Anforderungen und Steuerung des Klimas in Rinderställen

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1 Anforderungen und Steuerung des Klimas in Rinderställen Uwe Eilers Landwirtschaftliches Zentrum für Rinderhaltung, Grünlandwirtschaft, Milchwirtschaft, Wild und Fischerei Baden-Württemberg Atzenberger Weg 99, Aulendorf Tel.: +49(0) Internet: Einleitung Milchvieh Anforderungen Klimasteuerung in Stall und Melkstand Kälber Anforderungen Klimasteuerung Zusammenfassung Gliederung Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 2 1

2 Lufttemperatur (Optimum 4 bis 15 C) Luftfeuchtigkeit (50 bis 80%) Luftbewegung Schutz vor Zugluft Warmstall im Winter nie > 0,2 m/sec. (Kalb) Schadgase (Gehalt steigt mit Temperatur) Licht (Milchvieh 120 Lux, Kälber min. 80 Lux) Staub Stallklimafaktoren für Rinder Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 3 Auswirkungen von schlechter Stallluft Gefährdung der Tiergesundheit durch Schadgase Leistungsabfall Gefahr der Erkältung durch nasses Haarkleid Staub und Feuchtigkeit fördern Pilze und Keime Schädigung der Bausubstanz Schlechte Arbeitsbedingungen Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 4 2

3 Auswirkungen von Hitzestress Erhöhte Körpertemperatur und Atemfrequenz Rückgang der Milchleistung Verschlechterung der Fruchtbarkeit Verkürzung der Hauptbrunstdauer auf 8 h Schwache Brunstanzeichen Verminderte Konzeptionsraten Mehr Kühe mit embryonalem Frühtod Bei gleichzeitig hoher Luftfeuchtigkeit Vermehrt Labmagenverlagerungen Vermehrt Mastitis Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 5 Die Futteraufnahme sinkt bei steigender Temperatur LLG Iden, 2003 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 6 3

4 Mit der Futteraufnahme leidet die Milchleistung LLG Iden, 2003 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 7 Stalltemperatur und Milchmenge LLG Iden, 2003 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 8 4

5 Die Wasseraufnahme steigt mit der Temperatur Mahlkow-Nerge u. Rohweder, 2007 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 9 Hitzestress kann ab 23 C beginnen Quelle: DLG Merkblatt 336 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 10 5

6 Ab THI 80 wird es kritisch Temperatur-Feuchtigkeitsindex (THI) Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 11 Mechanismen der Wärmeabgabe Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 12 6

7 Wärmeproduktion und Wasserdampfabgabe einer Hochleistungskuh im ersten Laktationsdrittel Quelle: DLG Merkblatt 336 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 13 Im Sommer sind deutlich höhere Luftraten nötig Luftraten für Hochleistungskühe mit 700 kg LM (nach CIGR 1984) Quelle: DLG Merkblatt 336 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 14 7

8 Stallgebäude können sich stark aufheizen Mahlkow-Nerge u. Rohweder, 2007 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 15 Dächer strahlen Wärme ab Wärmeeintrag bei ungedämmten Dächern und Luftrate zum Abtransport der zusätzlichen Wärme Heidenreich, 2009 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 16 8

9 Isolierte Dächer können für Kühlung sorgen Quelle: LfL Bayern Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 17 Auch Luftbewegung kühlt Temperaturwahrnehmung von Luft mit ähnlichem Wärmeinhalt bei unterschiedlicher Geschwindigkeit (Chill-Effekt) Quelle: DLG Merkblatt 336 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 18 9

10 Die Aufgaben der Stalllüftung sind jahreszeitabhängig Bedeutung der Klimafaktoren in Abhängigkeit der Jahreszeit Klimafaktor Winter Sommer Lufttemperatur 0 ++ Luftbewegung (Vermeidung von Zugluft) ++ 0 Luftfeuchtigkeit ++ + Luftqualität (Reduzierung von Schadgasen) + ++ Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 19 Querlüftungsprinzip im Winter Quelle: ALB Bayern Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 20 10

11 Querlüftungsprinzip im Sommer Quelle: ALB Bayern Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 21 Die Luftflächen hängen vom Standort ab Empfohlene Zu- und Abluftflächen für Kuhställe (Aussen-Windgeschwindigkeit 1m/s) Heidenreich, 2009 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 22 11

