criteri di progettazione stalle bovine da latte

Transcript

Introduzione
ai criteri di progettazione
delle stalle per bovine da latte
secondo il benessere animale
Dr. Vittorio Catalano
Il benessere animale
Argomento posto al centro delle politiche comunitarie
Elemento fondamentale per:
• la tutela della salute dei consumatori
• miglioramento della salute degli animali
• la qualità dei prodotti
Criterio di gestione obbligatorio: Reg (CE) 1782/2003
Regime di sostegno del reddito della PAC: principio della
condizionalità
Il concetto di benessere animale
Stato di completa salute mentale e fisica nel quale l’animale
è in armonia con il proprio ambiente (Huges, 1976)
Benessere animale
Mentale
Comportamentale
fisico
Qualità della vita
L. Calamari, Università Cattolica di Piacenza, 2014
Il concetto di benessere animale
Assenza di tutti gli elementi strutturali e gestionali dell’azienda
che aumentano lo stress dell’animale (Campiotti, 2003)
I criteri di progettazione
L’ambiente di allevamento
• È l’insieme dei fattori che interagiscono con l’animale,
influenzandone l’aspetto psicofisico, il metabolismo, il
comportamento e la produzione
• Riconoscere le esigenze dell’animale significa far
intervenire diverse figure professionali specializzate e
competenti nella progettazione
• Si considera questo come punto di partenza, in
considerazione del fatto che è la stalla ad essere
funzionale per gli animali, e non viceversa
Paolo Rossi, CRPA, 2009
Principali aspetti ambientali
Tutti gli aspetti dell’allevamento delle bovine da latte
influiscono direttamente sulla produttività dell’animale.
Tali aspetti sono:
• Strutturali (stalla)
• Gestionali (management della mandria)
Benessere animale
Viene presa in considerazione la sola tipologia di
allevamento a stabulazione libera con zona di riposo a
cuccette, in quanto considerata la più idonea a favorire il
benessere animale,sia per quanto riguarda il movimento,
sia per quanto riguarda la socialità.
I fattori strutturali
• Stabulazione ed arredo interno/esterno della struttura
(zona di riposo, di alimentazione, pavimenti ed attrezzature,
paddock)
• Microclima stalla
I parametri microclimatici
I parametri microclimatici
•Temperatura
•Velocità dell’aria
•Umidità dell’aria
•Luce
•Gas nocivi
•Stress da caldo e temperature humidity
index (THI)
La temperatura
La regolazione della temperatura corporea
•
i bovini sono animali omeotermi, capaci di
mantenere entro un determinato range la propria
temperatura corporea (38.5°C), indipendentemente
dalla temperatura ambientale
•
la termoregolazione permette la difesa sia dal caldo,
sia dal freddo
La temperatura
La zona di neutralità termica è l’intervallo di
temperatura:
• In cui è minima la produzione di calore
• È massima l’energia disponibile utilizzabile per la
produzione
La temperatura
La zona di neutralità termica è l’intervallo di
temperatura:
• Compreso tra – 5°C e 22°- 25°C
(Armstrong, 1994; Manenti e Gastaldo, 2001; Katzere et al.,2002;
West, 2003.)
