Landtechnik im Alpenraum

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1 ART-Schriftenreihe 7 Mai 2008 Landtechnik im Alpenraum Tagung vom 14./15. Mai 2008 in Feldkirch Robert Kaufmann und Günther Hütl (Redaktion)

2 ISSN Impressum ART-Schriftenreihe ISBN Herausgeberin Grafik Titelbild Preis Copyright Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Tänikon, CH-8356 Ettenhausen Telefon +41 (0) , Fax +41 (0) Regina Häusler/Ursus Kaufmann, ART Zapfwellenbetriebener Hacker Ferngesteuerter «Deltrak» im Einsatz mit Schlegelmulcher Christoph Moriz, ART Ralph Bahle, Irus Motorgeräte GmbH CHF ; inkl. MWSt 2008 ART ii ART-Schriftenreihe 1, 2006

3 ART-Schriftenreihe 7 Mai 2008 Landtechnik im Alpenraum Tagung vom 14./15. Mai 2008 in Feldkirch Redaktion: Robert Kaufmann, Agroscope Reckenholz-Tänikon, ART, CH 8356 Ettenhausen Günther Hütl, HBLFA Francisco Josephinum FJ-BLT A 3250 Wieselburg ART-Schriftenreihe 6, 2007

4 Inhalt Inhalt Vorworte Sicherstellung der Landwirtschaft im Berggebiet Josef Pröll, Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Österreich Wandel und nachhaltige Entwicklung im Berggebiet Manfred Bötsch, Direktor, Bundesamt für Landwirtschaft, Schweiz IV V Überbetriebliche Futterkonservierung Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen 1 Helmut Ammann, Agro-Ing. HTL, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Rundballenpressen mit variabler Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste 9 Franz Handler, Manfred Nadlinger, Emil Blumauer, Johannes Paar und Alfred Pöllinger, HBLFA Francisco Josephinum, BLT Biomass Logistics Technology, A 3250 Wieselburg Trocknung von Rundballen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit 19 Martin Holpp, Dipl.-Ing. FH, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Verluste bei der Futterbergung Vom Schwader bis zur Ballenpresse 29 Joachim Sauter, Dr. sc. agr., Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Entwicklungstrends bei Transportern 35 Niklaus Moos, Entwicklungsleiter, Aebi & Co. AG, CH 3400 Burgdorf Photovoltaik/Solarstrom in der Landwirtschaft 39 Thomas Böhni, Böhni Energie & Umwelt GmbH, CH 8500 Frauenfeld Abwasserreinigung ohne Strom am Beispiel einer Bergkäserei 45 Dr. Paul Schudel, Symbo GmbH, CH 4410 Liestal Effizientes Mähen in extremen Lagen außerhalb des Gefahrenbereichs mit dem ferngesteuerten «Deltrak» 51 Ralph Bahle, Dipl. Betriebswirt (FH), Vertriebsleiter, Irus Motorgeräte GmbH, D Salmendingen Einsatz von Elektronik zur Erhöhung von Arbeitsleistung und Bedienkomfort 55 Werner Haas, Dipl. Ing. Dr. techn., CNH Österreich GesmbH, Entwicklungsabteilung, A 4300 St. Valentin II ART-Schriftenreihe 7, 2008

5 Inhalt Partikelfilter bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen 59 Marco Landis, Dipl. Masch.-Ing. FH, Isidor Schiess, Ueli Wolfensberger, Dipl. Masch.-Ing. ETH Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung 65 Leopold Lasselsberger, Dipl.-HLFL-Ing., BLT Biomass Logistics Technology, HBLFA Francisco Josephinum, A 3250 Wieselburg Energie aus dem Wald Eine ökologische Pflicht, ein ökonomisches Ziel 75 Hermann Gahr, Abgeordneter zum Nationalrat, Maschinenring Tirol, A 6010 Innsbruck Holz aus dem Bauernwald Arbeits- und betriebswirtschaftliche Aspekte 81 Christoph Moriz, Dr. sc. ETH, Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Brennstoffe Feuerungstechnik 87 Leopold Lasselsberger, Dipl.-HLFL-Ing., BLT Biomass Logistics Technology, HBLFA Francisco Josephinum, A 3250 Wieselburg Sonnenkollektoren für die Heubelüftung 97 Franz Nydegger, Agro-Ing. ETH, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Vom ART-Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft 103 Matthias Schick, PD Dr. habil., Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Hinweis: Die fachliche und inhaltliche Verantwortung für die Vorträge liegt bei den Autoren. ART-Schriftenreihe 7, 2008 III

6 Vorworte Vorworte Sicherstellung der Landwirtschaft im Berggebiet Josef Pröll Neben den klassischen Produkten Lebensmittel, sauberes Trinkwasser und einer gepflegten Kulturlandschaft ist die nachhaltige Energieproduktion ein neues, zukunftsträchtiges Aufgabenfeld für die Landwirtschaft. Die vormalige Bundesanstalt für Landtechnik in Wieselburg, nun «Lehr- und Forschungszentrum Francisco Josephinum» beschäftigt sich seit Jahrzehnten erfolgreich mit der energetischen Nutzung von Biomasse. Und gerade die nachwachsenden Rohstoffe gewinnen auch in Berggebieten an Bedeutung. Diese Entwicklung wird durch steigende Energiepreise und wachsende CO 2 -Problematik beschleunigt. Erneuerbare Energieträger aus der Landwirtschaft können in großem Ausmass zur Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern, Schonung von nicht erneuerbaren Ressourcen sowie zur Erhaltung der natürlichen Lebensgrundlagen Boden, Wasser und Luft beitragen. Durch die Verringerung von CO 2 -Emissionen leisten sie auch einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz. Sie bewirken eine Verminderung der Abhängigkeit von Energieimporten. Der Einsatz erneuerbare Energieträger aus der Landwirtschaft sichert Arbeitsplätze im ländlichen Raum, bringt zusätzliche Einkommensimpulse für die Landwirtschaft und leistet durch den Einsatz umweltgerechter Produktionsverfahren auch einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur Erhaltung der Kulturlandschaft. Die Existenzsicherung für die österreichischen Bäuerinnen und Bauern im Berggebiet ist eine gesellschafts- und agrarpolitische Herausforderung. Die Berggebiete sind nicht nur Agrarregionen sondern Lebens- und Wirtschaftsraum für die Menschen und schliesslich auch ein besonders sensibles alpines Ökosystem. Um langfristig eine flächendeckende Bewirtschaftung der Bergregion aufrecht zu erhalten und den Weiterbestand der Betriebe absichern zu können, ist nach wie vor eine erfolgreiche Zusammenarbeit von Landwirtschaft, Maschinenringen, Beratung, Forschung und Landmaschinenindustrie notwendig. Allen Teilnehmern an dieser internationalen Tagung in Feldkirch wünsche ich einen anregenden Erfahrungsaustausch und viel Erfolg. Josef Pröll, Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Österreich IV ART-Schriftenreihe 7, 2008

7 Vorworte Wandel und nachhaltige Entwicklung im Berggebiet Ein Blick zurück genügt um wahrzunehmen, dass sich die Berglandwirtschaft laufend den neuen Rahmenbedingungen in Wirtschaft, Politik und Gesellschaft angepasst hat. Insofern ist Wandel nichts Neues. Aber heute läuft der Veränderungsprozess immer schneller ab und gleichzeitig ist das Ziel der nachhaltigen Entwicklung anspruchsvoller geworden. Die Herausforderungen sind somit schwieriger geworden, auch weil die topographischen, strukturellen und klimatischen Standortnachteile bekanntlich die Entwicklungsmöglichkeiten einschränken. Es ist daher angebracht, dass sich die Wissenschaft dem Wandel und der nachhaltigen Entwicklung im Berggebiet annimmt. In den Berggebieten wandelt sich nicht nur die Landwirtschaft. Es verändern sich auch die Ansprüche von Bevölkerung und Touristen. Die Einheimischen betonen den Lebensund Wirtschaftsraum. Für die Besucher stehen Erholung, Ferien und Freizeit im Kultur- und Naturraum im Vordergrund. In der Schweiz greift der Bund mit neuen Politikinstrumenten wie der Neugestaltung des Finanzausgleichs, der Neuen Regionalpolitik, die Unterstützung von Naturpärken sowie Anpassungen in der Agrarpolitik den Regionen weiterhin unter die Arme. Die Regionen werden sich künftig noch aktiver und innovativer als bisher um ihre Zukunft bemühen müssen. Nur wer selber Ideen entwickelt und Vorschläge lanciert wird unterstützt. Die Forschung hat daher aufzuzeigen, wo und mit welchen Ansätzen erfolgsversprechende Initiativen entwickelt und umgesetzt werden können. Das Forschungsprogramm AgriMontana von Agroscope befasst sich entsprechend mit zukunftsfähigen Strategien der Land- und Forstwirtschaft in montanen Räumen. Es werden zum Beispiel wettbewerbsfähige und standortgerechte Produktions- und Pflegeverfahren sowie Entscheidungshilfen für die Politik erarbeitet. Der vorliegende Tagungsband zeigt auf, dass das Berggebiet offen für Neues sein muss und auch sein wird. Ein Schwerpunkt bildet auch die Frage, welchen Beitrag der ländliche Raum zur Energieversorgung leisten kann und soll. Der Blick wird dabei auf die erheblichen Waldflächen der Bergregionen gelenkt, die sich teils in bäuerlichem Eigentum befinden. Neben den Schutz- und Landschaftsfunktionen des Waldes rückt auch seine Produktionsfunktion ins Zentrum. Besonders wertvoll ist in diesem Zusammenhang die bewährte Zusammenarbeit der Schweiz mit den Partnern aus Österreich, welche in diesem Bereich über wesentliche Erfahrungen verfügen. Diese langjährige Zusammenarbeit bereichert die Diskussion und stellt die Thematik in einen europäischen Kontext. Manfred Bötsch Ich wünsche der Tagung viel Erfolg, einen regen Wissensaustausch und interessante Diskussionen. Die Berggebiete brauchen kompetente Entscheidungsgrundlagen um ihre Ressourcen effizient einsetzen, die Lebensgrundlagen erhalten und den Erholungsraum gestalten zu können. Manfred Bötsch, Direktor, Bundesamt für Landwirtschaft, Schweiz ART-Schriftenreihe 7, 2008 V

