Dimensionering av belysningsstyrka i djurstallar med programmet DiaLux och en kvantitativ jämförelse av ljusmiljö i beteshagar och kostallar

Delprojekt 1: dimensionering av belysning i djurstallar Den totala direkta energivändningen inom jordbruket uppskattades till att vara 3,7 TWh/år varav 1,1 TWh/år var elenergi. Belysningen använder ca 10 % av elenergin i djurstallar undantaget värphöns där något mera används. Uppskattningsvis förbrukas 69-179 GWh av elenergin till belysning i stallar för olika djurslag. För att uppnå de rekommenderade värdena för belysningsstyrka använder specialister på belysning idag dimensioneringsprogram av typen Dialux där man utifrån lokalens mått, väggmaterialens färg och struktur väljer lämpliga armaturer och ljuskällor så att önskad intensitet och fördelning erhålls. Ljuskällorna definieras med både ljusflöde och spridningsvinkel för att även ge en jämn belysning när så krävs. Dimensioneringsprogrammen är emellertid inte anpassade till förhållandena i lantbruksbyggnader. Exempelvis finns inte uppgifter på reflektansen för specifika material i djurstallar såsom golvytor med strömedel alternativt gödsel. Det finns inte heller uppgifter på hur ljuskällans samt ytmaterialens reflektans påverkas av nedsmutsningen i djurstallar. Syftet med delprojekt 1 var att öka kunskapen om hur man dimensionerar energieffektiv belysning anpassad till djurstallar med moderna dimensioneringsprogram; att ta fram reflektansen för ytmaterial som är specifika för djurstallar och undersöka nedsmutsningens betydelse; samt att jämföra beräknad belysningsstyrka och ljusfördelning med uppmätta värden. Under vintern 2012-2013 har mätningar av byggnadsytornas reflektans samt belysningsstyrkan vid artificiell belysning i rummet utförts i 6 byggnader för djur. Mätningarna har utförts med hjälp av en referensskiva med känd reflektans samt ett universalinstrument för mätning av luminans, Hagner S4 Universal Photometer. Mätningarna genomfördes både före och efter att armaturernas kupor tvättats samt i två fall även före och efter att stallet tvättats. Samtliga lysrörsarmaturer var slutna och utan reflektorer. Belysningen i djurstallarna har beräknats med dataprogrammet Dialux (version 4.11) och beräknad belysningsstyrka samt ljusfördelning har jämförts med resultaten från mätningarna. Golven har lägst reflektans i djurstallar. Uppmätta värden ligger mellan 0,07 och 0,32. Fuktiga, nyligen tvättade och smutsiga golv har lägre reflektans (ca 0,10) än torra golvytor utanför boxarna (0,20 – 0,25). Fuktiga och smutsiga dränerande golv (betong, metall) kan ha lägre reflektans än 0,10. Strömedel på golv ökar reflektansen till ca 0,30. Boxmellanväggar och inredning har ofta högre reflektans än golven och har reflektans mellan 0,20 – 0,40. Innerväggar i djurstallarna är ofta målade och färgen avgör till stor del reflektansen. Mätningarna visar värden mellan 0,25 – 0,60, där reflektansen är lägre för nedre delen av väggarna både pga smutsmängd men även att nedre delen av väggarna är målade med mörkare färg. Övre delen av innerväggarna hade i ett fall mycket hög reflektans (0,91). Innertaket är ofta av ljus korrugerad plåt men kan också vara av träpanel. Plåttaken i de undersökta djurstallarna hade reflektans mellan 0,50 – 0,80. Både boxmellanväggar, innerväggar och innertak får högre reflektans efter tvättning. Reflektansen från en mjölkko (Holstein) mättes, där svart hårrem hade reflektansen 0,02 och vit hårrem 0,41. Belysningsstyrkan i stallarna var lägst för slaktsvin och högre för ko och häst. Belysningsnivån 0,45 m över golvet uppgick till 61-75 lux för slaktsvin, 164 lux för digivande suggor, 120 resp. 154 lux för mjölkkor och 255 resp. 135 lux för häst. Tvättning av lampkupor förbättrade ljusstyrkan med 3-20 % beroende på stalltyp, mer för svinstallar än för övriga. Störst skillnad i ljusfördelning (kvoten mellan uppmätt belysningsstyrka och medelbelysningsstyrka) hade grisningsstallet medan övriga låg på ca 0,55- 1,55. Belysningen i ett rum förändras med ljuskällans och armaturens