EuroTier Special: Innovative Ferkelaufzucht. Heizenund Lüften. Bernhard Feller. Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen

Transkript

1 EuroTier Special: Innovative Ferkelaufzucht Heizenund Lüften Bernhard Feller Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen

2 Ziele der Stallklimatisierung oder Heizen und Lüften Tiergesundheit Tierwohlbefinden Tierleistung Arbeitsplatzqualität Umwelt Gesunderhaltung; Gesundheitsprophylaxe Tierschutz; Tierkomfort als Qualitätskriterium biologische Tierleistungen: Tageszunahmen; Futterverwertung; Umrauschquote; Zahl der aufgezogenen Ferkel; etc. Staubgehalt; Schadgasgehalt; Temperatur Geruch; klimarelevante Gase Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte Energieeffizienz überschüssige Wärme, Feuchtigkeit, CO 2 und andere Schadgaseabführen, Sauerstoff mit wenig Strom für Ventilation zuführen, wenig Heizenergie aufwenden, eventuell Kühlung

3 Stallklima Der Begriff Stallklima kennzeichnet die Umweltbedingungen von Tieren und Menschen in Ställen. Stallklima ist das Zusammenspiel von Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit, Temperatur der Bodenund Wandoberflächen sowie der Wärmeleitfähigkeit der Liegefläche. Das Stallklima wird beeinflusst durch die Zusammensetzung der Luft aus Gasen, Stäuben, Bioaerosolen und weiteren chemischen und biologischen Faktoren.

4 Erkrankungen durch falsche Klimaführung Erkältungskrankheiten: Husten, Schnupfen, Lungenentzündung, Harnwegsinfektionen, Verhaltensstörungen: Ohrenbeißen, Schwanzbeißen, Leistungsminderung: Schadgasgehalt, Luftfeuchte, Temperatur, Zugluft

5 Folgen schlechter Klimaführung Zugluft: zu hohe Luftrate, Undichtigkeiten, zu hoher Unterdruck hohe Schadgaskonzentration, Geruch: Reizung der Schleimhäute geringer Volumenstrom, zu hohe Solltemperatur, Luftbewegung über der Gülle, Überbelegung, Luftkurzschluss, geringer Unterdruck, Schaumbildung der Gülle hohe Staubbelastung: Hustenreiz, zu geringe Luftfeuchtigkeit feuchte Bauteile, tropfende Decken: zu hohe Luftfeuchtigkeit, schlechte Dämmung, geringe Luftrate

6 Einflüsse auf das Stallklima - durch Aussenklima: Temperatur Luftfeuchtigkeit Wind Sonneneinstrahlung -durch den Tierbesatz: Wärmeproduktion Wasserdampf Gase Futteraufnahme, Leistung Atmung, Verdunstung CO 2, NH 3, H 2 S - durch Stallbau: Standort Gebäudeausrichtung, geographische Lage Bauausführung umbauter Raum, Wärmedämmung Lüftungsanlage Zuluftführung, Abluftführung, Heizung bzw. Kühlung

7 Ansprüche des Tieres an das Stallklima Temperatur: Alter des Tieres, Gesundheitszustand, Umweltgestaltung, Futteraufnahme Luftqualität: Luftfeuchtigkeit: Luftgeschwindigkeit: Gehalt an Schadgasen und Keimen Ammoniak CO 2 H 2 S (<20 ppm) (<3.000 ppm) (<5 ppm) 60 bis 80% rel. Feuchte Sommerluftrate (0,2 m/s; bis 0,6 m/s oder mehr?) Winterluftrate (max. 0,2 m/s) Lüftungssystem

8 Anforderung des Tierhalters an das Stallklima Temperatur: Luftqualität: Luftgeschwindigkeit: Technik/Bauweise: Bedienung: Alarmeinrichtung: angenehme Temperaturen im Arbeitsbereich Arbeitsschutz: möglichst geringer Gehalt an Schadgasen (MAK Wert NH 3 : 50 ppm; CO 2 : ppm; H 2 S: 5 ppm) und Staub zugfreie Luftführung auf Zentral- und Kontrollgängen einfach zu bedienen und zu pflegen einfach und übersichtlich zu bedienen akustische, optische und fernmeldetechnische Alarmgebung