8 ART VI ART-Schriftenreihe 7, 2008

9 Überbetriebliche Futterkonservierung Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen Überbetriebliche Futterkonservierung Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen Helmut Ammann, Agro-Ing. HTL, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Zusammenfassung Für die Produktion von Raufutter stehen verschiedene technische Möglichkeiten zur Verfügung. Bei einer mittleren Mechanisierung, die sich aus einem Mähwerk mit 3 Metern Arbeitsbreite, einem Kreiselheuer mit 5 Metern und einem Kreiselschwader mit 4 Metern Arbeitsbreite sowie einem Ladewagen mit 20 m 3 Ladeinhalt zusammensetzt, betragen die zuteilbaren Investitionen zirka CHF Daraus ergeben sich pro Jahr fixe Kosten von rund CHF Die praktisch doppelten Werte ergeben sich bei einer hohen Mechanisierung mit einem 9-Meter-Schneidwerk, Kreiselheuer mit 9- und Doppelkreiselschwader mit 6 Metern Arbeitsbreite und einem Ladewagen mit 24 m 3 Ladeinhalt. Die zuteilbaren Investitionen betragen bei dieser Mechanisierung etwa CHF , die zuteilbaren fixen Kosten je Jahr zirka CHF Zu berücksichtigen ist, dass bei der hohen Mechanisierung ein Traktor mit einer Minimalleistung von 110 kw (150 PS) benötigt wird, wobei bei der mittleren Mechanisierung 60 kw (82 PS) genügen. Für die Ernte einer Schnitthektare Belüftungsfutter werden bei der mittleren Mechanisierung und einer Feldentfernung von 500 Metern 3,8 Arbeitsstunden benötigt, bei der hohen Mechanisierung 3,0 Arbeitsstunden. Die Distanz zu den Landparzellen hat eine beachtliche Bedeutung. Bei einer Hof-Feld-Distanz von 5000 Meter werden bei der mittleren Mechanisierung 6,6 Arbeitsstunden benötigt. Die Parzellengrösse hat einen weiteren Einfluss auf den Arbeitszeitbedarf je Hektare. Bei einer Parzellengrösse von zwei Hektaren werden 3,8 Arbeitsstunden benötigt, bei Parzellen mit fünf Hektaren noch 3,0 Arbeitsstunden. Beeinflusst wird der Arbeitszeitbedarf auch durch die Neigung der Parzelle. Im Gegensatz zu 3,8 Arbeitsstunden auf der Ebene werden bei 35 Prozent Neigung 4,6 Arbeitsstunden benötigt. Résumé Conservation du fourrage en commun par plusieurs exploitations Conservation, importance des conditions-cadres Il existe plusieurs possibilités techniques pour produire du fourrage grossier. Avec un taux de mécanisation moyen défini comme suit: une barre de coupe d une largeur de travail de 3 mètres, une pirouette d une largeur de travail de 5 mètres et un giro-andaineur d une largeur de travail de 4 mètres, ainsi qu une autochargeuse de 20 m 3, les investissements attribuables s élèvent environ à CHF Cette somme entraîne un montant de coûts fixes annuels de l ordre de CHF Ces chiffres doublent pratiquement lorsque le taux de mécanisation est plus élevé: dispositif de coupe de 9 mètres, pirouette d une largeur de travail de 9 m et andaineur double d une largeur de travail de 6 mètres ainsi qu une autochargeuse de 24 m 3. Dans ce cas, les investissements attribuables s élèvent environ à CHF et les coûts fixes attribuables à environ CHF par an. Il faut tenir compte du fait qu avec un taux de mécanisation élevé, il faut un tracteur d une puissance minimale de 110 kw (150 CV), alors qu avec un taux de mécanisation moyen, un tracteur de 60 kw (82 CV) suffit. Pour la récolte d un hectare de fourrage séché en grange, il faut compter 3,8 heures de travail avec un taux de mécanisation moyen et une parcelle distante de 500 mètres. Lorsque le taux de mécanisation est élevé, il faut 3,0 heures de travail. La distance qui sépare ART-Schriftenreihe 7, 2008

10 Vollkostenkalkulationen Überbetriebliche Futterkonservierung für Ackerkulturen Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen les parcelles de l exploitation joue un rôle capital. Lorsque la distance entre la ferme et la parcelle est de 5000 mètres, il faut 6,6 heures de travail avec un taux de mécanisation moyen. La taille de la parcelle exerce également une influence sur le temps de travail nécessaire par hectare. Pour une parcelle de 2 hectares, il faut compter 3,8 heures de travail, pour des parcelles de 5 hectares, il faut 3,0 heures de travail de plus. Enfin, le temps de travail est également déterminé par le degré de pente de la parcelle. Alors qu il faut 3,8 heures de travail sur terrain plat, il en faut 4,6 sur un terrain ayant 35 % de pente. Summary Inter-Farm Subcontracting of Fodder Preservation The Importance of the Basic Conditions Various technical options are available to us for the production of roughage. With an average level of mechanisation consisting of a mower with a 3-metre working width, a rotary tedder with a 5-metre working width and a rotary rake with a 4-metre working width, as well as a self-loading waggon with a 20 m 3 load capacity, the apportionable investments come to approx. CHF , with fixed costs of about CHF 9600 per annum arising from this. These values practically double for a high degree of mechanisation with a 9-metre header, a rotary tedder with a 9-metre working width, a twin rotary rake with a 6-metre working width and a self-loading waggon with 24 m 3 load capacity. With this level of mechanisation, the apportionable investments come to approx. CHF and the apportionable fixed costs to approx. CHF per annum. It must be borne in mind that with the high level of mechanisation a tractor with a minimum horsepower of 110 kw (150 HP) is required, whilst 60 kw (82 HP) is sufficient for the average level of mechanisation. With average mechanisation and a distance from the field of 500 metres, 3.8 working hours are needed to harvest one cut hectare of ventilated feed; with high mechanisation, 3.0 working hours are required. The distance to the plots to be harvested is of considerable importance: with a farmyard-to-field distance of 5000 metres and with average mechanisation, 6.6. working hours are required. In addition, the size of the plots has an effect on the working-time requirement per hectare. With a plot size of 2 hectares, 3.8 working hours are needed; with 5-hectare plots, another 3 working hours. The working time requirement is also influenced by the slope of the plot: iin contrast to 3.8 working hours on the flat, 4.6 working hours are required in the case of a 35% gradient. Bedeutung Futterkonservierung Die Bereitstellung von qualitativ einwandfreiem Konservierungsfutter hat für den Raufutter produzierenden Betrieb eine zentrale Bedeutung. Technisch, organisatorisch und auch wirtschaftlich stehen dazu verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Das Angebot von Maschinen für den Futterbau ist vielseitig, der einzel- wie auch der überbetriebliche Einsatz ist machbar. Die arbeits- und wirtschaftliche Belastung ist entsprechend der gewählten Technik und Organisation verschieden. Mechanisierungen im Vergleich Wir vergleichen die Mechanisierung mit mittlerer und mit grosser Schlagkraft (Tab. 1, Abb. 1). Für die mittlere Mechanisierung fallen im Vergleich zur hohen Mechanisierung nur die Hälfte der dem Futterbau zuteilbaren Investitionen und jährlich fix anfallenden Kosten zu. Nach den Werten der Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART betragen die zuteilbaren Investitionen bei der mittleren Mechanisierung CHF und bei der hohen Mechanisierung CHF Im nahezu gleichen Verhältnis fallen die zuteilbaren fixen Kosten an, CHF bei der mittleren Mechanisierung, CHF bei der hohen Mechanisierung. Zudem ist zu beachten, dass bei der hohen Mechanisierung für die gewählte Mäharbeit ein leistungsstarker Traktor von 110 kw (150 PS) vorausgesetzt ist. ART-Schriftenreihe 7, 2008

