooral niet eenvoudig, als op lokaal niveau wordt gekeken. Al enige tijd wordt gewerkt aan computermodellen om de depositie op verschillende niveaus beter te kunnen voorspellen.

4.2.1.3 Bronsterktebepaling ten behoeve van emissiefaktoren De emissiefaktoren zoals deze beschreven zijn in de "richtlijn Ammoniak en Veehouderij" (bijlage 0) vormen de basis van de wettelijke regelingen voor de ammoniakemissie uit stallen. Het is daarom belangrijk, dat de emissiefaktoren goed bepaald worden. Voor het meten van de verschillende emissiefaktoren zijn door "de werkgroep NH3emissiefaktoren" richtlijnen opgesteld (Beoordelingsrichtlijn in het kader van de groen label stallen, werkgroep NH3-emissiefaktoren, 1992). De emissie van ammoniak uit een stal wordt namelijk beïnvloed door een groot aantal faktoren. De ammoniakemissie is afhankelijk van het seizoen. Uit kippen- en vleesvarkensstallen zal de ammoniakemissie in de zomer hoger zijn dan in de winter door de hogere staltemperaturen, terwijl uit melkveestallen de ammoniakemissie juist lager zal zijn, omdat het vee dan een groot gedeelte van de dag buiten de stal is. Ook het tijdstip binnen een mestcyclus, waarop de meting plaatsvindt, is belangrijk. De ammoniakemissie uit een stal met bijvoorbeeld slachtkuikens zal vlak na het inzetten van de kleine kuikens veel lager zijn dan vlak voor het uithalen, als de kuikens op slachtgewicht zijn.

4.2.2 Procesonderzoek Procesonderzoek vindt vooral plaats op proefboerderijen. In het kader van dit rapport gaat het om het kwantificeren van de emissie van verschillende soorten mestafvoer, -droging, enz. Om de verschillen in de bijdrage aan de ammoniakemissie van de verschillende processen te kunnen meten moet er veel plaatselijker (bijvoorbeeld alleen de ammoniakemissie uit de mestkelder) en frequenter gemeten worden. Procesonderzoek kan uitmonden in aanbevelingen voor bepaalde emissie-arme systemen en onderzoek naar het effect van emissiebeperkende maatregelen. Bij procesonderzoek kan ook worden gekeken hoe groot de totale NH3-emissie van verschillende staltypen is en welke invloed wijzigingen in de produktieomstandigheden, zoals verandering van dierbezetting, hierop hebben.

4.2.3 Modelvorming en -validatie Bij modelvorming en -validatie gaat het om het leggen van kwantitatieve verbanden tussen variabelen en emissies. Als een model is opgesteld, moet de juistheid ervan getoetst worden aan de hand van concrete gegevens, d.w.z. resultaten van emissiemetingen. Bij procesonderzoek en modelvalidatie is men vooral geïnteresseerd in het verloop van de processen waarbij ammoniak vrijkomt. Om het verloop van zo'n proces goed te kunnen volgen is het belangrijk, dat bij deze twee meetdoelen de tijd tussen twee opeenvolgende metingen niet te lang gekozen wordt.

4.3 Beïnvloedende variabelen Wat NH3-emissie betreft, is het allereerst nodig te beseffen dat er in een stal verschillende ammoniakbronnen zijn. Samen met uitgescheiden faeces kan ammoniak ontsnappen (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 4)); zodra urine is uitgescheiden, vindt hierin snelle omzetting van de organische stikstof in ammoniak plaats, die vervolgens vervluchtigt; in uitgescheiden faeces wordt een deel van de organische stikstof snel en de rest langzaam in ammoniak omgezet en deze ammoniak komt vervolgens vrij. De mest en urine kunnen op veel plaatsen in een stal terechtkomen en vormen zo vele deelbronnen. De verblijftijd ervan en de snelheid, waarmee ze opdrogen, hebben grote invloed op de hoeveelheid ammoniak, die eruit vrijkomt. Als mest vers is of verplaatst wordt, komt er veel ammoniak uit vrij. Als mest opdroogt of er zich een korst op vormt, zoals onder roostervloeren en in mestsilo's, dan komt er minder ammoniak uit vrij. In de volgende paragrafen volgt een reeks variabelen, die invloed hebben op de NH3emissie en waar men bij het ontwerpen van een meetstrategie en opzetten van een meetsysteem rekening mee moet houden om tot correcte en representatieve uitkomsten te komen. Kennis van deze variabelen is noodzakelijk, omdat men nooit op alle plaatsen en tijdstippen tegelijk kan meten. Deze kennis kan als basis dienen voor gestratificeerd meten. Dit wil zeggen dat we van te voren een aantal situaties onderscheiden, waarvan is te verwachten, dat de verschillen ertussen relatief groot zijn en andere situaties, waarbij de verschillen relatief klein zijn. Met hetzelfde totaal aantal metingen kan dan een hogere nauwkeurigheid verkregen worden (Harssema, 1990). Er is in de volgende paragrafen volstaan met het noemen van verschillende variabelen en enkele voorbeelden daarvan. Bij het opzetten van een meetsysteem zal men in de literatuur de informatie moeten vinden, die in de betreffende situatie nodig is, of de informatie moeten ontwikkelen, als deze in de literatuur ontbreekt. Daarnaast zal het altijd nodig zijn om de situatie ter plaatse te bekijken. Met het onderstaande wordt de lezer attent gemaakt op de vele variabelen, die op de NH3-emissie van invloed kunnen zijn. 4.3.1 Dierafhankelijke variabelen 4.3.1.1 Diersoort Dieren verschillen in hoeveelheid en aard van uitgescheiden mest en urine. Gegevens hierover zijn in (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1 t/m 4)) en (Aarnink & Van Ouwerkerk, 1990) weergegeven. Bij zoogdieren, zoals rundvee en varkens, scheiden de nieren o.a. ureum af; bij vogels, zoals pluimvee, is dit urinezuur. Voordat uit het urinezuur NH3 ontstaat, wordt het eerst in ureum omgezet. Een verschil tussen zoogdieren en vogels is verder dat zoogdieren hun mest en urine afzonderlijk afscheiden, terwijl dit bij vogels gemengd plaatsvindt. De snelheid waarmee in het mengsel van mest en urine van vogels omzetting van het urinezuur plaatsvindt, is onder andere afhankelijk van temperatuur, zuurgraad en watergehalte. Die snelheid neemt bovendien in de tijd toe en bereikt na 6 dagen een maximum (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). De NH3-emissie uit de urine van zoogdieren is onder andere afhankelijk van de mate waarin de urine in contact is met de mest. Bacteriën in de mest scheiden namelijk het enzym urease uit, dat de vorming van NH3 uit ureum bevordert, dus hoe intensiever de mest van zoogdieren met hun urine in contact komt, hoe groter de NH3-emissie uit de urine zal zijn. Naast dit contact hebben ook temperatuur, ureumconcentratie en zuurgraad invloed op de snelheid waarmee de NH3 gevormd wordt (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)).

4.3.1.2 Diergedrag Pluimvee produceert mest gedurende de dag en gedurende de nacht. Ander vee produceert weinig mest gedurende de nachtperiode, maar produceert veel mest nadat het overdag gegeten heeft. Er zijn daardoor op verschillende tijdstippen van de dag pieken in de NH3-emissie, vooral als het voer op gezette tijden wordt aangeboden en het niet continu voor het vee beschikbaar is. Als slachtkuikens in het strooisel/mestmengsel rondlopen, komt er door beroering veel ammoniak uit vrij. Overdag zal de ammoniakemissie over het algemeen dus groter zijn dan 's nachts. Varkens kunnen er bij hoge temperatuur de voorkeur aan geven om op de roosters te gaan liggen en de mest in de ligruimten te deponeren; de ligruimten raken hierdoor vervuild en de ammoniakemissie neemt toe. Ook het ventilatiepatroon kan invloed hebben op de plaatsen waar varkens hun activiteiten uitoefenen. Zo kan het diergedrag niet alleen invloed hebben op de tijd van de NH3-emissie, maar ook op de plaatsen, waar de NH3-emissie voornamelijk plaatsvindt. Diersoorten verschillen ook onderling in gedrag. Zo lopen kalkoenen veel minder rond in het strooisel dan kippen (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 4)). Bij rundvee en varkens heeft het gedrag ook invloed op de mate waarin mest en urine worden gemengd en daarmee op de NH3-emissie (zie inleiding van § 0). 4.3.1.3 Groei De mestproduktie neemt toe naarmate de dieren groter worden, aangezien grotere dieren veelal een hogere voeropname hebben. Dit geldt vooral voor kippen en varkens. Bij slachtkuikens is na 15 dagen een snelle toename van de NH3-emissie geconstateerd (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 4)). Ziekte onder dieren kan van invloed zijn op de NH3-emissie. Zieke dieren nemen minder voer op en produceren dus minder mest. De mest, die geproduceerd wordt, is echter dunner en dat leidt tot verhoogde NH3-emissie. 4.3.1.4 Veebezetting Hoe meer dieren een stal bevat, des te meer mestproduktie er plaatsvindt en in het algemeen des te meer NH3-emissie er plaatsvindt. Dit is wel afhankelijk van staltype en diersoort. Op een pluimveebedrijf met batterijstal heeft de bezettingsgraad nauwelijks invloed op de NH3-emissie (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 4)). Wanneer de bezettingsgraad invloed op de NH3-emissie heeft, mag men niet bij voorbaat uitgaan van een evenredig verband, want andere faktoren zoals het mestafvoerregime kunnen op dit verband invloed hebben. Bij de berekening van de totale NH3-emissie over een bepaalde periode moet men niet vergeten de perioden in rekening te brengen, waarin het vee uit de stal is verwijderd voor ontsmetting, mestverwijdering, beweiding, e.d.. Daarbij kan ook wisseling van diergroepen hebben plaatsgehad.

4.3.1.5 Verlichting Gewoonlijk wordt bij de lichtregeling het natuurlijke ritme geïmiteerd, dus 's nachts geen licht, vroeg in de ochtend schemer, overdag veel licht, enz. Dit heeft invloed op de activiteit van de dieren en daarmee op de mestproduktie. Het effect hiervan is het grootst bij leghennen.

4.3.2 Door de mens te beïnvloeden variabelen 4.3.2.1 Ventilatie 's Zomers wordt geventileerd om de temperatuur niet te hoog te laten oplopen, 's winters om te hoge concentraties van schadelijke gassen zoals NH3 te vermijden. Bij natuurlijke ventilatie vindt de regeling van het ventilatiedebiet meestal met de hand plaats door bediening van kleppen voor de inkomende lucht. Bij mechanische ventilatie wordt stallucht afgezogen met ventilatoren.

Natuurlijke ventilatie wordt toegepast bij praktisch alle rundveestallen en stallen voor leghennen en slachtkuikenmoederdieren. In praktisch alle stallen voor slachtkuikens en varkens wordt hoofdzakelijk mechanische ventilatie toegepast (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 2 t/m 4)). Bij mechanische ventilatie vindt regeling van het debiet gewoonlijk aan de hand van de temperatuur plaats, althans binnen een bepaald temperatuurstraject (als de temperatuur tot een bepaald niveau is gezakt, de regeling van het debiet afhankelijk gesteld kan worden van CO2- of vochtconcentratie). In de pluimveehouderij bestaat echter een ventilatiesysteem dat reageert op de luchtvochtigheid van de aangezogen lucht en van de uitgaande lucht, waarbij de hoeveelheid vocht die per tijdseenheid door het pluimvee wordt uitgescheiden is ingecalculeerd. Door regeling van het ventilatiedebiet wordt de luchtvochtigheid binnen bepaalde grenzen gehouden. Dit is van belang voor de kwaliteit van het strooisel en daarmee de luchtkwaliteit. Hier blijkt ook uit dat de luchtvochtigheid indirect belangrijk kan zijn voor de NH3-emissie. Het ventilatiedebiet zou ook afhankelijk van de NH3-concentratie gemaakt kunnen worden, indien er een goedkope, betrouwbare meetmethode voor NH3 beschikbaar is. 4.3.2.2 Mestbewerking De wijze waarop de geproduceerde mest wordt bewerkt heeft invloed op de NH3-emissie. Er zijn mestbewerkingsmethoden ontwikkeld of in ontwikkeling om de NH3-emissie te beperken en/of latere mestverwerking te vergemakkelijken. Elke mestbewerkingsmethoden veroorzaakt een bepaald patroon in de NH3-concentratie. Kennis van deze patronen kan gebruikt worden bij het verrichten van metingen. Een opsomming van de belangrijkste methoden volgt hierna -Door scheiden van mest in een vloeibare en vaste fractie wordt de NH3-vervluchtiging bij het uitrijden beperkt en de mestverwerking vergemakkelijkt. De dikke fractie kan naar een verwerkingsfabriek of naar akkerbouwgebieden worden gebracht (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Door het beluchten van drijfmest wordt ammonium genitrificeerd, zodat het niet meer als ammoniak kan ontsnappen (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Door toevoeging van stikstofarm strooisel aan mest verdwijnt een groot deel van de organische stikstof door denitrificatie (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Verlaging van de temperatuur leidt tot minder vervluchtiging van NH3, aangezien de oplosbaarheid van NH3 in water bij lagere temperatuur toeneemt. Een lagere temperatuur vertraagt bovendien de microbiële processen (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Verlaging van de pH door toevoeging van zuren leidt ook tot minder vervluchtiging, omdat bij een lagere pH in een oplossing van ammoniak (ammonia) door verschuiving van evenwicht meer ammonium ontstaat (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Door toevoeging van water daalt (bij overigens gelijkblijvende omstandigheden) de ammoniumconcentratie en daarmee de hoeveelheid opgelost ammoniakgas (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Beperking van luchtbeweging boven mest en vervuilde vloeroppervlakken vermindert de vervluchtiging van NH3 (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Aan vaste stoffen, toegevoegd aan mest, kan NH3 adsorberen (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Urine wordt door strooisel geadsorbeerd. Uit geadsorbeerde urine ontstaat minder snel NH3 (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Snelle scheiding van faeces en urine bij rundvee en varkens vermindert de NH3-emissie. Scheiding voorkomt dat de bacteriën in de faeces de ureum in de urine omzetten in ammoniak (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). -Snelle droging van pluimveemest met warme lucht leidt tot sterke vermindering van de NH3-emissie. Bij een drogestofgehalte boven 70% vindt namelijk nauwelijks meer NH3vorming en -vervluchtiging plaats (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 4)). -Een aspect van mestverwerking dat ook nog genoemd kan worden, is het omwerken van een strooisellaag. Hierdoor neemt de ammoniakemissie sterk toe en blijft deze nog urenlang op een hoog niveau (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 4)).

4.3.2.3 Uitmesten Het is belangrijk om te weten op wat voor manier wordt uitgemest en wanneer. Te verwachten is, dat bij het uitmesten extra ammoniak vrijkomt. Daarnaast speelt de tijd, die beschikbaar is voor uitdroging en/of korstvorming, een rol, evenals het diergedrag. Een optimale uitmestfrequentie op basis van deze benvloedende variabelen en de NH3emissie is denkbaar. Enige manieren van uitmesten worden in bijlage V genoemd. In de leghennenhouderij kunnen mestbanden dagelijks maar ook minder vaak afgedraaid worden. De mest kan in de stal, of na afvoer worden gedroogd. Als de mest pas na afvoer wordt gedroogd, is veel NH3-emissie te verwachten, tenzij de mestbanden dagelijks worden afgedraaid. Voor begrip van de invloed van de verschillende uitmestprocedures en mestbehandelingsmethoden op de NH3-emissie en om patronen in de NH3-emissie te kunnen voorspellen, is inzicht nodig in de wijze waarop NH3 in faeces en urine ontstaat en eruit vrijkomt. Informatie hierover is te vinden in (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)) en (Van Helvoort, 1988).

4.3.2.4 Voederen De manier waarop de dieren gevoerd worden heeft invloed op de ammoniakproduktie. Er kan gerantsoeneerd gevoederd worden met vaste voedertijden, of het voer is continu voor de dieren beschikbaar. In geval er gerantsoeneerd gevoederd wordt, zijn er pieken in de mestproduktie en daarmee in de NH3-emissie te verwachten na de voedertijden. Bij toepassing van automatische systemen, bijvoorbeeld een dierherkenningssysteem, zijn de dieren niet gebonden aan vaste voedertijden maar kunnen ze individueel bepalen wanneer ze gaan eten. Hierdoor is de mestproduktie veel gelijkmatiger over de dag verdeeld en is ook de NH3-emissie vrij constant. Wat patronen in de CO2-produktie van het dier betreft, zijn onder andere bij varkens rond de voedertijden pieken in de CO2-concentratie geconstateerd. In de circa 7 uur na de voeropname neemt de CO2-produktie langzamerhand af; daarna daalt de CO2-produktie tot een rustniveau. De CO2-produktie van de varkens kan over een etmaal tot 20% dalen of stijgen door verschillen in bewegingsactiviteit en voerverteringsactiviteit. (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1991)

4.3.2.5 Staltypen, hokbezetting en warmtebronnen Er bestaan veel staltypen. Deze worden in bijlage I0 opgesomd. In stallen geven het oppervlak van dichte vloeren, de roosters en de opgeslagen mest de meeste NH3-emissie (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). Per staltype bestaan hier verschillen tussen. In geval van grondhuisvestingssystemen in de pluimveehouderij kan het strooisel pas worden vervangen na afloop van de mest- of legperiode. Dit betekent, dat de hoeveelheid faeces en urine in het strooisel voortdurend toeneemt. De aanwezigheid van een laag vers strooisel zal in eerste instantie de NH3-emissie beperken, doordat de urine in het strooisel dringt en zich over een minder groot oppervlak verspreidt, dan bij urineren op bijvoorbeeld een betonvloer. Naarmate er meer mest in het strooisel komt, wordt het NH3gehalte hierin hoger en zal ook de emissie toenemen. Veel NH3-emissie kan ontstaan als het strooisel vochtig blijft en daarin broei ontstaat. Door broei stijgt de temperatuur van het strooisel en worden de omzettingsprocessen versneld, zodat meer ammoniak ontstaat en meer ammoniak vervluchtigt (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). Bij het gebruik van strooisel zijn er dus twee ammoniakbronnen: NH3-emissie uit de vers uitgescheiden mest en uit het strooisel/mest-mengsel. Strooisel kenmerkt zich ook door inhomogeniteit. Sommige delen zijn aëroob, andere anaëroob en er zijn plaatselijke verschillen wat betreft zuurgraad, temperatuur, watergehalte en mest- en urinegehalte. Deze inhomogeniteit betekent dat de NH3-emissie niet op alle plaatsen gelijk zal zijn (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). Isolatie en/of verwarming van de vloer van slachtkuikenstallen kan in gebieden met hoge grondwaterstanden de condensatie in de strooisellaag verminderen. Hierdoor wordt broei in de eerste weken van de opfokperiode beperkt en daarmee ook de NH3-emissie (Van Ouwerkerk, 1984).

Concrete onderzoeksgegevens over emissies van diverse huisvestingssystemen zijn onder andere te vinden in (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 2 t/m 4)). Normen hiervoor staan vermeld in de Richtlijn Ammoniak en Veehouderij 1991. Voor het luchtbewegingspatroon in een stal is het van belang of de stal lekken vertoont, hoe de hokbezetting is, welke warmtebronnen aanwezig zijn, de inlaattemperatuur en het ventilatieniveau. In het geval van lekken zal lucht niet alleen via de uitlaatopeningen, maar ook door die lekken verdwijnen, althans bij natuurlijke ventilatie. De hokbezetting is hier relevant, omdat dieren warmte uitstralen. De hierdoor opgewarmde lucht stijgt op en benvloedt aldus het luchtbewegingspatroon. Hetzelfde geldt voor warmtebronnen zoals vloerverwarming en biggenlampen. In het kader van dit rapport is het verder van belang, dat zogenaamde putventilatie kan optreden. Bij putventilatie is het luchtbewegingspatroon zodanig dat een luchtstroom door een roostervloer omhoogkomt en onder andere ammoniak van de mest onder de roostervloer meevoert. Het luchtbewegingspatroon in een stal kan door middel van rookproeven zichtbaar gemaakt worden (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1991).

4.3.2.6 Degene die meet en de meetapparatuur Door de aanwezigheid en het gedrag van degene die meet, en door de aanwezigheid en het geluid van de meetapparatuur kan het diergedrag beïnvloed worden. Ook kunnen de meetactiviteiten andere veranderingen in de gebruikelijke gang van zaken in een stal teweegbrengen. Deuren blijven bijvoorbeeld open staan, die normaal dicht zijn, en er wordt wellicht extra hygiënisch gewerkt. Deze verstoringen moeten natuurlijk zoveel mogelijk voorkomen worden om geen vertekend beeld te krijgen.

4.3.2.7 Bedrijfsvoering Afgezien van de hiervoor genoemde aspecten van bedrijfsvoering zijn er nog andere aspecten, die invloed kunnen hebben op de NH3-concentratie en het ventilatiedebiet. Van alle aspecten van bedrijfsvoering, die invloed kunnen hebben, moet aantekening worden gehouden. Handelingen, die de metingen verstoren, moeten worden voorkomen. Zo geeft iedere activiteit, waarbij staldeuren geopend worden, een aanzienlijke extra ventilatie en afvoer van ammoniak via een niet bemeten opening. Aan de andere kant kan, althans in theorie, uit de halfwaardetijd van de toename van de NH3-concentratie na het sluiten van de deuren de ventilatie berekend worden en daaruit, samen met de bereikte eindconcentratie, de bronsterkte.

