Costruzioni rurali

Benessere animale e costruzioni rurali

Il benessere è uno stato generale di buon equilibrio fisico-mentale in cui l’animale si trova in armonia con l’ambiente circostante. È necessario ridurre lo stress, migliorare le condizioni ambientali dell'allevamento, aumentare la produttività e ridurre l’impatto ambientale.

Le cinque libertà

• Libertà dalla sete, dalla fame e dalla malnutrizione: l’animale deve avere accesso all’acqua fresca e a un’alimentazione in grado di favorire lo stato di salute e di vigore dell’animale.
• Libertà dal disagio: gli ambienti devono essere adeguati e avere delle aree di riposo confortevoli e riparate.
• Libertà dal dolore e dalle malattie: tramite prevenzione, diagnosi e terapia.
• Libertà di esprimere un comportamento normale: gli ambienti devono essere puliti, vi deve essere sufficiente spazio e la compagnia di individui della stessa specie.
• Libertà dallo stress e dalla paura: è necessario evitare condizioni di sofferenza mentale e fisica agli animali.

Leggi sul benessere animale

Il benessere animale è regolamentato dal decreto legislativo del 26 marzo 2001, numero 146. Questo afferma che il proprietario o il custode, ovvero il detentore, deve adottare misure adeguate per garantire il benessere degli animali affinché non gli vengano provocati dolore, sofferenze o lesioni inutili tramite l’ispezione giornaliera e l’isolamento e la cura degli animali malati e feriti. Vi sono regole specifiche per suini, vitelli e avicoli.

In generale

I materiali dei fabbricati e dei locali di stabulazione non devono essere nocivi per gli animali e devono poter essere accuratamente puliti e disinfettati. Non ci devono essere spigoli taglienti o sporgenze tali da provocare lesioni agli animali. La circolazione dell’aria, la quantità di polvere, la temperatura, l’umidità relativa dell’aria e le concentrazioni di gas devono essere mantenute entro limiti non dannosi per gli animali. Gli animali custoditi nei fabbricati non devono essere tenuti costantemente al buio o esposti all'illuminazione artificiale senza un adeguato periodo di riposo. L’alimentazione deve essere sana e adatta all’età e alla specie degli animali. Tutti gli animali devono aver accesso ai mangimi ad intervalli adeguati alle loro necessità fisiologiche. Tutti gli animali devono avere accesso a un’appropriata quantità di acqua.

Ambiente zootecnico

Per ambiente zootecnico si intende l’insieme dei diversi fattori che hanno un peso sulle varie funzioni vitali degli animali e che incidono sulle relative produzioni. I fattori ambientali più significativi sono:

• Temperatura
• Umidità dell’aria
• Velocità dell’aria

Sono presenti anche altri aspetti, non climatici, che concorrono a formare l’ambiente zootecnico:

• Presenza di gas nocivi
• Numerosità del box
• Spazio per capo
• Luminosità
• Polverosità
• Tipo di pavimentazione, influenza la temperatura critica inferiore
• Tipo di attrezzature

Temperatura

È il parametro sul quale si pone maggiormente l’attenzione in quanto influenza notevolmente la produzione ed è il parametro più semplice da controllare nel ricovero. I livelli di temperatura ottimali sono correlati a:

• Età
• Razza
• Livello alimentare

Gli animali allevati sono omeotermi, tendono a mantenere costante la loro temperatura corporea grazie a un complesso processo di termoregolazione. Questo sistema è efficace entro un certo campo di variazione della temperatura esterna oltre il quale l'animale non è più in grado di mantenere lo stato di omeotermia, con situazioni di ipo o ipertermia, fino alla morte da freddo o da caldo. Nel campo di temperature all’interno del quale la produzione di calore è minima e l’energia dell’alimento è massima e resta disponibile per la produzione viene definita come termoneutralità. La termoneutralità è delimitata da temperature critiche inferiore e superiore, al di sotto e al di sopra delle quali l’organismo deve spendere molta energia per mantenere l’omeotermia. La temperatura critica varia in funzione di:

• Livello alimentare
• Età
• Numerosità in box
• Tipo di pavimentazione
• Tipo di ventilazione

Bilancio termico

La trasmissione del calore sensibile riguarda tutti quei processi fisici nei quali una certa quantità di energia termica è trasferita spontaneamente da un sistema a un altro a causa di una differenza di temperatura. Il calore sensibile si trasferisce spontaneamente da un corpo a temperatura più alta a un corpo con temperatura più bassa. L'entità degli scambi dipende dalla differenza di temperatura fra i corpi. Il flusso di calore cessa quando si raggiunge l’equilibrio termico, ovvero quando le temperature dei due corpi si equivalgono.