11 Überbetriebliche Futterkonservierung Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen Tab. 1: Grunddaten der ausgewählten Mechanisierungen. Anschaffungspreis Dem Futterbau zuteilbare Kosten fix je Jahr CHF variabel je AE CHF Schwellenwert für kürzere Abschreibung 1. Mittlere Mechanisierung Traktor, 4-Radantrieb, 50 kw (68 PS) /h Traktor, 4-Radantrieb, 60 kw (82 PS) /h Fronthydraulik und Frontzwapfwelle /h 833 h/jahr Frontkreiselmäher, 3 m /ha 100 ha/jahr Aufbereiter, Dreipunktanbau /ha 83 ha/jahr Kreiselheuer, 5 m /ha 133 ha/jahr Kreiselschwader, 4 m /ha 83 ha/jahr Ladewagen, mittel, 20 m /Fu 417 Fu/Jahr Zuteilbare Werte Maschinen Futterbau Hohe Mechanisierung Traktor, 4-Radantrieb, 50 kw (68 PS) /h Traktor, 4-Radantrieb, 110 kw (150 PS) /h Fronthydraulik und Frontzwapfwelle /h 833 h/jahr Mähkombination mit Aufbereiter, 9 m /ha 500 ha/jahr Kreiselheuer, 9 m /ha 200 ha/jahr Doppelkreiselschwader mit Seitenablage, 6 m /ha 167 ha/jahr Ladewagen, gross, 24 m /Fu 417 Fu/Jahr Zuteilbare Werte Maschinen Futterbau Fixe Kosten ohne Gebäude: Abschreibung, Zins, Versicherungen und Gebühren Variable Kosten ohne Wartung: Reparaturen und Treibstoff Annahme: Für Gebäude und Wartung fallen keine zusätzliche Fremdkosten an AE: Arbeitseinheit Fu: Fuder Liegt der Fall vor, dass auf dem Betrieb diese Leistungsgrösse des Traktors nur wegen dem Mähen mit dem Schmetterlingmähwerk notwendig ist, sind die Differenzen bei den Investitionen und den fixen Kosten zu einem sonst benötigten Traktor zusätzlich dem Futterbau anzulasten. Arbeitsleistungen bei unterschiedlicher Mechanisierung Bei einer Parzellengrösse von zwei Hektaren werden vom Mähen bis und mit Einlagerung bei der mittleren Mechanisierung je Schnitthektare Belüftungsfutter 3,8 Arbeitskraftstunden (AKh) benötigt (Tab. 2). Bei der hohen Mechanisierung sind es noch 3,0 AKh. Bei den Hauptzeiten auf dem Feld wirken sich die Arbeitsgrössen der eingesetzten Maschinen direkt aus. Bei einem Mähwerk mit 9-Meter-Arbeitsbreite wird die dreifache Leistung gegenüber einem Mähwerk mit 3-Meter-Arbeitsbreite festgestellt. Hingegen benötigt das Mähwerk mit 9 Metern Arbeitsbreite einen wesentlich grösseren Arbeitsaufwand für das An- und Abhängen sowie das Einrichten für die Strassenfahrten und das Mähen. Für den An- und Abbau eines Schmetterlingmähwerks und dessen Rüstzeiten auf dem Feld ist unter anderem ein Arbeitszeitbedarf von 22 Minuten vorgegeben, während bei einem Frontmähwerk mit 3-Meter-Arbeitsbreite nur acht Minuten zu kalkulieren sind. Bei der verglichenen Mechanisierung und den ausgewählten Arbeitsgängen verringert sich die Hauptzeit, die eigentlichen Einsatzzeiten auf dem Feld von 1,8 auf 1,0 AKh, was einer Reduktion von 44 Prozent entspricht. Der Arbeitszeitbedarf für die übrigen Arbeiten bleibt allerdings mit 2 AKh je Hektare im gleichen Rahmen. Diese beinhalten vor allem die Zeiten für den Weg und die Rüstzeiten auf dem Feld und auf dem Hof. ART-Schriftenreihe 7, 2008

12 Vollkostenkalkulationen Überbetriebliche Futterkonservierung für Ackerkulturen Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen Abb. 1: Für die Raufutterernte stehen Mechanisierungen mit unterschiedlichster Schlagkraft zur Auswahl. Ausgewählte Mechanisierungen Mittel Hoch 60 kw (92 PS), 3 m 110 kw (150 PS), 9 m 5 m 9 m 4 m 6 m 20 m 3 24 m 3 ART-Schriftenreihe 7, 2008

13 Überbetriebliche Futterkonservierung Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen Tab. 2: Arbeitszeitbedarf je Schnitthektare Belüftungsfutter bei unterschiedlicher Schlagkraft. Rahmenbedingungen: Mittlere Mechanisierung Parzellengrösse: 2 ha Distanz Hof-Feld: 500 m Art der Mechansierung Arbeitsarten Typ Maschine Zeitbedarf/ha Hauptzeit/ha Zeitanteile übrige Zeiten/ha Mittel Mähen 3 m 43 Min. 24 Min. 19 Min. Zetten und wenden, 3 Dg. 5 m 87 Min. 42 Min. 45 Min. Schwaden, 2 Dg. 4 m 42 Min. 28 Min. 14 Min. Einführen mit Ladewagen 20 m 3 58 Min. 13 Min. 45 Min. Total 0 Min. 3,8 AKh 107 Min. 1,8 AKh 123 Min. 2,0 AKh Hoch Mähen 9 m 39 Min. 8 Min. 31 Min. Zetten und wenden, 3 Dg. 9 m 73 Min. 28 Min. 45 Min. Schwaden, 2 Dg. 6 m 24 Min. 13 Min. 11 Min. Einführen mit Ladewagen 24 m 3 46 Min. 13 Min. 33 Min. Total 182 Min. 62 Min. 120 Min. 3,0 AKh 1,0 AKh 2,0 AKh Dg.: Durchgänge Hauptzeit: Einsatzzeit der Maschinen auf dem Feld Übrige Zeiten: Zeiten für Bereitstellung, Weg, Störungen, Entladen und Wenden Grösse der Parzellen Mit der Grösse der Parzellen ändert sich der Arbeitszeitbedarf je Hektare. Die Hauptzeiten wie das Mähen auf dem Feld bleiben unabhängig von der Fläche je Hektare praktisch gleich (Tab. 3). Der Anteil an den übrigen Zeiten verringert sich dabei bei einigen Arbeiten proportional zur Bearbeitungsfläche. Das typische Beispiel dazu sind die Wegzeiten. Können je Anfahrt grössere Parzellen bearbeitet werden, sinkt der Anteil Wegzeit je Flächeneinheit. Bei einer mittleren Mechanisierung werden bei einer Parzellengrösse von 2 ha je Schnitthektare 3,8 AKh benötigt. Ist eine Parzellenfläche von 5 ha vorhanden, verringert sich der Aufwand auf 3,0 AKh je Schnitthektare. Tab. 3: Arbeitszeitbedarf je Hektare bei unterschiedlicher Parzellengrösse. Rahmenbedingungen: Mittlere Mechanisierung Distanz Hof-Feld: 500 m Parzellengrösse 2 ha 5 ha Total Anteile Total Anteile Hauptzeit übrige Zeiten Hauptzeit übrige Zeiten Mähen, Frontmähwerk 3 m 43 Min. 24 Min. 19 Min. 32 Min. 23 Min. 9 Min. Zetten und wenden, Kreiselheuer, 5 m, 3 Dg. 87 Min. 42 Min. 45 Min. 63 Min. 42 Min. 21 Min. Schwaden, Kreiselschwader, 4 m, 2 Dg. 42 Min. 28 Min. 14 Min. 34 Min. 28 Min. 6 Min. Einführen, Ladewagen, 20 m 3 58 Min. 13 Min. 45 Min. 51 Min. 13 Min. 38 Min. Total 0 Min. 107 Min. 123 Min. 180 Min. 106 Min. 74 Min. 3,8 AKh 1,8 AKh 2,0 AKh 3,0 AKh 1,8 AKh 1,2 AKh Dg. Durchgänge Hauptzeit: Einsatzzeit der Maschinen auf dem Feld Übrige Zeiten: Zeiten für Bereitstellung, Weg, Störungen, Entladen und Wenden ART-Schriftenreihe 7, 2008

