Maßnahmen zur Verbesserung des Stallklimas in Schweineställen mit dem Ziel der Verbesserung der Haltungsbedingungen und des Emissionsschutzes

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1 Maßnahmen zur Verbesserung des Stallklimas in Schweineställen mit dem Ziel der Verbesserung der Haltungsbedingungen und des Emissionsschutzes Thomas Heidenreich Forum Nutztierhaltung am in Iden

2 Allgemeine Forderungen des Tierschutzes an das Stallklima: viel Frischluft, keine Zugluft wenig Schadgase (NH 3, CO 2, H 2 S) viel Licht, altersabhängig angemessene Temperaturen (30 18 C), im Sommer kein Hitzestress (< C), wenig Staub,... gute Arbeitsbedingungen für den Menschen.

3 Tierschutz beim Stallklima betrifft thermisches Wohlbefinden und niedrige Schadgaskonzentrationen Thomas Heidenreich

4 Berechnung der Luftraten DIN : Luftmassenstrom im Sommer Eine vereinfachte Berechnung der Luftmassenströme über die Wärmestrombilanz kann vorgenommen werden, wenn zur Abführung der Wärme von einer Lufttemperatur von 30 C ausgegangen wird und die zulässige Erhöhung der Temperatur der Stallluft über Außentemperatur (entsprechend Sommertemperaturzone von 2 bzw. 3 K) angesetzt wird. Der erforderliche Luftmassenstrom wird wie folgt berechnet: m L,S der Massenstrom der Luft im Sommer, in Kilogramm je Stunde (kg h 1); r der Korrekturfaktor für den Anteil sensibler Wärme, der je nach Haltungsform durch Verdunstung in latente Wärme umgewandelt wird (siehe Tabelle 14); ΣΦST,S der Strom sensibler Wärme, summiert für den gesamten Stall, im Sommer bei einer Lufttemperatur von 30 C nach den Tabellen 8 bis 12, in Watt (W); ΦT,E der Transmissions-Wärmestrom über die Bodenplatte ins Erdreich (s ), in Watt (W); ΔΘzul die zulässige Temperaturdifferenz zwischen Stall- und Außenluft nach Tabelle 19, in Kelvin (K); cp,l die spezifische Wärmekapazität der Luft bei konstantem Druck, in Wattstunden je Kilogramm und Kelvin (cp,l = 0,28 Wh kg 1 K 1) Zur Bemessung der Stalllüftungseinrichtungen lassen sich die ermittelten Luftmassenströme in Luftvolumenströme umrechnen: VL der Volumenstrom der Luft, in Kubikmetern je Stunde (m3 h 1); m L der Massenstrom der Luft, in Kilogramm je Stunde (kg h 1); ρ die Dichte der Luft, in Kilogramm je Kubikmeter (kg m 3) Thomas Heidenreich

5 Maßnahmen zur Verbesserung des Stallklimas - Verbesserte Klimasteuerung - Planung und Ausführung der Lüftungsanlagen - Wartung der Lüftungsanlagen - Unterflurabsaugung - Wärmerückgewinnung - Verbesserte Dämmung - Einsatz von Zonenheizsystemen - Zuluftkonditionierung (Heizung Kühlung / Befeuchtung - Trocknung) Thomas Heidenreich

6 Fehlerquellen bei Lüftungsanlagen in Zucht- und Mastanlagen Dimensionierung des Zuund Abluftbereiches 24 % Sonstiges 2 % Reglereinstellung 28 % Abdichtung der Stallanlage 14 % Justierung der Stellelemente 12 % Kalibrierung der Fühler 20 % Ergebnisse aus Untersuchungen von 119 Lüftungsanlagen im Freistaat Sachsen Quelle: Stallklimaprüfdienst Sachsen

7 Klimacomputer dezentral, Vor jedem Abteil zentral, in einem Vorraum Thomas Heidenreich

8 Luftratenberechnung Betrieb: Iden Variante: Stall: Nutztierforum Luftratenberechnung Schwein Tiergruppe: 5 Tierzahl: 1 Stck. Lebendmasse Einstallung: 28 kg Lebendmasse Ausstallung: 115 kg Temperatur Einstallung: 24 C Temperatur Ausstallung: 18 C Wintertemperaturzone: -12 C Temperaturdifferenz 2 K relative Luftfeuchte: 70 % Zulufttemperatur 30 C Minimalluftrate Winter: 7 m³/h Maximalluftrate Sommer: 126 m³/h Lüftungskurve Lebendmasse d. Tiere kg Stalltemperatur in C 23,9 23,2 22,5 21,1 19,7 18,0 Mindestluftrate in m³/h Sommerluftrate in m³/h Thomas Heidenreich

