Hitzestress bei Schweinen Baulichtechnische
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- Franziska Schulz
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1 Hitzestress bei Schweinen Baulichtechnische Lösungsmöglichkeiten Thomas Heidenreich Tierschutztagung, Raumberg-Gumpenstein Thermoverhalten von Mastschweinen Beginn zu Suhlen, Reduzierung der Haufenbildung Beginn des Kotens auf planbefestigte Fläche Reduzierung der Gesamtwärmeproduktion 16 C 17 C 18 C 19 C 20 C 21 C 22 C 23 C 24 C 25 C 26 C Zunahme der auf Spaltenboden liegenden Tiere Zunahme der Wasserdampfproduktion Erhöhung der Atemfrequenz Reduzierung der Futteraufnahme Anstieg der Rektaltemperatur Mai 2014 Thomas Heidenreich Quelle: Huynh, Uni Wageningen, 2005
2 Wirkung von Hitzestress Saugferkel Aufzuchtferkel Mastschweine Sauen Eber Erdrückungsverluste steigen; Futteraufnahme sinkt; Schlechtes Wachstum; Tiere legen Suhlen an; Reduzierte Ovulation; Umrauschen / kleine Würfe; Spermaqualität sinkt Mai 2014 Thomas Heidenreich Bauliche Maßnahmen zur Vermeidung von Wärmeeinträgen Beschattung; Photovoltaik Dach- und Wandbegrünung; Helle Dacheindeckungen; Dach / Decke dämmen; Niedrige u-werte der Wandflächen; Beschattung von Zuluftflächen; Mai 2014 Thomas Heidenreich
3 einfache Maßnahmen zur Minderung von Wärmeeinträgen Dachbewässerung; Ansaugen über Zentralgang; Befeuchtung von Gängen; Süd- / Westfenster beschatten; Lüftungseinstellungen prüfen; (Regelbereichserhöhung, Absenkautomatik) Mai 2014 Thomas Heidenreich Kühlsysteme Stall- bzw. Zuluft Befeuchten Luft Kühlen / Heizen Direktkühlung Niederdruck Wind-Chill Kühldecke Duschen Mitteldruck Absorption Wasser-Lufttauscher Bäder/Suhlen Hochdruck Kältemaschine Erdwärmetauscher Fußbodenkühlung Zerstäuben im Zentralgang Kühlpad Opti-Klima Unterfluransaugung Mai 2014 Thomas Heidenreich Quelle: nach Brede ergänzt
4 Kühlsysteme Stall- bzw. Zuluft Befeuchten Luft Kühlen / Heizen Direktkühlung Niederdruck Wind-Chill Kühldecke Duschen Mitteldruck Absorption Wasser-Lufttauscher Bäder/Suhlen Hochdruck Kältemaschine Erdwärmetauscher Fußbodenkühlung Zerstäuben im Zentralgang Kühlpad Opti-Klima Unterfluransaugung Mai 2014 Thomas Heidenreich Quelle: nach Brede ergänzt Luftkühlung im Förderkreis Stallklima 2003 Schierbaum: Zuluftkühlung über Unterflur 2004 Jais: Kühldecke in einem Stall für Zuchtsauen 2005 Jeß: Modulstall mit Opti-Klima 2006 Feller: Kühlmöglichkeiten im Stall 2007 Venzlaff: Erdwärmetauscher und Unterflurzuluft 2007 van Caenegem: Alternative zum Erdwärmetauscher (Abferkelstall) 2008 Geißler: Unterflurzuluftkühlung 2010 Feller: Leistung eines Erdwärmetauschers 2010 Geißler: Unterflurzuluftführung 2010 Brede: Planung von Kühlsystemen Mai 2014 Thomas Heidenreich
5 Datenbasis Quelle: Geißler Mai 2014 Thomas Heidenreich Hochdruckvernebelung Quelle: Werkbild Fa. Möller 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 Grenzen der Luftbefeuchtung Mai 2014 Thomas Heidenreich Kühleffekt 3-4 K
6 Luftkühler / Kühlpad Quelle: Werksbild Thermotecnica Quelle: Brede Quelle: Büscher Quelle: Büscher Quelle: Brede Mai 2014 Thomas Heidenreich Quelle: Pflanz/Trem 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, , , , , , , , , Mai 2014 Thomas Heidenreich Quelle: Geißler 2010
7 Kühldecke mit Brunnenwasser Kühldecke mir Brunnenwasser Quelle: Jais 2004 Lufttemperatur, C Kühleffekt in K 6 y = 0,4447x - 8, R 2 = 0,998 4 Delta K 3 Linear (Delta K) Außentemperatur in C 12. August 2004 Kühlung 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 08:00:00 08:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00: Mai 2014 Thomas Heidenreich 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 Uhrzeit MP 1: Zuluft MP 2: Zentralgang MP 3: Porenkanal MP 4: Warteabteil 20:00:00 Erdwärmetauscher Quelle: LSZ Boxberg Mai 2014 Thomas Heidenreich