14 Vollkostenkalkulationen Überbetriebliche Futterkonservierung für Ackerkulturen Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen Distanz zu den Parzellen Die Distanz zu den Parzellen hat vor allem einen arbeitswirtschaftlichen Einfluss. Je nach zur verrichtenden Arbeit müssen die Parzellen mehrfach angefahren werden oder nicht. Für das Mähen einer Schnitthektare genügt in der Regel eine Anfahrt, für das Einführen des Futters sind dagegen mehrere Transporte notwendig. Ausgehend von einer Parzellengrösse von 2 ha und einer Felddistanz von 500 m kommen wir für die Ernte einer Schnitthektare Belüftungsfutter bei einer mittleren Mechanisierung auf einen Arbeitszeitbedarf von 3,8 Stunden (Tab. 4). Beträgt die Distanz 5000 m steigt der Arbeitszeitbedarf auf 6,6 Stunden, oder um mehr als 70 Prozent. Der grösste Unterschied ergibt sich beim Einführen des Futters, wo mehrfache Transporte mit dem Ladewagen anfallen. Der geringste Mehraufwand verzeichnet sich beim Mähen, wo je Schnitt nur eine Anfahrt notwendig ist. Die mittlere Fahrgeschwindigkeit ist bei Leerfahrten und Fahrten mit Geräten bei 22 km pro Stunde festgelegt. Bei den Fahrten mit beladenen Ladewagen sind es noch 18 km pro Stunde. Grundsätzlich wird die mittlere Fahrgeschwindigkeit durch verschiedene Faktoren beeinflusst: Mögliche Maximalgeschwindigkeit des Fahrezugs Leistungsangebot der Zugkraft Strassenbeschaffenheit Höhenunteschiede Übriger Verkehr auf Strasse Tab. 4: Einfluss Distanz auf Einsatz Arbeits- und Zugkraft. Rahmenbedingungen: Mittlere Mechanisierung Parzellengrösse: 2 ha Arbeitsart Mähen Zetten und wenden Schwaden Eingesetzte Maschinen Frontkreiselmäher, 3 m Kreiselheuer, 5 m Kreiselschwader, 4 m Einsatz Distanz Hof-Feld Mehraufwand 500 m 5000 m absolut relativ Arbeitskraft Zugkraft Arbeitskraft Zugkraft Arbeits-/ Zugkraft Arbeitskraft Zugkraft 1 Dg. 43 Min. 35 Min. 58 Min. 50 Min. 15 Min. 35 % 43 % 3 Dg. 87 Min. 71 Min. 132 Min. 116 Min. 45 Min. 52 % 63 % 2 Dg. 42 Min. 38 Min. 57 Min. 53 Min. 15 Min. 36 % 39 % Einführen Ladewagen, 2,5 Fu/ha 58 Min. 53 Min. 148 Min. 143 Min. 90 Min. 155 % 170 % 20 m 3 Total 0 Min. 197 Min. 395 Min. 362 Min. 165 Min. 72 % 84 % 3,8 AKh 3,3 AKh 6,6 AKh 6,0 AKh 2,8 AKh 72 % 84 % Dg.: Durchgänge Fu: Fuder Neigungen der Parzellen Der Vergleich im Arbeitszeitbedarf zwischen ebenen und zu 35-Prozent-geneigten Parzellen zeigt für die Ernte einer Schnitthektare bei einer mittleren Mechanisierung eine Differenz von 48 Minuten oder 21 Prozent Mehraufwand zur ebenen Parzelle (Tab. 5). Der Mehraufwand ergibt sich vor allem beim Wenden an den Parzellenrändern. Aus Gründen der Fahrsicherheit muss dabei mit einer geringeren Geschwindigkeit gefahren werden. Zudem ist das Lenken am Hang aufwändiger. 6 ART-Schriftenreihe 7, 2008

15 Überbetriebliche Futterkonservierung Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen Tab. 5: Arbeitszeitbedarf je Hektare bei unterschiedlicher Neigung der Parzellen. Rahmenbedingungen: Mittlere Mechanisierung Distanz Hof-Feld: 500 m Mittlere Neigung 0 % % Differenz Mähen, Frontmähwerk 3 m 43 Min. 53 Min. 10 Min. 23 % Zetten und wenden, Kreiselheuer, 5 m, 3 Dg. 87 Min. 104 Min. 17 Min. 20 % Schwaden, Kreiselschwader, 4 m, 2 Dg. 42 Min. 53 Min. 11 Min. 26 % Einführen, Ladewagen, 20 m 3 58 Min. 68 Min. 10 Min. 17 % Total 0 Min. 278 Min. 48 Min. 21 % 3,8 AKh 4,6 AKh 0,8 AKh % Dg. Durchgänge Zuteilbare Kosten und Verwertung der frei werdenden Arbeitszeit Beim Einsatz der grossen Schlagkraft können bei Parzellen von zwei Hektaren je Schnitthektare 0,8 AKh eingespart werden. Die Einsparung von Arbeitszeit auf dem Feld bei einem hohen Mechanisierungsgrad wird durch das aufwändige An- und Abhängen von Grossmaschinen, wie dem Schmetterlingmähwerk allerdings wieder reduziert. Die Vorzüglichkeit einer hohen Mechanisierung kommt beim Einsatz in grossen Parzellen und grossem Flächenangebot zum Ausdruck (Tab. 6 und Abb. 2). Von Vorteil ist, wenn die Aggregate nicht immer wieder ab-, beziehungsweise angehängt werden müssen. Wirtschaftlich interessant werden die leistungsfähigen Mechanisierungen erst bei hohen Auslastungen. Generell gilt auch hier: Wird eine Mechanisierung besser eingesetzt, werden die Kosten pro Hektare günstiger, da die beachtlichen fixen Kosten auf mehr Arbeitseinheiten überwälzt werden können. Tab. 6: Zuteilbare Kosten bei einer unterschiedlichen Auslastung. Rahmenbedingungen: Parzellengrösse: 2 ha Distanz Hof-Feld: 500 m Schnitt- Mechanisierung hektaren pro Jahr mittel hoch eigen CHF/ha eigen CHF/ha Mähen im Lohn CHF/ha Der Unterschied bei den je Jahr anfallenden fixen Kosten ist bei den beiden beschriebenen Mechanisierungen CHF Für eine Kostengleichheit muss die frei werdende Arbeitszeit wertvoll eingesetzt werden können. Bei einer Ernte von 80 Schnitthektaren beträgt der Unterschied im Arbeitszeitbedarf 64 AKh. Je Schnitthektare betragen die zuteilbaren Kosten ohne Arbeit bei der mittleren Mechanisierung CHF 244. pro Hektare, bei der hohen Mechanisierung CHF Damit eine Kostengleichheit entsteht, müssten die je Schnitthektare eingesparten 0,8 AKh zu CHF 128. eingesetzt werden können. ART-Schriftenreihe 7,

16 Vollkostenkalkulationen Überbetriebliche Futterkonservierung für Ackerkulturen Konservierung, Bedeutung der Rahmenbedingungen Abb. 2: Die je Jahr erreichbare Auslastung ist im Wesentlichen massgebend für die Kosten je Schnitthektare Zuteilbare Maschinenkosten bei unterschiedlicher Auslastung Fr./ha Schnitthektaren/Jahr Eigenmechanisierung mittel, 3,8 AKh/ha Eigenmechanisierung hoch, 3,0 AKh/ha Mähen im Lohn, übriges, Eigenmechanisierung hoch, 2,5 AKh/ha Bei grossen Auslastungen erreichen einige Maschinen den Schwellenwert für eine verkürzte Abschreibungsdauer. Die Maschine wird dann nicht mehr auf Grund ihres Alters und der damit verbundenen technischen Veralterung ersetzt, sondern auf Grund der hohen mechanischen Beanspruchung und dem damit verbundenen Materialverschleiss und der Materialermüdung. Im einzelnen Fall mag der Schwellenwert bei einer unterschiedlichen Benutzung liegen, in den vorliegenden Kalkulationen sind wir von den Werten aus gegangen, wie sie sich in den ART-Berichten «Maschinenkosten» ableiten lassen (Tab. 1). Bei einem an der Dreipunktaufhängung angebauten Aufbereiter und einem 4-m-Kreiselschwader liegt der Schwellenwert zum Beispiel bei einer Bearbeitungsfläche von 83 ha je Jahr. Bei grösseren Auslastungen sind die Geräte schneller unter 12 Jahren abzuschreiben. Bei Auslastungen im unteren Bereich weisen die Verfahren mit hoher Schlagkraft je Schnitthektare wesentlich höhere Kosten aus als mittlere Mechanisierungen (Tab. 6). Bei einem Einsatz auf 50 Schnitthektaren, auf denen Konservierungsfutter für zirka 60 Grossvieheinheiten anfällt, betragen die zuteilbaren Kosten bei der mittleren Mechnisierung CHF 302. pro Hektare, im Gegensatz zu CHF 483. bei einer hohen Mechanisierung. Absolut beträgt die Differenz bei dieser Einsatzfläche über CHF pro Jahr. Bei geringeren Auslastungen ist zu prüfen, ob einzelne Maschinen nicht überbetrieblich eingesetzt werden können, sei dies über Lohnaufträge, Zumietung oder gemeinsamer Anschaffung. Bei einer einzelbetrieblich geringen Auslastung können somit auch mit einer hohen Schlagkraft vertretbare Kosten pro Hektare erreicht werden. Der Trend zu einer hohen Schlagkraft lässt sich einerseits dadurch begründen, dass auf den Betrieben wenige Arbeitskräfte zur Verfügung stehen und die Erntearbeiten in einem zeitlich begrenzten Abschnitt zu erledigen sind. Die Arbeitsbelastung kann dadurch reduziert werden und die Gewähr, dass das Futter unter günstigen Bedingungen geborgen wird, ist eher gegeben. Anderseits zahlt sich die bessere Raufutterqualität mit einer höheren Grundfutterleistung bei Milch- und Masttieren aus. 8 ART-Schriftenreihe 7, 2008