4.3.3 Binnenklimaatparameters en klimaatregeling Het binnenklimaat, zoals de temperatuur en relatieve vochtigheid, heeft invloed op het diergedrag en op de mest (o.a. bacteriële werking en snelheid, waarmee de mest indroogt) en daarmee op de emissie. Zo brengt een hogere temperatuur een hogere NH3emissie teweeg. Een lage relatieve luchtvochtigheid kan de NH3-emissie bevorderen, doordat meer water verdampt en daardoor meer NH3 uit vloeistof vrijkomt. Wanneer een stal met mechanische ventilatie, een automatisch regelsysteem heeft, dat op de temperatuur reageert, neemt het ventilatiedebiet bij stijging van de temperatuur (als gevolg van grotere dieractiviteit en/of een stijgende buitenluchttemperatuur) toe. Dit kan ook tot een hogere NH3-emissie leiden, namelijk door grotere NH3-vervluchtiging. Door toename van het ventilatiedebiet zal de temperatuur laag blijven, maar nooit onder de temperatuur van de buitenlucht zakken, tenzij er een voorziening is om aangezogen lucht te koelen. In een stal met natuurlijke ventilatie kan een te lage temperatuur worden voorkomen door het sluiten van kleppen in de inlaatopeningen en door verwarming (vloerverwarming, biggenlampen, e.d.). In een stal met mechanische ventilatie kan door instelling van een laag ventilatiedebiet en verwarming hetzelfde worden bereikt.

4.3.4 Externe variabelen (meteorologische invloeden) Naast de in de vorige paragraaf vermelde klimaatparameters kan de windsnelheid buiten van invloed zijn. De windsnelheid bepaalt in belangrijke mate de luchtstroming in de stal bij natuurlijke ventilatie, zoals onder andere gebruikelijk bij rundveestallen. Op rundveestallen bevinden zich meestal overkapte openingen in de nok. Hierdoor vindt trek plaats, als elders kleppen worden opengezet. Bij harde wind kan deze groot zijn. De windsnelheid heeft vaak ook invloed in geval van mechanische ventilatie. De gangbare ventilatoren kunnen veelal te weinig drukverschil overwinnen om te voorkomen, dat de draaisnelheid door de wind wordt benvloed. Vooral in de winter, als er minder geventileerd wordt en het door de ventilatoren opgebouwde drukverschil klein is, worden de ventilatoren snel beïnvloed door de wind.

4.4 Meetstrategie in relatie tot het doel van de metingen Achtereenvolgens wordt voor de verschillende meetdoelen een geschikte meetstrategie besproken, voor zover het plaats en tijd betreft. In het algemeen geldt, dat het aantal plaatsen, waar men meet, en de meetfrequentie afhangen van de vereiste nauwkeurigheid. Wat homogeniteit van de concentraties naar plaats betreft, moet een meetpunt representatief zijn voor de plaats. Tijdelijk kan door middel van extra meetpunten vastgesteld worden of er op verschillende punten boven een bepaald oppervlak of in een bepaalde uitlaatopening van gelijke concentraties sprake is. Hetzelfde geldt voor de tijdstippen, waarop gemeten wordt. Door middel van extra metingen op één plaats (in het geval, dat slechts steekproefsgewijze metingen worden gedaan) kan vastgesteld worden in hoeverre er een verloop in de concentratie is. Daaruit kunnen de tijdstippen worden afgeleid, waarop gemeten moet worden om tot een betrouwbaar gemiddelde per etmaal te komen. Voor bepaling van het optimale aantal meetpunten is het vaak nodig van de meetuitkomsten het gemiddelde, de standaarddeviatie en het soort verdeling vast te stellen. Bij veel meetreeksen in het milieu treedt dikwijls een lognormale verdeling op. Of daar in een concreet geval ook werkelijk sprake van is, is vaak niet bekend.

4.4.1 Ten aanzien van de bronsterktebepaling Er moet onderscheid worden gemaakt tussen stallen met natuurlijke ventilatie en stallen met mechanische ventilatie. In het geval van mechanische ventilatie kan het ventilatiedebiet en de NH3-concentratie in de uitlaatopeningen gemeten worden (bij hoge achtergrondconcentratie, ook de NH3concentratie in de inlaatopeningen). Door proefneming moet vastgesteld worden of er geen verschillen in ventilatiedebiet en NH3-concentratie tussen de verschillende uitlaatopeningen in één stal bestaan. Indien daar verschillen tussen bestaan, moet op meer dan één plaats gemeten worden, wellicht zelfs bij alle uitlaatopeningen. Ook moet er zekerheid bestaan, dat de lucht op de plaats van NH3-meting homogeen gemengd is, anders vindt een niet-representatieve steekproef plaats. Wat de tijd van meting bij mechanische ventilatie betreft, verdient het de voorkeur de NH3-concentratie continu te registreren. Vooral in het begin is dit belangrijk, zodat men patronen kan onderscheiden en daaruit kan afleiden of er perioden van gelijkblijvende NH3-concentratie zijn, en zo ja, wanneer die optreden. In het geval van natuurlijke ventilatie ligt de zaak veel gecompliceerder. Directe meting van het ventilatiedebiet is niet mogelijk. Wel bestaan er indirecte schattingsmethoden. Deze berusten op de massabalans van een meetbaar en stabiel gas (bijvoorbeeld SF6). Combinatie met de resultaten van NH3-concentratiemetingen op zoveel mogelijk punten levert de NH3-emissie op. Verder kan men gebruik maken van de N-balansmethode, de lijzijde-methode en de lijwervel-methode. Meer informatie over deze methoden is te vinden in § 0. Bronsterktebepaling ten behoeve van emissiefaktoren vindt plaats om staltypen met elkaar te vergelijken of om vast te stellen of een stal aan bepaalde emissie-eisen, bijvoorbeeld van Groen Label, voldoet. In het laatste geval is een meetprocedure voorgeschreven. In het eerste geval is meting in verschillende stallen onvermijdelijk. Ook hierbij hangt de plaats van meting af van de verschillen tussen de staltypen. Wat de tijd betreft, verdient het de voorkeur gedurende een bepaalde periode te meten. Een grafiek van het NH3-verloop over een dag in ligboxenstallen (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 2)) laat voortdurende en sterke veranderingen zien.

Om ook de emissie in rekening te brengen als gevolg van faktoren als seizoenverschillen, diergroei en veranderingen in het diergedrag, is het optimaal om gedurende een jaar te meten (In de praktijk is het denkbaar dat men dit op een proefboerderij doet, maar voor bijvoorbeeld een ingenieursbureau of milieudienst van een provincie is dit helaas niet reëel). Ook hierbij is het raadzaam om met oriënterende (continue) metingen te beginnen en op steekproefsgewijze metingen over te gaan, zodra de patronen bekend zijn. Uiteraard dient men alle faktoren zoveel mogelijk gelijk te houden, zoals het aantal dieren en hun leeftijd. Door de werkgroep NH3-emissiefaktoren zijn richtlijnen opgesteld voor de perioden waarin gemeten moet worden voor de bepaling van de emissiefaktoren (Beoordelingsrichtlijn in het kader van de groen label stallen, werkgroep NH3emissiefaktoren, 1992).

4.4.2 Ten aanzien van procesonderzoek, modelvorming en -validatie Bij procesonderzoek is onder andere een vergelijking nodig tussen het effect van verschillende procedures in gelijke stallen of het effect van verschillende procedures, die in dezelfde stal worden uitgevoerd. Voorbeeld: uitmestprocedures. Met het oog op de vele faktoren, die de emissie kunnen beïnvloeden, verdient het de voorkeur verschillende procedures achtereenvolgens in dezelfde stal uit te voeren, zodat men tenminste de meeste faktoren gelijk kan veronderstellen (als weersomstandigheden een grote rol spelen, zoals bij natuurlijke ventilatie en bij mechanische ventilatie met direkte luchtinlaat, brengen deze echter ook verandering in de situatie). Als men ervan uit kan gaan, dat alleen de verandering van procedure invloed op de emissie heeft, kan de meetstrategie eenvoudig zijn. De plaats van meting is afhankelijk van de verandering in procedure. Bij gemechaniseerde ventilatie kan zo'n verandering onder andere tot gevolg hebben, dat het niveau van de emissies via de verschillende uitlaatopeningen niet in gelijke mate verandert. Bij natuurlijke ventilatie kan onder andere het luchtbewegingspatroon beïnvloed worden, zodat wellicht nieuwe rookproeven nodig zijn ten behoeve van indirecte debietmeting. De tijd van meting is dan eenvoudig. De metingen vinden plaats tijdens de uitvoering van de verschillende procedures. Bij voorkeur wordt hierbij een continu registrerende monitor gebruikt, zodat men zoveel mogelijk over de effecten van de procedures te weten komt. Bij procesonderzoek is de Lindvalldoos een nuttig instrument gebleken om relatieve verschillen in emissie van oppervlakken te bepalen (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). In het kader van de vorming en validatie van een emissiemodel gaat het erom een zodanige meetstrategie te ontwikkelen, dat kwantificering plaatsvindt van de parameters waar het model gevoelig voor is en onzekerheden gereduceerd worden. Een model beschrijft de emissie in afhankelijkheid van variabelen zoals N, temperatuur, relatieve vochtigheid, ventilatiedebiet, etc. Door middel van gevoeligheidsanalyse (zie ook § 0) komt men te weten hoe sterk de uitkomsten van het model veranderen onder invloed van veranderingen in bepaalde invoerparameters. Het zijn juist deze parameters, die nauwkeurig gemeten moeten worden. Aan de hand van de meetresultaten kan een model verbeterd worden. Wat onzekerheden betreft, kan er bijvoorbeeld onzekerheid bestaan over de homogeniteit van de NH3-concentratie in een afvoerkanaal. Door middel van metingen op verschillende plaatsen in het afvoerkanaal kan deze onzekerheid gereduceerd worden.

4.5 Opzet van een meetsysteem 4.5.1 De grootheden, die gemeten moeten worden Voordat gemeten wordt, moet duidelijk zijn welke grootheden gemeten moeten worden, zodat men achteraf niet tot de ontdekking komt, dat nagelaten is bepaalde grootheden te meten. Sommige grootheden moeten bekend zijn, omdat ze in een berekening nodig zijn. Andere grootheden moeten worden bepaald om te garanderen, dat onder omstandigheden wordt gemeten, die voor het correct functioneren van de gebruikte meetapparatuur nodig zijn. Dit geldt ook voor de manier, waarop de meetresultaten door continu registrerende meetapparatuur geregistreerd wordt. Van te voren moet onder andere de middelingstijd bepaald worden, zodat gegevens worden geregistreerd, die passen bij het doel van de metingen. De grootheden die men moet meten, staan genoemd in de hoofdstukken 0 en 0 bij de verschillende meetmethoden. Wat betreft de luchtdruk kan het om een verschildruk en/of de absolute statische druk gaan.

4.5.2 Meetbereik Sommige meetmethoden zijn alleen geschikt voor metingen in buitenlucht, bijvoorbeeld vanwege doorslag bij hoge concentraties. Andere meetmethoden zijn voor het meten van buitenluchtconcentraties niet gevoelig genoeg. Op grond van oriënterende metingen, literatuurgegevens en/of eigen ervaring kan bepaald worden welk meetbereik in een gegeven situatie nodig is. Voor het meten in -3 stallen is een meetbereik van 0,385 - 38 mg.m nodig, met uitzondering van 3 pluimveestallen, waarvoor een meetbereik tot 100 ppm (76 mg/m ) nodig is. Zie ook § 0. Bij gebruik van apparatuur met verschillende meetbereiken moet men erop bedacht zijn dat voor ieder meetbereik aparte ijking nodig is, d.w.z. telkens als de apparatuur op een ander meetbereik wordt overgeschakeld.

4.5.3 Meetduur De te kiezen meetduur kan onder andere afhangen van het doel van de metingen, de homogeniteit van de concentraties in de tijd etc. Als bij oriënterende metingen de NH3-concentratie over een bepaalde periode constant is gebleken, kan bij latere metingen de middelingstijd voor de concentratie in die periode lang zijn, eventueel zo lang als de periode. Als het ventilatiedebiet in een bepaalde periode constant is, kan de middelingstijd voor het debiet zolang als die periode gekozen worden. Dit geldt alleen als het doel emissiebepaling is. Het geldt niet als de maximale en/of minimale NH3-concentratie doel van de meting zijn. Zie voor de kwantitatieve lengte van de meetduur § 0.

4.5.4 Plaats en tijdstip van de meting Hier is reeds uitvoerig op ingegaan in § 0. Zoals daar uiteengezet, is de plaats en het tijdstip van de meting onder andere afhankelijk van het doel, dat men bij de metingen voor ogen heeft.

4.5.5 Verstoring van de meting Zoals reeds genoemd, kunnen de metingen zelf al verstorend werken. Door de aanwezigheid van apparatuur, bijvoorbeeld het geluid van pompjes en het bedienend personeel kan het diergedrag beïnvloed worden. Deuren kunnen open blijven staan die anders dicht zijn. Er wordt wellicht extra schoon gewerkt. Dergelijke afwijkingen van de normale gang van zaken moet men zien te voorkomen. Interfererende stoffen worden genoemd in de hoofdstukken 0 en 0. Ook een hoge of lage luchtvochtigheid kan verstorend werken. Door droge lucht verdwijnt bijvoorbeeld vloeistof uit een gaswasflesje. In stallen is weinig storing van de NH3-meting door ammonium te verwachten. Stallucht bevat praktisch geen ammonium, omdat omzetting van ammoniak in ammonium hoofdzakelijk plaatsvindt, nadat de ammoniak uit de stal is verdwenen (vanwege het hoge ventilatiedebiet) en omdat voor die omzetting de aanwezigheid van negatieve ionen zoals nitraat en sulfaat nodig is (Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, 1990 (deel 1)). Er kunnen ook leidingeffecten optreden. Er kan onder andere adsorptie en absorptie van NH3 plaatsvinden. Dit is onder andere tegen te gaan door verwarming van de leiding en door gebruik te maken van inherent leidingmateriaal (FEP, polytheen of polypropyleen) en bijvoorbeeld door regelmatig spoelen met dubbel gedemineraliseerd water en daarna droogblazen met schone lucht of stikstof. Storing door stalstof, dat verstopping van leidingen kan veroorzaken, is tegen te gaan door het plaatsen van een teflonfilter aan de ingang. Leidingeffecten zijn van invloed op de NH3-concentratie aan het eind van een leiding en kunnen daarom een vertekend beeld van de NH3-concentratie in de tijd geven bij gebruik van continu registrerende apparatuur. In § 1.4 is uitvoeriger op leidingeffecten ingegaan. Bij het transport en de verwerking van een meetsignaal kunnen zich problemen van elektronische aard voordoen zoals storing door magnetische en elektrische velden. In bijlage VI worden een aantal veel voorkomende problemen behandeld en worden oplossingen ter voorkoming hiervan aangegeven. Het verdient aanbeveling om bij

ontwerp en bouw van een meetopstelling met elektronische apparatuur een ervaren elektronicus in te schakelen.

4.6 Overzicht van emissieschattingsmethoden 4.6.1 Inleiding Het bepalen van de ammoniakemissie uit stallen komt neer op het meten of schatten van het ventilatiedebiet van het stalgebouw en het meten of schatten van de ammoniakconcentratie in de uitgaande ventilatielucht. Ten aanzien van ventilatiedebietmeting is onderscheid te maken tussen directe debietmeting aan een of meerdere ventilatieopeningen en indirecte debietmeting op stalniveau. Voor mechanisch geventileerde stallen is directe debietmeting denkbaar. Het verreweg meest toegepaste instrument daarvoor is de meetventilator, zoals beschreven in § 0. Andere instrumenten voor directe debietmeting zijn beschreven in de paragrafen 0, 0, 0 en 0. Daarnaast zijn voor zowel mechanisch als natuurlijk geventileerde stallen diverse indirecte meetmethoden denkbaar die alle terug te voeren zijn tot evaluatie van massa- of energiebalansen op stalniveau. De balansen beschrijven de wet van behoud van massa of van energie. Deze indirecte meetmethoden zijn beschreven in de paragrafen 3.5 t/m 3.8. Methoden voor de meting van de ammoniakconcentratie zijn beschreven in hoofdstuk 0. Deze zijn te onderscheiden in continu registrerende meetmethoden en off-line meetmethoden met variabele middelingstijd. Een voorbeeld van een monitor, waarbij continue registratie plaatsvindt, is de combinatie NH3-converter/NOx-analyzer. Deze combinatie kan continu ingezet worden. Met gebruikmaking van een pneumatische multiplexer is ze echter ook in te zetten voor steekproefsgewijze metingen op meerdere lokaties. Een voorbeeld van een meetmethode, die zich alleen leent voor steekproefsgewijze metingen, is de methode met gasdetectiebuisjes.

4.6.2 Emissiebepaling op grond van debietmeting en concentratiemeting 4.6.2.1 Basisformule De NH3-emissie in kg (dus niet in massa per tijdseenheid maar over een bepaalde periode beschouwd) is te berekenen uit het produkt van ventilatiedebiet, NH3-concentratie en tijd. In formule: NH3↑ = Φv.xNH3.ttot [kg] waarin: NH3↑= NH3-emissie [kg] 3 Φv= ventilatiedebiet [m /s] 3 xNH3= NH3-concentratie [kg/m ] ttot= totale periode waarover de emissie wordt berekend [s] Het ventilatiedebiet kan onder andere berekend worden uit het produkt van gassnelheid en doorstroomd oppervlak, afhankelijk van de gebruikte meetmethode. Bij het bepalen van de ammoniakemissie uit een stal zou men eigenlijk in alle in- en uitlaatopeningen op zeer veel plaatsen met continu registrerende apparatuur het ventilatiedebiet en de NH3-concentratie moeten meten en integraalrekening moeten toepassen vanwege fluctuaties en plaatselijke verschillen. Omdat dit in praktijksituaties erg omslachtig is wordt de procedure van de volgende paragraaf gehanteerd.

4.6.2.2 Verschillende situaties Men kan onderscheid maken tussen vier situaties voor een gegeven tijdsperiode: 1. 2. 3. 4.

De NH3-concentratie en het ventilatiedebiet variëren slechts weinig. De NH3-concentratie varieert sterk, maar het ventilatiedebiet is min of meer constant. Het ventilatiedebiet varieert sterk, maar de NH3-concentratie is min of meer constant. Zowel de NH3-concentratie als het ventilatiedebiet variëren sterk.

Over deze situaties kan het volgende gezegd worden: In de eerste situatie volstaat voor de meting van de NH3-concentratie een lange middelingstijd, hoeft niet vaak gemeten worden (geringe steekproefomvang) en kan men een off-line meetmethode met variabele middelingstijd gebruiken. Ook voor de bepaling van het ventilatiedebiet volstaat een lange middelingstijd en geringe steekproefomvang. De middelingstijd van steekproefsgewijze metingen is afhankelijk van de duur van de perioden van gelijkblijvende concentratie of gelijkblijvend ventilatiedebiet. In de tweede situatie kan men voor het meten van de NH3-concentratie kiezen tussen enerzijds een off-line meetmethode met variabele middelingstijd, waarvan de middelingstijd kort moet zijn, terwijl de meetperioden op elkaar moeten aansluiten, en anderzijds een continu registrerende meetmethode. Voor de bepaling van het ventilatiedebiet volstaat weer een lange middelingstijd en geringe steekproefomvang. In de derde situatie volstaat voor de meting van de NH3-concentratie, net als in de eerste situatie, een lange middelingstijd, hoeft niet vaak gemeten worden (geringe steekproefomvang) en kan men een off-line meetmethode met variabele middelingstijd gebruiken. Voor de bepaling van het ventilatiedebiet kan men kiezen tussen een continu registrerende meetmethode of een off-line meetmethode met een korte middelingstijd, waarbij in aaneengesloten perioden wordt gemeten. In de vierde situatie kan men voor de meting van de NH3-concentratie kiezen tussen enerzijds een korte middelingstijd, bij voorkeur door gebruikmaking van continu registrerende apparatuur, en anderzijds een langere middelingstijd, waarbij men proportioneel, d.w.z. evenredig aan het ventilatiedebiet, monstert. Het meten moet in aaneengesloten perioden plaatsvinden. In het geval, dat voor de meting van de NH3concentratie een korte middelingstijd wordt gekozen, dient het ventilatiedebiet in dezelfde periode gemeten te worden als waarin de ammoniak wordt gemeten. Men kan er in de vierde situatie namelijk niet vanuit gaan, dat het produkt van de gemiddelde concentratie en het gemiddelde debiet gelijk is aan het gemiddelde produkt van concentratie en debiet. De vierde situatie treft men gewoonlijk in de praktijk aan. Daarom zal over het algemeen meting met continu registrerende apparatuur nodig zijn (tenzij proportioneel gemonsterd wordt). N.B. Hier is gesproken over continu gebruik van continu registrerende, direct aanwijzende meetmethoden en gebruik van off-line meetmethoden met variabele of korte middelingstijd in aaneengesloten perioden naast steekproefsgewijs gebruik van deze twee soorten apparatuur. Het is namelijk niet juist om over continue metingen naast steekproefsgewijze metingen te spreken. Beide soorten meetmethoden kunnen immers zowel continu als steekproefsgewijs ingezet worden. Dit hangt van de meetstrategie af. Ook een andere aanpak is mogelijk (Willems & Harssema, 1993).

