Wageningen UR: innovatieve klimaat-respiratiecellen

De vier innovatieve onderzoeksruimtes werden door de bouwcombinatie Nijssen-Roma medio 2012 opgeleverd. Wageningen UR doet onder meer onderzoek naar de energiehuishouding en stofwisseling van dieren. Marcel Heetkamp: “Zo doet de leerstoel Diervoeding bijvoorbeeld een grootschalig onderzoek naar de methaanemissie van koeien. Om het broeikaseffect terug te dringen, kijken we of aanpassing van de voeding de uitstoot van methaan kan verminderen. Het is een onderzoek waar wereldwijd veel belangstelling voor is.”

Energiebalans

De onderzoekers brengen de volledige energiebalans van de koeien in kaart. Er wordt voortdurend gemeten hoeveel de dieren eten en drinken, hoeveel warmte ze produceren en wat ze uitscheiden. De samenstelling van de in- en uitgaande lucht wordt continu geanalyseerd. In combinatie met de zeer nauwkeurig gemeten ventilatie kan men zo de zuurstofopname, kooldioxide- en methaanproductie op elk moment berekenen. Deze techniek om warmteproductie op basis van gaswisseling continu in de tijd te meten heet indirecte calorimetrie.

Individuele metingen

“De nieuwe klimaat-respiratiecellen bieden ons veel meer mogelijkheden”, geeft Marcel Heetkamp aan. “Het belangrijkste winstpunt is dat we nu individuele metingen aan de dieren kunnen doen. Daardoor verkrijgen we sneller en nauwkeuriger resultaten. En dat is bij deze intensieve en dure techniek natuurlijk van groot belang.”

Loze ruimte minimaliseren

De verplaatsbare scheidingswanden maken het mogelijk om de afmetingen van de proefruimte op het dier af te stemmen. “In de grootste variant kunnen we binnen één cel twee koeien huisvesten, ieder in hun eigen totaal luchtdichte ruimte, of twee groepen van vijf varkens. Bij het huisvesten en meten van een varken, een kalf of groepen kippen verkleinen we de ruimte. Om de gaswisseling zo betrouwbaar mogelijk te meten is het belangrijk om de loze ruimte te minimaliseren – natuurlijk met voldoende bewegingsvrijheid voor het dier. Door de dunne scheidingswanden met ramen kunnen de dieren elkaar wel goed zien en horen.” 

Rubberen profielen

Roma Isolatiesystemen, specialist op het gebied van geconditioneerde cellenbouw, ontwierp de proefruimte met een aangebouwde sluis, een gasdichte schuifdeur en de verplaatsbare luchtdichte compartimenteringswanden. Hiervoor ontwikkelde Roma speciale panelen, die worden gemonteerd in een rail in het plafond. De panelen zijn voorzien van rubberen profielen. Door hier perslucht in te blazen, worden de panelen hermetisch tegen elkaar gedrukt.

Complexe engineering

Verder is een perfecte conditionering van de luchtkwaliteit van groot belang voor de dieren. Het klimaat in de kamers moet voldoen aan een groot aantal eisen, waaronder het behoud van onder- of overdruk ten behoeve van lekdetectie en een grote precisie in de regeling van temperatuur en relatieve luchtvochtigheid. Nijssen conditioneert de cellen met op maat gemaakte luchtbehandelingskasten die de lucht kunnen koelen, verwarmen, filteren, drogen, bevochtigen, wassen (ammoniak) en circuleren met een maximale luchtsnelheid van 0,2 m/s bij de dieren. “De engineering in dit project is technisch heel complex”, aldus Marcel Heetkamp. “Het meten van gaswisseling, het conditionering van lucht en een nauwkeurige luchtdrukregeling in een luchtdichte omgeving vormen een lastige combinatie met flexibele gecompartimenteerde klimaattechniek.”