9 Anforderungen an Lüftungsanlagen Anpassen der Luftraten an den Lüftungsbedarf Regelung, Gruppenschaltung, natural flow, Abstimmung Ventilator und Regelung Regelverfahren: Spannungsregelung, Frequenzregelung, EC-Technik Optimierung der Zu- und Abluftkanäle Umlenkungen, Sauberkeit, Dämmung Sauberkeit der Lüftungsanlage leichte Pflege und Reinigung, Zu- und Ablufteinrichtungen Energiesparende Stall- und Lüftungskonzepte Dimensionierung, Kennlinien, Motorentechnologie, Bauform, Flügelform, etc. Wärmehaushalt des Stalles Bauform, Dämmung, Tierbesatz

10 Regelkreis Stallklima Regel-/Steuergrößen Lufttemperatur rel. Luftfeuchte Schadgase (NH 3, CO 2 ) Staub, Bioaerosole Tierverhalten/-aktivität Physiologie, Zuwachs Regelmodell physikalisch qualitativ Verhalten Sensor Istwert Regelgerät Sollwert A. Häussermann, verändert Stellgröße Luftvolumenstrom Heizung/Kühlung Be-/Entfeuchtung Entstaubung Regelmethode stufenlos proportional, usw.

11 Regelmodell Physikalische Kriterien (Empfehlungen, DIN, TierSchutzNutzTV) Temperatur ( C) Luftfeuchtigkeit (%, g/kg, g/m³) Luftgeschwindigkeit (m/s) Luftwechsel (m³/h) Qualitative Kriterien (DIN, TierSchutzNutzTV, TierhaltErlasse, TA-Luft) Luftzusammensetzung N 2, O 2, CO 2 usw. (%, ppm, g/kg) Schadstoffkonzentrationen NH 3, CH 4, N 2 O, usw. (mg/kg, ppm) Staubgehalt der Luft Keimgehalt der Luft (KBE/m³) Geruchsintensität (GE) Kriterium Verhalten vom Tier Futtermengen, Futterintervalle, Fresszeiten, Fressdauer Tränkemengen, Tränkeintervalle, Zeit, Dauer liegen, ruhen, spielen, erkunden,. (Aufenthaltsort, -dauer) Suhle, Dusche, Temperaturwahl Laute, Problem: Erfassung Interpretation Einzeltier Tiergruppe Technikfehler Regelgröße?

12 Regelmodell Erfassung Temperatur: robuste, universell im Stall einsetzbare Fühler, kaum Drift, hohe Genauigkeit Regelgröße: Luftrate, Zuheizen, Kühlen Schadgase: praxisgerechte Fühler kaum vorhanden, Querempfindlichkeiten, geringe Standfestigkeiten, Verschmutzung, starke Drift, hoher Wartungsaufwand Regelgröße: Luftrate Problem: Feuchtigkeit: praxisgerechte Fühler selten, Verschmutzung, hoher Wartungsaufwand Regelgröße: Luftrate, Zuheizen, Befeuchten Staub/Bioaerosole: keine kontinuierliche Messwerterfassung Tierverhalten: Steuerung über Kopplung mit Fütterungscomputer, optische Erfassung und Bildanalyse in Echtzeit über Liegeverhalten etc. denkbar Regelgröße?

13 Liegeverhalten als Stellgröße für Stallklimaparameter?

14 Regelgrößen - Regelung bedeutet auch: man kann/muss eingreifen Temperatur: Optimalbereich : Ventilatordrehzahl ändern zu kalt: heizen mehrere Standardverfahren zu warm: kühlen mehrere Verfahren (Wasser verdunsten, Pads, Erd-WT,. ) Feuchte: Optimalbereich : zu trocken: befeuchten mit Wasser zu feucht: bedingt (Luftwechsel, EntfeuchtungsWP) was sind sinnvolle Grenzwerte? Gaskonzentrationen: messtechnisch aufwändig einige gesetzliche Grenzwerte - aber deshalb vernünftig? relevant für Emissionen und Immissionen im Stall eingreifen: positiv für Mensch + Tier: Fütterung, Lüftungssystem, vernebelte Substanzen außerhalb des Stalles: besser Verteilen durch Kaminhöhe + Abluftgeschwindigkeit, Abluftreinigung Eingriffe im Sinne von kurzfristig anpassen? aber Steuerung, Überwachung, Controlling?