4.6.2.3 Berekening, afhankelijk van de situatie Uiteengezet wordt hoe de NH3-emissie in verschillende situaties kan worden berekend. Eerst voor een gegeven tijdsperiode, waarin zo'n situatie geldt, en uiteindelijk voor de totale periode, waarover de emissie wordt berekend. In de eerste situatie wordt tijdens de gegeven tijdsperiode gedurende een bepaalde tijd de NH3-concentratie en het ventilatiedebiet met een off-line meetmethode met variabele middelingstijd gemeten en wordt de NH3-emissie tijdens de bemonsteringstijd als volgt berekend: NH3↑bem = Φv.xNH3.tbem [kg] waarin: NH3↑bem= NH3-emissie tijdens de bemonsteringsperiode [kg] 3 Φv= ventilatiedebiet [m /s] 3 xNH3= NH3-concentratie [kg/m ] tbem= bemonsteringsperiode [s] Vervolgens wordt de NH3-emissie tijdens de gegeven tijdsperiode als volgt berekend: NH3↑geg = (tgeg/tbem).NH3↑bem [kg] waarin: NH3↑geg= NH3-emissie tijdens de gegeven tijdsperiode [kg] tgeg= gegeven tijdsperiode [s]

In de tweede situatie is bemonstering van de NH3 in aaneengesloten perioden nodig. Debietmeting kan steekproefsgewijs plaatsvinden. Berekening van de emissie per meting vindt weer plaats met de formule NH3↑bem = Φv.xNH3.tbem. Men verkrijgt de emissie over de gegeven tijdsperiode door sommatie van de uitkomsten van opeenvolgende metingen. In de derde situatie kan men, zoals reeds gezegd, voor de debietbepaling kiezen tussen een lange of korte middelingstijd, terwijl voor de meting van de NH3-concentratie een lange middelingstijd volstaat en de NH3-concentratie niet in aaneengesloten perioden gemeten hoeft te worden. De berekening vindt op dezelfde manier plaats als voor de tweede situatie. In de vierde situatie is, zoals reeds gezegd, voor de debietbepaling en de NH3-meting een korte middelingstijd nodig, tenzij proportioneel bemonsterd wordt, en moet de hele periode worden gemeten. Voor de berekening wordt dezelfde formule als voor de tweede en derde situatie gebruikt, waarbij tbem zo kort mogelijk wordt genomen. De metingen en berekeningen worden herhaald voor aaneengesloten perioden, waarin de genoemde situaties gelden. Optelling van de NH3-emissies voor deze aaneengesloten perioden geeft de NH3-emissie voor de totale periode, waarover de emissie wordt bepaald (ttot), oftewel de beoordelingstijd. De bemonstering vindt plaats in een uitlaatopening en de uitkomst van de emissieberekening wordt vermenigvuldigd met het aantal uitlaatopeningen. Bemonstering kan ook in alle uitlaatopeningen plaatsvinden, waarna de som van de uitkomsten wordt berekend. Dit is nauwkeuriger, omdat de emissie gewoonlijk niet uit alle uitlaatopeningen hetzelfde zal zijn. Als de NH3-concentratie in de instromende lucht niet verwaarloosbaar klein is, moeten er ook metingen aan de inlaatopeningen verricht worden. Voor de bemonstering van de inlaatopeningen geldt het zelfde als voor de uitlaatopeningen. De totale emissie gedurende een bepaalde periode volgt uit het verschil van de in deze periode geëmitteerde ammoniak en binnengekomen ammoniak. Wanneer steekproefsgewijs wordt gemeten (in de eerste tot en met derde situatie) is het van belang te weten hoe groot de steekproefomvang moet zijn.

4.6.2.4 Bepaling benodigde steekproefomvang Indien reeds een groot aantal meetgegevens over het te bemeten type stal beschikbaar zijn en ook een goede dekking van de meetresultaten over ruimte, tijd en veebezettingsgraad beschikbaar is, kan de meetstrategie op deze gegevens worden gebaseerd. Via statistische toetsing wordt nagegaan hoe de verdeling van de meetwaarden eruit ziet (normaal, lognormaal, Poisson-verdeling, etc.) en wat de standaardafwijking is. Na keuze van een betrouwbaarheidsgebied voor de gemiddelde NH3-concentratie of het gemiddelde ventilatiedebiet (dikwijls 95%) en het percentage, waarmee het gemeten gemiddelde of geometrisch gemiddelde (in geval van een lognormale verdeling) mag afwijken van het ware gemiddelde of geometrisch gemiddelde (10-15%) wordt op basis van berekeningen een benodigde steekproefomvang bepaald (Snedecor, Cochran, 1978). Zeer veel meetreeksen van meteorologische grootheden en luchtverontreiniging in de buitenlucht vertonen een lognormale verdeling. Gaan we voor stalemissie ook uit van een lognormale verdeling, dan kan de steekproefomvang met de volgende formule worden berekend (Hale, 1972): waarin: Install Equation Editor and doublen = steekproefomvang click here to view equation. Z = excentriciteit behorend bij een betrouwbaarheidsgebied met bepaalde overschrijdingskans (bijvoorbeeld Z = 1,96 bij een betrouwbaarheid van 95 procent volgens de tafel voor de normale verdeling) S = Standaardafwijking van het gemiddelde van de logaritmes van de meetwaarden. Door de logaritme van de meetwaarden te nemen krijgen we weer een normale verdeling. S is hier de standaardafwijking van. N = grootte van de populatie P = fractie waarmee het waargenomen geometrische gemiddelde kan afwijken van het ware geometrische gemiddelde, waarbij de waarschijnlijkheid is gespecificeerd. Als we bijvoorbeeld stellen dat het waargenomen geometrische gemiddelde 15% mag afwijken van het ware geometrische gemiddelde, dan is P = 0,15.

Zoals te verwachten is de steekproefomvang onder andere afhankelijk van de geometrische standaardafwijking, d.w.z. hoe groter de fluctuaties, hoe groter de steekproef moet zijn om tot een geometrisch gemiddelde met zelfde betrouwbaarheid te komen. Een vraag is nog wat voor waarde voor de totale omvang van de populatie (N) genomen moet worden. De basis is één cyclus waarin alle omstandigheden voorkomen, voor een opfokbedrijf bijvoorbeeld één cyclus van dieren. Voor meteorologische invloeden zal dit echter al snel één jaar zijn. Voor de opfokcyclus is dan:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

Op dezelfde wijze is voor een schatting van de jaargemiddelde emissie N = 365/1 = 365 bij een bemonsteringstijd van 24 uur. Verandering van de bemonsteringstijd heeft zowel invloed op N als op S. Indien weinig meetgegevens over een staltype beschikbaar zijn, ontbreekt de basis voor een gefundeerde bepaling van de steekproefomvang. In dat geval wordt de standaardafwijking veel groter en zal de steekproefomvang vrijwel even groot genomen moeten worden als de grootte van de populatie.

4.6.2.5 Bepaling betrouwbaarheid van gemiddelde meetwaarden bij gegeven steekproefomvang Het kan ook zinvol zijn om bij een beperkte serie meetgegevens na te gaan hoe betrouwbaar een gemiddelde waarde van een grootheid (NH3-concentratie, ventilatiedebiet, etc.) wordt geschat. Wederom uitgaande van een lognormale verdeling wordt de fractie, waarmee het gemeten geometrische gemiddelde kan afwijken van het werkelijk geometrisch gemiddelde, verkregen met: Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 4.6.3 Emissiebepaling op grond van debietschatting en concentratiemeting Onder dit hoofd valt enerzijds de situatie, dat meting van het debiet niet nodig is, omdat voor het betreffende staltype al voldoende bekend is over het ventilatiedebiet en de afhankelijkheid daarvan van bepaalde faktoren, zoals temperatuur. Debietschatting is dan voldoende en alleen de NH3-concentratie moet nog gemeten worden. Anderzijds kan de situatie bestaan, dat geen gegevens over het ventilatiedebiet bestaan en directe meting van dit debiet onmogelijk is. Hierover gaat deze paragraaf. Voor het bepalen van het ventilatiedebiet in natuurlijk geventileerde stallen is men sterk aangewezen op indirecte meetmethoden. Bij deze methoden wordt het totale ventilatiedebiet van een stal bepaald. Lokale debietmeting bij de ventilatieopeningen verkeert nog in een experimenteel stadium (zie 3.2 en 3.5). Debietmeting in natuurlijk geventileerde stallen is gecompliceerd, omdat het totale oppervlak van de ventilatieopeningen veel groter en minder gedefinieerd van vorm is dan de uitlaatopeningen van mechanisch geventileerde stallen. Bovendien is het luchtbewegingspatroon veel gevarieerder dan in mechanisch geventileerde stallen, zelfs in die mate, dat in- en uitlaatopeningen niet op voorhand bekend zijn en veelvuldig wisselen afhankelijk van windrichting en de verhouding tussen de binnenlucht- en buitenluchttemperatuur. Ook is het bij natuurlijk geventileerde stallen denkbaar, dat een langgerekte opening (zoals een lange spleet) lucht in beide richtingen doorlaat. Na schatting van het ventilatiedebiet op bovengenoemde wijze en meting van de NH3concentratie kan de ammoniakemissie berekend worden. Om een zo betrouwbaar mogelijke waarde voor de NH3-concentratie te krijgen, zal deze op zoveel mogelijk punten gemeten moeten worden, waarna het gemiddelde wordt berekend, dit ter voorkoming van grote systematische fouten.

4.6.4 Massabalansmethoden Als alternatief voor emissiebepaling op grond van debietschatting en concentratiemeting kan men ook wat NH3 betreft zijn toevlucht nemen tot massabalansmethoden. Massabalansmethoden komen neer op het schatten van emissies door een balans te maken van de in- en uitgaande stofstromen. Het verschil tussen de hoeveelheid in het proces gebrachte stoffen en de hoeveelheid die via het eindprodukt afgevoerd wordt, moet ergens verloren zijn gegaan. Een probleem bij deze benadering is dat de verliezen vaak slechts een klein deel van de totale stofstroom vormen; een kleine onnauwkeurigheid in de vaststelling van de in- en uitgaande stromen betekent een grote onnauwkeurigheid in de schatting van de verliezen (Harssema, 1990). In hoofdstuk 0 is onder het hoofd overige meetstrategieën de N-massabalansmethode voor schatting van de NH3-emissie besproken.

4.7 Foutenanalyse 4.7.1 Standaardeenheden Volgens een EG-richtlijn van mei 1973 mogen na 31 december 1977 voor meetmiddelen, metingen en aanduidingen in het economische verkeer en de gebieden van volksgezondheid en veiligheid en voor alle handelingen van bestuursrechtelijke aard uitsluitend erkende eenheden worden gebruikt. Deze zogenaamde SI-eenheden (SI = Système International d'Unités) zijn in 1960 opgesteld door de Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) en overgenomen door de International Organization for Standardization (ISO), waarvan het Nederlands Normalisatie-instituut (NNI) het Nederlandse lid is (Teleac, 1989). Een opsomming van de SI-eenheden en bijbehorende symbolen is te vinden in (Schurer, 1980). Standaardcondities voor een gas zijn: temperatuur: 273,15 K druk: 101325 Pa of 101,325 kPa -3 3 -1 molair volume: 22,4136.10 m .mol -3

-3

Omrekening van vol. ppm naar mg.m of vol. ppb naar µg.m vindt plaats door -3 vermenigvuldiging van de concentratie in vol. ppm of vol. ppb met M/22,4136.10 , waarbij M de molmassa van het gas in kg is. Voor temperaturen of drukken die afwijken van de bovengenoemde standaardcondities voor een gas, zal gecorrigeerd moeten worden door gebruik te maken van de gaswet; P*V/T = constant.

4.7.2 IJking Metingen leveren getalsmatige informatie op. Zeker bij milieumetingen worden consequenties verbonden aan de cijfers, die uit metingen komen. Daarom moet er zekerheid bestaan, dat cijfers vergelijkbaar zijn; onderling tussen verschillende laboratoria, maar ook absoluut, ten opzichte van een standaard. Omdat het bij luchtverontreinigingsmetingen vaak gaat om het meten van zeer geringe hoeveelheden van heel specifieke stoffen in enorm grote hoeveelheden lucht, is het gevaar van fouten tijdens alle stappen van de meetprocedure groot. Daarom dienen de methoden regelmatig geijkt te worden, dat wil zeggen, vergeleken met de standaard en bijgesteld tot overeenstemming met de standaard bestaat. Bij het ijken van een meetmethode wordt de meetmethode toegepast op een monster van een bekende en herleidbare samenstelling. Herleidbaar wil zeggen, dat duidelijk is hoe de samenstelling van het monster is verkregen en hoe de relatie van die samenstelling met absolute grootheden als massa en volume is. Omdat het leveren van een herleidbare standaard vakwerk is, wordt op de meeste laboratoria gewerkt met ijkgassystemen, die op zich niet absoluut zijn, maar die regelmatig worden vergeleken met standaarden van het Nederlands Meetinstituut (NMI). Zo'n eigen ijkgassysteem levert dan een secundaire (of tertiaire) standaard (Harssema, 1990). De meest betrouwbare laboratoriumijkgassystemen bestaan uit een permeatie-opstelling met een gasdoseerinrichting. Een permeabel teflonbuisje, dat het ijkgas onder druk (meest in vloeibare vorm) bevat, wordt op constante temperatuur en druk gehouden. Door permeatie van het gas door de teflonwand van het buisje treedt afgifte van gas op. Deze afgifte is onder de genoemde omstandigheden constant in de tijd en is te bepalen door periodieke weging van het steeds lichter wordende buisje. Het door de wand gepermeëerde gas wordt opgevangen in een eveneens gethermostatiseerde luchtstroom met een bekend constant vochtgehalte. Het debiet wordt constant gehouden door nauwkeurige thermische massadoorstroomregelaars of door gebruikmaking van kritisch capillairen. Het quotiënt -1 3 -1 -3 van afgifte van ijkgas (µg.s ) en luchtdebiet (m .s ) geeft de ijkgasconcentratie (µg.m ). Voor controle en ijking van apparatuur in het veld wordt dikwijls gebruik gemaakt van (gecertificeerde) ijkgassen in gascilinders. De ijkgassen uit deze cilinders moeten regelmatig tegen een permeatiesysteem worden geijkt, omdat door het binnentreden van vocht in de cilinders tijdens het maken van aansluitingen en door adsorptie en omzetting aan de wanden de concentratie van het ijkgas in de cilinders kan veranderen. Daarnaast is het verstandig om voor een goede menging in de cilinder te zorgen door deze vóór de ijking te verwarmen. Bij de ijking van instrumenten dient zowel de elektrische nulstelling als de nulstelling met zuiver nulgas te worden gecontroleerd en zo nodig opnieuw te worden bijgeregeld. Daarnaast dient het bereik (span) met een ijkgasconcentratie te worden ingesteld, van de orde van grootte van de maximaal te meten concentraties. In de hoofdstukken 0 en 0 is voor de verschillende meetmethoden aangegeven op welke manier en hoe vaak ijking moet plaatsvinden.

4.7.3 Fouten in metingen Bij het meten van luchtverontreiniging kunnen allerlei fouten gemaakt worden. De fouten kunnen al in de meetopdracht zitten, ze kunnen binnensluipen in de meetstrategie, ze kunnen bij het meten zelf optreden en er kunnen fouten gemaakt worden bij de verwerking van de resultaten. In deze paragraaf beperken we ons tot fouten bij het meten zelf. Daarbij kunnen fouten ingedeeld worden naar hun (statistische) aard en naar hun oorzaak. Naar hun aard spreken we van toevallige (random) fouten en van systematische fouten (bias). Naar hun oorzaak onderscheiden we menselijke fouten, apparatuurfouten en verwerkingsfouten. Wat deze soorten fouten inhouden wordt uiteengezet in bijlage VII. Daarin worden ook nog andere foutenbronnen genoemd. Vervolgens gaan we in op de betekenis van een absolute en een relatieve fout: De absolute fout op de meting van een grootheid is de grootste afwijking, die kan bestaan tussen de werkelijke waarde van die grootheid en haar benaderde waarde, die door meting is vastgesteld. De relatieve fout op de meting van een grootheid is het quotint van de absolute fout en de door meting vastgestelde benaderde waarde van die grootheid. We meten bijvoorbeeld een fysische grootheid x en vinden als meetuitkomst x0. Als de bijbehorende absolute fout een grootte ∆x (∆x = ³x-x0³) heeft, is de relatieve fout ∆x/x0. Vaak wordt de relatieve fout in procenten uitgedrukt, dus ∆x/x0 . 100 %. De laatste weergave wordt ook wel procentuele fout genoemd. Als we een formule gebruiken, zoals de formule NH3↑bem = Φv.xNH3.tbem voor berekening van de NH3-emissie gedurende de bemonsteringstijd, zal iedere meetuitkomst een relatieve fout bevatten. De vraag is, hoe deze meetfouten doorwerken op het eindresultaat. Het betreft hier een vermenigvuldiging. De regel hiervoor luidt: De relatieve fout op een produkt is gelijk aan de wortel uit de som van de kwadraten van de relatieve fouten op elk van de faktoren van het produkt. (Hetzelfde geldt voor een quotiënt, met dien verstande dat we dan niet van faktoren maar van termen spreken.) Bij optellen en aftrekken is de fout van de som gelijk aan de wortel uit de som van de kwadraten van de absolute fouten. Dit is bij emissieberekening van belang, omdat de emissies van opeenvolgende perioden worden berekend. Voor meer informatie over foutenvoortplanting wordt verwezen naar (Miller, 1988).

4.7.4 Gevoeligheidsanalyse De definitie van gevoeligheidsanalyse is: een studie naar de invloed van variaties in modelparameters/beginvoorwaarden etc. op de modeluitkomsten (Janssen, 1990). Met andere woorden, men berekent in hoeverre uitgangssignalen wisselen afhankelijk van wisselingen in ingangssignalen. Hierdoor krijgt men inzicht in de complexiteit en het gedrag van het model dat men gebruikt, en krijgt men een idee van de gevoelige componenten/faktoren van dit model. Bij het uitvoeren van een gevoeligheidsanalyse is het allereerst nodig de probleemstelling te formuleren. Vervolgens moet men specificeren welke faktoren men bij deze analyse wil variëren. Daarna moet men de basiswaarde en de variatie van de te onderzoeken faktoren specificeren. Na uitvoering van de gevoeligheidsanalyse, kan men nog een robuustheidsstudie van de resultaten uitvoeren. Daarbij gaat men na hoe robuust (ongevoelig) de resultaten zijn voor de keuze van de basisinstellingen van de faktoren, en van de bijbehorende variaties. Wat die faktoren betreft, gaat het niet slechts om de modelingangen/externe faktoren, maar ook om de modelstructuur, rand- en/of beginvoorwaarden en modelparameters (constanten e.d.). Behalve modellen kunnen ook meetinstrumenten aan een gevoeligheidsanalyse worden onderworpen. Modelingangen/externe faktoren waar het bij ammoniakemissiebepalingen om gaat, zijn onder andere de ammoniakconcentratie, het ventilatiedebiet en faktoren als luchttemperatuur, -druk, -dichtheid en -vochtigheid. Ook storende gassen en aërosolen vallen hieronder. Gevoeligheidsanalyse kan in de eerste plaats ten aanzien van afzonderlijke meetinstrumenten worden gedaan. Zo is door de KEMA een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd op een NOx-monitor. Deze monitor bleek erg gevoelig te zijn voor drukvariaties zowel in de reactiekamer als in de monsterleiding (van den Beld, 1988). Er bestaan voor een gevoeligheidsanalyse verschillende methoden. Bij de eenvoudigste hiervan worden de modeluitkomsten berekent bij variatie van elke afzonderlijke faktor rond zijn instelpunt, terwijl de andere faktoren niet veranderd worden. Daarnaast bestaan

veel ingewikkelder methoden. Daarbij wordt bijvoorbeeld rekening gehouden met interacties tussen de faktoren. Hier volgen twee in het kader van dit rapport relevante voorbeelden van het gebruik van gevoeligheidsanalyse. Wat betreft emissiebepaling op grond van debietmeting en concentratiemetingschatting (zie § 0) zou na meting van de ammoniakconcentratie in de aangevoerde buitenlucht (de achtergrondconcentratie), berekend kunnen worden in hoeverre verwaarlozing van deze ammoniakconcentratie invloed heeft op de berekende ammoniakemissie. Het gaat hierbij om de invloed van de modelstructuur. Bij de N-balansmethode zou berekend kunnen worden in hoeverre de hoogte van het Ngehalte van vlees, melk en mest bij koeien en variaties daarin invloed heeft op de berekende hoeveelheid ammoniak die vervluchtigt.

4.7.5 Onzekerheidsanalyse De definitie van onzekerheidsanalyse is: een studie van de onzekere aspecten van een model en naar de invloed op de modeluitkomsten (Janssen, 1990). Een dergelijke analyse kan onder andere inzicht geven in de betrouwbaarheid van modeluitkomsten en informatie verschaffen ten behoeve van verdere reductie van onzekerheid (d.m.v. additionele dataverzameling en verdere modelontwikkeling). Ook bij het uitvoeren van een onzekerheidsanalyse is het allereerst nodig de probleemstelling te formuleren. Daarop volgt inventarisatie van onzekerheidsbronnen. Het gaat daarbij onder andere om onzekerheid als gevolg van onvolledige kennis, de natuurlijke variabiliteit van de bestudeerde processen en de onnauwkeurigheid en onvolledigheid van de meetgegevens (meetfouten; waarnemingen zijn niet representatief in tijd- en ruimteschaal). Er kan onzekerheid bestaan in de modelstructuur, de modelingangen (externe faktoren), de begin- en/of randvoorwaarden, de modelparameters en de modeloperatie (fouten die bij het 'runnen' van een mathematisch model op de computer kunnen optreden). Als volgende stap moeten de onzekerheidsbronnen gekwantificeerd worden. Vervolgens rekent men na wat de onzekerheid in de modeluitkomsten zal zijn ten gevolge van de verschillende onzekerheidsbronnen. Weet men dit, dan kan men de bijdrage van de onzekerheidsbronnen evalueren. Vervolgens kan men een robuustheidsstudie van de resultaten uitvoeren ofte wel voor de onzekerheidsbronnen waarover men onvoldoende betrouwbare informatie heeft, nagaan of de conclusies van de onzekerheidsanalyse wezenlijk veranderen indien bijvoorbeeld de kansverdelingen en correlaties anders gespecificeerd zijn. Als laatste stap kan men de onzekerheden en hun invloed proberen te reduceren. De onnauwkeurigheid van bepaalde methoden voor ammoniak- en ventilatiedebietmeting is in de hoofdstukken 0 en 0 aangegeven. Als onzekerheidsanalyse zou men bijvoorbeeld kunnen berekenen, welke invloed de onnauwkeurigheid van een ammoniakmeetmethode en van de daarmee gecombineerde methode voor ventilatiedebietmeting op de berekende ammoniakemissie heeft. Wat onzekerheid in modelstructuur betreft, wordt een model ontwikkeld op basis van allerlei veronderstellingen en verwaarlozingen en zal dientengevolge de werkelijkheid niet exact representeren. Zo bleken voor een eenvoudige schatting van de ammoniakemissie uit ventilatiedebietmeting en concentratiemeting vele dingen aangenomen te moeten worden, bijvoorbeeld dat zowel het debiet als de concentratie over grotere oppervlakken constant is. Men kan onder andere onderzoeken, welke onzekerheid er, wat dit betreft bestaat en welke consequentie dit heeft voor de berekende NH3-emissie.