Il calore latente è il calore che viene assorbito o ceduto durante i passaggi di stato, non varia la temperatura in quanto agisce sui legami intermolecolari. L’energia di mantenimento è destinata ai fabbisogni di mantenimento (metabolismo basale, attività fisica e alimentare). L'energia di produzione è destinata ai processi produttivi (latte, carne, uova…). L’animale può essere considerato un sistema termodinamico aperto: scambia continuamente energia e materia con l’ambiente circostante. Per mantenere l’equilibrio termico è necessario un continuo bilanciamento tra il calore prodotto durante la trasformazione degli alimenti e il calore ottenuto e trasferito all’ambiente.

Calore di produzione + calore di mantenimento = calore sensibile + calore latente.

L’animale cede calore all’ambiente sotto forma di calore sensibile e latente. Il calore sensibile viene trasferito all’esterno del corpo animale attraverso tre vie:

• Conduzione
• Convezione
• Irraggiamento

Le perdite di calore conduttivo e radiativo dipendono dalla differenza tra la temperatura corporea e la temperatura esterna. La perdita di calore convettivo dipende anche dalla velocità dell’aria, è favorita dal movimento dell’aria. Il calore latente viene espresso come produzione di vapore acqueo da parte dell’animale (espresso in g/h), è il calore di evaporazione dell’acqua. La dispersione di calore in forma latente determina un aumento dell’umidità dell’ambiente.

Oltre alla temperatura dell’aria bisogna considerare anche il grado della temperatura raggiante, ovvero la media delle temperature delle superfici interne dell’edificio. Quando la temperatura raggiante media è pressoché uguale a quella dell’aria, circa il 40-50% del calore viene ceduto sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. È importante che il valore della temperatura dell’aria e la temperatura raggiante siano il più vicini possibile e ciò è possibile realizzando ricoveri pesanti e ben coibentati.

Il Temperature Humidity Index (THI) è una misurazione che analizza gli effetti combinati della temperatura ambientale e dell’umidità relativa in modo da valutare il rischio di stress da caldo. Il THI viene utilizzato nell’allevamento bovino, poiché questi animali soffrono molto il caldo, con gravi conseguenze sulla loro produttività, fertilità e qualità del prodotto finale. Gli animali cominciano a soffrire uno stress da caldo da un indice di THI superiore a 72, per questo motivo i livelli di stress sono stati suddivisi in:

• Lieve (da 72 a 79 THI), gli animali iniziano a subire uno stress da caldo e mostrano una minor fertilità
• Moderato (da 80 a 89 THI), la produzione del latte è compromessa
• Grave (da 90 THI), significative perdite nella produzione del latte e gli animali mostrano gravi sintomi da stress da caldo e alla fine possono morire

Umidità

I valori ottimali di umidità relativa sono compresi tra il 60% e l’80%. L’elevata umidità in situazioni di caldo estivo ostacola la dispersione di calore latente, favorisce la moltiplicazione dei batteri, dei parassiti e delle muffe; mentre in inverno l’elevata umidità contribuisce ad aumentare le perdite di calore corporeo, peggiorando l’azione protettiva dei peli. Una bassa umidità favorisce la secchezza delle vie respiratorie, aumenta la predisposizione alle infezioni, favorisce la formazione di polvere e aumenta i consumi energetici.