15 Temperaturen für Schweineställe strohlose Aufstallung Sauen mit Ferkel Tierart im Ferkelliegebereich Empfehlung C C DIN Optimal Rechenwerte Winter Abgesetzte Sauen 20 C Tragende Sauen in Gruppenhaltung 18 C Tragende Sauen in Einzelhaltung 20 C Abgesetzte Ferkel C Mastschweine C

16 Luftraten in Schweineställen Tierart Empfehlung Empfehlung Minimum Maximum Angaben in m³/h je Tier DIN DIN Maximum Maximum Temperaturzone I Temperaturzone II Sauen mit Ferkel Leere und tragende Sauen Ferkelaufzucht Mastschweine Temperaturzone I: >26 C; ΔT = 2 Kelvin ; Temperaturzone II: <26 C; ΔT = 3 Kelvin

17 Zuluftsysteme Impulswirkung auf die Raumluft (Luftwalzen) Verdrängung der Raumluft (Strömung diffus) Düsen mit verstellbaren Querschnitten: (Sommer) - als Wandelemente - als Kanalelemente Rieselkanäle / Lochplatten Porendecken / Porenplatten Futterganglüftung Büscher, 2003, ergänzt (Winter)

18 Ansprüche des Tieres Luftgeschwindigkeit: keine Zugluft, wenn die Raumtemperatur deutlich geringer als die Körpertemperatur ist Faustregel: Temperaturunterschied > 5 K max. Luftgeschwindigkeit im Tierbereich beachten! Nur bei höheren Temperaturen (> 30 C) kann die Luftgeschwindigkeit im Tierbereich erhöht werden, um dadurch zusätzliche Kühleffekte zu nutzen.

19 Zuluftsysteme im Schweinestall Schlitzlüftung Schlitzlüftung Futterganglüftung Futterganglüftung unterflur cm cm cm cm cm Porendecke Lochplattenkanal Zuluftverteiler Strahllüftung

20 Strahllüftung Prinzip Büscher, 2003 Fehlerquellen: zu geringe Stallhöhen, zu geringe Luftgeschwindigkeit, zu hohe Luftraten, festsitzende Stellklappen

21 Strahllüftung auf hohe Luftgeschwindigkeiten angewiesen: Lufgeschwindigkeit: minimum: 1,0 m/s maximum: 4,0 m/s 1:4 Luftrate: minimum: 7 m³/h maximum: 110 m³/h 1:16 d.h. im Winter müssen Öffnungen verschlossen werden, um die Eintrittsgeschwindigkeit optimal zu halten Raumtiefe max. vierfache Raumhöhe Lufteintritt direkt unter der Decke: Nutzung des Coandaeffekts Strömungshindernisse vermeiden: Lampen unter der Decke, Fütterung, etc. Kostengünstig bei großen Stallbauten, Bau von Zuluftkanälen entfällt bei Zuluft direkt von außen: geringe Strömungswiderstände

22 Zuluftkanal Zuluftkanalvarianten mit verschiedenen Lochplattensorten haben sich im Laufe der letzten Jahre sehr gut bewährt. (konische Löcher: größere Öffnung nach unten!) In Ställen mit geringem Lochplattenanteil ist diese Variante der Zuluft nach wie vor als optimal zu bezeichnen. Bei korrekter Planung und Anordnung der Zuluftkanäle kommt es durch die großflächige Verteilung in der Regel nicht zu Zugluft im Tierbereich. Die Reinigung ist durch neue Materialien sehr einfach. Der Druckverlust ist sehr gering. Der Wärmedurchgang durch die Decke ist etwas höher als bei der Doppeldeckenlösung.

23 Rieselkanäle/Lochplatten als abgehängte Kanäle oder eingearbeitet in der Decke

24 Lochplattenkanal mit Impulströmung durch den Einbau seitlicher Luftaustrittsdüsen/- möglichkeiten bei Sommerluftrate wird eine bessere Raumdurchspülung erreicht, als bei reiner Rieselkanallüftung hdt-anlagenbau

25 Zuluft durch Lochfolie gleichmäßige Zuluftverteilung möglich Kondensatbildung am Lufteintritt bei nicht vorgewärmter Zuluft preiswert und gut nachrüstbar bei Umbauten Lochung wird an den Bedarf angepaßt gelochte und ungelochte Zonen zur Lenkung der Zuluft möglich

26 Lochplatten für Rieselkanäle oder Zuluftdecken - sind langlebig, reinigungsfähig, optisch gefällig; - erzeugen bei guter Planung ein gleichmäßiges Strömungsbild; - der Luftdurchsatz ist gut planbar (aber verschmutzungsabhängig Reinigungsbedarf: sonst entstehtim Sommer ein Zuluftproblem)