8 Erdwärmetauscher Kühleffekt in K Quelle: Feller 2010 Erdwärmetauscher 6 y = 0,2586x - 3, R 2 = 0, Delta K 3 Linear (Delta K) Außentemperatur in C 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, Mai 2014 Thomas Heidenreich Modulstall mit Opti-Klima Kühleffekt in K Unterfluransaugung Opti-Stall 10 9 y = 0,455x - 5, R 2 = 0, Delta K 5 Linear (Delta K) Außentemperatur in C Quelle: Jeß 2005 AT in C Kühleffekt K 15 1,0 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 30 7,8 31 8,2 32 8,7 33 9,2 34 9, , , , , , , Mai 2014 Thomas Heidenreich
9 Unterflurzuluft Kühleffekt in K Mai 2014 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 Ausgangssituation 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 r der Massenstrom der Luft im Sommer, in Kilogramm je Stunde (kg h 1); der Korrekturfaktor für den Anteil sensibler Wärme, der je nach Haltungsform durch Verdunstung in latente Wärme umgewandelt wird (siehe Tabelle 14); ST,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); T,E der Transmissions-Wärmestrom über die Bodenplatte ins Erdreich (s ), in Watt (W); zul 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 m L der Volumenstrom der Luft, in Kubikmetern je Stunde (m3 h 1); der Massenstrom der Luft, in Kilogramm je Stunde (kg h 1); die Dichte der Luft, in Kilogramm je Kubikmeter (kg m 3) Mai 2014 Thomas Heidenreich
10 Zuluftkühlung - Anforderungen TierschutzNutztV 22 Allgemeine Anforderungen an Haltungseinrichtungen für Schweine (1) Schweine dürfen nur in Haltungseinrichtungen gehalten werden, die den Anforderungen der Absätze 2 bis 4 entsprechen. (2) Haltungseinrichtungen müssen so beschaffen sein, dass eine geeignete Vorrichtung vorhanden ist, die eine Verminderung der Wärmebelastung der Schweine bei hohen Stalllufttemperaturen ermöglicht. Zuluftkühlung - Rechengrößen - Außentemperatur: 30 C - Stallinnentemperatur max. 30 C - T = 3 8 K - Korrekturfaktor (sensible Wärme) r = 0,93 (überwiegend feuchter Boden) - keine Anrechnung des Transmissionswärmestroms durch die Bodenplatte - keine Anrechnung von Wärmespeicherung der Bauteile Mai 2014 Thomas Heidenreich Luftratenberechnung Betrieb: Zuluftkühlung Variante: Stall: Förderkreis Stallklima Luftratenberechnung Schwein Tiergruppe: Schweinemast5 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 Mai 2014 Thomas Heidenreich
11 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) * T = 2 K Mai 2014 Thomas Heidenreich 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) * T = 2 K Mai 2014 Thomas Heidenreich
12 Zuluftkühlung Ferkelaufzuchtbereich und Schweinemast Luftraten in m³ Ferkelaufzuchtbereich (28kg) Schweinemast (115 kg) 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 Aufzuchtferkel (28 kg); 1 Mastschwein (115 kg) * T = 2 K Mai 2014 Thomas Heidenreich 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, Mai 2014 Thomas Heidenreich
13 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) * T = 2 K Mai 2014 Thomas Heidenreich Unterflurzuluft Mai 2014 Thomas Heidenreich
14 In Zukunft vielleicht so? Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Mai 2014 Thomas Heidenreich Zuluftkühlung Beispiel: Schweinemast (Daten: Boxberg) Minimale Dimensionierung der Lüftungsanlage Deta T = 8,5 K bei AT = 30 C Berechnungsbasis: 1 Mastschwein (115kg) Mai 2014 Thomas Heidenreich Außentemperatur Kühleffekt Zulufttemperatur Luftrate Delta T theor. in C in K in C in m³ in K in C 30 8,5 21,5 56 8,5 30,0 31 9,2 21,8 56 8,5 30,3 32 9,9 22,1 56 8,3 30, ,6 22,4 56 8,2 30, ,3 22,7 56 8,1 30, ,1 22,9 56 8,1 31, ,8 23, , ,5 23,5 56 7,9 31, ,2 23,8 56 7,8 31, ,9 24,1 56 7,7 31, ,6 24,4 56 7,6 32,0 Stallinnentemperatur
15 Zuluftkühlung Beispiel: Schweinemast (Daten: Boxberg) Optimale Dimensionierung der Lüftungsanlage Delta T = 5 K bei AT = 30 C Außentemperatur Kühleffekt Zulufttemperatur Luftrate Delta T theor. Stallinnentemperatur in C in K in C in m³ in K in C 30 8,5 21,5 82 5,9 27,4 31 9,2 21,8 82 5,8 27,6 32 9,9 22,1 82 5,7 27, ,6 22,4 82 5,7 28, ,3 22,7 82 5,6 28, ,1 22,9 82 5,5 28, ,8 23,2 82 5,5 28, ,5 23,5 82 5,4 28, ,2 23,8 82 5,3 29, ,9 24,1 82 5,3 29, ,6 24,4 82 5,2 29,6 Berechnungsbasis: 1 Mastschwein (115kg) Mai 2014 Thomas Heidenreich
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