Ventilazione naturale generata dall’azione del vento in una stalla per bovine da latte semi-aperta e a stabulazione libera: simulazioni CFD e analisi di configurazioni progettuali alternative.

Natural ventilation is the most common passive cooling system in livestock buildings. The aim of this research was to assess airflow distribution inside a free-stall barn for dairy cows by computational fluid dynamics (CFD) modelling and simulation. The barn and the closer context were modelled in Autodesk Autocad 2016® and, by using Ansys ICEM 17.1®, the related mesh was built and the boundary conditions assigned. Then, by using Ansys Fluent 17.1® software tool, indoor natural ventilation was simulated taking into account as simulation parameters airflow velocities typical for the reference period and collected by the closest meteorological station. Simulations were carried out in steady-state conditions, and simulated data were validated by the average values of air velocity measurements. Since the modelled air velocity distribution in the barn fits the real one well, the CFD model was considered validated. The air velocity inside the barn, both simulated and measured, was too low, a condition that leads to discomfort in cows. To confirm the result, the dairy cow behaviour in the reference period was studied through visual examination of time-lapse video-recordings obtained from a multi-camera system. Therefore, alternatives design configurations of the barn were evaluated in order to find the best condition for the well-being of animals. The case study was considered relevant because it is located in a region characterised by hot climate conditions during the summer that could induce animal heat stress and by the presence of many similar cases. Therefore, the methodology applied in this thesis can represent an example to study the wind driven natural ventilation of barns having similar characteristics.

La ventilazione naturale è il sistema più comune di ventilazione passiva utilizzato negli edifici zootecnici. Lo scopo della presente ricerca è stato quello analizzare la distribuzione del flusso d’aria all’interno di una stalla per l’allevamento a stabulazione libera di vacche da latte adoperando la metodologia CFD (computational fluid dynamics). La stalla e l’immediato contesto sono stati modellati adoperando Autodesk Autocad 2016® e, utilizzando Ansys ICEM 17.1®, la relativa mesh è stata costruita e le condizioni al contorno assegnate. Successivamente, adoperando Ansys Fluent 17.1®, la ventilazione naturale interna è stata simulata adottando come parametri le velocità del flusso d’aria tipiche del periodo di riferimento e misurate dalla stazione metereologica più prossima alla stalla. Le simulazioni sono state condotte in condizioni stazionarie e i dati simulati sono stati validati dai valori medi delle velocità medie sperimentali acquisite. Dal momento che la distribuzione della velocità dell’aria simulata rispecchia quella reale, il modello CFD è stato considerato validato. La velocità dell'aria, sia simulata che misurata, è risultata troppo bassa, condizione che comporta discomfort alle vacche. Per confermare quanto riscontrato, il comportamento delle vacche da latte allevate all’interno della stalla è stato studiato nel periodo di riferimento attraverso l'esame visivo delle registrazioni video time-lapse ottenute da un sistema multicamera. Di conseguenza, diverse alternative progettuali della stalla sono state valutate al fine di trovare quella migliore dal punto di vista del benessere per gli animali. Il caso studio è stato considerato di interesse in quanto localizzato in una regione caratterizzata da un clima estivo molto caldo – che può indurre stress agli animali – e dalla presenza di molti edifici simili a quelli in esame. Di conseguenza, la metodologia applicata in questa tesi può rappresentare un esempio al fine di studiare la ventilazione naturale generata per effetto del vento in stalle aventi caratteristiche similari a quella oggetto di studio.