La temperatura
• La bovina da latte si adatta meglio ai climi freddi
• Sopra i 28° diminuisce la produzione e si riduce la fertilità
• Fondamentale quindi il controllo delle condizioni termiche
interne delle stalle nel periodo estivo per ridurre lo stress
termico
La velocità dell’aria
• Nel periodo invernale l’esposizione ai venti freddi causa
una eccessiva dispersione di calore
L’uso di tamponamenti o frangivento limita l’esposizione ai
venti dominanti riducendo la velocità dell’aria sotto i 0.5 m/s
• Nel periodo estivo una velocità dell’aria di 4-5 m/s favorisce
la dispersione termica, accelerando l’evaporazione e
l’allontanamento dell’aria calda e umida
L’umidità dell’aria
• Nel periodo invernale elevata umidità e basse temperature
aumentano la perdita di calore corporeo
• Nel periodo estivo elevata umidità ed alte temperature
impediscono lo smaltimento del calore corporeo per
evaporazione, principale meccanismo di termoregolazione
L’umidità dell’aria
• Condizioni ottimali di umidità relativa: 60-80%
• Valori troppo bassi sono da evitare per produzione di
polvere e problemi respiratori
La luce
L’illuminamento naturale interno alla struttura svolge una
funzione essenziale:
• Per il comfort degli operatori
• Per il benessere animale
Facilita l’orientamento
Ha un’influenza diretta,sull’equilibrio ormonale, stimolando le
ghiandole sessuali
I gas nocivi
La qualità dell’aria è una condizione fondamentale per il
benessere animale
• Condizioni non ottimali determinano stress negli animali
• Conseguente calo delle produzioni
I gas nocivi
I gas nocivi presenti nelle stalle sono prodotti:
• Dalla respirazione degli animali (CO2)
• Dai processi anaerobici della microflora ruminale (CH4)
• Dalla degradazione biologica delle sostanze organiche
azotate (NH3)
I gas nocivi
L’ammoniaca (NH3)
Deriva dalla degradazione delle sostanze azotate per l’85%
•
urea
• acido urico
I gas nocivi
L’ammoniaca (NH3)
• Difficilmente si raggiungono livelli di tossicità acuta
• Sono possibili concentrazioni tali da indurre tossicità
cronica dannose per l’uomo e gli animali
I gas nocivi
L’ammoniaca (NH3)
Concentrazioni massime ammesse:
• 50 ppm per l’uomo (operatore per 8 ore di lavoro)
• 10 ppm per gli animali che vivono sempre nello stesso
ambiente
• 100 ppm sintomi evidenti per gli animali
Lo stress da caldo e
il temperature humidity index (THI)
•L’elevata produzione di latte determina un incremento
del calore metabolico (Kadzere et al., 2002)
•Dagli anni ’40 ad oggi è aumentata enormemente la
produzione di latte e, conseguentemente, la sensibilità
degli animali allo stress da caldo.
Incremento della produzione di calore
Calamari, Università Cattolica di Piacenza,2014
Incremento della produzione di calore
Stress da caldo
Effetti
sul latte: produzione, grasso, profilo acidico, proteine e frazioni,
lattosio, minerali e punto crioscopico (Bernabucci e Calamari, 1998)
• sulle proprietà tecnologico/casearie: acidità, coagulazione e
comportamento durante la lavorazione, affioramento e resa
casearia (Calamari e Mariani, 1998)
temperature humidity index (THI)
•L’indice maggiormente utilizzato per valutare il grado di
stress termico nelle bovine da latte al variare di
temperatura ed umidità è il THI
•Può verificarsi uno scostamento tra temperatura
rilevata strumentalmente e temperatura percepita
•Rilevare temperatura ed umidità consente una
valutazione più oggettiva delle condizioni
microclimatiche interne alla stalla
La relazione tra THI e diminuzione di produzione, riportata dallo
standard ASABE (relativa alla progettazione dei sistemi di
ventilazione), è la seguente:
e comportamento animale
L’aumento della temperatura determina:
•Calo produttivo
•Modificazioni nel comportamento degli animali
all’aumentare della temperatura corporea;
la tendenza a rimanere in piedi può essere interpretato
come un modo di ridurre la temperatura corporea
(Hilman et alt., 2005)
e comportamento animale
THI è quindi un indice che permette di tenere
conto in modo congiunto:
•della temperatura
•dell’umidità
e stress da caldo
•Dai dati sperimentali risultano modificazioni del
comportamento già a partire da valori di 66 THI pari a
20°-22° C
•In letteratura viene indicata come soglia critica per il
manifestarsi dello stress da caldo nelle bovine da latte il
valore di 72 THI pari a 25°C
e stress da caldo
•Il valore di THI pari a 74 rappresenta la soglia oltre la
quale si manifestano cali di produzione
•Con valori vicini a THI 80 si hanno cali di produzione
tra l’1 ed il 20%
•Con valori vicini a THI 90 il calo di produzione può
raggiungere picchi del 40-45%
e stress da caldo
Conseguenze:
•Aumento di dissipazione del calore e dei fabbisogni di
mantenimento
•Diminuzione di ingestione alimenti e disponibilità di
energia e proteine
•Difficoltà a coprire i fabbisogni
e stress da caldo
Quindi:
•Diminuzione produzione latte
•Diminuzione fertilità
La valutazione sperimentale del rapporto
efficienza delle strutture /comportamento animale
•L’approccio scientifico richiede, nello studio di un fenomeno,
dei dati sperimentali.