17 Rundballenpressen mit variabler Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste Rundballenpressen mit variabler Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste Franz Handler, Manfred Nadlinger, Emil Blumauer, Johannes Paar und Alfred Pöllinger, HBLFA Francisco Josephinum, BLT Biomass Logistics Technology, A 3250 Wieselburg Zusammenfassung: Im vorliegenden Beitrag wurden die Einflussfaktoren auf Leistungsbedarf, Ballendichte, spezifischen Energiebedarf und Bröckelverluste bei Rundballenpressen mit variabler Presskammer untersucht. Bei Anwelksilage und Stroh war der maximale Pressdruck eingestellt. Bei Belüftungsheu sollte eine mittlere Ballendichte von 110 bis 120 kg TM/m³ erreicht werden. Diese Vorgabe konnte von allen Pressen erreicht werden. Der Leistungsbedarf an der Zapfwelle wurde wesentlich von der Anzahl der verwendeten Messer und dem Massenstrom in die Presse beeinflusst. Bei der Anwelksilage hing die Ballendichte (kg TM/m³) vor allem vom Trockenmassegehalt ab. Bei Stroh zeigte der Massenstrom in die Presse einen signifikanten Einfluss. Anwelksilageballen waren bezüglich der Dichte homogener als Strohballen. Die aufgetretenen Bröckelverluste wurden von der Schwadmasse und der Anzahl der verwendeten Messer wesentlich mitbestimmt. Der spezifische Energiebedarf (kwh/t TM) wurde von der Anzahl der verwendeten Messer und vom Massenstrom in die Presse beeinflusst. Zwischen den Pressen gab es bezüglich Leistungsbedarf, Ballendichte, spezifischen Energiebedarf und Bröckelverluste teilweise signifikante Unterschiede. Résumé Presses à balles rondes à chambre de compression variable Puissance nécessaire, densité des balles et pertes par brisure La présente contribution étudie les facteurs qui influent sur la puissance nécessaire, la densité des balles, la consommation d énergie spécifique et les pertes par brisure avec les presses à balles rondes à chambre de compression variable. Pour l ensilage préfané et la paille, la pression est réglée au niveau maximal. Pour le foin séché en grange, l objectif est d obtenir une densité moyenne des balles de 110 à 120 kg MS/m³. Cet objectif a pu être atteint avec toutes les presses. La puissance nécessaire à la prise de force dépend essentiellement du nombre de couteaux utilisés et du débit-masse dans la presse. Pour l ensilage préfané, la densité de la balle (kg MS/m³) dépend surtout de la teneur en matière sèche. Dans le cas de la paille, le débit-masse dans la presse exerce une influence significative. En ce qui concerne la densité, les balles d ensilage préfané sont plus homogènes que les balles de paille. Les pertes par brisure sont essentiellement déterminées par la masse des andains et le nombre de couteaux utilisés. La consommation spécifique d énergie (kwh/t MS) dépend du nombre de couteaux utilisés et du débit-masse dans la presse. Les différences sont parfois significatives entre les presses en ce qui concerne la puissance nécessaire, la densité des balles, la consommation d énergie spécifique et les pertes par brisure. Summary Round Baling with a Variable Baling Chamber Power Requirement, Bale Density and Shatter Losses In this paper, we examine the factors influencing power requirement, bale density, specific energy requirement and shatter losses when round baling with a variable baling chamber. For pre-wilted silage and straw, the maximum baling pressure was set. With ventilated hay, an average bale density of 110 to 120 kg DM/m³ should be achieved; this target ART-Schriftenreihe 7,

18 Vollkostenkalkulationen Rundballenpressen mit variabler für Ackerkulturen Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste was reached by all balers. The power requirement at the PTO shaft was substantially influenced by the number of knives used and the rate of flow into the baler. With the pre-wilted silage, bale density (kg DM/m³) was chiefly dependent on the dry-matter content. With straw, the rate of flow into the baler had a significant impact. In terms of density, pre-wilted-silage bales were more homogeneous than straw bales. Shatter losses were determined to a large extent by swath mass and number of knives used. The specific energy requirement (kwh/t DM) was influenced by the number of knives used and the rate of flow into the baler. In some cases, differences between the balers in terms of power requirement, bale density, specific energy requirement and shatter losses were significant. 1. Einleitung 2007 organisierte die Zeitschrift «Der fortschrittliche Landwirt» eine Vergleichsuntersuchung an Rundballenpressen mit variabler Presskammer. Untersucht wurden sieben Pressen von fünf Herstellern. Die vergleichenden maschinenspezifischen Ergebnisse wurden in Paar et al. 2007a, Paar et al. 2007b, Paar et al. 2007c veröffentlicht. Der folgende Beitrag stellt grundsätzliche maschinenübergreifende Ergebnisse dar. 2. Material und Methode Die für die Untersuchung verwendeten Pressen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Bei allen Versuchen wurden die Pressen von einem Fendt 712 Vario (92 kw) betrieben. Die Einstellung der Pressen erfolgte jeweils durch Vertreter der Herstellerfirma. Die Bindung der Ballen erfolgte mit Netz bei Anwelksilage und Stroh 2,5-lagig und bei Belüftungsheu vierlagig. Tab. 1: Technische Daten der verwendeten Pressen. Ballendurchmesser [m] Presskammerbreite [m] Presssystem Pick-up Arbeitsbreite nach DIN [m] Spur aussen/ Bereifung Schneidwerk Messeranzahl Zulässige Stützlast [kn] Eigenmasse (inkl. 1 Netzrolle) [kg] 1 Entspricht BR 7060 Deutz Fahr RB 490-OC Deutz Fahr Varimaster 560 John Deere 592 Premium Krone VarioPack Multicut 00 Krone Comprima V 0 XC New Holland BR 740A 1 Welger RP 435 Master 0,80 1,85 0,80 1,65 0,6 1,80 1,00 1,50 1,00 1,50 0,90 1,50 0,90 1,60 1,20 1,20 1,17 1,20 1,20 1,18 1,23 5 Endlosriemen 5 Endlosriemen 6 Pressriemen mit Verbindern Stabketten- Elevator Stabgurten- Elevator 6 Endlosriemen 4 Endlosriemen 1,98 1,98 2,13 1,95 2,15 2,30 1,80 2,50 m / 15.0/55 17/10 PR 2,69 m / 500/50 17/10 PR 2,74 m / 500/ ,70 m / 500/50 17/10 PR 2,89 m / 2,59 m / 600/ /12 480/45 17 /MP PR 2,56 m / 19.0/ ,5 7,5 8,0 5,5 6,8 6,5 7, ART-Schriftenreihe 7, 2008

19 Rundballenpressen mit variabler Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste Die Messungen wurden bei Anwelksilage (Dauerwiese) 1. und 4. Schnitt, Belüftungsheu 1. Schnitt (Dauerwiese) und 2. Schnitt (Kleegras) sowie bei Weizen- und Roggenstroh durchgeführt. Bei allen Versuchen wurden die Schwadmasse und Schwadform (Breite und Höhe) erfasst. Die Länge der Versuchsflächen wurde so gewählt, dass alle Messungen bei Ballen durchgeführt werden konnten, die innerhalb einer Schwadlänge fertig gestellt wurden. Bei jedem Ballen wurde die Länge des aufgenommenen Schwades, die Zeit für die Schwadaufnahme, die Bindung und Ablage des Ballens erfasst. Die Zeit wurde mit einem Zeiterfassungssystem ORTIM a3 aufgezeichnet. Die Schwadlänge wurde mittels GPS (Garmin GPS 60) gemessen. Aus der Schwadlänge und der Zeit für die Schwadaufnahme wurde die mittlere Fahrgeschwindigkeit errechnet. Die Leistungsmessungen wurden mit einer Leistungsmessnabe und dem Messsystem «Cronos PL2» (Fa. Additive) durchgeführt. Das Gewicht der Ballen wurde durch an einem Frontlader montierte Wiegezellen und die Homogenität der Ballendichte wurde über die Eindringkraft eines Penetrometers (Kegelspitze) bestimmt. Als Messsystem diente der «Spider mobil» (Fa. Hottinger). Zur Bestimmung der Homogenität der Ballendichte wurde radial in den Ballen bis zur Ballenmitte eingestochen. Die Messungen erfolgten an drei Stellen über die Ballenbreite verteilt und zwar 25 cm vom linken beziehungsweise rechten Rand und in der Mitte. Unmittelbar nach der Fertigstellung der Ballen wurde ihr Umfang an fünf Stellen gemessen. Daraus und aus der Ballenbreite wurde das Volumen der Ballen errechnet. Die mittlere Dichte der Ballen wurde aus dem Volumen und der Masse der Ballen errechnet. Die Bröckelverluste bei Anwelksilage und Belüftungsheu wurden durch das Anbringen von Planen an der Unter- und Rückseite der Pressen erfasst. Die Ballen wurden auf die Plane abgelegt, damit die Verluste beim Öffnen der Presse miterfasst wurden. Neben der Masse der Ballen und der Bröckelverluste wurde auch ihr Nährstoffgehalt (Weender-Analyse) bestimmt. Die Probenziehung für die Trockenmassebestimmung und Nährstoffanalyse erfolgte durch eine radiale Kernbohrung nach Abschluss der Vermessung, der Verwiegung und der Penetrometermessungen. Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit SPSS Der Vergleich der Pressen hinsichtlich Ballendichte, Leistungsbedarf, spezifischer Energiebedarf und Bröckelverluste erfolgte auf der Basis eines univariaten allgemeinen linearen Modells. Die Varianzhomogenität wurde mit dem Levene-Test überprüft. Für Paarvergleiche wurde der t-test verwendet. Für die multiplen Mittelwertvergleiche wurde bei Varianzhomogenität der Test nach Bonferroni und ansonsten der Test nach Tamhane-T2 verwendet. Die Variationsbreiten der Einflussfaktoren Schwadstärke, Fahrgeschwindigkeit beim Pressen, Trockenmassegehalt des Pressguts, Massenstrom in die Presse und Ballendurchmesser sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Beim Pressen von Anwelksilage und Stroh waren alle Pressen auf den maximalen Pressdruck eingestellt. Für das Pressen von Belüftungsheu wurde eine mittlere Dichte von 110 bis 120 kg TM/m³ gefordert. 3. Ergebnisse und Diskussion 3.1 Ballendichte Die Auswertung der Einflussfaktoren auf der Basis eines univariaten allgemeinen linearen Modells zeigte bei den Anwelksilagen einen signifikanten positiven Einfluss des Trockenmassegehaltes (% TM) auf die Ballendichte (kg TM/m³). Die Regressionskoeffizienten betrugen beim 1. Schnitt 1,7 (P = 0,004) und beim 4. Schnitt 3,3 (P=0,037). Ein steigender Massenstrom in die Presse bewirkte in beiden Fällen tendenziell eine Abnahme der Dichte. ART-Schriftenreihe 7,