12 Standort und Gebäude bestimmen den Technikeinsatz Nord-Süd-Ausrichtung Ausgesetzter Standort Isoliertes Dach Helles Dach Separates Melkhaus Bedarf an Traufhöhe Seitenwandöffnung Unterstützungslüftung Wasserkühlung Ost-West-Ausrichtung Abgeschirmter, windarmer Standort Dunkles Blechdach Integriertes oder angeschlepptes Melkhaus Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 23 Anforderungen an die Zuluftführung Gebäudeausrichtung möglichst in Nord-Süd-Richtung Je besser die Nord-Süd Ausrichtung möglich ist und je ausgesetzter der Standort ist, desto eher kann mit teilweise fest geschlossenen Wänden gearbeitet werden Halbe bis ganze Öffnung der Seitenwände Traufhöhe 4,20 bis 5,00 m Zuluftquerschnitt min. 0,4 bis 1,2 m 2 je Kuh Lüftungssysteme Wickellüftungssystem Von oben öffnend Plattenelemente Space-Board Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 24 12

13 Konstruktion von Zuluftsystemen Windschutznetz und Bohlenkonstruktion Lamellen und Stülpschalung Windschutznetz (Curtain) Zuluftfenster mit Stegplatten und Stülpschalung Simon et al., 2006, LfL Bayern Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 25 Bei reiner Unternehmerleistung gibt es große Kostenunterschiede Simon et al., 2006, LfL Bayern Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 26 13

14 Wickellüftung oben und unten öffnend Quelle: Wolf Systeme Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 28 Steuerung von Wickellüftungen Von oben nach unten öffnend oder zwei Antriebe Stufenlose Regulierung Automatische Wettersteuerung: Temperatur, Regen, Sonne oder/und Wind möglich Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 29 14

15 Anforderungen an die Abluftführung Im Sommer sind die Seitenwände Zu- und Abluftfläche Grundsätzlich reicht einfacher geöffneter oder einseitig überdachter Abluftfirst Öffnung 2 cm/lfdm Stallbreite (z.b. 23 m Stallbreite = 46 cm) Ggf. mit Windabweisern (40 cm Öffnung) Nicht über den Liegeboxen Optimierung wäre Licht-Lüftungsfirst mit Windabweiser 1,0 bis 2,6 m Öffnung Abstand Windabweiser-Lichtkuppel gem. Abluftfläche 0,15 m 2 /Tier (ohne Dachisolierung 0,30 bis 0,35 m 2 /Tier) 30 cm senkrechter Abstand zwischen Lichtkuppel und Dachfläche Windabweiser mind. 2 cm höher als Unterkante der Lichtkuppel Keine Verstellbarkeit Verbesserte Thermik durch Lichteinfall Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 31 Firstformen (Quelle: ALB Bayern Arbeitsblatt ) Offener First mit Windabweisern Kleiner Sheddachfirst Lichtfirst Großer Sheddachfirst Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 32 15

16 Wir wollen keine Stehparty, sondern Abkühlung beim Liegen!!! Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 34 Hinweise zum Einbau von Axialventilatoren Unterstützung der vorherrschenden, natürlichen Luftströmung (nicht gegen natürliche Luftbewegung und nicht in Richtung Melkstand ausrichten) Intelligente Thermostat-Steuerung (z.b. THI 24h) Platzierung insbesondere über dem Liegebereich Platzierung min. 2,5 m (Unterkante) über den Tieren, 15 bis 25 Neigungswinkel je nach Durchmesser Der erste Ventilator soll frische Luft ansaugen (max. 2 bis 4 m von Wandöffnung entfernt oder in geschlossene Wand eingebaut Ventilatorabstand je nach Wurfweite 10 bis 20 m (Flügelraddurchmesser x 10) Offener Luftaustritt (kein Gegendruck) Auf gleichmäßigen Luftstrom im Bereich der Kühe achten Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 35 16

17 Mögliche Ventilatoranordnung im 3-Reiher (Quelle: ALB Bayern Arbeitsblatt ) Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 36 Das Step-by-Step-Verfahren ist am günstigsten Quelle: DeLaval Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 37 17

18 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 39 Langsam laufende Ventilatoren (Casablanca-Lüfter) Durchmesser 5 bis 7 m, 50 bis 60 U/min Senkrecht nach unten gerichteter Luftstrom triff auf den Boden und läuft radial nach aussen Preis je Ventilator ca ,- Vergleichbarer Kühleffekt (1:6 Axiallüftern) 80% geringerer Stromverbrauch Sehr leise Haltbarkeit ca. 10 Jahre (vgl. 4-5 Jahre bei Axiallüftern) Nachteil: Kühleffekt vom Futtertisch ausgehend Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 40 18

19 Der Casablanca-Lüfter ist wirtschaftlich interessant Energiekostenvergleich für die Unterstützungslüftung mit unterschiedlichen Lüftern Heidenreich, 2006 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 41 Stromkosten des Ventilatoreinsatzes Berechnung des Elektro-Energiebedarfes Heidenreich, 2009 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 42 19