•L’utilizzazione di riprese video temporizzate permette
l’osservazione del comportamento degli animali e la
definizione di indici di comportamento
•La registrazione dei parametri climatici in continuo
consente la valutazione delle loro variazioni giornaliere e su
scala temporale più ampia (mensile, annuale)
La correlazione dei due tipi di dati ottenuti da un
numero statisticamente significativo di aziende permette
la valutazione dell’efficienza delle strutture e fornisce
indicazioni nella stesura delle linee guida per la
progettazione o la ristrutturazione.
L’analisi dei dati
Il comportamento delle bovine è stato suddiviso in 3 gruppi:
•Animali in riposo in cuccetta
•Animali in mangiatoia
•Animali in piedi
L’analisi della correlazione tra dati ambientali e
comportamento degli animali, in funzione del THI, ha
permesso di stabilire che quando aumenta il THI:
• Aumentano le vacche in piedi
• Diminuiscono quelle in cuccetta
Il comportamento si modifica a partire da valori di THI
superiori a 60, (18° - 20°C), non considerati critici in
letteratura
Altri fattori possono influire sul comportamento degli
animali
Comportamenti anomali
Idle standing
L’animale sta in piedi senza motivo preciso
Tentativi ripetuti di coricarsi
Cause:
• cuccette corte
• mal disegnate
• problemi agli arti
• stress da calore
Comportamenti anomali
Perching (appollaiamento)
La bovina sta con gli arti
anteriori nella cuccetta e quelli
posteriori fuori.
Comprende anche gli animali
parzialmente sdraiati fuori
Cause:
Cuccette troppo corte o mal
disegnate
Le indicazioni costruttive
I fattori da considerare sono:
Difesa passiva
•Orientamento ed esposizione
•Coibentazione
•Ventilazione naturale della struttura
Difesa attiva
•Ventilazione artificiale e raffrescamento
Difesa passiva
Orientamento ed esposizione
•Influenzano fortemente la temperatura e la illuminazione
interna della struttura
•Anche forma dell’edificio e tipo di materiali utilizzati
concorrono nel determinare temperatura e grado di
illuminazione
Orientamento
•Quello con asse maggiore EST-OVEST è considerato il
migliore
•La differenza di temperatura che si determina nelle pareti
lunghe NORD (sempre meno esposta all’insolazione) e SUD
favorisce la ventilazione naturale dell’edificio
Orientamento
Orientamento
Accorgimenti:
•Proteggere il lato sud con
sporti di gronda (1-1.5 m) per
ridurre l’insolazione diretta degli
animali
• cortine alberate sui lati S e W
• reti ombreggianti
•Utilizzare il lato sud per gli
animali meno produttivi, meno
soggetti allo stress da caldo
Paolo Ferrari, CRPA, 2009
Esposizione
•È fondamentale nel determinare significative differenze di
temperatura nei periodi più caldi
•Gli animali tendono a spostarsi verso la zona non esposta
all’insolazione diretta, meno calda
Esposizione
Esposizione
Esposizione (ai venti dominanti)
•In caso di strutture aperte si possono verificare fenomeni di
affollamento nelle zone più riparate durante il periodo invernale
•Migliore utilizzo nel periodo estivo
Esposizione (ai venti dominanti)
Coibentazione
•La coibentazione delle coperture riduce il trasferimento di
calore, garantendo una condizione termica più favorevole sia
nel periodo invernale,sia in quello estivo
Altri fattori concorrono a rendere più confortevole l’ambiente
di stabulazione:
• altezza al colmo della struttura,
•orientamento ed esposizione
•Pendenza delle falde
•Inerzia termica della struttura (coperture e tamponamenti)
Coibentazione
•La mescolanza coibentazione/altri fattori determina
situazioni estremamente eterogenee, che tuttavia possono
essere in sintesi catalogate secondo uno schema
sufficientemente esauriente
Coibentazione
•Struttura bassa e non coibentata
Nel periodo estivo si possono verificare aumenti di
temperatura all’interno della struttura