ålder, nedsmutsning av armatur och ytor samt underhållsnivån. Beräkningarna i datorprogrammet Dialux är utförda med bibehållningsfaktorn 1,0 samt med uppmätta reflektanser för tvättade byggnadsytor. Den beräknade belysningsstyrkan var för samtliga byggnader högre än uppmätt belysningsstyrka. Skillnaden mellan uppmätt och beräknad belysningsstyrka var en faktor mellan 0,63 – 0,89. Genom att välja bibehållningsfaktor i Dialux kan effekten av ljuskällornas och armaturernas ålder, nedsmutsningen av armaturer och ytor samt underhållsnivån korrigeras. Dimensioneringsprogrammet Dialux är ett bra hjälpmedel för beräkning av belysningsstyrka i lantbruksbyggnader för att erhålla noggrannare dimensionering och energibesparing. Reflektansen för golvytorna i djurstallar varierar mellan 0,07 och 0,32 och beror av hur smutsiga och fuktiga golven är samt typ av golv och mängden strömedel. Boxmellanväggar har reflektans mellan 0,20 – 0,40 och innerväggar mellan 0,25 – 0,60. Innertak av korrugerad plåt har reflektans mellan 0,50 – 0,80. Totala bibehållningsfaktorn bör sättas till värden mellan 0,60 – 0,85 i djurstallar för att erhålla korrekt belysningsstyrka vid beräkning i programmet Dialux. Lägre bibehållningsfaktor (0,60 – 0,70) i stallar som blir mycket nedsmutsade (exempelvis gris- och nötstallar) och högre bibehållningsfaktor (0,80 – 0,85) stallar som blir mindre smutsiga (exempelvis häststallar). Beräkningar i programmet Dialux visade en ljusfördelning som var ±15 % från uppmätta värden. Hur inredning ritas in i Dialux kan påverka ljusfördelningen i stallet. För att förbättra noggrannheten vid beräkningar i programmet Dialux bör det införas standardritningar på utrustning och inredning som kan inverka på belysningsstyrka och ljusfördelning. Delprojekt2: ljusmiljön i kostall jämfört med hagmark Synsinnet hos respektive djurarter är anpassat till den naturliga miljö som de en gång utvecklades i. Detta betyder att både själva ögat och den del av hjärnan som behandlar synintryck hos varje djurart har sina speciella egenskaper som gör att synen fungerar på bästa sätt under ljusförhållanden som liknar den miljö deras vilda förfäder levde i. Det finns goda skäl att misstänka att djurens välbefinnande, tillväxt, hälsa och produktion påverkas av ljusmiljön. Analys av bildstatistik för utforskning av omvärldsmiljöer är en ny teknik som växt fram som en bas för kamerastyrd robotik. Med tekniken kan viktiga egenskaper i en visuell miljö identifieras. Bildstatistik ger möjligheter att både undersöka och förstå synsinnets egenskaper, men ännu har inte olika naturliga miljöer analyserats och karaktäriserats med hjälp av modern bildstatistik. Att undersöka ljusmiljöns effekt på djur borde kunna möjliggöra en bättre anpassning av ljusmiljön i ett djurstall. Syftet med delprojekt 2 var att undersöka om det är möjligt att utforma en ljusmiljö som bättre överensstämmer med djurens ursprungliga livsmiljö. Ett analysprogram utvecklades för att kvantitativt kunna jämföra ljusfördelning och kontrastrikedom i olika miljöer. Rådata utgörs av bilder tagna med ett fisheye-objektiv med en bildvinkel på 180°. Varje bild innehåller således information om ljusfördelning och kontraster i olika riktningar. Med hjälp av ett stort antal bilder i varje miljö kan analysprogrammet beräkna medelvärden för den vertikala fördelningen ljus, färger, kontraster och färgkontraster. Mätningar i hagmark och stallmiljö uppvisar mycket stora skillnader. Stallmiljön utmärks av mindre total variation, mindre färger och en onaturlig fördelning av kontraster. Hagmarken karakteriseras av ett mörkt band längs horisonten (beroende på att träd och buskar linjeras upp längs horisonten), medan stallmiljön istället har ett ljust band vid horisonten (fönster). Trots att mängden mätdata är begränsat visar resultaten på en uppenbar potential att med modern LED-belysning göra stallmiljöer betydligt mer naturliga och därmed skapa en möjlighet till ökat välbefinnande och minskad stress hos både djur och människor som befinner sig i miljön