4.7.6 Presentatie van gegevens Bij het presenteren van de gegevens van NH3-concentratiemetingen is het van belang rekening te houden met de verdere verwerking. De ruwe gegevens krijgen een eerste bewerking. Als het om metingen gaat, die zijn verricht met een continu registrerende monitor, komt het erop aan welke middelingstijd men kiest. Onder middelingstijd wordt hier verstaan de tijd, waarover de concentratie gemiddeld is, alvorens er verdere statistische bewerkingen op toegepast zijn. De middelingstijd kan fysiek opgelegd zijn door de meetmethode. Bijvoorbeeld bij een natchemische meting, waarbij gedurende 1 uur lucht door een oplossing is geleid. Na analyse krijgt men 1 concentratiewaarde, een uurgemiddelde. De middelingstijd kan ook zelf gekozen zijn als eerste stap in een proces van data-reductie, bijvoorbeeld wanneer een continu signaal van een monitor wordt opgeslagen in de vorm van 1-minuut-gemiddelde waarden. Over variaties binnen de middelingstijd kunnen geen uitspraken gedaan worden (Harssema, 1990). Wanneer de NH3-concentratie wordt gemeten met een continu registrerende monitor en een lange middelingstijd wordt gekozen voor een eerste bewerking van de gegevens, kan dit tot een grote fout in de berekende NH3-emissie leiden als het ventilatiedebiet ook sterk wisselt. Omgekeerd geldt dit ook in geval, dat het ventilatiedebiet wordt gemeten met een continu registrerende monitor. Zie ook de opmerking aan het einde van § 0 Daartegenover staat, dat bij geringe veranderingen in de tijd een aanmerkelijke reductie in te presenteren getallen en in rekentijd voor modellen kan worden bereikt, als over een langere periode kan worden gemiddeld.

Literatuur Aarnink, A.J.A. & E.N.J. van Ouwerkerk, 1990. Model voor de berekening van het volume en de samenstelling van vleesvarkensmest (MESPRO). IMAG-rapport 229, Wageningen. Beld, L. van den, 1988. Onderzoek naar de eigenschappen van de Monitor Labs NOxmonitor model 8840 serienummer 1164, KEMA-rapport 51514-MOC 88-3205. Eenheid in eenheden, 1989. Stichting Teleac. Utrecht. Hale, W.E., 1972. Sample size determination for the log-normal distribution. Atmospheric Environment, Pergamon Press, Vol. 6, pp. 419-422. Harssema, H., 1990. Berekenen en meten van de luchtkwaliteit, Vakgroep Luchthygiëne en verontreiniging. Helvoort, M. van, 1988. Ammoniakemissie tijdens de opslag van varkensdrijfmest. Stageverslag IMAG, Wageningen. Janssen, P.H.M., W. Slob & J. Rotmans, 1990. Gevoeligheidsanalyse en onzekerheidsanalyse: een inventarisatie van ideeën, methoden en technieken, RIVM-rapport nr. 958805001. Melkveehouderij en milieu, 1988. PR-rapport nr. 111, CLM-rapport PM2, CABO-verslag nr. 79, Wageningen. Miller, M.C. & J.N. Miller, 1988. Basic statistical methods for analytical chemistry part 1, statistics of repeated measurements, a review. The Analyst, vol. 113, p. 1351. Meten van klimaat in varkensstallen, 1991. Proefstation voor de varkenshouderij. Proefverslag p 1.68, Rosmalen. Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Bronnen, Processen en Faktoren, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 1), Wageningen. Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Rundvee, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 2), Wageningen. Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Varkens, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 3), Wageningen.

Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Pluimvee, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 4), Wageningen. Ouwerkerk, E.N.J. van, 1984. Verslag van een proef met vloerisolatie in een slachtkuikenstal. Nota 149, IMAG-DLO, Wageningen Schurer, K. & J.C. Rigg, 1980. Grootheden en eenheden in de landbouw en de biologie. Pudoc Centrum voor Landbouwpublikatie en landbouwdocumentatie. 121p, Wageningen. Willems, J.J.H. & H. Harssema, 1993. Ammoniakemissie geitenstal (natuurlijke ventilatie), Rapport IV-181, Vakgroep Luchtkwaliteit Landbouwuniversiteit Wageningen.

5 Meettechnische criteria en afwegingen 5.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden de meettechnische criteria vastgesteld, waaraan de meetmethoden voor NH3-concentratie en ventilatiedebiet moeten voldoen. In paragraaf 5.2 worden de verschillende meettechnische criteria vastgesteld en toegelicht. De meettechnische criteria verschillen per meetdoel. In de tabellen bijlagen IX t/m XI zijn de criteria daarom per meetdoel uitgewerkt. De verschillende meetdoelen zijn in paragraaf 4.2 beschreven. Voor het meetdoel bronsterktebepaling t.b.v. vergunningen zijn geen aparte criteria opgesteld, maar wordt verwezen naar de criteria, die betrekking hebben op bronsterktebepaling t.b.v. emissiefaktoren. Het verlenen van vergunningen is gebaseerd op de emissiefaktoren, zoals deze in de richtlijn ammoniak en veehouderij zijn vermeld (bijlage 0). De meetdoelen procesonderzoek en modelvorming en validatie zijn samengevoegd, omdat de meettechnische criteria voor beide meetdoelen gelijk zijn. In paragraaf 5.3 zijn de toelichtingen op de tabellen IX t/m XI weergegeven.

5.2 Meettechnische criteria Op basis van de meetresultaten, die verzameld worden, worden er beslissingen genomen en conclusies getrokken (afgeven van vergunningen, beoordeling staltype, validatie van modellen etc.). De meetresultaten moeten dus voldoende betrouwbaar zijn om deze uitspraken te kunnen rechtvaardigen. Dit stelt derhalve een aantal eisen aan de nauwkeurigheid van de meetapparatuur en aan de verschillende meetmethoden. Ook de meetsituatie zelf stelt eisen aan de meetmethode. De in stallen voorkomende debieten en NH3-concentraties moeten gemeten kunnen worden. Om de verschillende meetmethoden met elkaar te kunnen vergelijken zijn er criteria nodig. De gebruikte criteria worden hierna toegelicht.

5.2.1 Het meetbereik 5.2.1.1 Concentratiemeting Een eis voor de verschillende meetmethoden is, dat in elke situatie de in de stallucht voorkomende NH3-concentratie gemeten moet kunnen worden. Dus ongeacht het staltype, bezettingsgraad of diersoort moet de in de stallucht voorkomende NH3concentratie gemeten kunnen worden. Bij zeer hoge ventilatiedebieten is de NH3concentratie in de stallucht erg laag, het meten van de achtergrondconcentratie kan dan van belang zijn. In dit rapport worden ammoniakconcentraties van de instromende lucht 3 onder 0,38 mg/m verwaarloosd. De ondergrens van het meetbereik ligt dus op 0,38 3 3 mg/m . Voor pluimveestallen is de eis voor het meetbereik 0,38-76 mg/m (bij 0°C en 1013 mbar) of 0,5-100 ppm. Voor de overige stallen is de eis voor het meetbereik 0,38-38 3 mg/m of 0,5-50 ppm. De in pluimveestallen voorkomende NH3-concentratie kan veel hoger zijn dan de NH3-concentratie in andere stallen. Bij een aantal meetmethoden kan de duur van de monstername en de hoeveelheid doorstromende lucht zodanig gekozen worden dat de meetwaarde binnen het gestelde meetbereik ligt. Door het goed kiezen van deze waarden kan men de nauwkeurigheid van de metingen verbeteren. Om de grootte van de monstername goed te bepalen moet er van tevoren al een indicatie zijn van de te verwachten NH3-concentratie. Deze indicatie kan uit literatuur of uit een indicatieve meting worden verkregen.

5.2.1.2 Debietmeting Voor het berekenen van de NH3-emissie wordt van de volgende formule uitgegaan: 3

3

NH3-emissie (kg/h) = concentratie (kg/m ) x ventilatiedebiet (m /h) 3

Het is daarom gemakkelijk als het bereik van de debietmeting in m /h wordt gegeven. Er zijn echter verschillende methoden om het ventilatiedebiet te meten. Er zijn meetmethoden, waarbij het ventilatiedebiet direct gemeten wordt en er zijn meetmethoden, waarbij het ventilatiedebiet indirect gemeten wordt. Een voorbeeld van

een indirecte meetmethode is een vleugelrad-anemometer. Door verschillende metingen wordt de gemiddelde luchtsnelheid bepaald en samen met de berekende doorstroomopening kan het debiet berekend worden. Het bereik van zo'n meetmethode is dus sterk afhankelijk van de doorstroomopening terwijl juist deze faktor niet met de in de meetmethode genoemde apparatuur gemeten wordt. Het opgegeven meetbereik in de tabellen IX t/m XI moet men daarom bij dergelijke methoden niet absoluut zien maar meer als een indicatie. Per situatie moet bekeken worden welke meetmethoden bruikbaar zijn en welke niet. De eis, die aan een methode voor debietmeting gesteld wordt is, dat in de praktijk voorkomende debieten gemeten moeten kunnen worden. Het ventilatiedebiet in mechanisch geventileerde stallen is afhankelijk van het gewenste binnenklimaat, de buitenluchttemperatuur, de bezettingsgraad en de grootte van de stal. Bij natuurlijk geventileerde stallen is het ventilatiedebiet naast deze faktoren vooral sterk afhankelijk 3 van de windsnelheid. Er wordt uitgegaan van de volgende waarden: 500-15.000 m /h per ventilator voor mechanisch geventileerde stallen. Voor natuurlijk geventileerde stallen 3 wordt uitgegaan van 500-150.000 m /h. Men moet er rekening mee houden, dat het maximale ventilatiedebiet van natuurlijk geventileerde stallen in een aantal gevallen, zoals bij grote stallen en bij harde wind, nog enkele malen groter kan zijn (200.000 - 300.000 3 m /h).

5.2.2 Meetnauwkeurigheid De vereiste nauwkeurigheid is afhankelijk van het gestelde meetdoel. De meetnauwkeurigheid voor indicatieve bronsterktebepaling is gesteld op 10 % van de meetwaarde. Bij lage concentraties en debieten worden er dus hogere eisen aan de meetapparatuur gesteld dan bij hoge concentraties en debieten. De vereiste meetnauwkeurigheid voor de bronsterktebepaling t.b.v. emissiefaktoren en de meetmethoden voor procesonderzoek en modelvorming is voor concentratiemetingen gesteld op 5 % van de meetwaarde en voor de debietmetingen is deze 10% van de meetwaarde. In de tabellen IX t/m XI is alleen de meetnauwkeurigheid van het in de meetmethode beschreven meetinstrument gegeven. Bij indirecte debietmetingen moet er rekening mee gehouden worden, dat de meetnauwkeurigheid van de meting niet alleen afhankelijk is van het meetinstrument maar ook nog van een andere faktor (zie ook § 5.2.1.2). Bij de bepaling van de nauwkeurigheid van de debietmeting moeten de relatieve fouten van de faktoren opgeteld worden. Vooral bij natuurlijk geventileerde stallen kan het bepalen van de doorstroomopening (afhankelijk van meetmethode; bij tracergas-methoden niet nodig) moeilijkheden opleveren (zie ook § 4.6.3). In dat geval bepaalt deze faktor voor een groot deel de onnauwkeurigheid van de debietmeting.

5.2.3 Meetduur per meting De eisen, die aan de meetduur per meting worden gesteld, zijn afhankelijk van het meetdoel. Bij een indicatieve bronsterktebepaling wil men door het nemen van enkele metingen in vrij korte tijd (bijvoorbeeld in een middag) een indruk krijgen van de ammoniakemissie. De meetduur mag dus niet te lang zijn. De maximale meetduur per meting is op 1 uur gesteld. Bij procesonderzoek en modelvorming mag de tijdsduur tussen twee metingen niet te lang zijn. Men is bij deze onderzoeken namelijk geïnteresseerd in de veranderingen van de NH3-emissie gedurende een proces (bijvoorbeeld tijdens een bepaalde methode van uitmesten). De maximale meetduur per meting is hier ook op 1 uur gesteld. Men moet er echter rekening mee houden dat er ook processen zijn die binnen 1 uur verlopen in die gevallen zal men een kortere meetduur per meting moeten nemen. Bij het meetdoel emissiefaktoren is er geen strikte eis voor de meetduur. Het beste kan er volumeproportioneel gemeten worden, dit houdt in, dat het monsternamedebiet steeds evenredig is met het ventilatiedebiet. De ammoniakemissie is dan eenvoudig te bereken door het ammoniakgehalte in de oplossing te vermenigvuldigen met de monsternameduur en een verhoudingsgetal tussen het ventilatiedebiet en het monsternamedebiet. Een moeilijkheid van dit systeem is nog om het verhoudingsgetal tussen monsternamedebiet en ventilatiedebiet constant te houden.

5.2.4 Interfererende componenten Als een meetmethode niet selectief genoeg is worden er naast de ammoniakconcentratie ook andere componenten uit de stallucht meegemeten. De zo gemeten ammoniakconcentratie ligt dan boven de werkelijke concentratie. Als de concentratie van de interfererende component bekend is of als deze apart gemeten kan worden, kan men de uitkomst corrigeren. Is dit niet mogelijk, wat meestal het geval is, dan wordt de nauwkeurigheid van de meting kleiner. Mogelijke interfererende + componenten zijn : aminen, NOx, CO2, H2O, carbonzuren, H2S en NH4 -aërosolen. De concentratie van de interfererende componenten is meestal te verwaarlozen ten opzichte van de NH3-concentratie. 5.2.5 Extra leidingen Sommige meetmethoden vereisen extra leidingen. In § 1.4 zijn de effecten waar men rekening mee moet houden bij transport van ammoniakhoudende lucht door leidingen uitgebreid aan de orde gekomen. Dit criterium is opgenomen opdat niet vergeten wordt, dat de extra leidingen invloed kunnen hebben op de meetresultaten.

5.2.6 Drift van het meetbereik De drift van het meetbereik kunnen we onderverdelen in nulpuntsdrift en drift van de volle schaal. Er wordt daarom altijd geijkt op het nulpunt en op ongeveer het maximale van het schaalbereik. De gestelde eis is dat de drift minder dan 2% van het volle schaalbereik per dag bedraagt. Eigenlijk is dit een maat voor het aantal keren, dat het meetinstrument geijkt moet worden. De drift is vaak onbekend. Bij een NOx-analyser wordt de drift veroorzaakt door vervuiling van de meetcel. Door naast de metingen ook regelmatig een standaardgas aan te bieden kan men de drift in de loop van de tijd volgen.

5.2.7 IJkfrequentie De ijkfrequentie is het aantal malen per maand, dat het meetinstrument geijkt moet worden. Veel meetapparatuur moet regelmatig geijkt worden wil men binnen de door de fabrikant opgegeven nauwkeurigheid blijven. Het is daarom belangrijk om goed bij te houden wanneer de gebruikte meetapparatuur voor het laatst geijkt is.

5.2.8 Inzetbaar in stallen De gebruikte meetapparatuur moet bestand zijn tegen in de stal heersende omstandigheden. De instrumenten moeten bestand zijn tegen stofdeeltjes en agressieve stoffen, zoals ammoniak. Als een meetmethode aan al de gestelde eisen voldoet en voldoende handzaam is, is de methode in principe inzetbaar in stallen.

5.2.9 Meetresultaten in stallen beschikbaar Als er meetresultaten bekend zijn kan men hieruit de bruikbaarheid van de methode afleiden. Deze meetresultaten zijn in de literatuurlijst van de paragraaf van de desbetreffende meetmethode opgenomen.

5.2.10 Score De verschillende meetmethoden hebben op grond van alle criteria een score gekregen. Deze score is onderverdeeld in: bruikbaar, mogelijk bruikbaar, niet bruikbaar en in onderzoek. Bruikbaar betekent dat de meetmethode bruikbaar is in alle situaties, zoals die in de criteria zijn omschreven. Mogelijk bruikbaar houdt in, dat de bruikbaarheid nog niet is aangetoond. Er wordt dus geen oordeel over de kwaliteit van de meetmethode gegeven. Niet bruikbaar betekent dat de meetmethode niet geschikt is om de ammoniakemissie uit stallen te meten.

In onderzoek wil zeggen, dat er voor deze meetmethode nog te weinig meetgegevens beschikbaar zijn om met zekerheid te kunnen zeggen, dat de methode geschikt is om ammoniakemissie uit stallen te meten.

5.3 Toelichting op de tabellen IX t/m XI 5.3.1 Concentratiemeting

NH3-converter + NOx-analyser De NH3-converter + NOx-analyser is geschikt voor alle meetdoelen en de metingen kunnen continu plaatsvinden. Bij het gebruik van 1 centrale NH3-converter + NOx analyser en monstername op verschillende plaatsen via leidingen moet men er rekening mee houden dat er leidingeffecten kunnen optreden (zie § 2.1.2 en § 1.4). Door adsorptie en nalevering van ammoniak uit de meetcel en doordat er intermitterend wordt gemeten duurt het lang, voordat de meetcel geheel ververst is. Het evenwicht stelt zich hierdoor langzaam in.

NDIR Deze methode is in onderzoek voor alle meetdoelen. NDIR is een methode, waarbij de ammoniakconcentratie in stallen goed is te bepalen, maar waarbij interferentie met andere gassen kan optreden. Hierbij is het dus noodzakelijk om kruiscompensatie uit te voeren voor met name waterdamp en kooldioxyde en zijn procedures nodig, zoals steeksproefgewijze referentiemetingen met bijvoorbeeld gaswasflessen om te controleren of de mate van interferentie verwaarloosbaar dan wel acceptabel blijft. Ook bij deze methode kan pas correct gemeten worden als na adsorptie en nalevering van ammoniak het evenwicht zich ingesteld heeft.

Laser fotoakoestiek Laser fotoakoestiek is vooral een methode om lage concentraties, bijvoorbeeld in de buitenlucht) nauwkeurig te detecteren. De methode is in staat ammoniakconcentraties -10 -4 van 0,1 ppb (10 , ofwel 10 ppm) te detecteren. Voor de veel hogere stalconcentratie is een minder sterke energiebron dan de CO2-laser nodig. Meetcellen die gebruikt worden voor hogere concentraties zijn niet meer geschikt voor meting in een veel lager concentratiebereik tengevolge van geheugeneffecten van de cel. Hoofdprobleem schuilt in ad- en absorptie processen van ammoniak in aanvoerleidingen en in de meetcel. De meetmethode op zich is erg nauwkeurig, maar bevindt zich nog in het onderzoeksstadium.

Filterpakket Het filterpakket is alleen geschikt voor indicatieve bronsterktebepaling. Voor de andere meetdoelen is de meetnauwkeurigheid niet groot genoeg. Het meetbereik is te beïnvloeden door meer of minder lucht door het filterpakket te zuigen. Door er voor te zorgen dat het filterpakket vrijwel maximaal beladen wordt, blijft de meetfout klein. Hierbij moet er echter wel voor worden gewaakt dat er geen doorslag optreedt.

Denuder/filterpakket Deze methode is voor de indicatieve bronsterktebepaling mogelijk bruikbaar. Er kan nog niet geconcludeerd worden, dat de methode bruikbaar is, omdat er van deze methode geen resultaten van metingen in stallen beschikbaar zijn.

Annular denuder/filterpakket Deze methode is voor de indicatieve bronsterktebepaling mogelijk bruikbaar. Er kan nog niet geconcludeerd worden, dat de methode bruikbaar is, omdat er van deze methode geen resultaten van metingen in stallen beschikbaar zijn.

Roterende denuder Deze methode is mogelijk bruikbaar voor de meetdoelen indicatieve bronsterktebepaling en bronsterktebepaling t.b.v. emissiefaktoren. Er kan nog niet geconcludeerd worden, dat de methode bruikbaar is, omdat er van deze methode geen resultaten van metingen in stallen beschikbaar zijn.

Roterende denuder met on-line detector Deze methode is voor alle meetdoelen mogelijk bruikbaar. Er kan nog niet geconcludeerd worden, dat de methode bruikbaar is, omdat er van deze methode geen resultaten van metingen in stallen beschikbaar zijn. Het voordeel van deze methode ten opzichte van de andere meetmethoden met denuders is, dat er continu gemeten kan worden. Er kan nog niet geconcludeerd worden, dat de methode bruikbaar is, omdat er van deze methode geen resultaten van metingen in stallen beschikbaar zijn.

Thermodenuder De thermodenuder is een instrument, dat slechts geschikt is voor het meten van buitenluchtconcentraties.

Gaswasfles De gaswasfles kan voor alle meetdoelen gebruikt worden. Het meetbereik is te beïnvloeden door de hoeveelheid absorptievloeistof, de aanzuigsnelheid of de meetduur te variëren.

Gasdetectiebuisjes Gasdetectiebuisjes zijn mogelijk bruikbaar voor indicatieve bronsterktebepaling. Er wordt nog onderzoek gedaan naar de meetnauwkeurigheid. Voor de andere meetdoelen is de meetnauwkeurigheid in ieder geval onvoldoende.

Elekrochemische cel De cel wordt wel toegepast in stallen met hogere concentraties. Bij concentraties onder 10 ppm is onvoldoende nauwkeurigheid te verwachten. Volgens nadere, nog niet gepubliceerde gegevens, lijkt de nauwkeurigheid binnen bepaalde grenzen te vallen.

Passieve samplers De nauwkeurigheid van de Willems-badge is voldoende, maar doordat bij de bepaling van de weerstand van het ingangsfilter en de bepaling van de weerstand door de externe grenslaag ook fouten op kunnen treden is de totale fout groter. Hoe groot die fout is, is afhankelijk van het staltype. Indien de totale weerstand van de badge (Rt) bij elke meting wordt bepaald dan is de methode voldoende nauwkeurig. De methode is dan bruikbaar voor alle doelgroepen. Dit geldt voor natuurlijk geventileerde stallen. Bij metingen in -1 ventilatiekanalen met luchtsnelheden > 1,5 m.s is de methode zonder weerstandsbepaling bruikbaar voor alle doelgroepen. Bij de palmes-buisjes zijn er geen extra weerstandsfaktoren, die de nauwkeurigheid beïnvloeden.

DOAS

Dit instrument is momenteel in onderzoek voor de doelgroep indicatieve bronsterktebepaling.

5.3.2 Debietmeting

Meetventilator De meetventilator is bruikbaar in mechanisch geventileerde stallen voor alle meetdoelen.