In caso di struttura bassa la coibentazione diviene
assolutamente necessaria
Coibentazione: Struttura bassa e non coibentata
Coibentazione: Struttura bassa e non coibentata
Coibentazione
Struttura bassa e coibentata
In questo caso sono mantenute buone condizioni ambientali
nel periodo estivo
Il corretto orientamento (est-ovest), unitamente ad una buona
esposizione (greppia lato freddo), garantiscono condizioni
favorevoli anche nel periodo invernale
Coibentazione: Struttura bassa e coibentata
Coibentazione: Struttura bassa e coibentata
Coibentazione
•Struttura alta e non coibentata
Una struttura di questo tipo, se con buona pendenza delle
falde, consente una efficace ventilazione naturale
L’investimento economico non è giustificato, in tale situazione
Coibentazione/inerzia termica
•Il confronto diretto struttura “pesante” (coperture e
tamponamenti in calcestruzzo)- struttura “leggera” (senza
tamponamenti) mette in evidenza l’importanza dell’inerzia
termica
•A parità di temperatura esterna, le temperature maggiori sono
registrate nella struttura a minore inerzia termica (“leggera”)
•Si verifica inoltre uno sfasamento temporale delle temperature
più alte
Anche nel caso di struttura “pesante” e chiusa, l’inerzia
termica permette il mantenimento di buone condizioni interne
senza l’ausilio della ventilazione meccanica
Ventilazione naturale
Fattore di fondamentale importanza nel controllo delle condizioni
ambientali interne alla stalla
Si ottiene per circolazione dell’aria
• effetto camino: in entrata dalle aperture laterali e fuoriuscita dal
colmo del tetto con movimenti verticali
• effetto vento: dovuto ai movimenti dell’aria indotti dal vento od
alla brezza ed all’aspirazione dell’aria per la depressione in
prossimità delle finestrature di colmo)
Effetto camino
Effetto vento
Paolo ferrari, CRPA, 2009
Ventilazione naturale: l’effetto camino
I movimenti verticali dell’aria, dalle aperture laterali verso il
colmo del tetto sono maggiori in funzione di:
•Differenza temperatura esterna/interna: aumentano con
l’aumentare del divario tra i due valori
•Differenza della quota tra aperture laterali (aria in ingresso)
ed apertura al colmo (aria in uscita)
Effetto camino
I fattori strutturali che influiscono sulla sua efficacia sono:
•Pendenza delle falde di copertura
•Altezza delle coperture
•Superficie aperture laterali
Effetto camino
I fattori che concorrono alla sua efficacia sono:
•Orientamento delle strutture
•Presenza di venti dominanti
•Presenza di ostacoli alla ventilazione
Pendenza delle falde di copertura
Altezza delle coperture
• Struttura bassa:
altezza 4.15 m
pendenza 17%
• Struttura alta:
altezza 7.10 m
pendenza 30%
Due strutture contigue, con stesse dimensioni, materiali ed
orientamento, ma differenti per altezza e pendenza delle
falde,si comportano in modi differenti
Effetto camino
•Altezza delle coperture in gronda: minimo 3 m
Garantisce una superficie delle aperture laterali sufficiente
•Altezza delle coperture in gronda: massimo 4.5 m
•Oltre tali valori le aree illuminate direttamente dal sole
aumentano, limitando la superficie sfruttabile dalle bovine
•Oltre tali valori viene limitata tecnicamente la pendenza delle
falde
Pendenza delle falde
•Valori minimi: 25 – 30%
•Attenzione: pendenze eccessive (40 -50%) impediscono un
buon rimescolamento dell’aria per l’eccessiva velocità del
flusso senza ottenere un abbassamento della temperatura
interna
•Problemi costruttivi
Aperture laterali
• Pareti laterali totalmente aperte o rimovibili nel periodo
estivo
• parzialmente in quello invernale
La scarsa ventilazione delle strutture chiuse con insufficienti
aperture laterali determina condizioni sfavorevoli sia d’inverno,
sia d’estate
Stalle a due falde:
•Fessura di colmo sull’intera lunghezza dell’edificio
•Dimensionamento dell’apertura pari ad almeno 5 cm/3m di
larghezza della stalla (CIGR, 2004)
Stalle a due falde
Presenza di venti dominanti
•Può determinare effetti negativi nei periodi invernali (azione
diretta per penetrazione attraverso le aperture laterali)
•Può avere effetto sinergico o di contrasto all’effetto camino
(azione indiretta) nei periodi estivi (oltre ad azione diretta)
•Prevedere sistemi frangivento naturali od artificiali per le
stalle aperte e sistemi di protezione per le aperture al colmo
nelle stalle chiuse
Effetto camino
Presenza di ostacoli alla ventilazione
• Edifici contigui possono causare un effetto frangivento, con
diminuzione della velocità dell’aria e conseguente limitazione
dell’effetto camino
• Poiché l’influenza di un edificio è pari a 7-10 volte l’altezza
dello stesso, la distanza tra due strutture deve essere
superiore
Tamponamenti leggeri
Paolo Ferrari, CRPA, 2009
Medie mensili provincia di Torino serie storica 30 anni (Caselle)
Effetto vento
I fattori che concorrono alla sua efficacia sono:
• Orientamento delle strutture: non necessariamente con asse
maggiore est – ovest
• Presenza di ventilazione nel periodo estivo
• Presenza di venti dominanti
• Presenza di ostacoli alla ventilazione
Effetto vento
prevale sull’effetto camino nelle
stalle di maggiore larghezza
(35 m – 40 m)
• movimenti dell’aria per :
azione diretta (aria che penetra nel
fabbricato)
azione indiretta (aspirazione
dell’aria per la depressione in
prossimità delle finestrature di
colmo)
• fattore estremamente variabile
Difesa attiva
Il controllo delle alte temperature (tecniche di tipo attivo)
• Non sempre necessario
• Consigliabile solo nelle ore più calde ed in assenza di vento
• Costoso (impianto e gestione)
Il controllo delle alte temperature
Struttura coibentata con ventilazione: T. est. 25°C, T.int. 25°C (primavera);
T.est. 33°C, T.int. 31°C (estate, con
ventilazione)
Il controllo delle alte temperature
T. est. 20°C, T.int. 19°C (primavera); T.est. 33°C, T.int. 31°C (estate)
Le tecniche di tipo attivo (difesa dal caldo)
• Aumento della velocità dell’aria
• Raffrescamento evaporativo
• Irrorazione degli animali con acqua
Aumento della velocità dell’aria
• Uso di ventilatori, con aumento della velocità dell’aria sino a
4-5 m/s
• Permette uno smaltimento del calore da parte degli animali
• Utilizzabile sia in stalle chiuse sia in quelle aperte, nelle ore più
calde ed in assenza di vento
Posizionamento dei ventilatori nelle aree di maggiore
utilizzazione delle bovine
• Zona di foraggiamento
• Zona di riposo
posizionamento
Dimensionamento
• Deve essere valutato attentamente
• Il sottodimensionamento dell’impianto comporta comunque oneri
notevoli, senza miglioramento delle condizioni ambientali interne
Dimensionamento
Raffrescamento evaporativo Foggers
(nebulizzatori)
• L’acqua sotto pressione ed
in corrente d’aria viene
nebulizzata (da usare solo in
stalle aperte)
•Il passaggio liquido/gas
determina un abbassamento
di temperatura
•La diminuzione di
temperatura (quindi
l’efficacia del sistema) è
maggiore quanto minore è
l’umidità dell’aria
Raffrescamento evaporativo
Quindi:
La sua efficacia nelle condizioni climatiche dei periodi estivi
nella pianura padana è limitata
Aspetti negativi:
• Limitata efficacia quando l’umidità dell’aria è elevata; si
raggiunge facilmente la saturazione
• Ristagni d’acqua in ampie zone della stalla con conseguenti
problemi igienico - sanitari
Aspetti positivi
Primavera
Estate
Irrorazione con acqua
• Sugli animali
• Sul pavimento
• Nebulizzazione più o meno
spinta
misters bagnano il pelo in
superficie (no in clima umido)
Sprinklers bassa pressione,
bagnano sino alla cute
(si in clima umido)