9 Abluftgestaltung und Energiekonsum Quelle: S. Pedersen, DK, SJF, Drehzahl min Leistungsaufnahme Volumenstrom Spezifischer Volumenstrom Spezifische Leistungsaufnahme W m 3 /h % m 3 /kwh % W/1000m 3 *h % Thomas Heidenreich , , , ,6 74

10 Reinigung und Wartung der Lüftungsanlagen Thomas Heidenreich

11 Abluftgestaltung Unterflur!! nicht überall genehmigungsfähig Thomas Heidenreich

12 Verbesserte Wärmedämmung Wärmerückgewinnung Zusatzheizung Gegenmaßnahmen bei Wärmedefizit Wärmeverluste durch Bauteile Wärmeproduktion der Tiere Wärmeverluste durch Lüftung Überschuss Defizit Thomas Heidenreich Berechnungsschritte einer Wärmebilanz

13 Senkung des Energieverbrauches Luft-Luft-Wärmetauscher These: Wärmetauscher haben zu geringe Wirkungsgrade, verschmutzen zu schnell und sind Stromfresser! Thomas Heidenreich

14 Vergleichende Kostenbetrachtung Dämmung WRG Heizung Ausgangssituation: 600 Aufzuchtferkel, 20 kg LM, Außentemperatur 16 C Wärmeproduktion der Tiere 20 kg LM (nach DIN ) Wärmeverluste durch Bauteile Außenwandfläche 444 m², Ø u-wert 0,5 W / m² K; Δυ = 40 K Lüftungswärmeverluste Bilanzdefizit W W W W Maßnahmen zum Ausgleich Dämmung der Stalldecke auf u-wert = 0,4 W / m² K mit 4 cm Styrodur Wärmerückgewinnung aus der Abluft Luft/Luft- Wärmetauscher 20 % Wirkungsgrad Heizung Mit 6 * 2 kw Gasstrahler über dem Liegebereich Quelle: nach Büscher modifiziert Thomas Heidenreich

15 Kosten/Nutzen-Vergleich Bilanzdefizit W Maßnahmen zum Ausgleich Dämmung der Stalldecke auf u-wert = 0,4 W / m² K Wärmerückgewinnung aus der Abluft Luft/Luft- Wärmetauscher Unterstellung: Heizung Mit 6 * 2 kw Gasstrahler über dem Liegebereich mit 4 cm Styrodur 20 % Wirkungsgrad Energiegewinn W W W Investitionskosten 2.500, , ,- Betriebskosten - 0,05 / h 0,70 / h Einsatzstunden p.a Ø Auslastung 100 % 50 % 50 % Energiegewinn p.a kwh kwh kwh Gesamtkosten p. a. bei 12 % AS 300,- 889, ,- Kosten je kwh 0,068 0,051 0, Thomas Heidenreich Quelle: nach Büscher modifiziert

16 Ferkelnestheizung

17 Heizungsformen Flatdeck

18 Widerspruch Tierschutz Umweltschutz??! Größeres Flächenangebot höhere Verschmutzung der Buchten höhere Emissionen Forschungsbedarf Teilspaltenboden höhere Verschmutzung der Buchten höhere Emissionen Forschungsbedarf Größeres Flächenangebot schlechtere Wärmebilanz höherer Heizungsbedarf Wärmetauschersysteme Höhere Winterluftraten besseres Stallklima schlechtere Wärmebilanz höherer Heizungsbedarf Wärmetauschersysteme Erdwärmetauscher Vermeidung von Hitzestress im Sommer geringerer Heizungsbedarf im Winter Reduzierung der Sommerluftraten Emissionsminderung Thomas Heidenreich

19 Kühlsysteme Thomas Heidenreich

20 Hochdruckvernebelung Quelle: Werkbild Fa. Möller Grenzen der Luftbefeuchtung Quelle: Rudovsky 2004 Differenz Außen- Stalltemperatur Stall Mittelwert Maximum Nr. K K 2 3,5 7,6 3 1,6 5,5 10 3,5 7,6 11,1 2,9 7,1 11,2 3,1 8,6 Quelle: Schulte-Sutrum Thomas Heidenreich Kühleffekt 3-4 K

21 Kühlpad Quelle: Brede 2010 Küleffekt in K Kühlpad 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0-2,0-4,0 Außentemperatur in C y = 0,5371x - 7,3731 R 2 = 0,8143 Delta K Linear (Delta K) AT in C Kühleffekt K 15 0,7 16 1,2 17 1,8 18 2,3 19 2,8 20 3,4 21 3,9 22 4,4 23 5,0 24 5,5 25 6,1 26 6,6 27 7,1 28 7,7 29 8,2 30 8,7 31 9,3 32 9, , , , , , , , , Thomas Heidenreich Quelle: Geißler 2010