Pitotbuis Dit instrument is niet bruikbaar aangezien in de koker of het kanaal, waarin gemeten wordt in de praktijk geen ideaal meetvlak aanwezig is, waardoor een grote systematische meetfout kan ontstaan.

Hittedraad-anemometer De hittedraad-anemometer is bruikbaar voor de indicatieve bronsterktebepaling. De opnemer moet loodrecht op de richting van de luchtstroom staan. Een hittedraadanemometer is sterk richtinggevoelig. Dit betekent, dat er gaten in de ventilatiekoker geboord moeten worden om de hittedraad-anemometer loodrecht op de luchtstroom te kunnen plaatsen.

Meetflens Dit instrument is niet bruikbaar aangezien de koker of het kanaal, waarin gemeten wordt in de praktijk niet de juiste lengte/diameterverhouding heeft.

Verschildrukmeting De methode is in onderzoek. Nauwkeurige meting van verschildruk is geen eenvoudige zaak. Toch biedt deze methode tezamen met een computermodel dat de mechanismen van natuurlijke ventilatie in stallen beschrijft (NAT_VENT, vakgroep Agrotechniek & fysica, LUW) goede mogelijkheden voor bepaling van lokale ventilatiedebieten door individuele openingen of segmenten van (grote) openingen.

Tracergasmethoden Tracergastechnieken zijn mits juist gehanteerd en mits de luchtmenging in de stal goed is bruikbaar voor de bepaling van het ventilatievoud van stallen. Een groot voordeel is de nauwkeurig vastgelegde bronfunctie. Nadelen zijn de gaskosten en de benodigde installatie voor de gastoediening. Deze technieken zijn mogelijk bruikbaar in stallen.

CO2-balansmethode Is bruikbaar voor de bepaling van het ventilatievoud van stallen. Nadeel is de relatief grote onnauwkeurigheid tengevolge van gemiste CO2-bronnen en ten gevolge van de variabiliteit van de CO2-bronsterkte in het stalgebouw voorkomend uit het gedragspatroon van de levende have. De nauwkeurigheid is te verbeteren door het activiteitsritme van de dieren in kaart te brengen. Voorwaarde is dat de dierbezetting in het gebouw voldoende hoog is. De methode is nog in onderzoek.

Warmtebalansmethode Een goede evaluatie van de warmtebalans van een stal vereist naast metingen een dynamisch rekenmodel aangaande de warmte- en vochtbalans van een gebouw. De

foutgevoeligheid is voor niet verwarmde gebouwen met een relatief lage dierbezetting groot. Het temperatuurverschil tussen stallucht en buitenlucht dient voldoende hoog te zijn, liefst groter dan 2 °C. De metingen zijn relatief eenvoudig. Bottle-neck is de algemene toepasbaarheid van een rekenmodel. De methode is in onderzoek.

Vleugelrad-anemometer De vleugelradanemometer is bruikbaar voor de indicatieve bronsterktebepaling in mechanisch geventileerde stallen. De nauwkeurigheid van de ventilatiedebietbepaling is sterk afhankelijk van de plaats van de meetpunten.

6 Voorbeeld kostenvergelijking meetsystemen 6.1 Inleiding De meting van ammoniakemissie bestaat uit een koppeling van debiet- en concentratiemetingen. In hoofdstuk 5 zijn de verschillende methoden van concentratie- en debietmetingen afzonderlijk en per meetdoel beoordeeld. In dit hoofdstuk worden enkele combinaties van concentratie- en debietmetingen economisch beschouwd. In hoofdstuk 5 is een beoordeling gemaakt op grond van meettechnische criteria. Een combinatie van debiet- en concentratiemetingen wordt naast de bovenstaande criteria ook beoordeeld op de situatie, waarin zij gebruikt gaat worden. In § 6.2 worden de criteria voor het toepassingsgebied toegelicht. Verder wordt voor het vergelijken van de meetsystemen naast bovenstaande criteria ook gekeken naar economische criteria. Deze criteria staan beschreven in § 6.3.

6.2 Criteria voor het toepassingsgebied Welk meetsysteem het best gebruikt kan worden is afhankelijk van het doel van de meting en van de lokale stalsituatie. In hoofdstuk 5 zijn de meettechnische criteria per meetdoel weergegeven voor de concentratie- en de debietmetingen. Voldoet het meetsysteem aan al de gestelde criteria voor een meetdoel dan is dat meetsysteem geschikt voor metingen met dat meetdoel. Dit wil echter nog niet zeggen dat het meetsysteem in alle situaties gebruikt kan worden. Veel hangt ook af van de lokale stalsituatie. In § 4.6.2.2 is een onderscheid gemaakt voor 4 situaties. 1. 2. 3. 4.

De NH3-concentratie en het ventilatiedebiet variëren slechts weinig. De NH3-concentratie varieert sterk, maar het ventilatiedebiet is min of meer constant. Het ventilatiedebiet varieert sterk, maar de NH3-concentratie is min of meer constant. Zowel de NH3-concentratie als het ventilatiedebiet variëren sterk.

Een grovere, meer bruikbare, indeling is een indeling naar ventilatie- systeem (mechanische of natuurlijke ventilatie) en of er steekproefsgewijs of continu gemeten kan worden.

6.2.1 Mechanische of natuurlijke ventilatie Bij mechanisch geventileerde stallen heeft men meestal te maken met een vrij constant ventilatiedebiet (situaties 1 en 2). Veranderingen in het ventilatiedebiet treden op als gevolg van sturing van de ventilatoren. De sturingssignalen van de ventilatoren kunnen vrij makkelijk gekoppeld worden aan tijdstippen voor de debietmetingen (afhankelijk van het aantal sturingssignalen per tijdseenheid). Het ventilatiedebiet in mechanisch geventileerde stallen kan in veel gevallen goed gemeten worden. Er moet gecontroleerd worden of het ventilatiedebiet per afvoerkanaal niet verschilt. Is dit wel het geval, dan moet het debiet over ieder kanaal gemeten worden. Door verschillen in ammoniakproduktie op verschillende plaatsen in de stal, kan ook de ammoniakconcentratie per afvoerkanaal verschillen. In dat geval moet de ammoniakconcentratie ook in elk kanaal gemeten worden. Bij natuurlijk geventileerde stallen kan men verwachten, dat het ventilatiedebiet sterk zal fluctueren (situaties 3 en 4). Het ventilatiedebiet is dan sterk afhankelijk van de weersomstandigheden. Het ventilatiedebiet in stallen met natuurlijke ventilatie is, o.a. door het grillige karakter, veel moeilijker te meten dan het ventilatiedebiet in mechanisch geventileerde stallen. Bij natuurlijke ventilatie is ook het effectieve doorstroom oppervlak van de ventilatieopeningen moeilijk te bepalen. Door veranderingen van het temperatuurverschil tussen buitenlucht en stallucht of door verandering van de windrichting kunnen inlaatopeningen veranderen in uitstroomopeningen en omgekeerd. Het ventilatiedebiet van natuurlijk geventileerde stallen wordt om deze redenen via indirecte methoden gemeten.

6.2.2 Continue of steekproefsgewijze metingen Of er continu of steekproefsgewijs gemeten moet worden is, naast het gestelde meetdoel, ook afhankelijk van de fluctuaties in ventilatiedebiet en ammoniakconcentraties. Bij sterke fluctuatie moet er vaker gemeten worden. Voor procesonderzoek moet er vaker gemeten worden dan voor een bronsterktebepaling en zal eerder gebruik gemaakt worden van continu registrerende meetapparatuur. Zowel de concentratie- als de debietmetingen kunnen zowel continu als steekproefsgewijs verricht worden. Verder geldt, dat met continu registrerende apparatuur ook altijd steekproefsgewijs gemeten kan worden.

6.2.3 De nauwkeurigheid De nauwkeurigheid geldt voor het meetsysteem en bestaat uit een optelling van de relatieve fouten van de concentratie- en debietmeting afzonderlijk.

6.3 Economische aspecten Voor alle typen van bronsterktebepalingen (indicatief, emissiefaktoren en procesonderzoek) geldt dat de kosten van het meten van de ammoniakemissie sterk afhankelijk zijn van het aantal metingen. Indicatieve metingen vereisen een methodiek waarbij (zeer) grote verschillen kunnen worden aangegeven. Hierbij kunnen concentratiemetingen met gasdetectiebuisjes in de meeste gevallen een antwoord geven. Voor controle-doeleinden in het kader van bijvoorbeeld de Hinderwet zal de nat-chemische methode of een passieve meting in de meeste gevallen gebruikt kunnen worden. Voor deze situaties is in algemene zin geen kostenbegroting op te stellen, immers gaat het om één meting gedurende een half uur of om meerdere metingen gedurende meerdere dagen. Voor het vaststellen van emissiefaktoren is een meetprotocol opgesteld in de beoordelingsrichtlijn in het kader van de Groen Label stallen (Van der Hoek et al, 1993). Teneinde betrouwbare en reproduceerbare emissiefaktoren te kunnen bepalen bevat het meetprotocol ondermeer de volgende eisen: - het ventilatiedebiet en de ammoniakconcentratie dienen volautomatisch gemeten te worden en per uur gemiddeld te worden - de ammoniakemissie wordt eveneens per uur berekend en dient vervolgens als etmaal gemiddelde te worden vermeld in het meetrapport - om recht te doen aan alle seizoensinvloeden op de emissie dient gedurende een langere periode gemeten te worden, afhankelijk van de diercategorie twee maanden tot een jaar. Voor bijvoorbeeld vleesvarkens en slachtkuikens is de eis 2 mestperioden waarvan één in de zomerperiode valt. De eis van uurgemiddelden is gebaseerd op het feit dat afwijkingen kunnen voorkomen als over langere perioden wordt bemonsterd en hierbij niet debietafhankelijk wordt bemonsterd. Het verdient sterke aanbeveling uit de beschikbare meetgegevens te analyseren hoe groot de afwijking is als niet per uur maar per dag ventilatiedebiet en concentratiemeting worden gemiddeld en op basis daarvan de ammoniakemissie wordt berekend. Op verzoek van de werkgroep Meetmethoden NH3-emissie uit stallen heeft het IMAG een kostenberekening opgesteld voor het meten van ammoniakemissies volgens het meetprotocol voor groen label stallen (Oosthoek et al, 1993). De kostenberekening is gemaakt op basis van de meetmethodiek van de DLOstalmeetploeg (NOx-analyser gecombineerd met een NH3-converter) en op basis van de nat-chemische methode. De passieve meetmethode met bijvoorbeeld Willems badges is ook goed mogelijk. In dit kostenvoorbeeld is deze methode niet meegenomen omdat bij deze methode nog niet geheel duidelijk is hoe proportioneel zou kunnen worden bemonsterd. Bij de vakgroep Luchtkwaliteit van de Landbouwuniversiteit zijn ideeën hoe deze proportionele bemonstering zou kunnen worden doorgevoerd. In de kostenraming van de methode met gaswasfles is voor dit onderdeel ook een schatting gemaakt, daar het apparaat nog ontwikkeld moet worden. De kostenberekening gaat ervan uit dat in beide situaties het ventilatiedebiet op gelijke wijze bepaald wordt en dat het transport van de lucht van de ventilatiekoker naar de monitor cq monsternameapparaat dezelfde eisen stelt: geïsoleerde en verwarmde teflonslangen die condensvorming voorkomen. De uitgangspunten voor de ventilatiedebietmeting en voor de beide ammoniakconcentratie-bepalingsmethoden staan vermeld in tabel 6.3.1.

De op basis hiervan berekende meetkosten voor beide meetsystemen zijn weergegeven in tabel 6.3.2. De tabel laat duidelijk zien dat alleen wanneer een stal slechts één ventilator heeft en er dus twee meetpunten zijn (de achtergrondconcentratie moet namelijk ook gemeten worden) de kosten van beide meetmethoden elkaar niet veel ontlopen. Heeft de stal echter meerdere ventilatoren die allen gemeten moeten worden, dan is de NOx-monitor in het voordeel. Aan metingen in onderzoeksituaties waarbij procescondities gevolgd moeten worden, zullen in veel gevallen nog hogere eisen gesteld worden. Het volgen van veranderingen kan immers betekenen dat niet volstaan kan worden met daggemiddelde emissies maar dat de meetintervallen soms korter dan een uur moeten zijn.

Literatuur Hoek, K.W. van der, C.G.J. Leijen, H.J.M. Hendriks, F. Jansen, J. Oosthoek, W. Scherphof & A.M. van de Weerdhof, 1993. Beoordelingsrichtlijn in het kader van de groen label stallen, Secretariaat Stichting Groen Label, Deventer. Oosthoek, J., J.P.M. Ploegaert & R. Scholtens. 1993. Berekening van de kosten voor het meten van ammoniakemissies. IMAG nota P 93-14, Wageningen.

Tabel 6.3.1

Uitgangspunten bij de berekening van kosten (in guldens) van ammoniakemissiemetingen

Meetventilator investering meetventilator ijken meetventilator + ijklijn

350 1.500

aanleg meetsysteem per meetpunt, bij installeren door derden

1.500

teflonslang, isolatie, verwarmingslint per m

40

aanleg aparte groep elektra

500

NH3-converter + NOx-analyser NOx-analyser, 1-kanaals + meetpuntomschakelaar, datalogger en 2 temperatuursensoren: totaal ƒ 48.000,Afschrijving in 4 jaar, 80% benutting, 10% rente: jaarlast

18.000

converter ƒ 2.000,- afschrijving in 4 jaar, 10% rente: jaarlast

600

ijken en onderhoud NH3-converter + NOx-analyser NOx-analyser groot onderhoud: bij langere meetperioden minimaal éénmaal per 4 maanden: 32 uur à ƒ 80,-

2.560

ijken wekelijks kosten ijkgas

10

converteronderhoud per jaar

150

ijken per meetperiode: minstens éénmaal per 4 maanden

125

uitvoering ijken op meetlokatie en gegevensverwerking per week 12 uur à ƒ 80,-; per maand

4.160

Gaswasfles (nat-chemische methode) nog te ontwikkelen debietafhankelijke bemonsteringsapparatuur, datalogger en 2 temperatuursensoren: voorlopig bij enige serieproduktie geschat op ƒ 8.500,afschrijving in 4 jaar, 80% benutting, 10% rente; jaarlast

5.000

gaswasflessen: totaal ƒ 3.000,afschrijving in 2 jaar, 10% rente; jaarlast

1.650

ijken en onderhoud gaswasfles-methode ijken en onderhoud meetsysteem; jaarlijks 10% van de investering

1.300

uitvoering ijken op meetlokatie + gegevensverwerking + transport monsters naar laboratorium: per week 12 uur à ƒ 80,-; per maand

4.160

ammoniakanalyses, per stuk (1x per dag/meetpunt) verwisselen gaswasflessen; per week 2 uur à ƒ 40,-; per maand Bij de kostenberekeningen zijn geen uren opgenomen voor lokatiekeuze, overleg met veehouder en andere betrokkenen, voorbereiding enz. Ook voor aanpassingen van de stal of de ventilatiekoker zijn geen kosten opgenomen. Bron: Oosthoek et al, 1993.

25 600

Tabel 6.3.2 Kosten (in guldens) voor het meten van ammoniakemissie op basis van twee methoden, de NH3-converter + NOx-analyser en de gaswasfles (nat-chemische methode). NH3-converter + NOx-analyser meetduur in maanden aantal meetpunten 2

4

8

12

2

20.000

32.000

58.000

84.000

3

24.000

36.000

63.000

89.000

4

28.000

40.000

68.000

94.000

5

32.000

44.000

72.000

98.000

6

36.000

48.000

76.000

103.000

7

40.000

52.000

80.000

108.000

Gaswasfles (nat-chemische methode) meetduur in maanden aantal meetpunten 2

4

8

12

2

19.000

34.000

62.000

91.000

3

26.000

42.000

69.000

105.000

4

31.000

49.000

84.000

119.000

5

36.000

56.000

94.000

134.000

6

42.000

63.000

105.000

147.000

7

47.000

70.000

125.000

164.000

Aantal meetpunten = aantal ventilatoren + achtergrond Bron: Oosthoek et al, 1993.

7 Evaluatie van methoden en aanbevelingen 7.1 Algemeen De in dit rapport beschreven meetmethoden en meetsystemen voor de bepaling van de ammoniakemissie uit stallen geven de stand van zaken over de kennis en beschikbaarheid weer van betreffende apparatuur en werkwijzen. Dit rapport is daarom een tussenstand van zaken. Er worden drie doelgroepen onderscheiden: - Indicatieve bronsterktebepaling - Bronsterktebepaling t.b.v. emissiefaktoren en vergunningen - Procesonderzoek en modelvorming/validatie Voor de diverse doelgroepen zijn vrij scherp geformuleerde meettechnische beoordelingscriteria vastgesteld, zie tabel 7.1. Tabel 7.1Meettechnische criteria voor de beoordeling van meetmethoden voor de diverse doelgroepen doelgroep

concentratiemetingen

meetbereik

meetnauwkeurigheid

meetduur per meting

drift

debietmetingen

meetbereik

meetnauwkeurigheid

meetduur per meting

* **

indicatieve bronsterkte

bronsterkte voor emissiefaktoren en vergunning

procesonderzoek en modelvorming/ validatie

eenheid

mg/m3

mg/m3

mg/m3

eis *

0,38-38/76

0,38-38/76

0,38-38/76

eenheid

%

%

%

eis

<10

<5

<5

eenheid

uur:min

uur:min

uur:min

eis

<01:00

<24:00

<01:00

eenheid

%

%

%

eis

<2

<2

<2

eenheid

3

m /h

3

m /h

m3/h

eis

500-15.000**

50015.000**

500-15.000**

eenheid

m3/h

m3/h

m3/h

eis

<100 en/of 10%

<100 en/of 10%

<100 en/of 10%

eenheid

uur:min

uur:min

uur:min

eis

<01:00

<24:00

<01:00

maximum meetbereik-eis: laatste getal is t.b.v. pluimveestallen maximum meetbereik-eis voor natuurlijk geventileerde stallen 150.000

7.1.1 Aspecten van technische aard Uit tabel 7.2 blijkt, dat enkele meetmethoden genoeg uitontwikkeld zijn om te kunnen worden ingezet (b=bruikbaar) en andere meetmethoden nog in onderzoek of ontwikkeling zijn of nog niet in stallen zijn toegepast (o=in onderzoek). Enkele methoden zijn daarom als mogelijk bruikbare methode aangemerkt (m=mogelijk bruikbaar). Enkele methoden zijn niet bruikbaar in stallen (n=niet bruikbaar). Tabel 7.2 Meetmethoden en bruikbaarheidsscore voor de diverse doelgroepen methoden voor concentratiemetingen

bruikbaarheidsscore voor

methoden voor debietmetingen

bruikbaarheidsscore voor

doelgroep

doelgroep

1

2

3

1

2

3

2.1

NH3-converter + NOx-analyser

b

b

b

3.1

Meetventilator

b

b

b

2.2

Niet dispersieve infrarood fotometrie

o

o

o

3.2

Pitotbuis

n

n

n

2.3

Laser fotoakoestiek

n

o

o

3.3

Hittedraadanemometer

b

n

n

2.4

Filterpakket

b

n

n

3.4

Meetflens

n

n

n

2.5

Denuder/filterpakket

m

n

n

3.5

Verschildrukmeting

n

o

o

2.6

Annular denuder/ filterpakket

m

n

n

3.6

m m

m m

m m

o

o

o

Tracergas - rate of decay - rate of accumulation - continu

2.7

Roterende denuder

m

n

n

3.7

CO2-balans

m

o

n/o

2.8

Roterende denuder met online detector

m

m

m

3.8

Warmtebalans

o

o

o

2.9

Thermodenuder

n

n

n

3.9

Vleugelradanemometer

b

n

n

b

b

b

2.10 Gaswasfles

Bruikbaarheidsscores: b = bruikbaar m = mogelijk bruikbaar n = niet bruikbaar o = in onderzoek/ontwikkeling 2.11 Gasdetectiebuisjes

o

o

o

2.12 Elektrochemische cel

n

n

n

2.13 Passieve samplers - vlakke - buisvormige

b m

b n

b n

o

n

n

2.14 Differentiële optische absorptie spectroscopie

Voor de natuurlijk geventileerde stallen is op dit moment nog geen enkele meetmethode beschikbaar, die volledig voldoet aan de in tabel 7.1 gegeven meettechnische criteria. Wel lijkt de tracergas-decay-methode voldoende nauwkeurig te zijn. Volgens tabel 7.2 is deze debietmeting te combineren met de NH3-converter + NOx-analyser, de gaswasfles of de vlakke passieve sampler voor de emissie-bepaling van natuurlijk geventileerde stallen. Een aantal methoden voor debietmeting is momenteel in onderzoek. Rapportage over deze methoden volgt in 1993 en 1994 met uitgewerkte standaardprocedures voor meer routinematige emissiemetingen in natuurlijk geventileerde stallen.

7.1.2 Aspecten van meetstrategie en onderhoud Een als bruikbaar aangemerkte methode zal alleen betrouwbare metingen opleveren als in de meetstrategie en het onderhoud van de instrumenten geen fouten worden gemaakt. Variabelen, die de (nauwkeurigheid van de) meetresultaten kunnen beïnvloeden moeten ook worden gemeten. Dit kunnen klimaatvariabelen zijn als temperatuur, luchtdruk, luchtvochtigheid en ook dier- en stalvariabelen als dierbezetting. Men moet steeds bedacht blijven op verstoringen in de metingen en daar adequaat op reageren. Een goed onderhouds- en kalibratie-protocol voor het gehele meetsysteem is meestal onontbeerlijk.

7.2 Bruikbare meetsystemen 7.2.1 Algemeen

Er zijn veertien meetmethoden voor de bepaling van de ammoniakconcentratie in stallen beschreven. Daarvan blijken er op grond van de in tabel 7.1 gestelde meettechnische beoordelingscriteria slechts vier bruikbaar voor de eerste doelgroep en slechts drie voor de andere doelgroepen. Er zijn negen meetmethoden voor de bepaling van het ventilatiedebiet (ventilatiehoeveelheid) in stallen beschreven. Daarvan blijkt alleen de meetventilator bruikbaar te zijn voor alle doelgroepen en evenwel alleen in mechanisch geventileerde stallen. De combinatie van meetmethoden voor concentratiemeting en debietmeting levert een meetsysteem op voor de bepaling van de ammoniakemissie. Op grond van het voorgaande zijn er slechts vier meetsystemen voor de bepaling van ammoniakemissie uit mechanisch geventileerde stallen bruikbaar. Zoals gezegd, is voor natuurlijk geventileerde stallen geen enkel meetsysteem op dit moment bruikbaar.