Velocità dell'aria

Il movimento dell’aria sulla superficie corporea influisce sulla dispersione di calore, sia in forma sensibile sia in forma latente. L’aumento della velocità dell’aria comporta un aumento delle perdite di calore (per convezione) dal corpo dell’animale. Quando la temperatura dell’aria è inferiore a quella della superficie dell’animale, l’aumento della velocità dell’aria tende ad aumentare la dispersione di calore sensibile da parte dell’animale, per questo in inverno sono preferibili velocità dell’aria molto basse così da non accrescere la dispersione di calore. In estate, l’aumento della velocità dell’aria determina un innalzamento della temperatura critica superiore dell’animale, in quanto accelera l’evaporazione cutanea e la dispersione del calore.

Gas nocivi emessi dagli animali

I principali gas emessi dal metabolismo animale, dalle fermentazioni e dalle deiezioni sono:

• Anidride carbonica
• Ammoniaca
• Acido solfidrico

Bilancio termico di un edificio

Elementi che entrano in gioco

• Flusso di calore emesso dagli animali (Фs), sotto forma di calore sensibile, influenza direttamente la temperatura
• Flusso di calore emesso dal riscaldamento (Фa)
• Flusso di calore che se ne va attraverso le pareti (Фe)
• Flusso di calore che viene perso attraverso la ventilazione (Фv)
• Flusso di radiazione solare (Фr), calore assorbito dalle pareti e dal tetto quando sono esposti ai raggi solari

Фr + Фs + Фa = Фe + Фv

A sinistra = termini che producono calore all’interno dell’edificio.

A destra = calore che esce dall’edificio.

Il bilancio permette di comprendere la temperatura di equilibrio.

Calore che passa attraverso le pareti: isolamento termico

L’isolamento termico è la capacità degli elementi costruttivi di limitare gli scambi di calore fra l’interno e l’esterno. Gli elementi costruttivi si oppongono agli scambi di calore. Questa capacità dipende dalle caratteristiche dei materiali e dall’attenzione posta ad evitare zone non isolate (ponti termici).

Il coefficiente di trasmissione termica globale (U) indica il flusso di calore che attraverso 1 m² di parete in un’ora, per una differenza di temperatura pari a 1°C;

Um = media ponderale dei valori di U di tutte le superfici esposte dell’edificio.

• Coefficiente liminare interno (hsi) → primo passaggio tra l’aria e la superficie interna della parete che avviene per convezione e dipende dalle caratteristiche interne della parete (come l’aria passa attraverso la parete). Tanto più è alto quanto più la parete interna favorisce gli scambi tra l’aria e la parete stessa. Considero come valore 10.
• Coefficiente liminare esterno (hse) → passaggio di calore dalla superficie esterna della parete all’aria esterna. Considero come valore 20.
• Spessore della parete (s), espresso in metri.
• Coefficiente di conduttività termica () rappresenta la quantità di calore che passa attraverso una parete di 1 m² con spessore unitario. Dato utilizzato per la scelta dei diversi materiali dal punto di vista termico. Più il valore di lambda è basso più il calore passa lentamente. Migliore isolamento della parete.

Valori sull’ordine delle decine o delle centinaia (es. acciaio, rame, alluminio) indicano materiali che conducono molto bene, materiali poco isolanti. Materiali con lambda intorno all’unità 0,1-1 (legno, vetro, laterizi) indicano una scarsa capacità isolante. Materiali isolanti (argilla espansa, paglia), valori di lambda pari a 0,0X. Più lo spessore è elevato minore sarà il passaggio di calore.

Calcolo di Um di una parete o di un edificio

Ai fini della valutazione del bilancio termico di un edificio bisogna calcolare il valore medio (Um) del valore del coefficiente di trasmissione del calore (U). Il valore medio Um si ottiene dalla media dei coefficienti dei singoli elementi della struttura ponderata rispetto alle superfici degli elementi stessi.