27 Zuluftkanäle Höhe Breite Luftgeschwindigkeit im Kanal max. 2,5 m/s Kanaltiefe: 10 bis 15 m Querschnitt errechnet sich aus der benötigen Luftmenge im Sommer Zulufteintritt auch direkt von außen über Zuluftventile möglich Büscher, 2003 Faustzahlen: Maststall: ca. 50% der Deckenfläche Zuluftkanal Ferkelstall: ca. 33% der Deckenfläche Zuluftkanal Deck- und Wartestall: Zuluftkanal über den Futtergänge/Trögen

28 Doppeldecke Die Doppeldeckenlösung bietet gerade bei Großanlagen mit geringen Vorraumanteilen gute Möglichkeiten. Besonders geeignet ist das System für Ställe mit hohen Lochplattenanteilen (Mast- und Ferkelaufzucht). Der Wärmedurchgang durch die Decke ist geringer als bei der Zuluftkanalvariante.

29 Plavon- oder Porendecke

30 Zuluftsysteme mit Naseneffekt Futterganglüftung: Einsatzbereich: Ferkelaufzucht max. 200 Ferkel je Futtergang Schweinemast max. 120 Tiere je Futtergang Unterflurzuluft/Schlitzlüftung: im Deck-/Wartestall, Schweinemast und Ferkelaufzucht gut einsetzbar

31 Funktionsprinzip der Futterganglüftung Abluft an der Lufteintrittsseite Buchtentiefe max. 4,5 bis 5 m Ganglänge: 10 bis 12 m Zuluftquerschnitt: je 10 Ferkelplätze: 0,04 m² oder max. ca. 200 Ferkel je Futtergang je 10 Mastplätze: 0,10 m² oder max. ca. 120 Mastschweine je Futtergang je 10 Sauenplätze: 0,15 m² je 10 Abferkelbuchten: 0,27 m²

32 Futterganglüftung

33 Fehlerquellen in Lüftungsanlagen Undichtigkeiten im Stallgebäude Falsche Dimensionierung der Zuluft Ungleichmäßige Luftströmungen Ungenügende Abluftvolumenströme Unzureichende Pflege und Wartung der Lüftungsanlage Falsche Reglereinstellung

34 Falschluft vermeiden Beispiel: Spalt von 100 cm² - 1 Meter lang, 1 cm breit rund 100 m³ Falschluft pro Stunde dies entspricht einer ausreichenden Mindestluftrate für: 50 Absatzferkel oder 20 Mastläufern

35 Futterganglüftung Anordnung des Temperaturfühlers für die Raumtemperatur Heizleistung ca. 30 W/Ferkel Temperatur ca. 30 C zum Absetzen Falschluftströmung vermeiden! Auf dichte Abtrennungen zu den Buchten achten!

36 Einstellungen am Klimacomputer gemessene Luftmenge Einstellungen am Klimacomputer gemessene Luftmenge Klappe Ventilator Klappe Ventilator Abteil 2 20% 20% 13% 50% 50% 51% 100% 100% 100% Abteil 3 20% 20% 13% 100% 3% 17% 100% 10% 24% 100% 20% 33% 50% 50% 55% 100% 50% 57% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

37 Öffnungswinkel und Volumenstrom in einem 63er Abluftrohr 2 m³/h 87 m³/h 907 m³/h 1645 m³/h 5611 m³/h Öffnungswinkel, Grad Öffnungswinkel, relativ 0 % 11 % 37 % 50 % 100 % Luftrate bei 5m/s, m³/h Luftrate bei 5 m/s, relativ 0 % 1,6 % 16,2 % 29,3 % 100 %

38 Ausbildung des zentralen Sammelkanals richtige Anordnung der Abluftklappe Zielgröße Luftgeschwindigkeit: im Zentralkanal: 2,5-3,0 m/s im Abluftschacht: 5,0 m/s falsche Anordnung der Abluftklappe

39 Berechnungsbeispiel: falsche Luftrate Angaben in m³/h je Tier Tierart Empfehlung Minimum Luftrate Empfehlung Maximum Luftrate DIN Temperatur zone I DIN Temperatu rzone II Sauen mit Ferkel Leere und tragende Sauen Ferkel bis 30 kg Abteile zu je 500 Ferkelplätze Mastschweine Temperaturzone I: >26 C; ΔT = 2 Kelvin ; Temperaturzone II: <26 C; ΔT = 3 Kelvin Max.-Luftrate: Min.-Luftrate: Ventilator: m³/h je Abteil m³/h je Abteil 91er mit m³/h bei 50 Pa Minimalluftrate ca m³/h Annahme: überhöhte Abluftrate von m³/h pro Abteil an 10 % der Jahresstunden