20 Der Ventilatoreinsatz kann sehr wirtschaftlich sein Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Ventilatoreneinsatzes Heidenreich, 2009 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 43 Kühlung mit Wasser Sprinklersysteme zur Kühlung am Futtertisch Kühlung durch Verdunstungskälte auf der Haut Kombination mit Ventilatoren, um Verdunstung zu beschleunigen Bauteile: Zeitschaltuhr, Thermostat, Druckreduzierventil, Leitungen, Sprühköpfe (180 oder 360 Sprühwinkel) Einsatz ab 21 bis 24 C 15 Minuten-Zyklen (3 min geöffnet, 12 min geschlossen) 1 l Wasser /m 2 und Befeuchtungszyklus Nicht zu kleine Tropfen, Befeuchtung von Liegeboxen und Futter vermeiden Ventilatoren und ggf. Sprinkleranlage im Warteraum Dusche am Ausgang vom Melkstand Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 44 20

21 Einsatz von Ventilatoren im Anbindestall Anordnung und Laufleistung müssen besonders gut aufeinander abgestimmt sein Nicht gegen die Hauptwindrichtung blasen Einblasen der Luft über den Futtertisch Großvolumige Ventilatoren mit Laufleistung (freiblasend) von mind m 3 pro Stunde Öffnung am anderen Ende des Stalles Bei befahrbaren Futtertischen darf kein Hindernis entstehen (schwenkbare Anbringung, mobil auf fahrbarem Gestell) Anordnung direkt über den Tieren Ventilatoren mit Flügelraddurchmesser < 75 cm Luftstrom zwischen und m 3 pro Stunde Stufenschaltung mit Trafo, um Leistung zu drosseln Bei Deckenmontage Neigungswinkel 15º Abstände je nach Wurfweite zwischen 10 und über 20 Meter Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 47 Platzierung von Ventilatoren über den Kühen Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 48 21

22 Keine Lichtplatten in die Dachfläche sondern in den Giebel (ggf. Lichfirst)!!! Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 49 Notwendige Beleuchtungsstärken in den Stallbereichen Stall- bzw. Arbeitsbereich Beleuchtungsniveau (Lux) Futtertisch und Liegebereich Behandlungs- oder Klauenpflegestand 1000 Melkstand Allgemeine Beleuchtung Melkgrube am Euter Milchkammer Allgemeine Beleuchtung Spül- und Waschbereich (weißes Licht!) Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 50 22

23 Runde Armaturen sind für Montagehöhen ab 5,0 m geeignet Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 52 Kombinierte Normal- und Nachtbeleuchtung Armatur AGRILED RED von Agrilight Natrium- oder Metall- Halid-Lampe LED-Nachtbeleuchtung Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 53 23

24 Beispiele für spezielle Arbeitsbeleuchtung: Klauenpflegestand, Melkstand Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 54 Lampenarten und -eigenschaften Leuchtmittel Wirkungsgrad (Lumen je Watt) Lebensdauer (Stunden) Bemerkungen Glühlampe Keine Eignung für Stall Energiesparlampe Keine Eignung für Stall Leuchtstoffröhren Nur bis max. 80 Lux Quecksilber- Dampflampen Halogen- Dampflampen Natrium- Dampflampen Weißes Licht Weißes Licht gelbiches Licht! LED-Strahler Bis Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 55 24

25 LED-Strahlern gehört die Zukunft Quelle: LfL Information, 2012 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 56 Aspekte für eine effiziente Ausleuchtung Dach- und Wandgestaltung Gleichmäßige Ausleuchtung der gesamten Stallfläche Keine unnötig hohen Beleuchtungsstärken Montagehöhe Montagepunkte Ggf. zwei Stromkreise zur Einsparung von Energie Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 57 25

26 Vorschläge für die Ausleuchtung eines Musterstalles Quelle: top agrar Ratgeber Kuhställe clever bauen, 2011 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 58 Vorschläge für die Ausleuchtung eines Musterstalles Quelle: top agrar Ratgeber Kuhställe clever bauen, 2011 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 59 26