Breed inzetbaar

Het uitgebreide pakket voorzieningen maakt de cellen breed inzetbaar voor meerdere vormen van onderzoek. De leerstoel Adaptatiefysiologie onderzoekt hoe de dieren zich aanpassen onder niet-ideale omstandigheden. Uiteraard is ook dan een perfect controleerbare klimaatbeheersing nodig. Ook andere vakgroepen en externe partijen maken gebruik van de onderzoeksruimtes. Marcel Heetkamp licht toe: “De cellen kunnen ook worden ingezet voor onderzoek met specifiek pathogeenvrije (SPF) dieren. Dan fungeren de cellen als hygiënekast, waarin we het klimaat regelen - al dan niet met respiratiemetingen. De ventilatielucht wordt gefilterd en bij de ingang plaatsen we douchecabines voor dierverzorgers om te voorkomen dat ziektekiemen de ruimte binnen komen. Andersom kunnen we ook experimenten doen met bijvoorbeeld salmonellabesmetting. De cellen zijn continu in bedrijf en de komende twee jaar zitten we al bijna volgeboekt.”

Veeleisend traject

Inmiddels zijn de cellen een jaar in gebruik. Marcel Heetkamp kijkt tevreden terug op het ontwerp- en realisatietraject. “Een modulair systeem als dit was nog nergens ter wereld gerealiseerd. We hebben dus eerst een prototype laten bouwen. Dat stelt specifieke eisen aan het project én aan de partners. Het is geen rechttoe-rechtaan realisatietraject – je weet bij dit soort trajecten dat je altijd beren op de weg zult tegenkomen.”

Klein formaat testcel

“In de Europese aanbesteding hebben we gekozen voor een selectieproces waarin partijen eerst een kleiner formaat testcel bouwden. En we hebben gedetailleerde eisen geformuleerd voor onder meer temperatuurfluctuatie, luchtvochtigheid, luchtsnelheid, maximale ruimtelijke temperatuur- en vochtigheidsgradiënt. In de ontwerpfase van de testcel hebben we zelf intensief meegepraat. Na de eerste luchtdichtheidstests was de testcel al bijna helemaal goed. Verdere verbeteringen zijn daarna goed opgepakt en doorgevoerd. Dat gaf ons alle vertrouwen in het traject.”

Grote betrokkenheid

“Nijssen en Roma hebben in een intensieve samenwerking met ons én met hun leveranciers de know-how en technologie van verschillende partijen weten te bundelen. En ze hebben er met grote betrokkenheid voortdurend bovenop gezeten. Met een uitstekend resultaat. We zijn echt heel content.”

Oplevering: juni 2012

Respiratiekamer: analyse van stofwisseling en energiegebruik

In een respiratiekamer wordt de energiehuishouding van mensen of dieren in kaart gebracht. De uitgebreide en nauwkeurige klimaatregeling maakt metingen onder specifiek gekozen omstandigheden mogelijk. In de respiratiekamer wordt de warmteafgifte van de proefpersoon of het proefdier gemeten. Deze weerspiegelt het energieverbruik: bij verbrandingsprocessen wordt immers warmte geproduceerd. Bij verbrandingsprocessen is zuurstof nodig en komt koolstofdioxide vrij. De ingaande en uitgaande lucht wordt geanalyseerd op deze gassen en de ventilatie wordt zeer nauwkeurig gemeten. Deze techniek van het schatten van warmteproductie op basis van gaswisseling staat internationaal bekend als indirecte calorimetrie. Ook de snelheid waarmee zuurstof wordt gebruikt, geeft daarom een nauwkeurige schatting van het energiegebruik. Bovendien maakt ademgasanalyse zichtbaar welke brandstoffen het lichaam heeft gebruikt: vetten, koolhydraten of aminozuren. Ten slotte worden ook voedselinname, uitwerpselen en bloedmonsters uitgebreid geanalyseerd.

Wilt u meer informatie? We beantwoorden uw vragen graag. 
Neem contact op via 071 521 62 14 of mail naar Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. JavaScript dient ingeschakeld te zijn om het te bekijken..