40 Einflüsse auf den Stromverbrauch des Ventilators Motorentechnologie Drehzahl Flügelform, -anzahl, -anstellwinkel Stabilität der Lüfterflügel Bauform Regelung 230V/400V; Asynchron/EC-Technik Druckstabilität Luftleistung; Wirkungsgrad Wirkungsgrad, Luftleistung Spaltmaß; Rohreinbauventilator elektronisch; elektrisch; frequenz Ziehl Abegg Ziehl Abegg DeVrie DeVrie

41 Problembereich Energieverbrauch Lüftungsanlage: Regelbereich zwischen Sommer- und Winterluftrate : je nach Tierart und Alter Faktor Lüftungsregelung kann den Faktor 10 20fach 5fach Anpassung der Luftraten an den tatsächlichen Bedarf Heizungsanlage: im Sommer nur Aufheizen/Trocknen der Ställe im Winter erhöhter Wärmebedarf zum Ausgleich der Wärmeverluste je nach Tierart und Alter 10 15fach wenige Stunden viele Stunden hohe Heizleistung geringe Heizleistung Heizungsanlagen sind oft falsch dimensioniert

42 Grundriss Ferkelaufzuchtstall Stallplätze 42,00 m 21,00 m Deckenfläche: 882 m² Wandfläche, außen: 347 m² Wandfläche, innen: 162 m² Fensterfläche: 24 m² Raumvolumen: 4 x 536 m³; Oberfläche: 4 x 687 m²

43 Verbesserung der Wärmedämmung Fläche U-Wert Temperaturdifferenz Transmissionswärmestrom Außenwand, einschalig Außenwand, zweischalig 347 m² 0,52 W/m²K 40 K W 347 m² 0,32 W/m²K 40 K W Differenz W Mehrkosten: ; 10,4% Festkosten; /a; 6,5 Ct/kWh Wärme; zuheizen h/a Stalldecke, 6 cm 882 m² 0.38 W/m²K 40 K W Stalldecke, 8 cm 882 m² 0.29 W/m²K 40 K W Differenz W Mehrkosten: ; 10,4% Festkosten; 275 /a; 6,5 Ct/kWh Wärme; zuheizen h/a

44 Lüftungswärmeverlust am Beispiel der Ferkelaufzucht Wärmeproduktion W/Tier Lüftungswärmeverlust (-10 C) W/Tier Differenz W/Tier 8 kg kg /- 0

45 Heizungsverfahren im Ferkelaufzuchtstall Raumheizung: Twin- oder Deltarohre, Siedewasserrohre, Wandstrahlelemente Heizleistung ca. 70 W/Ferkel oder Zonenheizung: Twin- Deltarohre, Fistaplatten unter Abdeckungen Heizleistung ca. 30 W/Ferkel ergänzt durch Raumheizung

46 Gaskanone im Abteil

47 Kleinklima im Ferkelstall Raumtemperatur 2-4 Grad unter Zonentemperatur Beim Absetzen 30 C

48 Twinrohre/Siedewasserrohre Einsparpotenzial durch Abdeckung: bis 30%

49 Einsatz von Luft-Luft-Wärmetauschern In Ferkelaufzuchtställen ist der Einsatz schon heute durchaus sinnvoll und kosteneffizient. Der WT dient nicht nur der Erwärmung im Winter, sondern sollte auch zur Minderung von Temperaturdifferenzen im Sommer eingesetzt werden.

50 Zusammenfassung richtiges Heizen und Lüften sind wesentliche Kriterien einer erfolgreichen Ferkelaufzucht das richtige Lüftungs- oder Heizungssystem gibt es nicht die Kombination aus Stallbau, möglicher Zu- und Abluftführung und die Vorliebe des Betreibers sind entscheidend

51 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit... Bayrischer Rundfunk

52 Der Chill-Effekt oder gefühlte Temperatur Ist- Temperatur C Relative Luftfeuchte% Temperaturwahrnehmung bei unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten m/s 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2, ,2 26,6 24,4 23,3 22,2 29, ,5 26,6 24,4 22,8 21,1 20, ,8 21,1 20,0 17,7 16,6 R. Barnwell, Pittsburg 2002

53 Variation der Baukonstruktion