• Stesso principio fisico del
raffrescamento evaporativo
Dove installare l’impianto
• Zona di alimentazione: scelta ottimale
• Sala di attesa
• Zona di riposo: poco adatta, salvo eliminazione materiale di
lettiera, comunque problemi di mastopatie, per l’acqua nelle
cuccette
Controindicazioni:
•Aumento della scivolosità del pavimento
•Accumulo di acqua sul pavimento, se impianto non ben regolato
•Aumento delle bovine che si sdraiano in corsia di foraggiamento,
con conseguente insudiciamento delle mammelle
La valutazione funzionale
delle strutture
Dalle indicazioni costruttive alla valutazione
funzionale delle strutture
Vista la relazione esistente tra:
•Temperatura
•Umidità relativa
•THI
•Comportamento animale
•Il comportamento delle bovine subisce modificazioni a
partire da valori di THI superiori a 66 (corrispondenti a 20° 22° C)
•La limitata efficacia della ventilazione naturale nelle stalle è
probabilmente, insieme al THI, il fattore che favorisce
maggiormente la modificazione del comportamento
• La mitigazione delle condizioni ambientali esterne si ottiene
agendo sul microclima interno della struttura con mezzi
passivi od attivi
• Questo permette di ridurre lo stress da caldo degli animali
La valutazione funzionale delle strutture
• Le condizioni meteoclimatiche
• Il diverso comportamento delle strutture
Influiscono sul microclima interno e quindi sullo stress animale
THI esterno
Risposta
struttura
Microclima interno stalla
Ne risulta che:
•Una buona ventilazione naturale garantisce un
microclima favorevole per gli animali e limita la necessità
di sistemi di raffrescamento forzati
•L’inerzia termica mitiga le temperature esterne e riduce
il ricorso a difese attive
È possibile evidenziare i punti critici di
• Un progetto
• Di una struttura esistente
Attraverso due indici che forniscono un giudizio sintetico
di tipo qualitativo
Indici
•Di funzionalità della ventilazione naturale (IFV)
Fornisce una valutazione qualitativa sulla rispondenza ai
criteri strutturali per una buona ventilazione naturale
•Di funzionalità strutturale (IFS)
Da indicazioni sulla capacità di smorzare la temperatura
esterna e ritardarne gli effetti all’interno, di conseguenza,
sulla progettazione dell’eventuale sistema di difesa attivo
Indice di funzionalità della ventilazione naturale (IFV)
Tiene conto di:
• Pendenza falde di copertura
• Altezza delle coperture
• Presenza di ostacoli alla ventilazione
• Presenza e dimensionamento cupolino
IFV
Indice di funzionalità della ventilazione naturale (IFV)
Indice di funzionalità di funzionalità strutturale(IFS)
Considera due aspetti:
•Caratteristiche degli elementi strutturali che influiscono
sull’inerzia termica
•Larghezza della struttura
Indice di funzionalità di funzionalità strutturale(IFS)
I valori d’inerzia termica della struttura
IFS
La valutazione dell’efficacia funzionale delle strutture IFS
Di conseguenza, i sistemi di difesa dal caldo attivi sono:
•Non necessari,
se si accetta un moderato livello di stress
•Utili
È opportuno inserire un sistema di ventilazione o
raffrescamento
•Necessari
Per prevenire lo stress è necessario inserire un sistema di
raffrescamento
Conclusioni
Pur non esaurendo tutti gli aspetti relativi ai criteri di
progettazione delle stalle, si può affermare che:
•È disponibile una metodologia di valutazione dell’efficienza
delle strutture relativa alla ventilazione naturale ed alla
necessità di sistemi di condizionamento attivo
•Gli indicatori IFV e IFS sono utilizzabili in fase di progettazione
e ristrutturazione, fornendo un orientamento al progettista
•Solo l’integrazione di tutti gli aspetti produce i buoni risultati
dell’allevamento

criteri di progettazione stalle bovine da latte

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