Pavimento

Il pavimento non è direttamente esposto all’aria esterna, ha un comportamento diverso rispetto alle pareti perché la temperatura del terreno non è la temperatura dell’aria. Il pavimento può appoggiare direttamente a terra o essere isolato. La temperatura del terreno tende a rimanere costante tanto più si va in profondità nel terreno. Nell’immagine si mostra l’andamento delle isoterme (curve a temperatura costante), nel caso di un edificio con una temperatura interna pari a 20°C e una temperatura esterna di -10°C. La differenza di temperatura attraverso le pareti è elevata, pari a 30°C. La differenza di temperatura tra l’interno dell’edificio e il pavimento nella parte centrale è molto piccola. Avvicinandosi alle pareti esterne la temperatura tende man mano ad avvicinarsi a quella dell’aria esterna senza però mai raggiungerla.

Il pavimento perde calore nelle zone vicino alle pareti, mentre la zona centrale del pavimento è poco conduttiva. Il pavimento “contro terra” è tipico delle strutture zootecniche, in questo caso il valore di U non è più direttamente legato al materiale utilizzato ma è legato alla conformazione del pavimento. Due diverse tipologie di pavimento: un pavimento rettangolare e un pavimento quadrato. Il pavimento rettangolare avrà un perimetro piuttosto elevato rispetto alla superficie, mentre il pavimento quadrato avrà un rapporto perimetro/superficie minore, perché la superfice è più elevata. Se prevalgono i lati prevale la trasmissione del calore. U del pavimento rettangolare sarà più elevato rispetto a quello del pavimento quadrato.

Per calcolare il coefficiente di trasmissione termico del pavimento non isolato si utilizza una formula empirica, valida per pavimenti con una superficie maggiore di 25 m². Se il pavimento è appoggiato a uno strato isolante, U è dato dalla seguente relazione: Bisogna tener conto delle conduttività dei diversi materiali, sapendo che non è possibile sommare la conduttività ma è possibile sommare le resistenze. 1/Upavimento a cui si somma la resistenza del materiale isolante utilizzato.

Diagramma psicometrico di Carrier

Il grafico permette di rappresentare le diverse condizioni in cui si trova l’aria e il vapore acqueo (umidità) in esso contenuto. Tramite questo grafico è possibile individuare le diverse condizioni in cui si trova la miscela aria-vapore acqueo.

• Verticale (arancione) → temperatura bulbo asciutto
• Curva (rosastro) → curva umidità relativa
• Orizzontale (arancione) → umidità assoluta

Temperatura di rugiada → Orizzontale (rosa) → Temperatura bulbo umido → obliquo giallo. Contenuto di acqua alla saturazione → Orizzontale verde.

Condensa

La condensa è la formazione di acqua (condensazione del vapore acqueo) dovuto a un abbassamento della temperatura. La condensa deriva da una differenza di temperatura tra due superfici a contatto con l’ambiente esterno (a temperatura più bassa) e con l’interno (a temperatura più alta). La condensa si forma quando viene raggiunto il punto di rugiada. Il punto di rugiada è la temperatura alla quale l’aria diventa satura di vapore acqueo e cominciano a formarsi le gocce d’acqua, ovvero la condensazione. La condensa può formarsi sulla superficie, ma anche all’interno dei muri ed è la più insidiosa perché nascosta. Col tempo provoca muffe, può corrodere le tubazioni, creare danni agli impianti elettrici, sgretolare gli intonaci e provocare efflorescenze. La condensa riduce l’isolamento termico.

Calcolo del punto di condensa

Calcolando i valori di U si ottiene un diagramma delle temperature che partono dall’interno a 20°C può andare all’esterno a 5°C. La temperatura dell’aria inizia a scendere inizialmente a contatto con la parete per convezione (quindi coefficiente liminare interno), poi passa attraverso l’intonaco, scenderà linearmente attraverso la parete e poi attraverso l’intonaco esterno (coefficiente liminare esterno) fino ad arrivare alla temperatura esterna. Determino la temperatura di rugiada di questa situazione: pari a 15°C. In qualche punto all’interno della parete ci sarà il fenomeno della condensa. Per determinare il punto in cui si formerà la condensa è possibile utilizzare le seguenti relazioni: Flusso calore perso da una parete = Um parete x superficie x differenza di temperatura → È possibile determinare differenza di temperatura = Siccome il flusso di calore è costante è possibile utilizzare la relazione per i singoli elementi della parete Differenza di temperatura dell’elemento.