22 Kühldecke mit Brunnenwasser Kühldecke mir Brunnenwasser 6 5 y = 0,4447x - 8,8295 R 2 = 0,998 Kühleffekt in K Delta K Linear (Delta K) Außentemperatur in C 12. August 2004 Quelle: Jais Kühlung Lufttemperatur, C 08:00:00 08:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 19:00:00 19:30:00 20:00: Thomas Heidenreich Uhrzeit MP 1: Zuluft MP 2: Zentralgang MP 3: Porenkanal MP 4: Warteabteil AT in C Kühleffekt in K 22 1,0 23 1,4 24 1,8 25 2,3 26 2,7 27 3,2 28 3,6 29 4,1 30 4,5 31 5,0 32 5,4 33 5,8 34 6,3 35 6,7 36 7,2 37 7,6 38 8,1 39 8,5 40 9,0

23 Erdwärmetauscher Kühleffekt in K Quelle: Feller 2010 Erdwärmetauscher Außentemperatur in C y = 0,2586x - 3,2494 R 2 = 0,7139 Delta K Linear (Delta K) AT in C Kühleffekt K 15 0,6 16 0,9 17 1,1 18 1,4 19 1,7 20 1,9 21 2,2 22 2,4 23 2,7 24 3,0 25 3,2 26 3,5 27 3,7 28 4,0 29 4,3 30 4,5 31 4,8 32 5,0 33 5,3 34 5,5 35 5,8 36 6,1 37 6,3 38 6,6 39 6,8 40 7, Thomas Heidenreich

24 Modulstall mit Opti-Klima AT in C Kühleffekt K 10 Unterfluransaugung Opti-Stall Quelle: Jeß ,0 16 1,4 17 1,9 18 2,3 19 2,8 20 3,2 21 3,7 22 4,2 23 4,6 24 5,1 25 5,5 26 6,0 27 6,4 28 6,9 29 7,3 Kühleffekt in K y = 0,455x - 5,8571 R 2 = 0,9401 Delta K Linear (Delta K) 30 7,8 31 8,2 32 8,7 33 9,2 34 9, , , , , , ,3 Außentemperatur in C Thomas Heidenreich

25 Unterflurzuluft Kühleffekt in K Unterflurzuluft Stall mit 2400 Mastplätzen 12,0 10,0 8,0 6,0 Delta K 4,0 Linear (Delta K) 2,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 y = 0,3993x - 6,5108 R 2 = 0,7857-2,0-4,0 Außentemperatur in C Quelle: Pommer 2012 Kühleffekt in AT in C K 15-0,5 16-0,1 17 0,3 18 0,7 19 1,1 20 1,5 21 1,9 22 2,3 23 2,7 24 3,1 25 3,5 26 3,9 27 4,3 28 4,7 29 5,1 30 5,5 31 5,9 32 6,3 33 6,7 34 7,1 35 7,5 36 7,9 37 8,3 38 8,7 39 9,1 40 9, Thomas Heidenreich

26 Zuluftkühlung Abferkelbereich Luftraten in m³ Sau 10 Ferkel Summe % von DIN DIN * Delta T = 3K Delta T = 4K Delta T = 5K Delta T = 6K Delta T = 7K Delta T = 8K Berechnungsbasis: 1 Sau (260 kg) mit 10 Ferkeln (8 kg) * Δ T = 2 K Thomas Heidenreich

27 Zuluftkühlung Besamungs- und Wartebereich Luftraten in m³ Besamungsbereich Wartebereich % von DIN DIN * Delta T = 3K Delta T = 4K Delta T = 5K Delta T = 6K Delta T = 7K Delta T = 8K Berechnungsbasis: 1 Sau (260 kg) * Δ T = 2 K Thomas Heidenreich

28 In Zukunft vielleicht so? Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Thomas Heidenreich

29 Unterflurzuluft Kühleffekt in K Thomas Heidenreich Unterfluransaugung (Boxberg) Außentemperatur in C Quelle: Geißler 2010 y = 0,7031x - 12,557 R 2 = 0,888 Delta K Linear (Delta K) AT in C Kühleffekt K 15-2,0 16-1,3 17-0,6 18 0,1 19 0,8 20 1,5 21 2,2 22 2,9 23 3,6 24 4,3 25 5,0 26 5,7 27 6,4 28 7,1 29 7,8 30 8,5 31 9,2 32 9, , , , , , , , ,6

30 Zuluftkühlung Schweinemast bei reduzierten Stalltemperaturen Luftraten in m³ Schwienemast IT = 29 C Schweinemast IT = 28 C Luftrate % von DIN Luftrate % von DIN DIN * Delta T = 3K Delta T = 4K Delta T = 5K Delta T = 6K Delta T = 7K Delta T = 8K Berechnungsbasis: 1 Mastschwein (115 kg) * Δ T = 2 K Thomas Heidenreich