7.2.2 In mechanisch geventileerde stallen voor alle doelgroepen Het meetsysteem van meetventilator met NH3-converter + NOx-analyser blijkt een instrumentencombinatie te zijn, waarmee (uiteraard mits het meetsysteem juist is opgezet en onderhouden) nauwkeurig kan worden gemeten voor alle doelgroepen. De nauwkeurigheid van het systeem is deels afhankelijk van de efficiëntie van de NH3converter. Regelmatige controle en correctie van de converter is nodig. Het meetsysteem van meetventilator met gaswasfles is op grond van de in tabel 7.1 gestelde meettechnische beoordelingscriteria bruikbaar in stallen. Met beide meetsystemen is de afgelopen jaren veel ervaring opgedaan.

7.2.3 In mechanisch geventileerde stallen voor de doelgroep indicatieve bronsterktebepaling Het meetsysteem van meetventilator met gaswasfles lijkt, ook gezien de kosten, een goede oplossing voor de indicatieve bronsterktebepaling in mechanisch geventileerde stallen. Dit arbeidsintensieve systeem is kostentechnisch vooral in het voordeel als een relatief gering aantal metingen wordt uitgevoerd. Hetzelfde geldt voor het meetsysteem van meetventilator met filterpakket. Ook een meetsysteem van meetventilator met vlakke passieve samplers komt in aanmerking. De exploitatiekosten voor de betreffende meetvraag (doelgroep en omvang van metingen) zullen van doorslaggevend belang zijn bij de keuze tussen de systemen.

7.2.4 In mechanisch geventileerde stallen voor de doelgroepen bronsterktebepaling voor emissiefaktoren, vergunningen, procesonderzoek en modelvorming/validatie De kosten van het systeem van meetventilator met NH3-converter + NOx-analyser zijn hoog, maar de inzet ervan is gerechtvaardigd, mede door het gebrek aan beproefde alternatieven. Een degelijke vergelijking van kosten van dit systeem met een systeem van meetventilator met vlakke passieve samplers of gaswasfles bij verschillende omvang en meetfrequenties is gerechtvaardigd.

7.3 Mogelijk bruikbare meetsystemen en meetsystemen in onderzoek 7.3.1 Alle doelgroepen De methode op basis van niet dispersieve infrarood fotometrie is een methode, die in de praktijk wordt toegepast. Er zijn nog onvoldoende resultaten van vergelijkend onderzoek in stallen gepubliceerd. De tracergasmethoden (rate of decay en rate of accumulation) zijn in onderzoek en dus mogelijk bruikbaar. Er zijn eerste onderzoeksresultaten beschikbaar (Willems & Harssema, 1993). Er zijn ook nog geen resultaten van vergelijkend onderzoek in stallen beschikbaar. Toch lijken tracergasmethoden de aangewezen technieken voor het bemeten van natuurlijk geventileerde stallen, zolang de CO2-methode onvoldoende nauwkeurig is. Voordeel is de exact bekende bronsterkte. Hoofdprobleem is de juiste gasinjectietechniek en de representatieve (plaats van de) meting van de stalluchtconcentratie van het tracergas.

Gasdetectiebuisjes worden in de praktijk veel gebruikt voor de bepaling van gasconcentraties. Er zijn verschillende merken. De methode is in dit rapport aangemerkt als methode "in onderzoek". De reden daarvan is, dat de buisjes in de huidige uitvoering niet geheel voldoen. Verbetering van de NH3-buisjes en monsterpompjes door de betreffende fabrikanten is gaande. Een vergelijkend onderzoek is in uitvoering. De resultaten daarvan moeten worden afgewacht. De passieve meetmethoden op basis van (passieve) samplers zijn veel gebruikt in het vakgebied luchtverontreiniging, dus voor buitenluchtconcentraties. Sinds kort worden ervaringen opgebouwd in stallen, waar de concentraties veel hoger zijn dan buiten. De invloed van de luchtsnelheid nabij de samplers op de meetresultaten is afhankelijk van de stalsituatie. Voor de bepaling van de grenslaageigenschappen per te meten stal wordt gebruik gemaakt van denuders. De methode biedt goede perspectieven, zeker gezien de lage investeringskosten.

7.3.2 Doelgroep indicatieve bronsterktebepaling 7.3.2.1 Concentratiemeting De meetmethoden op basis van denuders zijn mogelijk bruikbaar. Er zijn echter tot nog toe geen vergelijkende meetresultaten in stallen beschikbaar. Ook kan de NH3-converter + NOx-analyser bij een intensieve benutting (veel stallen en/of veel metingen per stal) in bijvoorbeeld een mobiele meetopstelling goed worden ingezet. Differentiële optische absorptie spectroscopie is in stallen in onderzoek voor deze doelgroep. De elektrochemische cel wordt wel toegepast in stallen met hogere concentraties. Bij concentraties onder 10 ppm is onvoldoende nauwkeurigheid te verwachten. Volgens nadere, nog niet gepubliceerde gegevens, lijkt de nauwkeurigheid binnen bepaalde grenzen te vallen.

7.3.2.2 Debietmeting Onderstaande methoden zijn alle indirecte meetmethoden. De schatting van het ventilatiedebiet op basis van CO2-meting en modelberekening lijkt een veelbelovende methode te zijn voor deze doelgroep. De nauwkeurigheid laat echter nog te wensen over. Hoofdoorzaak hiervoor is te behalen nauwkeurigheid t.a.v. de bronsterkte van CO2 in de stal, met name dierlijke activiteit, CO2-produktie uit andere bronnen (zoals mest) en niet exact te bepalen dierparameters liggen hieraan ten grondslag. Aan verbetering van de methode wordt door het landbouwkundig onderzoek gewerkt. Deze methode is toepasbaar voor natuurlijk geventileerde stallen zodra de bronsterkte van CO2 voor de betreffende doelgroep voldoende nauwkeurig kan worden ingeschat. Een andere voorwaarde voor toepasbaarheid is een voldoende hoge dierbezetting van het stalgebouw. Met name bij melkvee kunnen in de beweidingsperiode problemen worden verwacht omdat dan slechts zeer geringe concentratieverschillen tussen binnen en buiten aanwezig zijn zodat de meetfout van de CO2-concentratiemeting zwaar doorwerkt in het te berekenen ventilatiedebiet. De schattingsmethode van het ventilatiedebiet op basis van gemeten temperaturen en warmtebelastingen op het binnenklimaat en het opstellen van een warmtebalans is in onderzoek/ontwikkeling. De toekomstverwachting voor praktische toepasbaarheid t.b.v. indicatief onderzoek wordt laag ingeschat, omdat er vrij veel sensoren nodig zijn, er liefst een aantal dagen gemeten moet worden en een op het stalgebouw toegesneden dynamisch simulatiemodel (inclusief zonbelasting, condensatie en verdamping) voorhanden moet zijn voor verwerking van de meetdata. Deze methode is zeker niet toepasbaar als de dierbezetting van het stalgebouw laag is. De vleugelradanemometer en de hittedraad-anemometer zijn instrumenten, waarmee luchtsnelheden, en daarmee ook indirect luchtdebieten kunnen worden gemeten. De vraag daarbij is steeds hoeveel metingen en op welke posities moeten worden gedaan om een representatieve doorsnede van een luchtkoker of kanaal te bemeten. De methode wordt echter bruikbaar genoemd. Er zijn tot nog toe weinig vergelijkende meetresultaten in stallen gepubliceerd.

7.3.3 Doelgroepen bronsterktebepaling voor emissiefaktoren, vergunningen, procesonderzoek en modelvorming/validatie

7.3.3.1 Concentratiemeting De methode op basis van laser fotoakoestiek is vooral geschikt voor meting van zeer lage concentraties zoals in buitenlucht. Met minder sterke energiebronnen is de techniek ook bruikbaar voor hogere concentraties. Problemen schuilen vooral in geheugeneffecten in de meetcel bij wisselende NH3-concentraties, problemen met betrekking tot het transport van NH3 in de toevoerleidingen en het aanbrengen van een geheel trillingsvrije opstelling. Het meetbereik en meetnauwkeurigheid zijn nog niet bekend. De roterende denuders zijn mogelijk bruikbaar voor deze doelgroepen. Momenteel zijn er echter geen vergelijkende metingen in stallen beschikbaar. 7.3.3.2 Debietmeting In natuurlijk geventileerde stallen is de CO2-balansmethode de meest voor de hand liggende methode. Wel dient de nauwkeurigheid van deze methode, zoals gezegd, te worden verbeterd. Voldoende frequente registratie van de dierparameters, de voeropname en de dieractiviteit is gewenst. De methode is in onderzoek. De verschildrukmeting voor de bepaling van het ventilatiedebiet is in ontwikkeling. Resultaten van vergelijkend onderzoek zijn nog niet beschikbaar. Verwacht wordt, dat deze methode in de toekomst mogelijkerwijs alleen in aanmerking zal komen voor de doelgroep procesonderzoek en modelvorming/validatie. De kracht van deze methode is dat bij aanleg van voldoende meetpunten de detectie van lokale debieten mogelijk wordt. Combinatie met een rekenmodel van het natuurlijk ventilatieproces is nodig. De zwakke kant van de methode is de moeilijkheid de zeer geringe drukverschillen die bij natuurlijke ventilatie optreden nauwkeurig te detecteren. Met name de gevoeligheid voor hoogteverschillen en temperatuurinvloeden spelen daarbij een rol. De continue tracergasmethode is een kostbare methode, die echter zeer geschikt lijkt voor continue (indirecte) meting van het ventilatiedebiet. Voorwaarde voor toepassing van een tracergas is dat het inert en op zeer lage concentraties meetbaar moet zijn. De methode is in onderzoek. Er zijn nog geen vergelijkende meetresultaten in stallen beschikbaar.

7.4 Niet bruikbare meetmethoden 7.4.1 Alle doelgroepen 7.4.1.1 Concentratiemeting De thermodenuder is in principe niet inzetbaar in stallen vanwege het lage meetbereik. De elektrochemische cel is tot nog toe niet bruikbaar door de gevoeligheid voor grote pieken in ammoniakconcentraties, de te hoge ondergrens van het meetbereik en de te geringe meetnauwkeurigheid. Het instrument is slechts bruikbaar als alarmeringstoestel. De huidige industriële instrumentontwikkeling is er echter op gericht de bezwaren te ondervangen.

7.4.1.2 Debietmeting De methoden voor de debietmeting op basis van pitotbuis en meetflens zijn niet bruikbaar gezien de in stallen onrealiseerbare opstellings-eis, zoals verhouding tussen aanstroomlengte en doorsnede van de kanalen.

7.4.2 Doelgroep indicatieve bronsterktebepaling De methode op basis van laser fotoakoestiek vraagt een geheel trillingsvrije opstelling, die voor de doelgroep indicatieve bronsterktebepaling als niet realiseerbaar wordt geacht.

7.4.3 Doelgroepen bronsterktebepaling voor emissiefaktoren en vergunningen, procesonderzoek en modelvorming/validatie De meetmethoden op basis van filterpakket en denuders en differentiële optische absorptie spectroscopie zijn voor deze doelgroepen niet bruikbaar vanwege het te lage meetbereik.

7.4.4 Doelgroepen procesonderzoek en modelvorming/validatie De schatting van het ventilatiedebiet op basis van CO2-meting en modelberekening van de CO2-balans lijkt voor deze doelgroepen nog niet geschikt te zijn vanwege de, ook in de toekomst te verwachten, geringe nauwkeurigheid, zolang de invloed van dieractiviteit en voerpatroon op de dierlijke CO2-produktie alsmede de CO2-uitstoot uit de mest niet vaststaat.

7.5 Aanbevelingen 7.5.1 Huidige en nabije meetpraktijk in mechanisch geventileerde stallen Voor het meten van ammoniakemissie uit mechanisch geventileerde stallen is een klein aantal meetsystemen bruikbaar. Indien men een indicatieve bronsterktebepaling wil doen kan worden gekozen uit twee meetsystemen. Ten eerste kan worden gekozen voor het meetsysteem van de meetventilator (voor de debietmeting) met de gaswasfles (voor de NH3-concentratiemeting). De kosten van het meten zijn afhankelijk van de omvang van de metingen. Ook kan worden gekozen voor de combinatie meetventilator met vlakke passieve samplers of filterpakket. Indien men voor indicatieve bronsterktebepaling een erg intensief programma heeft of indien men metingen wil doen voor de doelgroepen bronsterktebepaling voor emissiefaktoren, vergunningen, procesonderzoek en modelvorming/validatie dan is ook de combinatie meetventilator met NH3-converter en NOx-analyser bruikbaar. Een voordeel van dit meetsysteem is, dat het geheel automatisch kan verlopen in een continu meetproces. De exploitatiekosten kunnen uiteraard variëren afhankelijk van de omvang en frequentie van de metingen. De bedragen, genoemd in paragraaf 6.3 geven een indicatie.

7.5.2 Onderzoek en ontwikkeling voor het meten van emissies uit stallen Voor natuurlijk geventileerde stallen is tot nog toe geen volledig (tot standaard meetprocedure) uitgewerkt meetsysteem beschikbaar, dat aan alle meettechnische criteria voldoet. Recent onderzoek heeft uitgewezen, dat met mobiele monsterneming met passieve samplers, in combinatie met de tracergas-decay-methode, representatief gemeten kan worden. De precisie van zo'n meetsysteem zal nog uitgetest worden. Gezien het grote aantal natuurlijk geventileerde stallen in Nederland (nagenoeg de gehele rundveehouderij) moeten voor deze stallen meetmethoden worden ontwikkeld waarmee, direct of indirect, ventilatiedebieten kunnen worden gemeten. De meest belovende methode voor de doelgroep indicatieve bronsterktebepaling lijkt de meting van de representatieve CO2-concentraties gevolgd door een modelberekening van de CO2balans te zijn. Voor de andere doelgroepen is een nauwkeuriger methode nodig. Verdere uitwerking van een tracergasmethode lijkt de meest aangewezen weg. Voorts wordt met ongeduld de resultaten van het vergelijkend onderzoek naar de nauwkeurigheid van de verschillende typen NH3-gasdetectiebuisjes afgewacht. Een bredere introductie van de passieve meetmethoden met samplers zou kunnen leiden tot een kostenbesparing. De industriële verbetering van de elektrochemische cel wordt met belangstelling tegemoet gezien. Ook de praktijktoetsing van de niet dispersieve infrarood fotometrie-methode lijkt een toevoeging van de keuzemogelijkheden voor continue meetprocessen te zullen gaan opleveren. Het opstellen van duidelijke gebruikersprotocollen voor elke meetmethode verdient ook aanbeveling.

Literatuur Willems, J.J.H. & H. Harssema, 1993. Ammoniakemissie geitenstal (natuurlijke ventilatie), Rapport IV-181, Vakgroep Luchtkwaliteit Landbouwuniversiteit Wageningen.

Bijlagen

Bijlage I. Emissiefaktoren voor de stalemissie inclusief de emissie van de mest, die in de stal is opgeslagen. (bron: Bijlage 1 bij "Richtlijn ammoniak en veehouderij 1991", LNV & VROM, d.d. 1-121991) Diercategorieën

A.

emissie in kg NH3 per dierplaats per jaar

Rundvee 1

1. Melk- en kalfkoeien (evenals zoogkoeien)

8,8

2. Vrouwelijk jongvee tot ca. 2 jaar

B.

1

3,9

3. Vleeskalveren van ca. 0 tot ca. 6 maanden

1,5

4. Vleesstieren (evenals overig vleesvee) tot ca. 2 jaar

5,7

Schapen 2

1. Schapen inclusief lammeren tot ca. 45 kg

C.

Geiten 1. Melkgeiten inclusief aanfok

D.

0,7

Varkens

3

2,3

4

1. Fokzeugen inclusief biggen tot ca. 25 kg.

5

2. Opfokzeugen van ca. 25 kg. tot eerste dekking 2.1 volledig roostervloer 2.2 gedeeltelijk roostervloer, gehele hok onderkelderd zonder stankafsluiter 2.3 overig gedeeltelijk roostervloer

8,1 6

2,5 2,5 2,1

3. Opfokberen van ca. 25 kg. tot ca. 7 maanden 4. Dekberen, ca. 7 maanden en ouder 5. Vleesvarkens (evenals opfokberen) 5.1 volledig roostervloer 5.2 gedeeltelijk roostervloer, gehele hok onderkelderd zonder stankafsluiter 5.3 overig gedeeltelijk roostervloer 6. Scharrelvarkens; zie bovenstaande categorieën, voor opfokzeugen van ca. 25 kg. tot eerste dekking en vleesvarkens geldt een emissiefaktor van 2,5 resp. 3,0.

zie vleesvarkens 5,5 3,0 3,0 2,5

Diercategorieën

E.

emissie in kg NH3 per dierplaats per jaar

Kippen 1. Opfokhennen en -hanen van legrassen; jonger dan ca. 18 weken 1.1 open mestopslag onder de batterij (flat-deck kooien, trapkooien en compactkooien voor natte mest) 1.2 mestbandbatterij met afvoer naar een gesloten put (dagontmesting) 1.3 batterij met geforceerde mestdroging (kanalenstal) 1.4 mestbandbatterij met geforceerde mestdroging 1.5 grondhuisvesting (strooiselvloer, roostervloer) 2. Legkippen (evenals (groot-)ouderdieren van legrassen) 2.1 open mestopslag onder de batterij (flat-deck kooien, trapkooien en compactkooien voor natte mest) 2.2 mestbandbatterij met afvoer naar een gesloten put (dagontmesting) 2.3 batterij met geforceerde mestdroging (deeppitstal of highrise-stal, kanalenstal) 2.4 mestbandbatterij met geforceerde mestdroging 2.5 grondhuisvesting zgn. scharrelkippen (strooiselvloer + roostervloer)

0,045 0,020 0,208 *

0,020 0,050 0,096

0,083 0,035

0,386 *

0,035 0,085 0,178

F.

3. Ouderdieren van slachtrassen in opfok; jonger dan ca. 19 weken

0,128

4. Ouderdieren van slachtrassen

0,300

5. Slachtkuikens

0,050

Kalkoenen 1. Ouderdieren van slachtkalkoenen in opfok; van ca. 0 tot 6 weken

0,15

2. Ouderdieren van slachtkalkoenen in opfok; van ca. 6 tot 30 weken

0,47

3. Ouderdieren van slachtkalkoenen van ca. 30 weken en ouder

0,59

4. Slachtkalkoenen

0,40

Diercategorieën

G.

H.

emissie in kg NH3 per dierplaats per jaar

Eenden 1. Ouderdieren van slachteenden van 0 tot 24 maanden

0,32

2. Slachteenden 2.1 binnen mesten 2.2 buiten mesten (per afgeleverde eend)

0,117 0,019

Pelsdieren 1. Nertsen, per fokteef 1.1 open mestopslag onder kooi 1.2 dagontmesting met afvoer naar een gesloten put

I.

0,58 0,25

2. Zilvervossen, per fokmoer

1,35

3. Blauwvossen, per fokmoer

2,7

Konijnen 1. Voedster inclusief rammen, opfokdieren en slachtkonijnen

1,0

J.

Parelhoenders

0,05

K.

Paarden

L.

7

1. Volwassen paarden (3 jaar en ouder) 1.1 zonder grasland 1.2 met grasland

9,3 4,6

2. Paarden in opfok (jonger dan 3 jaar)

3,9

Pony's

7

1. Volwassen pony's (3 jaar en ouder) 1.1 zonder grasland 1.2 met grasland

5,7 2,9

2. Pony's in opfok (jonger dan 3 jaar)

2,4

1 2 3

4

5

6

7

*

de emissie heeft betrekking op een stalperiode van oktober tot mei de emissie heeft betrekking op een stalperiode van maximaal 3 maanden in de winter de emissie heeft betrekking op een stalperiode van 365 dagen; er wordt uitgegaan van ca. 2 stuks aanfok per melkgeit als varkens op stro worden gehuisvest is bij de emissiefaktor inbegrepen de emissie van de opslag van stromest indien er meer dan 33 biggenplaatsen voor gespeende biggen per 10 fokzeugenplaatsen aanwezig zijn, geldt voor de biggenplaatsen boven de 33 een emissiefaktor voor de vleesvarkens voor opfokzeugen na de eerste dekking wordt de emissiefaktor voor fokzeugen gehanteerd het onderscheid tussen paarden en pony's ligt bij een stokmaat (schofthoogte) van 148 cm; alle dieren kleiner dan 148 cm zijn pony's als de mest vanuit dit systeem op het terrein van de inrichting langdurig wordt opgeslagen onder een afdak, dan geldt dit getal voor de emissie van stal + mestopslag

Bijlage II. Aërosolmetingen in stallucht

In 1983 zijn door het IMAG luchtmonsters in stallen verzameld met de filterpakketmethode. Deze metingen werden uitgevoerd in samenwerking met het ECN. De ionchromatografische analyses werden door het ECN uitgevoerd. De volgende analyses zijn uitgevoerd: + 2eerste filter NH4 , Cl , NO3 , SO4 , + tweede filter NH4 . Op het eerste filter worden de aërosolen opgevangen en op het tweede gecoate filter het gasvormige ammoniak . Deze analyse-resultaten zijn tot dusver niet in een rapport verwerkt omdat er problemen waren met de ammoniakwaarden van de blanco en laag belaste filters. In bijgevoegde grafiek, waarin alle waarden zijn opgenomen, is de ratio tussen gasvormig ammoniak en totaal ammoniak weergegeven. Bij zeer lage ammoniumgehalten op de filters is er schijnbaar sprake van de aanwezigheid van ammonium-aërosolen. Dit wordt vermoedelijk veroorzaakt door de problemen die er waren met de blanco's. De concentraties aan tegenionen op het eerste filter geven aan dat er sprake moet zijn van verontreiniging met ammoniak op deze filters. Destijds werd geconcludeerd dat aërosolen geen probleem vormden bij ammoniakmetingen met een impingermethode. In tabel II.2 zijn de resultaten van twee metingen opgenomen. Er is onderzocht welk deel van het ammoniak/ammonium in een rundveestal op een teflonfilter van 5µ verzameld kan worden. Stallucht is aangezogen door een impinger gevuld met 20 ml 1 % H3PO4 . De aanzuigsnelheid door de impinger is ± 5 l/min de monsternameduur is 20 min. Aan het begin van een ± 1 m lange aanzuigslang is naar keuze een teflonfilter geplaatst. De filters zijn direct na de meting in een bakje met 20 ml 1 % H3PO4 geplaatst. De analyses zijn uitgevoerd volgens NEN-norm 6472.