27 5.20 m Beleuchtungsplan (Bsp. Agrilight) Emin: 160 lx Emax: 224 lx Egem: 191 lx Emin/Emax: 71.5 % Emin/Egem: 83.8 % Calculatievlak: (4.00 m, m) - (17.00 m, m) Agrilight b.v. / Zimmermann-Stalltechnik / LAZBW Aulendorf Rinderhaltung m Aulendorf U. Eilers, Seite 60 Empfehlungen für die Stallbeleuchtung Empfohlene Tageslichtlänge 16 h, Dunkelphase 8 h (Trockensteher 8 h Licht- und 16 h Dunkelphase) Planung: Beleuchtungsstärke gleichmäßig 200 Lux bei neuen, sauberen Lampen (real Minimum 100 Lux, Ziel 150 Lux) Lichtberechnung durch Fachanbieter erstellen lassen Nachtbeleuchtung mit einzelnen Leuchten als Orientierungshilfen für Futtertisch und Tränken (11 Watt, farbiges Licht) oder Kombi-Armaturen Wartebereich, Melkstand, Nachwartebereich und Selektionsbereich in Beleuchtungskonzept einbeziehen Eckige Metalldampflampen (Natrium-, Halogen- oder Quecksilberdampflampen) bzw. zukünftig eher LED-Strahler Bei runden Lampen sind Leuchtstoffröhren an den Wänden für gleichmäßige Ausleuchtung nötig Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 61 27

28 Integrierte Steuerungssysteme Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 62 Anforderungen an moderne Melkstände Nienhaus 2008 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 63 28

29 Lüftung im Vorwartehof und Melkstand Heidenreich, 2009 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 65 Klimatisierung von Vorwartehof und Melkstand Melkstand Möglichst natürliche Belüftung (Dachluken, Trauf-First, Querlüftung) Melkkarussel mit gedämmten Hubtoren Unterstützungslüftung mit zwei Klimazonen Melkplätze: Ventilator 500 m 3 / Melkplatz Belüftungsleistung Melker: Deckenventilator in 2,70 m Höhe, 80 bis 140 cm breit, Drehzahlregelung Vorwartehof Dach, möglichst ohne Lichtplatten und isoliert Keine Wände Ventilatoren Gedämmtes Dach: 500 m 3 /Kuh Belüftungsleistung Ungedämmtes Dach: 800 bis m 3 /Kuh Belüftungsleistung Ausrichtung vom Melkstand weg, max. 5 Neigung, ggf. pendelnd Kopplung mit Melkanlage Steuerung über Drehzahl oder blockweise nach Solltemperatur Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 66 29

30 Kälber haben besondere Ansprüche Untere kritische Temperatur Kalb neugeboren 21 C Kalb 500 g tgl. Zunahme 10 C Kalb g tgl. Zunahme 0 C Kuh 20 kg Milchleistung - 15 C Separate Unterbringung Vermeidung von Zugluft (max. 0,2 m/sec.) Geschützter Mikroklimabereich Beste Luftqualität Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 67 Eine Beschattung senkt die Innentemperatur ohne Beschattung mit Flaig, Grimm, Eilers 2011 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 71 30

31 Iglus bieten gute Bedingungen für die Gesundheit Vergleich von Systemen für die Kälbereinzelhaltung Kriterium Iglu mit Auslauf Hütte Mobile Box Feste Box Mikroklima (Schutz vor Zugluft) + + O O Zwei Klima-Bereiche Luftqualität + O -/o -/o Reinigung/Standortwechsel + - O - Witterungsschutz O/- O + + Strohaufwand Kontroll-/Betreuungsintensität - O + + Arbeitsaufwand - - O O Arbeitsbedingungen Platzbedarf Anschaffungspreis - + -/o -/o Eilers, 2011 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 72 Zuluftführung im Offenfrontstall Im Winter Windschutznetz (Vorhang) an offener Front und Verschluss der Trauföffnung Im Sommer Luftfluss durch den ganzen Stall Verschließbare Öffnung oder Spaceboard an Traufe Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 73 31

32 Wichtig: Kälbernest Wände im Liegebereich wärmegedämmt Abtrennungen im Liegebereich geschlossen Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 74 Bauplan für ein Kälbernest Quelle: top agrar 2/2009 Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 75 32

33 Holsteiner Kälberstall Offen und luftig Mechanisches füttern Strohlager Drei Klimazonen Gruppenbuchten komplett eingestreut Trennung von Fress- und Liegebereich, unabhängig voneinander zu entmisten Schwenktore Häufiges Entmisten Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 78 Alternative Stallbauweise Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 79 33

34 Zusammenfassung Hitzestress beginnt bei Kühen bereits ab 24 C Der Standort und das Gebäude bestimmen den Einsatz von technischen Lüftungsmaßnahmen Intelligente Systeme ermöglichen heute eine automatische Steuerung u.a. des Klimas zum Wohle der Tiere Das Klima im Melkstand muss vor allem den Bedürfnissen des Melkers entsprechen Die Klimagestaltung für Kälber muss insbesondere Zugluft vermeiden und vor Kälte schützen. Rinderhaltung Aulendorf U. Eilers, Seite 80 34