Original paper

Emissions of ammonia and methane from a livestock building natural cross ventilation

Fiedler, A.M.; Müller, H.-J.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 20 No. 1 (2011), p. 59 - 65

published: Feb 1, 2011

DOI: 10.1127/0941-2948/2011/0490

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Abstract

Agriculture, especially animal husbandry, is a major source of the greenhouse gas methane as well as the gas ammonia. In order to develop reduction measures for emissions and immissions, two factors prove to be: firstly, to determine the emission mass flow from livestock buildings, and secondly, to understand the dispersion processes in its surroundings. The quantification of emissions from livestock buildings with naturally ventilation is a particularly difficult task. The experimental uncertainties are largely unknown but are expected to be considerable. Using poor quality emission data as model input in dispersion studies (wind tunnel or numerical simulations) will produce results with limited significance. Accordingly a field study has been conducted to quantify the emission mass flow from naturally ventilated livestock buildings. During two field campaigns in summer tracer gas experiments and measurements of gas concentrations within and around two naturally ventilated cow sheds in Mecklenburg-Vorpommern were carried out, in order to estimate the emission mass flow. It was found that the measured concentrations within the livestock building strongly depend on outside conditions such as e.g. the wind direction. Large uncertainties also arise from estimates of the air ventilation rate, which determines the emission mass flow. The data analysis shows high estimated ventilation rates of 1280-1380 m3/h/LU (1 LU = 500kg body weight) for cow shed 1 and 1140-1180 m3/h/LU for cow shed 2. These results suggest ammonia emission mass flow rates of about 4 g/h/LU for cow shed 1 and about 2 g/h/LU for cow shed 2, respectively.

Kurzfassung

Die Tierhaltung ist eine wesentliche Quelle sowohl des klimarelevanten Gases Methan als auch der Emission von Ammoniak. Ziel ist es Minderungsmaßnahmen zu entwickeln, welche die Emissionen sowohl von klimarelevanten Gasen als auch von Ammoniak deutlich reduzieren. Aus diesem Grunde werden zuverlässige Daten benötigt, welche die auftretenden Emissionen quantifizieren und ihre Ausbreitungsprozesse beschreiben. Die meisten Milchviehställe werden frei gelüftet. Die Quantifizierung von Emissionen aus Stallgebäden mit einer freien Lüftung ist problematisch und mit großen Unsicherheiten behaftet, da der Luftwechsel auf Grund der großen Lüftungsöffnungen nur sehr schwer experimentell bestimmt werden kann. Es werden jedoch zuverlässige Emissionsdaten insbesondere für Ausbreitungsuntersuchungen (numerisch oder im Windkanal) als Eingabeparameter benötigt, um verlässliche Prognosen zu erzeugen. Um die Datengrundlage von Emissionen aus frei gelüfteten Ställen zu erweitern, wurden im Sommer 2008 in zwei Messkampagnen Konzentrations- und Luftwechselmessungen in zwei Milchviehanlagen in MecklenburgVorpommern durchgeführt mit dem Ziel, die Emissionen aus den frei gelüfteten Milchviehställen zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen eine starke Abhängigkeit der gemessenen Gaskonzentrationen innerhalb des Stallgebäudes von den ¨außeren Randbedingungen, wie z. B. der Windrichtung. Weitere Unsicherheiten zur Quantifizierung der Emissionen entstehen bei der Bestimmung des Luftwechsels. Es konnten bei den untersuchten Milchviehställen sehr hohe Volumenströme von 1280-1380 m3/h/GV (1 GV = 500 kg Körpergewicht) für Anlage 1 und 1140-1180 m3/h/ GV für Anlage 2 ermittelt werden. Die hohen Volumenströme führen auch zu hohen Emissionsmassenströmen für diese Anlagen, z.B. für Ammoniak in Anlage 1 ca. 4 g/h/GV und in Anlage 2 ca. 2 g/h/GV.