Tabel II.1 Resultaten van metingen met de filterpakketmethode plaats

datum

diersoort

ratio NH4(tot) : NH4(a)

NH3concentratie (ppm)

Harderwijk

17-aug-83

kippen

122

4,5

Werkhoven

17-aug-83

kippen

275

3,7

Harderwijk

18-aug-83

eenden

333

10,7

Nunspeet

25-aug-83

mestkalveren

221

3,0

Lochem

13-sep-83

vleesvarkens

411

7,1

Diempt

14-sep-83

mestkalveren

222

4,4

Putten

14-sep-83

mestkalveren

1237

3,1

Terschuur

22-sep-83

mestkalveren

445

5,4

Nunspeet

22-sep-83

mestkalveren

642

6,1

Harderwijk

27-sep-83

kippen

375

11,4

Werkhoven

28-sep-83

kippen

489

15,7

Lochem

29-sep-83

vleesvarkens

307

7,7

Nunspeet

29-sep-83

mestkalveren

242

4,6

Putten

06-okt-83

mestkalveren

4280

5,3

Putten

06-okt-83

mestkalveren

4021

5,0

Drempt

13-okt-83

mestkalveren

580

2,9

Terschuur

20-okt-83

mestkalveren

428

2,7

Terschuur

20-okt-83

mestkalveren

684

3,4

Megen

27-okt-83

vleesvarkens

486

6,6

Lochem

27-okt-83

vleesvarkens

2110

10,5

Terschuur

03-nov-83

mestkalveren

128

2,4

Terschuur

03-nov-83

mestkalveren

609

5,3

Putten

10-nov-83

mestkalveren

343

3,8

Putten

10-nov-83

mestkalveren

154

1,5

-

NH4(a) : ammonium aërosol NH4(tot) : ammoniumaërosol + ammonium gasvormig

Tabel II.2 Hoeveelheid opgevangen ammoniak en/of ammonium impinger

monsternamepunt I

II

mg

mg

zonder filter

0,2098

0,1892

met filter

0,2383 (filter 0,0002)

0,1756 (filter 0,0002)

Bijlage III. Resultaten van twee testen met een NH3-sensor van Dräger Voor het testen van de ammoniaksensor van Dräger is gebruik gemaakt van een gasdivider (Signal S321). Met deze gasdivider kan zeer nauwkeurig en met goede reproduceerbaarheid een verdunningsreeks worden gemaakt. Er wordt vanuit een gasmengsel met 100 ppm NH3 in N2 (certified quality) doorverdund met perslucht. Volgens de leverancier is, iedere keer nadat de sensor spanningsloos wordt, een stabilisatieperiode nodig. Een periode van minimaal één nacht wordt aanbevolen. Op het display kunnen alleen gehele getallen worden afgelezen. De nulinstelling van de sensor is niet goed. De sensor reageert verder redelijk accuraat op het aangeboden gasmengsel. De sensor is voor deze metingen uitgerust met een r.v.s. kalibratievaatje. Figuur III.1 Aanbieding van verschillende NH3concentraties aan een elektrochemische cel. Tijdens het bepalen van de doorbraakcurve van een kleimineraal zijn zowel een sensor van Dräger als een combinatie van NOxanalyzer plus NH3converter aangesloten op de uitgaande luchtstroom van deze proefopstelling. De meetresultaten zijn in de volgende figuur weergegeven. De concentratie van de ingaande persluchtstroom was ± 300 ppm. Dit NH3gehalte werd gegenereerd door puur ammoniak met perslucht te verdunnen.

Figuur III.2 Doorslagproef met een kleimineraal. Testgas: NH3 in perslucht. Uit bovenstaande figuur blijkt dat de meetwaarde van de sensor bij langdurige blootstelling afneemt. Enkele uren na de start van de metingen geeft de Drägersensor teveel aan. In de tussenliggende tijd zijn geen meetwaarden van de sensor verzameld. De controle van de NOx-analyzer na afloop van deze meting liet zien dat de instelling dit meetapparaat nog correct was.

Bijlage IV. Staltypen

Veehouderij: [1] Ligboxenstal met roostervloer Voerligboxenstal met roostervloer Ligboxenstal met dichte vloer Voerligboxenstal met dichte vloer Ingestrooide loopstal Grupstal met drijfmestsysteem Grupstal met gescheiden mestbewaring Varkenshouderij: [2] Kraamopfokhokken: - schuine of rechte opstelling - koppen naar muur of naar voergang - dichte vloer, volledig roostervloer of gedeeltelijk roostervloer - aangebonden of los in de box - verhoogde of niet verhoogde trog - beton, metaal of kunststof roosters - loslopend in groep, eventueel met uitloop Hokken voor gespeende biggen: - kraamopfokhokken (zie boven) - grondhokken * volledig of gedeeltelijk rooster * beton, metaal of kunststof (rooster)vloer * grote of kleine groepen * trog, brijbak of droogvoerbak * vlakke of bolle vloer * drinkbakje of nippel - vlakke batterij * volledig metaal of kunststof rooster - open stal met stro * grote of kleine groepen - biggenbungalow Hokken voor guste en drachtige zeugen: - aangebonden of voerligbox - groepshuisvesting (kleine of grote groep Hokken voor opfokzeugen en vleesvarkens: - dwarstrog, lengtetrog, brijbak of droogvoerbak - vlakke of bolle vloer - volledig of gedeeltelijk (beton) roostervloer Hokken voor beren: - voerligbox of berehok - dichte vloer of gedeeltelijk betonrooster Voor alle bovengenoemde diercategorieën geldt dat er verder variatie mogelijk is in kelderdiepte en in ventilatiesysteem.

Pluimveehouderij: [3] Batterijtypen: - Compactbatterij - Bandbatterij - Trapbatterij - "Flat-deck"-batterij Grondhuisvestingssystemen: - volledige strooiselstallen, de bodem van de stal is in z'n geheel voorzien van strooisel, - gedeeltelijke roostervloerstallen, de bodem van de stal is voor een deel voorzien van bodemstrooisel en voor een deel van een verhoogde roostervloer. - volledige roostervloerstallen, de bodem is volledig bedekt met rooster.

Literatuur 1 Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Rundvee, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 2), Wageningen. 2 Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Varkens, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 3), Wageningen. 3 Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Pluimvee, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 4), Wageningen.

Bijlage V. Manieren van uitmesten

In de rundveehouderij: [1] 1. 2. 3. 4. 5.

Hellende dichte vloer met schuif en giergoot. Hellende vloer met schuif onder de roosters. Spoelsysteem boven de roosters. Spoelsysteem op dichte vloer. Spoelen onder de roosters.

In de varkenshouderij: [2] 1. Mestschuif over vloer. 2. Spoelen over vloer: a. Over een hellende vloer. b. Met kunststofzakken. c. Door een gladde goot. d. In een spoelgoot (continu). e. Continu spoelen over platen onder de roosters. f. Spoelkanalen in betonroosters. g. Spoelen over een dichte vloer. 3. Mestschuif met spoelsysteem. 4. Mestschuif onder roosters. 5. Rioleringsbuizen onder een ondiepe kelder voor snelle, frequente en gesloten afvoer. 6. Afdekking van de mestput met lamellen of trechters, waarlangs de mest omlaagglijdt. 7. Mestpannen, waaronder de mest wordt afgevoerd naar een gesloten opslag. Deze uitmestmethoden in de varkenshouderij en de invloed ervan op de NH3-emissie worden uitgebreid in (4) besproken. In de pluimveehouderij: [3] 1. mestbanden in etagebatterijen (met of zonder droging met al dan niet verwarmde lucht). 2. Schuiven in mestkelders van compact- en trapbatterijen. 3. Mestbanden onder etages van strooiselstallen. 4. Banden of mestschuiven onder roosters. 5. Banden of mestschuiven in kanalenstallen.

Literatuur 1 Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Rundvee, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 2), Wageningen. 2 Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Varkens, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 3), Wageningen. 3 Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot, 1990. Deelrapport Pluimvee, Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen, (deel 4), Wageningen.

Bijlage VI. Afwijkingen bij de overdracht van een meetsignaal In de hier te behandelen problematiek wordt uitgegaan van goed functionerende en geijkte sensoren. Bij het transport en de verwerking van het meetsignaal tot opslag in een geheugen medium kunnen zich problemen van elektronische aard voordoen. Onderstaand worden een aantal veel voorkomende problemen behandeld. A. Storingen van buitenaf Storingen in signaalkabels kunnen ontstaan door magnetische en elektrische velden, door capacitieve overdracht tussen twee geleiders en potentiaalverschillen. * Magnetische velden ontstaan door stromen in kabels. Voorbeelden waarbij men alert moet zijn op deze verstoringen, zijn kabels waar hoge stromen (Ampères) lopen. Dit komt vooral voor bij elektromotoren los of ingebouwd in koelinstallaties, vacuumpompen, mestpompen e.d. Externe elektromagnetische velden zijn aanwezig in de buurt van straalzenders. * Elektrische velden ontstaan indien zich in de directe omgeving van de signaalkabel kabels bevinden die een hoge spanning voeren (honderden Volts). Dit kan voorkomen bij het afschakelen van spoelen (spanningspieken). Spoelen komen veelvuldig voor, bijvoorbeeld in elektromotoren, magneetkleppen en TL-armaturen. Externe elektrische velden zijn aanwezig bij hoogspanningsleidingen. * Capacitieve overdracht ontstaat bij kabels die parallel lopen op korte afstand van elkaar, bijvoorbeeld in een kabelgoot. Twee geleiders met daartussen een isolator vormt een condensator. Een condensator is in staat wisselspanning over te dragen van de ene geleider op de andere. * Grote ongewenste potentiaalverschillen over een signaalkabel tussen sensor en het data-acquisitiesysteem ontstaan door blikseminslag in de omgeving van de meetopstelling. Bij een directe inslag is grote schade aan het meetsysteem niet te voorkomen. B. Afwijkingen door ontwerpfouten Het ontwerp van een meetsysteem dient zodanig te zijn uitgevoerd dat het sensorsignaal zonder afwijkingen getransporteerd wordt naar het data-acquisitiesysteem. Voorkomende ontwerpfouten zijn spanningsval over de GND (ground = elektronische aarde) van het meetsysteem, aardlussen en verkeerd gebruik van de netaarde. * Spanningsval over GND komt voor als de GND zowel gebruikt wordt voor het signaaltransport als de voeding van de sensor. Bijvoorbeeld de kabelweerstand bedraagt 5Ω en de stroom bijvoorbeeld 20 mA dan zal de spanningsval 100 mV zijn. Bij een variabele voedingsstroom zal deze spanningsval ook variëren. Indien geen voorziening is getroffen veroorzaakt dit een meetfout. * Aardlussen ontstaan indien in het systeem dubbele aardverbindingen voorkomen. * Netaarde is een veiligheidsaarde en is bedoeld om te voorkomen dat metalen delen, die kunnen worden aangeraakt, zoals behuizingen, onder spanning komen te staan. Bij sensoren met een 220 V voeding moet de metalen behuizing wel met netaarde worden verbonden, maar er mag geen verbinding bestaan met het meetsignaal (controleren !).

Oplossingen ter voorkoming van bovengenoemde problemen A. storingen van buitenaf * De invloeden van magnetische en elektrische velden kunnen geminimaliseerd worden door: -voldoende afstand, een meter voldoet al, tussen stroomvoerende kabels en signaalleiding te handhaven. -gebruik te maken van afgeschermde kabel. De afscherming dient aan één zijde, de data-acquisitie zijde, elektronisch geaard te worden (beslist geen netaarde). -differentieel te meten. Bij deze meettechniek wordt gebruik gemaakt van drie ingangen, de HIgh, de LOw en de common. De common is in principe gemeenschappelijk, aardlussen mogen echter niet voorkomen. Het meetsignaal wordt toegevoerd aan de HI en de LO. De HI en de LO mogen niet zweven t.o.v. de common. De spanning tussen de LO en de common vermeerdert met de spanning tussen LO en HI mag niet buiten het ingangsbereik van het data-acquisitiesysteem komen. De eigenschappen van deze meetmethode zijn: 1) De LO van het signaal en de GND zijn niet met elkaar doorverbonden (minder kans op aardlussen). 2)

Storingen die ontstaan in zowel de HI als de LO worden gecompenseerd doordat het verschilsignaal tussen de HI en de LO wordt geregistreerd. * De capacitieve overdracht kan voorkomen worden door voldoende afstand te bewaren tussen kabels met hoge spanningen of spanningspieken en de signaalkabel. In het algemeen is 100 mm afstand reeds voldoende. Met name bij counter ingangssignalen is dit van groot belang. Stoorpieken worden anders ook geteld. * De gevolgen van een blikseminslag in de omgeving kunnen worden beperkt door galvanische scheiding tussen sensoren met bekabeling en het data-acquisitiesysteem. Voor digitale signalen kan gebruik worden gemaakt van opto-couplers. Voor analoge signalen kan gebruik worden gemaakt van een isolatieversterker (duur) of een spannings-frequentie omzetter met daarna een opto-coupler en meting via een counteringang.

B. Afwijkingen door ontwerpfouten * Het probleem van de spanningsval over de GND kan op verschillende manieren worden opgelost, namelijk: 1) in geval gebruik gemaakt wordt van single ended meting moet elke sensor worden voorzien van een eigen zwevende voeding. Zwevend wil zeggen geen galvanische verbinding met de GND van het data-acquisitiesysteem. De GND van het signaal en de GND van de voeding moeten gescheiden worden bedraad. 2) in geval gebruik gemaakt wordt van differentiële ingangen en een gemeenschappelijke voeding moet voor elke sensor de HI en de LO apart bedraad worden. De GND mag binnen deze groep gemeenschappelijk worden gebruikt. 3) in geval gebruik gemaakt wordt van differentiële ingangen en zwevende voedingen, dan moet van elke sensor de HI, de LO en de GND bedraad worden. Alle GND's dienen aan de zijde van het data-acquisitiesysteem met elkaar verbonden te worden. De tweede en de derde oplossing verdienen de voorkeur, omdat daarbij storingen op de kabel worden gecompenseerd. * Aardlussen worden voorkomen door: 1) de afscherming van een sensorkabel slechts aan één zijde te aarden (de dataacquisitiezijde). 2) de signaalaarde van de sensor en de voedingsaarde als dat nodig is slechts op een plaats te verbinden. Veelal is deze verbinding in de sensor al aanwezig (zie elektrisch schema of meet dit na !). Nog een keer aarden moet in dit geval worden nagelaten. * Verkeerd gebruik van de netaarde kan worden voorkomen door: - de netaarde bij de sensoren met 220 V voeding gescheiden te houden van de voedingsaarde en de uitgangsaarde. Bij het data-acquisitiesysteem moet de netaarde gescheiden zijn van de voeding. Bij sensoren met een 220 V voeding moet de een metalen behuizing wel worden met netaarde worden verbonden, maar er mag geen verbinding bestaan met het meetsignaal (controleren !).

Overige zaken van elektronische aard Keuze spanningsuitgang of stroomuitgang bij sensoren Bij de meeste sensoren kan men kiezen tussen een spanningsuitgang of een stroomuitgang: * spanningsuitgang: Het bereik van de te meten grootheid aan de ingang van de sensor wordt omgezet in een uitgangsspanning van 0-10 V of van -10 tot +10 V of iets soortgelijks. De kabel die het signaal transporteert voert alleen spanning maar geen stroom, daardoor wordt er vooral bij lange leidingen gemakkelijk spanningen van buitenaf opgenomen. * stroomuitgang komt voor als 4-20 mA of 0-20 mA. Een stroomuitgang heeft het volgende voordeel: - de kabelweerstand heeft geen invloed op de uitgangsstroom. De 4-20 mA heeft als additionele voordelen: -er loopt onder alle omstandigheden een stroom, waardoor er minder kans op beïnvloeding van buiten af is. - een kabelbreuk is gemakkelijk te detecteren omdat de stroom dan wegvalt (nul mA ligt normaliter buiten het meetbereik).

Sensoren die slechts van een spanningsuitgang zijn voorzien kunnen door middel van een spannings-stroom converter toch een stroomuitgang leveren. Nadeel is dat de converter weer een eigen voeding nodig heeft. Transport van blokgolven over lange leidingen Elke kabel vertoont de eigenschappen van een spoel en condensator. Dit heeft tot gevolg dat bloksignalen vervormd kunnen worden. De vervorming bestaat uit het afvlakken van de blokflanken of het opslingeren van het signaal (denderen). Het effect dat de overhand krijgt is afhankelijk van zaken als kabellengte, blokfrequentie, stijgtijd van de flanken. Daardoor is het mogelijk dat pulsen gemist worden of meerdere malen geteld worden. Hiervoor zijn twee oplossingen denkbaar: 1) Het toepassen van stroomsturing en de kabel laag-ohmig afsluiten. De spanningspuls wordt bij de sensor omgezet in een stroompuls. 2) Ontdenderen met een anti-dender IC (anti-bounch chip). Deze oplossing is alleen toepasbaar als de verhouding tussen de kleinste en de grootste pulsbreedte niet te groot is. Raadpleeg hiervoor een deskundige. Het is overigens zeer aan te bevelen om het ontwerp van een meetopstelling samen met een ervaren elektronicus uit te werken en deze ook bij de bouw daarvan in te schakelen. Een adviserende rol kan in veel gevallen al voldoen.

Bijlage VII. Soorten van fouten Bij toevallige fouten vindt men bij herhaalde meting van dezelfde grootheid met hetzelfde meetinstrument steeds een andere waarde. Toevallige fouten ontstaan als gevolg van een groot aantal, vaak onbekende oorzaken, die onafhankelijk van elkaar het meetresultaat beïnvloeden. Een maat voor toevallige fouten is de standaardafwijking of de variatiecoëfficiënt. Onder de maximale toevallige fout wordt doorgaans 3 maal de standaardafwijking verstaan. Soms wordt daarvoor de term onzekerheid of (on)precisie gebruikt. Systematische fouten zorgen ervoor dat het gemiddelde van een groot aantal metingen afwijkt van de werkelijke gemiddelde waarde. Systematische fouten ontstaan door het gebruik van een verkeerde "meetlat". Als een meetapparaat verkeerd is ingesteld, zal de meetwaarde systematisch afwijken van de werkelijke waarde. IJking heeft tot doel systematische fouten te minimaliseren. De systematische fout is het verschil tussen het gemiddelde van herhaalde metingen en de werkelijke waarde. Een andere systematische fout ontstaat door het niet specifiek zijn van een meetmethode voor een bepaald gas. Aanwezigheid van stoorgassen verhoogt het signaal, waardoor een systematische fout ontstaat. Met een voor NH3-meting geschikt gemaakte NOx-monitor worden bijvoorbeeld aminen meegemeten. Om het bestaan van dergelijke interferentie te ontdekken, zou men twee verschillende meetmethoden voor dezelfde component naast elkaar kunnen gebruiken. De onnauwkeurigheid is de som van systematische en maximale toevallige fout. Menselijke fouten kunnen vergissingen zijn (zoals het verkeerd aflezen van een gasmeter, verkeerd opschrijven van de afgelezen waarde), maar ook denkfouten in het opzetten van een meetopstelling (bijvoorbeeld het opnemen van een flowmeter op een plaats in de opstelling waar de druk variabel is of op een plaats waar de druk niet overeenkomt met de druk waarvoor de meter is geijkt) en het vergeten achtergrondmetingen uit te voeren. Menselijke fouten kunnen zowel resulteren in systematische als absolute fouten. Apparatuurfouten kunnen inherent zijn aan het apparaat (gevoeligheid, nauwkeurigheid), maar ook aan slecht onderhoud te wijten zijn (vervuiling van flowmeters, een verlopen instelling, vervuiling van optische systemen, slijtage van lagers, etc.). Ook kunnen apparatuurfouten optreden als gevolg van een onjuiste opstelling (wisselende omgevingstemperatuur of -druk). Vaak zullen apparatuurfouten zich op de korte termijn als systematische fouten openbaren; soms ontstaan zij sluipend en zijn ze alleen via regelmatige ijking van de instrumenten te achterhalen. Verwerkingsfouten kunnen ontstaan door een onjuiste dataverwerking (lees: programmatuur) in het apparaat zelf of door het toepassen van verkeerde omrekeningsfaktoren, statistische bewerkingen, enzovoort. Vaak zullen ook verwerkingsfouten leiden tot systematische fouten. Nog andere foutenbronnen die in de loop van een meting kunnen optreden zijn: Fouten samenhangend met het meetobject: Indien het meetobject niet voldoende het fysische model benadert dat wij ervan opgesteld hebben teneinde aan het object te kunnen meten, zal het meetobject zelf reeds een foutenbron zijn. Voorbeelden: de bepaling van de brekingsindex van een inhomogene stof of meting op een beperkt aantal punten in een stal met grote variatie in ventilatie en concentratie in de ruimte. Lekken in een stal kunnen ook tot dit soort fouten leiden. Methodefouten: De methodefout is de afwijking door de onvermijdelijke wederzijdse beïnvloeding van de te meten grootheid en het meetinstrument. Voorbeelden: een thermometer beïnvloedt door zijn warmtecapaciteit de te meten temperatuur. Apparatuur voor monsterneming moet een laag monsterdebiet hebben ten opzichte van het ventilatiedebiet van de ruimte waarin gemeten wordt. Processen mogen door een meetmethode niet worden benvloed. Fouten die ontstaan door uitwendige invloeden: Bij dit soort fouten is er sprake van faktoren buiten het eigenlijke experiment om die invloed hebben op de resultaten van de meting. Voorbeeld: uitwendige velden bij elektrische metingen. Interpretatiefouten: Interpretatiefouten zijn afwijkingen die ontstaan doordat het fysisch-mathematisch model op grond waarvan we de grootheid berekenen, een niet geheel juiste beschrijving van de werkelijkheid is. Voorbeeld: het verwaarlozen van de weerstand van verbindingsdraden in een elektrisch circuit.