20 Vollkostenkalkulationen Rundballenpressen mit variabler für Ackerkulturen Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste Tab. 2: Versuchsbedingungen 1. Anwelksilage Dauerwiese Weizenstroh Roggenstroh Belüftungsheu 1.Schnitt 4. Schnitt 1. Schnitt Dauerwiese Schwadstärke [kg TM/m] 2 2,0 3,5 (2,8) 1,8 2,2 (2,0) 2,3 2,9 (2,4) 2,4 4,0 (3,1) Fahrgeschwindigkeit [km/h] Trockenmassegehalt [%] Massenstrom [t TM/h] Ballendurchmesser [cm] 3,3 6,5 (5,0) 35,3 48,6 (41,0) 9,3 18,5 (13,9) 1 Werte in Klammer sind Mittelwerte 2 TM = Trockenmasse 6,3 7,4 (6,9) 35,0 48,8 (40,9) 13,0 14,0 (13,8) 6,6 11,1 (8,4) 4,2 8,0 (6,0) 87,0 92,9 15,7 26,0 (20,1) 12,0 25,0 (18,6) 1,8 3,6 (2,8) 6,3 7,9 (7,1) 68,0 78,7 (75,9) 14,2 28,7 (19,0) 2. Schnitt Kleegras 1,5 2,2 (1,8) 6,2 10,6 (9,9) 74,7 78,2 (76,9) 10,7 22,4 (17,6) Tab. 3: Messerausstattung bei den Versuchen. Deutz Fahr RB 490-OC Deutz Fahr Varimaster 560 John Deere RB 592 Premium Krone Vario Pack 1500 Krone Comprima V 0 XC New Holland BR740A Welger RP Master Anwelksilage 1. Schnitt Anwelksilage 4. Schnitt Weizen- und Roggenstroh Belüftungsheu Der Einfluss war aber nicht signifikant 1. Der feste Faktor Presse 2 hatte in beiden Fällen einen signifikanten Einfluss auf die Ballendichte (1. Schnitt P=0,002, 4. Schnitt P=0,008). Der feste Faktor Presse und die Kovariate Trockenmassegehalt des Anwelkguts erklärten beim 1. Schnitt 51 % 3 und beim 4. Schnitt 82 % der Varianz der Ballendichte. Die auf Basis des univariaten allgemeinen linearen Modells berechneten mittleren Dichten für den mittleren Trockenmassegehalt schwankten beim 1. Schnitt zwischen 166 und 188 kg TM/m³. Ein multipler Mittelwertvergleich ergab teilweise signifikante Unterschiede 4 zwischen den Pressen. Beim 4. Schnitt bewegten sich die für den mittleren Trockenmassgehalt berechneten mittleren Ballendichten der Pressen zwischen 190 und 214 kg TM/m³. Die mittlere Ballendichte war beim 1. Schnitt signifikant niedriger als beim 4. Schnitt (Tab. 4). Ursache dürfte die geringere Sperrigkeit des Anwelkgutes beim 4. Schnitt gewesen sein. Hinsichtlich des mittleren Trockenmassegehaltes und des mittleren Massenstromes in die Presse unterschieden sich die beiden Schnitte nicht signifikant voneinander. Die Ballendichte der Ballen von 1 P>0,05 2 Einfluss, der durch die verschiedenen Rundballenpressen verursacht wird 3 Korrigiertes Bestimmtheitsmass 4 P<0,05 Tab. 4: Vergleich der Ballendichten zwischen Anwelksilage 1. Schnitt und Anwelksilage 4. Schnitt. Anwelksilage n 1 Mittelwert [kg TM/m³] Standardabweichung [kg TM/m³] 1. Schnitt Schnitt Anzahl Ballen P (t-test) 0, ART-Schriftenreihe 7, 2008

21 Rundballenpressen mit variabler Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste derselben Presse schwankte beim 4. Schnitt stärker, weshalb durch den multiplen Mittelwertvergleich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Pressen festgestellt werden konnten. Beim Weizenstroh wiesen der feste Faktor Presse (P=0,000) und die Kovariate Massenstrom in die Presse (t TM/h) einen signifikanten Einfluss auf die Ballendichte auf. Der Regressionskoeffizient zwischen Massenstrom (t TM/h) und Ballendichte (kg TM/m³) betrug -0,7 (P=0,003). Das univariate allgemeine lineare Modell verfügte über ein korrigiertes Bestimmtheitsmass von 0,81. Die auf Basis des Modells berechneten mittleren Ballendichten der Pressen lagen beim mittleren Massenstrom zwischen 107 und 119 kg TM/m³. Neben Weizenstroh wurde auch Roggenstroh gepresst. Beim Weizenstroh waren die mittlere Fahrgeschwindigkeit und der mittlere Massenstrom in die Presse signifikant höher, was eine geringere Ballendichte als beim Roggenstroh erwarten liess. Ein t-test zeigte allerdings das Gegenteil (Tab. 5). Ursache für die geringere Dichte des Roggenstrohes dürfte die signifikant höhere mittlere Schwadmasse und seine Struktur gewesen sein. Die beim Belüftungsheu geforderte Dichte von kg TM/m³ konnte mit allen Pressen erreicht werden. Hinsichtlich der Einstellung des gewünschten Pressdruckes gab es zwischen den Pressen grosse Komfortunterschiede und die Einstellung war bei einigen Pressen schwer reproduzierbar, da entsprechende Anzeigen fehlten. Tab. 5: Vergleich der Ballendichten zwischen Weizen- und Roggenstroh. Stroh n Mittelwert [kg TM/m³] Standardabweichung [kg TM/m³] Weizenstroh Roggenstroh P (t-test) 0,000 In den Abbildungen 1 bis 3 ist die relative Eindringkraft eines Penetrometers beim radialen Einstechen in den Rundballen dargestellt. Es handelt sich um Mittelwerte aus vier Ballen, wobei jeweils in einem Abstand von 25 cm vom linken und rechten Rand des Ballens eingestochen wurde. Die Eindringkraft soll den Dichteverlauf im Ballen von aussen nach innen widerspiegeln. Die mittlere Eindringkraft wurde als 100 % unterstellt. Bei der Anwelksilage 1. Schnitt (Abb. 1) waren die Ballendichteverläufe bei den Pressen 2 5 durch einen steilen Anstieg der Verdichtung bis zu einer Tiefe von 5 10 cm gekennzeichnet. Danach sank die Dichte leicht ab und stieg wieder bis in eine Tiefe von rund 30 cm an. Bei den Pressen 5 und 3 fällt die Dichte danach kontinuierlich bis zur Ballenmitte ab. Bei den anderen Pressen blieb die Dichte bis zur Ballenmitte annähernd konstant. Der Dichteanstieg der Ballen von Presse 1 begann im Vergleich zu den anderen einige Zentimeter tiefer, 200 etwas flacher und stieg kontinuierlichen bis 180 in etwa 30 cm Tiefe an. Im Gegensatz zu den 160 Silageballen wiesen Weizenstrohballen (Abb ) einen deutlich ungleichmässigeren Dichteverlauf auf. Der Verlauf der Pressen 1, und 5 war nahezu identisch. Von der Ballenoberfläche bis in zirka 30 cm Tiefe war bei die sen Pressen ein kontinuierlicher Anstieg und 60 danach ein gleichmässiger Abfall der Pressdichte bis zur Ballenmitte zu verzeichnen. Die 40 Dichte der Ballen von Presse 4 war etwas Ballenoberfläche gleichmässiger. Die Ballen von Presse 2 zeich- Relativer Eindringwiderstand [%] Abb. 1: Relativer Eindringwiderstand des Penetrometers in den Rundballen aus Anwelksilage 1. Schnitt. Nadlinger 2008 Ballenmitte Presse 1 Presse 2 Presse 3 Presse 4 Presse 5 ART-Schriftenreihe 7,