Bijlage VIII. CO2-meting en CO2-balansberekening Voorbeelden van ventilatiedebietberekening op grond van de CO2-balans Melkveehouderij: ligboxenstal In dit voorbeeld wordt uitgegaan van de meest eenvoudige CO2-balans benadering, d.w.z. een steekproefsgewijze meting (§ 3.7.5.1) en een stationaire benadering van de CO2-balans op volumebasis. Het ventilatiedebiet is dan te berekenen met de volgende formule: Install Equation Editor and doubleFv = ventilatiedebiet 3 click here to view equation. in [m /s] Fprod = CO2 produktie in 3 de stal [m /s] ci,ce = CO2 concentratie als volume fractie [-] Aangenomen is dat er geen verschil bestaat tussen de volumestromen van in- en uitgaande ventilatielucht t.g.v. temperatuur- en luchtvochtigheidsverschillen. Gegevens: De CO2-produktie van een koe met een lichaamsgewicht van 600 kg en een gemiddelde dagproduktie van circa 20 liter bedraagt per 100 kg lichaamsgewicht 32 liter CO2 per uur. - CO2-produktie per koe is dan 192 (6*32) liter per uur Er wordt uitgegaan van zowel naar tijd als naar plaats gemiddelde CO2-concentraties. Middels steekproefsgewijze metingen zijn de CO2 concentraties in het binnen- en buitenklimaat bepaald op: - CO2 buitenklimaat 0,03 vol.% - CO2 stalklimaat 0,06 vol.% Toepassing van bovenstaande formule geeft voor het ventilatiedebiet: Install Equation Editor and doubleDe hierboven gebruikte 3 click here to view equation. [m /dier.uur]benadering van de CO2produktie is onnauwkeurig. In het algemeen zijn warmteproduktiemodellen voor de berekening van de CO2-produktie van de dieren adequatere hulpmiddelen (zie literatuur). Cruciaal bij deze methode is ten eerste de bepaling van een representatieve CO2-concentratie in de stal; d.w.z. plaats, tijdstip en frequentie van metingen en ten tweede een representatieve bepaling van de CO2-produktie; d.w.z. juiste inschatting dierparameters, activiteitsniveau, evt. CO2produktie uit andere bronnen. 3

Bij uitdrukking van de concentraties in de afgesproken standaardeenheden [mg/m ] NTP 3 of in [mg/m ] bij heersende omstandigheden kan het van belang ook de temperatuur (, luchtvochtigheid) en luchtdruk in de stal te meten. Install Equation Editor and doublewaarin: p = atmosferische click here to view equation. druk in [kPa] T= luchttemperatuur in [K] x = waterdampgehalte in [kg wd/kg droge lucht] 3

CO2-conc.: 600 ppm = 0,06 vol-% = 1178 mg/m NTP (NTP: temp.= 0 °C; 1 atm= 101,325 kPa; (x= 0 kg waterdamp/kg droge lucht))

Bijlage VIII (vervolg) Pluimvee: legkippenstal We beschouwen een legkippenstal (Witte Leghorn) voor 20.000 legkippen (compactbatterijen 5 rijen, 5 kooien hoog; lxbxh= 43x12,5x5,13m). De leghennen worden niet gerantsoeneerd tijdens de legperiode. De staltemperatuur wordt op minimaal 22 °C gehandhaafd (bijverwarmen). Een samenvatting van de produktiegegevens van de leghennen is weergegeven in tabel IX.1, incl. de totale warmte- en CO2-produktie. Tabel IX.1 Produktiegegevens van een legperiode op een toetsbedrijf, inclusief warmteen CO2-produktie. Leeftijd (weken)

Gewicht per aanwezige hen (g)

voeropname (g) per aanwezige hen per dag

aantal eieren p.a.h. in actuele periode (4 weken)

eigewicht (g) in actuele periode

totale warmteproduktie per aanwezige hen (W)

CO2-produktie totaal (kg/s)

20-24 44-48 68-72

1424 1566 1708

92 114 117

18,5 25,0 21,1

48,4 62,3 65,1

8,8 9,4 12,3

0,0152 0,0162 0,0213

De CO2-produktie van de leghennen is berekend met behulp van het 'rekenmodel van de 1 energiebalans van leghennen' (Groenestein & Van Ouwerkerk, 1990 ) en aanvullende vergelijkingen voor de berekening van de CO2-produktie: De respirabele gaswisseling bij normale temperatuur en druk (NTP) volgens Brouwer (1965) is:

Install Equation Editor and do click here to view equation. waarin: Q= totale warmteproduktie (MJ) 3 O2= respirabele zuurstofconsumptie (m NTP) 3 CO2= respirabele kooldioxydeproduktie (m NTP) De CO2-produktie per eenheid van warmteproduktie bij normale druk en temperatuur is:

Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

De respiratiecoëfficiënt is daarbij gesteld op 1. De dichtheid van CO2 is

Install Equation Editor an click here to view equatio Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. De respirabele kooldioxyde-produktie 70 in de legkippen kan aldus worden geschreven: Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. waarin: pi= luchtdruk in de stal (Pa) ti= staltemperatuur (°C) n= aantal dieren Qa = totale warmteproduktie per dier (bij het heersende stalklimaat) (W) Eventuele CO2-produktie uit andere bronnen wordt in dit voorbeeld verwaarloosd. In werkelijke omstandigheden zal voor ieder stalsysteem afzonderlijk beoordeeld moeten worden hoeveel kooldioxydeproduktie naast de dierlijke produktie te verwachten is. Meestal ligt dit onder 5%.

1

Groenestein, C.M. & E.N.J. van Ouwerkerk, 1990. Rekenmodel van de energiebalans van leghennen (KIP). Rapport 227. IMAG-DLO, Wageningen.

Het ventilatiedebiet Fv in de stal is bij een vrij constant debiet (mechanische ventilatie) te berekenen met:

Install Equation Editor and d click here to view equation. Install Equation Editor and doubleclick here to view equation. 73= representatieve CO2-concentratie in de stal waarin: 3 (mg/m ) Install Equation Editor and double3 click here to view equation. 74= CO -concentratie buiten (mg/m ) 2

Bij een zeer variabel ventilatiedebiet (natuurlijke ventilatie) is het belangrijker de opslagterm van de balansvergelijking mee te nemen. Dit is echter alleen zinnig als de meetfrequentie voldoende hoog is. Daarnaast is het bij deze methode cruciaal dat, evenals in het voorgaande voorbeeld, iedere bepaling van de CO2-concentratie in de stal representatief is voor de gemiddelde stalluchtconcentratie. Daarnaast moeten uiteraard ook de temperatuur en luchtdruk in de stal worden gemeten indien, zoals hier, de gassen van volume- naar massa-eenheden worden omgerekend. In dit voorbeeld worden invloed van dieractiviteit op de totale warmteproduktie en de invloed van CO2-buffering in de stallucht gemakshalve verwaarloosd. Stel gemeten CO2-concentratie in stallucht uit een reeks van waarnemingen is 3000 ppm. 3 Dit komt overeen met 5337,6 mg/m (t= 22 °C; RV= 80%; p= 101,325 kPa). De bijbehorende CO2-concentratie in de buitenlucht bedraagt 365 ppm. Na opwarming tot 3 stalluchttemperatuur betekent dit 649,4 mg/m . Worden deze meetwaarden toegepast op de drie in tabel 1 weergegeven CO2-produktieniveaus, dan vinden we voor de uitgaande 3 ventilatielucht de volgende debieten: 3,24, 3,46 en 4,54 m /s. Bij een stalvolume van 3 -1 2750 m houdt dit ventilatievouden in van resp. 4,24, 4,53 en 5,94 [h ].

Bijlage IX. Meetmethoden voor indicatieve bronsterktebepaling (1 ppm = 0,759 mg NH3 /m3 NTP) meetmethode

meetbereik 3 in mg/m

eis: 3 0,38-38/76 mg/m

Hfst

meetnauwkeurigheid t.o.v. de meetwaarde (%)

meetduur per meting (uur:min)

eis: <10

eis: <01:00

interfererende componenten 1=aminen 2=NOx 3=CO2 4=H2O 5=carbonzuren 6=H2S 7=NH4+-aerosol 8=SO2

extra leidingen noodzakelijk

drift (% van volle schaalbereik/ dag)

ijking nodig (nx/mnd)

in principe inzetbaar in stallen

meetresultaten in stallen beschikbaar

score b=bruikbaar m=mogelijk bruikbaar n=niet bruikbaar o=in onderzoek

eis: <2

2.1

NH3-converter + NOx-analyser

0,020-1000

<2

continu

1,2,7

ja

1

4

ja

ja

b

2.2

NDIR

0,38-76

<5

continu

3,4,5

ja

<0,14

4

ja

ja

o

2.3

Laser fotoakoestiek in het infrarood

0,00008- >76

<2

continu

3,4

ja

onbek.

onbek.

nee

nee

n

2.4

Filterpakket

*

<10

*

n.v.t

nee

n.v.t

n.v.t

ja

ja

b

2.5

Denuder/filterpakket

*

<10

*

n.v.t

nee

n.v.t

n.v.t

ja

nee

m

2.6

Annular denuder/filterpakket

*

<10

*

n.v.t

nee

n.v.t

n.v.t

ja

nee

m

2.7

Roterende denuder

*

<5

*

n.v.t

ja

n.v.t

n.v.t

ja

nee

m

2.8

Roterende denuder met on-line detector

*

<2

*

1

ja

<0,3

2

ja

nee

m

2.9

3 Thermodenuder (flow 1 m /h)

0,002-0,8

<5

00:05

1

ja

>1

4

nee

nee

n

2.10

Gaswasfles

0,001-140

≤5

00:10

7

nee

n.v.t.

elke serie

ja

ja

b

2.11

GasdetectiebuisjesDräger Kitagawa

0,15-113 0,15-197

<20 <10

00:10 00:01

1,4 1,4

nee nee

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

ja ja

ja ja

o o

2.12

Elektrochemische cel

7,6-76

>5-<15

00:10

1,2,6,8

nee

<1

0,3

ja

ja

n

2.13

Passieve samplers vlakke (meetduur 10 min) buisvormige ( 1 uur)

0,26-1350 0,91-690

5 15

00:10 01:00

n.v.t n.v.t

nee nee

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

ja ja

ja nee

b m

2.14

DOAS (bij lichtweg 0,50 m)

0,012-190

<10

continu

2

nee

1,5 ppm.m/mnd

onbek.

ja

ja

o

eis: ** 3 500-15.000 m /h

eis: <10

eis: <01:00

*

3.1

Meetventilator (ventil.koker diam. 0,50 m)

280-14.000

5

continu

n.v.t

n.v.t

n.v.t

0,1

ja

ja

b

3.2

Pitotbuis (ventil.koker diam. 0,50 m)

2000-70.500

1-25

00:10

n.v.t

n.v.t

onbek.

onbek.

nee

nee

n

3.3

Hittedraad-anemometer (ventil.koker diam. 0,50 m)

35-14.000

5-25

continu

n.v.t

n.v.t

onbek.

0,1

ja

ja

b

3.4

Meetflens (eis:kokerlengte>10*diameter)

20-100.000

5

continu

n.v.t

n.v.t

onbek.

0,1

nee

nee

n

3.5

Verschildruk-meting

stalafhankelijk: -1 5 - 60 h

<50

continu

n.v.t

n.v.t

<1

4

nee

nee

n

3.6

Tracergas-methoden ROD ROA CT

tabel 3.6.1 tabel 3.6.2/3.6.3 0- >1.000.000

<10 <10 <10

01:00 <00:30 continu

tracergasafh. tracergasafh. tracergasafh.

ja ja ja

n.v.t n.v.t <0,5

4 4 8

ja ja nee

ja ja nee

m m o

3.7

CO2-balans

tabel 3.7.3

<40

continu

4

ja

<0,5

8

ja

ja

m

3.8

Warmtebalans

tabel 3.8.3

<40

continu

n.v.t

nee

n.v.t.

0

ja

nee

o

3.9

Vleugelrad-anemometer (ventil.koker diam. 0,50 m)

140-14.000

2-25

continu

n.v.t

n.v.t

n.v.t

0,1

ja

ja

b

3

monsternameduur en debiet van instrument kunnen zodanig worden gekozen, dat meetbereik 0,1-38 mg/m haalbaar is;

**

mechanisch geventileerde stallen 250-15.000, natuurlijk geventileerde stallen tot 150.000 m3/h

Bijlage IX. Meetmethoden voor bronsterktebepaling t.b.v. emissiefaktoren (1 ppm = 0,759 mg NH3 /m3 NTP) meetmethode

Hfst

meetnauwkeurigheid t.o.v. de meetwaarde (%)

meetduur per meting (uur:min)

eis: 3 0,38-38/76 mg/m

eis: <5

eis: <24:00

meetbereik in mg/m3

interfererende componenten 1=aminen 2=NOx 3=CO2 4=H2O 5=carbonzuren 6=H2S + 7=NH4 -aërosol 8=SO2

extra leidingen noodzakelijk

drift (% van volle schaalbereik/ dag)

ijking nodig (nx/mnd)

in principe inzetbaar in stallen

meetresultaten in stallen beschikbaar

score

ja ja

ja ja

b o

b=bruikbaar m=mogelijk bruikbaar n=niet bruikbaar o=in onderzoek

eis: <2

2.1 2.2

NH3-converter + NOx-analyser NDIR

0,020-1000 0,38-76

<2 <5

continu continu

1,2,7 3,4,5

ja ja

1 <0,14

4 4

2.3 2.4

Laser fotoakoestiek in het infrarood Filterpakket

0.00008

<2

continu

3,4

ja

onbek.

onbek.

nee

nee

o

*

<10

*

n.v.t

nee

n.v.t

n.v.t

ja

ja

n

2.5

Denuder/filterpakket

*

Annular denuder/filterpakket

*

<10 <10

*

2.6

n.v.t n.v.t

nee nee

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

ja ja

nee nee

n n

2.7

Roterende denuder

*

Roterende denuder met on-line detector

*

<5 <2

*

2.8

n.v.t 1

ja ja

n.v.t <0,3

n.v.t 2

ja ja

nee nee

n m

2.9

Thermodenuder (flow 1 m3/h)

<5

00:05 00:10

1 7

ja nee

>1 n.v.t.

4 elke serie

nee ja

nee ja

n b

00:10 00:01

1,4 1,4

nee nee

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

ja ja

ja ja

o o

*

*

2.10

Gaswasfles

0,002-0,8 0,001-140

2.11

GasdetectiebuisjesDräger Kitagawa

0,15-113 0,15-197

≤5 <20 <10

2.12 2.13

Elektrochemische cel Passieve samplers vlakke (meetduur 10 min) buisvormige ( 1 uur)

7,6-76 0,26-1350 0,91-690

>5-<15 5 15

00:10 00:10 01:00

1,2,6,8 n.v.t n.v.t

nee nee nee

<1 n.v.t n.v.t

0,3 n.v.t n.v.t

ja ja ja

ja ja nee

n b n

2.14

DOAS (bij lichtweg 0,50 m)

0,012-190

<10

continu

2

nee

1,5 ppm.m/mnd

onbek.

ja

ja

n

eis: 500-15.000** m3/h

eis: <10

eis: <24:00

3.1

Meetventilator (ventil.koker diam. 0,50 m)

280-14.000

5

continu

n.v.t

n.v.t

n.v.t

0,1

ja

ja

b

3.2 3.3

Pitotbuis (ventil.koker diam. 0,50 m) Hittedraad-anemometer (ventil.koker diam. 0,50 m)

2000-70.500 35-14.000

1-25 5-25

00:10 continu

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

onbek. onbek.

onbek. 0,1

nee ja

nee ja

n n

3.4 3.5

Meetflens (eis:kokerlengte>10*diameter) Verschildruk-meting

20-100.000 stalafhankelijk -1 5-60 h

5

continu

n.v.t

n.v.t

onbek.

0,1

nee

nee

n

<50

continu

n.v.t

n.v.t

<1

4

nee

nee

o

3.6

Tracergas-methoden ROD ROA CT CO2-balans

tabel 3.6.1 tabel 3.6.2/3.6.3 0 - > 1.000.000 tabel 3.7.3

<10 <10 <10 <40

<01:00 <00:30 continu continu

tracergasafh. tracergasafh. tracergasafh. 4

ja ja ja ja

n.v.t n.v.t <0.5 <0.5

4 4 8 8

ja ja nee ja

ja ja nee ja

m m o o

Warmtebalans Vleugelrad-anemometer (ventil.koker diam. 0,50 m)

tabel 3.8.3 140-14.000

<40 2-25

continu continu

n.v.t n.v.t

nee n.v.t

n.v.t n.v.t

0 0,1

ja ja

nee ja

o n

extra leidingen noodzakelijk

drift (% van volle schaalbereik/ dag)

ijking nodig (nx/mnd)

in principe inzetbaar in stallen

meetresultaten in stallen beschikbaar

score

3.7 3.8 3.9 * **

monsternameduur en debiet van instrument kunnen zodanig worden gekozen, dat meetbereik 0,1-38 mg/m3 haalbaar is; mechanisch geventileerde stallen 250-15.000, natuurlijk geventileerde stallen tot 150.000 m3/h

Bijlage IX. Meetmethoden voor procesonderzoek en modelvorming/validatie (1 ppm = 0,759 mg NH3 /m3 NTP) meetmethode

meetbereik 3 in mg/m

meetnauwkeurigheid t.o.v. de meetwaarde (%)

meetduur per meting (uur:min)

interfererende componenten 1=aminen 2=NOx 3=CO2 4=H2O 5=carbonzuren 6=H2S + 7=NH4 -aërosol 8=SO2

b=bruikbaar m=mogelijk bruikbaar n=niet bruikbaar o=in onderzoek 179

Hfst

eis: 0,38-38/76 mg/m3

eis: <5

eis: <01:00

eis: <2

2.1

NH3-converter + NOx-analyser

0,020-1000

<2

continu

1,2,7

ja

1

4

ja

ja

b

2.2 2.3

NDIR Laser fotoakoestiek in het infrarood

0,38-76 0.00008 - >76

<5 <2

continu continu

3,4,5 3,4

ja ja

<0,14 onbek.

4 onbek.

ja nee

ja nee

o o

<10 <10

*

n.v.t n.v.t

nee nee

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

ja ja

ja nee

n n

<10 <5

*

n.v.t n.v.t

nee ja

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

ja ja

nee nee

n n

<2 <5

*

1 1

ja ja

<0,3 >1

2 4

ja nee

nee nee

m n

2.4

Filterpakket

*

2.5

Denuder/filterpakket

*

2.6

Annular denuder/filterpakket

*

2.7

Roterende denuder

*

2.8

Roterende denuder met on-line detector

2.9

3

*

*

*

Thermodenuder (flow 1 m /h)

0,002-0,8

2.10

Gaswasfles

0,001-140

7

nee

n.v.t.

elke serie

ja

ja

b

GasdetectiebuisjesDräger Kitagawa

0,15-113 0,15-197

≤5 <20 <10

00:10

2.11

00:10 00:01

1,4 1,4

nee nee

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

ja ja

ja ja

o o

2.12 2.13

Elektrochemische cel Passieve samplers vlakke (meetduur 10 min) buisvormige ( 1 uur)

7,6-76 0,26-1350 0,91-690

>5-<15 5 15

00:10 00:10 01:00

1,2,6,8 n.v.t n.v.t

nee nee nee

<1 n.v.t n.v.t

0,3 n.v.t n.v.t

ja ja ja

ja ja nee

n b n

2.14

DOAS (bij lichtweg 0,50 m)

0,012-190

<10

continu

2

nee

1,5 ppm.m/mnd

onbek.

ja

ja

n

eis: 500-15.000** m3/h

eis: <10

eis: <01:00

3.1

Meetventilator (ventil.koker diam. 0,50 m)

280-14.000

5

continu

n.v.t

n.v.t

n.v.t

0,1

ja

ja

b

3.2 3.3

2000-70.500 35-14.000

1-25 5-25

00:10 continu

n.v.t n.v.t

n.v.t n.v.t

onbek. onbek.

onbek. 0,1

nee ja

nee ja

n n

3.4

Pitotbuis (ventil.koker diam. 0,50 m) Hittedraad-anemometer (ventil.koker diam. 0,50 m) Meetflens (eis:kokerlengte>10*diameter)

continu

n.v.t

n.v.t

onbek.

0,1

nee

nee

n

Verschildruk-meting

20-100.000 stalafhankelijk 5 - 60 h-1

5

3.5

<50

continu

n.v.t

n.v.t

<1

4

nee

nee

o

3.6

Tracergas-methoden ROD ROA CT

tabel 3.6.1 tabel 3.6.2/3.6.3 0 - >1.000.000

<10 <10 <10

<01:00 <00:30 continu

tracergasafh. tracergasafh. tracergasafh.

ja ja ja

n.v.t n.v.t <0.5

4 4 8

ja ja nee

ja ja nee

m m o

3.7 3.8

CO2-balans Warmtebalans Vleugelrad-anemometer (ventil.koker diam. 0,50 m)

tabel 3.7.3 tabel 3.8.3

<40 <40

continu continu

4 n.v.t

ja nee

<0.5 n.v.t

8 0

ja ja

ja nee

n (wel in o) o

140-14.000

2-25

continu

n.v.t

n.v.t

n.v.t

0,1

ja

ja

n

3.9 * **

00:05

monsternameduur en debiet van instrument kunnen zodanig worden gekozen, dat meetbereik 0,1-38 mg/m3 haalbaar is; mechanisch geventileerde stallen 250-15.000, natuurlijk geventileerde stallen tot 150.000 m3/h

180

181

Deelnemende instellingen en bedrijven in de werkgroep "Meetmethoden NH3-emissie uit stallen": Cehave Dienst Landbouwkundig Onderzoek Energieonderzoek Centrum Nederland Gezondheidsdienst voor Dieren in Noord-Nederland Hendrix' Voeders Landbouwuniversiteit Proefstation voor de Varkenshouderij Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne Rijksuniversiteit Utrecht TNO