22 Vollkostenkalkulationen Rundballenpressen mit variabler für Ackerkulturen Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste Relativer Eindringwiderstand [%] Relativer Eindringwiderstand [%] Nadlinger 2008 neten sich zur Ballenmitte hin durch eine sehr gleichmässige Dichte aus. Die Belüftungsheuballen (Abb. 3) wiesen eine relativ hohe Dichte in Aussenbereich des Ballens auf. Wobei die Ballen der Pressen 1 und 5 die beiden Extreme bei den Verläufen darstellten. 3.2 Leistungsbedarf an der Zapfwelle Wie es für Rundballenpressen mit variabler Presskammer typisch ist (Sauter und Ballenmitte Dürr 2006, Mumme und Köhler 2007a, Mumme und Köhler 2007b), steigt ihr Leistungsbedarf an der Zapfwelle nach dem Beginn des Pressens eines Ballens rasch an Nadlinger 2008 und erreicht dann ein relativ konstantes Niveau mit einzelnen Spitzen ehe er am Ende des Pressvorganges wieder rasch abfällt. Aus diesem Grund ist der mittlere Leistungsbedarf über den gesamten Ballen für die Wahl des erforderlichen Traktors wenig aussagekräftig. Deswegen wurde der Leistungsbedarf auf diesen Spitzen beziehungsweise diesem konstanten Niveau miteinander verglichen und im Folgenden als Spitzenleistung bezeichnet. Der Leerlaufleistungsbedarf an der Zapfwelle lag bei Ballenmitte den Pressen zwischen 3,4 und 6,0 kw. Die Varianzanalyse auf der Basis eines univariaten allgemeinen linearen Modells zeigte, dass der Spitzenleistungsbedarf vom Massenstrom in die Presse signifikant beeinflusst wurde. Bei Anwelksilage 1. Schnitt erklärten der feste Faktor Presse und die Kovariate Massenstrom in die Presse 80 Prozent 5 der Varianz des Spitzenleistungsbedarfes. Beim 4. Schnitt waren es nur 54 Prozent. Im Mittel aller Pressen erhöhte sich der Spitzenleistungsbedarf beim 1. Schnitt um 0,9 6 kw (P=0,000), wenn der Massenstrom um 1 t TM/h stieg. Bei einem mittleren Massenstrom von 13,9 t TM/h bewegten sich die mit dem linearen Modell berechneten mittleren Spitzenleistungen der Pressen beim 1. Schnitt zwischen 36,0 und 51,9 kw. Es gab signifikante Unterschiede zwischen den Pressen. Beim 4. Schnitt lagen sie bei einem mittleren Massenstrom in die Presse von 13,8 t TM/h zwischen 30,9 und 38,0 kw. Die Unterschiede zwischen den Pressen waren nicht signifikant. Der höchste Spitzenleistungsbedarf trat bei allen Pressen auf Grund des deutlich höheren Massenstromes beim Pressen von Weizenstroh auf. Die auf Basis des univariaten allgemeinen linearen Modells mit dem festen Faktor Presse und der Kovariaten Massenstrom in die Presse errechneten mittleren Spitzenleistungen der Pressen bewegten sich bei einem mittleren Massenstrom von 20,1 t TM/h zwischen 38,1 und 52,9 kw. Die Unterschiede zwischen den Pressen waren teilweise signifikant. Der feste Faktor Presse und die Kovariate Massenstrom in die Presse erklärten 86 Prozent 7 der Varianz des Spitzenleistungsbedarfs. Der Regressionskoeffizient zwischen Spitzenleistungsbedarf und Massenstrom von 1,5 war signifikant (P=0,000) und war deutlich grösser als bei der Anwelksilage 1. Schnitt. Beim Pressen von Belüftungsheu erklärten beim 1. Schnitt der feste Faktor Presse (P=0,000) und die Kovariate Massenstrom in die Presse 94 Prozent 7 der Varianz des Spitzenleistungsbedarfs. Der Regressionskoeffizient zwischen Spitzenleistungsbedarf und Mas- 40 Ballenoberfläche Presse 1 Presse 2 Presse 3 Presse 4 Presse Ballenoberfläche Presse 1 Presse 2 Presse 3 Presse 4 Presse 5 Abb. 2 (obere Grafik): Relativer Eindringwiderstand des Penetrometers in den Rundballen aus Weizenstroh. Abb. 3 (untere Grafik): Relativer Eindringwiderstand des Penetrometers in den Rundballen aus Belüftungsheu 1. Schnitt. 5 Korrigiertes Bestimmtheitsmass 6 Regressionskoeffizient 7 Korrigiertes Bestimmtheitsmass 14 ART-Schriftenreihe 7, 2008

23 Rundballenpressen mit variabler Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste senstrom betrug 0,6 (P=0,000). Die für den mittleren Massenstrom von 19,0 t TM/h errechneten mittleren Spitzenleistungen der Pressen lagen zwischen 17,0 und 29,9 kw. Es gab signifikante Unterschiede zwischen den Pressen. Beim 2. Schnitt hatte neben dem festen Faktor Presse (P=0,000) die Kovariate Ballendichte (kg TM/m³) mit einem Regressionskoeffizient von 0,2 (P=0,036) einen signifikanten Einfluss auf den Spitzenleistungsbedarf. Das korrigierte Bestimmtheitsmass betrug 0,84. Die für die mittlere Ballendichte von 114 kg TM/m³ errechneten mittleren Spitzenleistungen der Pressen schwankten zwischen 16,6 und 22,1 kw. Es gab signifikante Unterschiede zwischen den Pressen. Der mittlere Spitzenleistungsbedarf aller Pressen war beim 1. Schnitt signifikant höher als beim 4. Schnitt (Tab. 6). Hauptursachen dürften das Pressgut beziehungsweise die Anzahl der verwendeten Messer gewesen sein (Tab. 3), da die mittleren Massenströme bei beiden Schnitten annähernd gleich waren (Tab. 2). Obwohl der mittlere Massenstrom beim Weizenstroh signifikant höher als bei der Anwelksilage 1. Schnitt war, bestand im Spitzenleistungsbedarf kein signifikanter Unterschied. Ursache hiefür war vermutlich die geringere Anzahl verwendeter Messer. Gleiches gilt auch für den signifikant niedrigeren Leistungsbedarf beim Pressen von Belüftungsheu. Zusätzlich wirkt sich beim Belüftungsheu der geringere Pressdruck aus. Tab. 6: Vergleich der Spitzenleistung bei den verschiedenen Pressgütern. n Mittelwert [kw] Standardabweichung [kw] Ergebnis Tamhane-T2-Test 1 Anwelksilage 1. Schnitt 30 42,0 7,6 a Anwelksilage 4. Schnitt 18 34,7 3,7 b Weizenstroh 29 44,0 6,6 a Belüftungsheu 1. Schnitt 18 23,5 5,2 c Belüftungsheu 2. Schnitt 20 19,5 2,8 c 1 Verschiedene Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (P<0,05) 3.3 Spezifischer Energiebedarf Der spezifische Energiebedarf wurde aus dem mittleren Leistungsbedarf, der Presszeit und der Masse der Ballen errechnet. Er gibt darüber Auskunft, wie viel Energie die Presse benötigt, um eine Tonne Trockenmasse zu verdichten. Die Auswertung der Einflussfaktoren auf den spezifischen Energiebedarf auf Basis eines univariaten allgemeinen linearen Modells zeigte bei der Anwelksilage 1. Schnitt eine signifikante Abnahme des spezifischen Energiebedarfes (kwh/t TM) mit steigendem Massenstrom (t TM/h). Der Regressionskoeffizienten betrug -0,15 (P=0,000). Der feste Faktor Presse und die Kovariate Massenstrom erklärten 88 Prozent 8 der Varianz des spezifischen Energiebedarfes. Die auf der Basis des Modells errechneten Mittelwerte der einzelnen Pressen lagen für den mittleren Massenstrom von 13,9 t TM/h zwischen 2,1 und 3,2 kwh/t TM. Zwischen den Pressen gab es signifikante Unterschiede. Beim 4. Schnitt erklärten der feste Faktor Presse und die Kovariate Massenstrom nur 46 Prozent 8 der Varianz des spezifischen Energiebedarfs. Die errechneten Mittelwerte der Pressen bewegten sich für den mittleren Massenstrom von 13,8 t TM/h zwischen 1,9 bis 2,2 kwh/t TM. Die Unterschiede zwischen den Pressen waren nicht signifikant. Beim Weizenstroh hatten ebenfalls der feste Faktor Presse (P=0,000) und die Kovariate Massenstrom in die Presse (t TM/h) einen signifikanten Einfluss auf den spezifischen Energiebedarf. Der Regressionskoeffizienten zwischen spezifischen Energiebedarf (kwh/t TM) und Massenstrom (t TM/h) betrug -0,05 (P=0,000). Das univariate allgemeine lineare Modell verfügte über ein korrigiertes Bestimmtheitsmass von 0,80. Die auf Basis des Modells 8 Korrigiertes Bestimmtheitsmass ART-Schriftenreihe 7,

24 Vollkostenkalkulationen Rundballenpressen mit variabler für Ackerkulturen Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste berechneten mittleren spezifischen Energiebedarfswerte der Pressen lagen für den mittleren Massenstrom von 20,1 t TM/h zwischen 1,7 und 2,5 kwh/t TM. Zwischen den Pressen gab es signifikante Unterschiede. Sowohl beim Belüftungsheu 1. Schnitt als auch beim 2. Schnitt hatten im univariaten allgemeinen linearen Modell der feste Faktor Presse (P=0,001 bzw. P=0,031) und die Kovariate Massenstrom einen signifikanten Einfluss. Das korrigierte Bestimmtheitsmass betrug 0,73 beziehungsweise 0,72. Die Regressionskoeffizienten für den Massenstrom lagen bei -0,02 (P=0,008) beziehungsweise bei -0,05 (P=0,004). Die auf der Basis des Modells errechneten Mittelwerte der einzelnen Pressen lagen beim 1. Schnitt bei einem mittleren Massenstrom von 19,0 t TM/h zwischen 0,6 und 1,0 kwh/t TM. Zwischen den Pressen gab es signifikante Unterschiede. Beim 2. Schnitt bewegten sich die errechneten Mittelwerte der einzelnen Pressen bei einem mittleren Massenstrom von 17,6 t TM/h zwischen 0,7 und 1,1 kwh/t TM. Zwischen den Pressen gab es ebenfalls signifikante Unterschiede. Auf Grund der höheren Messeranzahl war der mittlere spezifische Energiebedarf aller Pressen beim Anwelkgut 1. Schnitt signifikant höher als beim 4. Schnitt (Tab. 7). Der im Vergleich zum 4. Schnitt tendenziell geringere Wert beim Weizenstroh dürfte durch den höheren Massenstrom bedingt gewesen sein. Gleiches gilt auch für die signifikant niedrigeren Werte beim Pressen von Belüftungsheu. Zusätzlich wirkten sich beim Belüftungsheu der geringere Pressdruck und die fehlenden Messer aus. Tab. 7: Vergleich des spezifischen Energiebedarfes bei den verschiedenen Pressgütern. n Mittelwert [kwh/t TM] Standardabweichung [kwh/t TM] Ergebnis Tamhane-T2-Test 1 Anwelksilage 1. Schnitt 30 2,6 0,7 a Anwelksilage 4. Schnitt 18 2,1 0,3 b Weizenstroh 29 1,9 0,3 b Belüftungsheu 1. Schnitt 18 0,9 0,2 c Belüftungsheu 2. Schnitt 20 0,9 0,3 c 1 Verschiedene Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (P<0,05) 9 Regressionskoeffizient 3.4 Bröckelverluste Die Bröckelverluste waren im Vergleich zu den anderen Verlustquellen in der Erntekette relativ niedrig (Sauter und Dürr 2006, Thaysen et al. 1999). Beim 1. Schnitt Anwelksilage und beim 1. Schnitt Belüftungsheu zeigten sich signifikante Einflüsse des festen Faktors Presse (P=0,001 bzw. P=0,010) und der Kovariate Schwadstärke (kg TM/m) auf die Bröckelverluste (% TM). Das korrigierte Bestimmtheitsmass der Modelle betrug 0,53 bzw. 0,64. Im Mittel aller Pressen verringerten sich die Bröckelverluste bei der Anwelksilage um 0,228 % TM (P=0,02 9 ), wenn die Schwadmasse um 1 kg TM/m stieg. Beim Belüftungsheu war der Regressionskoeffizient mit -0,26 (P=0,003) ähnlich hoch. Bei einer mittleren Schwadmasse von 2,8 kg TM/m bewegten sich die mit dem linearen Modell berechneten mittleren Bröckelverluste der Pressen bei der Anwelksilage zwischen 0,40 und 0,85 % TM. Beim Belüftungsheu lagen sie bei einer mittleren Schwadmasse von 2,8 kg TM/m zwischen 0,35 und 0,72 % TM. Es gab in beiden Fällen signifikante Unterschiede zwischen den Pressen. Beim 4. Schnitt Anwelksilage hatte nur der feste Faktor Presse (P=0,000) einen signifikanten Einfluss auf die Bröckelverluste. Beim 2. Schnitt Belüftungsheu hatte keiner der beiden Einflussfaktoren einen signifikanten Einfluss. 16 ART-Schriftenreihe 7, 2008

25 Rundballenpressen mit variabler Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste Auf Grund des höheren Trockenmassegehalts wurden bei Belüftungsheu im Vergleich zur Anwelksilage höhere Bröckelverluste erwartet. Entgegen den Erwartungen unterschieden sich die Mittelwerte der Bröckelverluste bei Anwelksilage 1. Schnitt und Belüftungsheu nicht signifikant von einander (Tab. 8). Eine Erklärung könnte sein, dass beim Belüftungsheu im Gegensatz zur Anwelksilage keine Messer in den Pressen verwendet wurden. Ein Einfluss der Schnittlänge auf die Bröckelverluste wird auch durch den signifikant niedrigeren Wert beim 4. Schnitt und durch die in Tabelle 10 dargestellten Ergebnisse bestätigt. Die beim Belüftungsheu 2. Schnitt tendenziell höheren Bröckelverluste können durch die signifikant niedrigere Schwadmasse erklärt werden. Tab. 8: Vergleich der Bröckelverluste bei Anwelksilage 1. Schnitt und 4. Schnitt sowie Belüftungsheu 1. und 3. Schnitt. n Mittelwert [% TM] Standardabweichung [% TM] Ergebnis Tamhane- T2-Test 1 Anwelksilage 1. Schnitt 30 0,58 0,23 a Anwelksilage 4. Schnitt 15 0,35 0,11 b Belüftungsheu 1. Schnitt 18 0,54 0,20 a Belüftungsheu 2. Schnitt 20 0,75 0,26 a 1 Verschiedene Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (P<0,05) In Tabelle 9 sind die Inhaltsstoffe des geernteten Futters im Ballen und in den Bröckelverlusten zusammengefasst. Im Gegensatz zu den Untersuchungen von Sauter und Dürr (2006) war der Energieinhalt auf Grund des höheren Rohaschegehaltes in den Bröckelverlusten nicht höher als im Ballen. Der höhere Rohaschegehalt deutet darauf hin, dass aufgenommene Bodenteile vermehrt in den Bröckelverlusten landeten. Der höhere Rohproteingehalt und der niedrigere Rohfasergehalt stammten von einem erhöhten Blattanteil. Tab. 9: Inhaltsstoffe des geernteten Futters im Ballen und in den Bröckelverlusten (Pöllinger et al und eigene Auswertungen). Anwelksilage 1. Schnitt Trockenmasse [%] Rohprotein [g/kg TM] Rohfaser [g/kg TM] Rohasche [g/kg TM] MJ NEL/kg TM Ballen 38, ,5 Bröckel 45, ,6 Signifikanz t-test 0,00 0,05 0,00 0,00 0,00 Belüftungsheu 1. Schnitt Ballen 69, ,9 Bröckel 78, ,7 Signifikanz t-test 0,00 0,00 0,00 0,00 0, Einfluss der Messeranzahl Um einen Hinweis auf den Einfluss der Anzahl der Messer und damit der Schnittlänge auf die Ballendichte, die Bröckelverluste, den Spitzenleistungs- und den spezifischen Energiebedarf zu erhalten, wurden bei Anwelksilage 4. Schnitt mit einer Presse ein Vergleich ohne Messer und mit 23 Messern durchgeführt (Tab. 10). Die erreichten Dichten waren auf Grund des wenig sperrigen Futter vom 4. Schnitt relativ hoch. Der Einsatz der Messer bewirkte einen Anstieg der mittleren Ballendichte von rund 15 %. Gleichzeitig stiegen der Spitzenleistungsbedarf an der Zapfwelle um 44 % und der spezifische Energiebedarf um ART-Schriftenreihe 7,

26 Vollkostenkalkulationen Rundballenpressen mit variabler für Ackerkulturen Presskammer Leistungsbedarf, Ballendichte und Bröckelverluste Tab.10: Einfluss der Anzahl der verwendeten Messer auf Ballendichte, Bröckelverluste, Leistungs- und Energiebedarf 1. Mittlere Ballendichte [kg TM/m³] Bröckelverluste [% TM] Spitzenleistungsbedarf an der Zapfwelle [kw] Spezifischer Energiebedarf [kwh/t TM] Messer Mittelwert Standardabweichung ,2 0, ,5 0, ,1 1, ,6 4,6 0 1,7 0,1 23 2,3 0,2 t-test Signifikanz 2-seitig 1 Verwendet Presse Welger RP 435 Master, Anwelksilage Dauergrünland 4. Schnitt, 38,8 % TM, mittlerer Massenstrom in die Presse 14,5 t TM/h, mittlere Schwadmasse 2,0 kg TM/m, 4 Wiederholungen 0,031 0,004 0,002 0, % an. Obwohl sich die Bröckelverluste durch den Messereinsatz mehr als verdoppelten, waren sie mit 0,5 % der Trockenmasse des Ballens im Vergleich zu den anderen Verlustquellen in der Erntekette immer noch niedrig (Sauter und Dürr 2006, Thaysen et al. 1999). Literatur: Mumme, M. und Köhler, M. (2007a): DLG-Prüfbericht 5722F. DLG e.v., Gross-Umstadt, 10/2007. Mumme, M. und Köhler, M. (2007b): DLG-Prüfbericht 5717F. DLG e.v., Gross-Umstadt, 10/2007. Paar J., Handler F., Nadlinger M., Blumauer E. und Pöllinger A. (2007a): Neuer Grip für Rundballen - Krone VarioPack MultiCut Der fortschrittliche Landwirt, Heft 22/2007, Seite Paar J., Handler F., Nadlinger M., Blumauer E. und Pöllinger A. (2007b): Varimaster netzt meisterlich. Der fortschrittliche Landwirt, Heft 23/2007, Seite Paar J., Handler F., Nadlinger M., Blumauer E., Pöllinger A., Schagerl, W. und Krähan, S. (2007c): Eine Top keine Flop. 5 variable Rundballenpressen im Vergleich. Der fortschrittliche Landwirt, Heft 24/2007, Seite Pöllinger, A., Resch, R., Handler, F., Nadlinger, M. und Paar J. (2008): Einfluss der Pressdichte auf die Futterqualität. Der fortschrittliche Landwirt, Heft 4/2008, Seite Sauter, J. und Dürr, L. (2006): Rundballen-Presssysteme. FAT-Berichte 655, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), Ettenhausen, Thaysen, J., Bredstedt, A., Bosma, A.H., Frick, R., Gerighausen, H.-G., Honig, H., Homer, R., Nussbaum, H. J., Raue, F., und Sarreiter, R. (1999): Mäh- und Intensivaufbereiter. Merkblatt 313, Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft e.v, Frankfurt, ART-Schriftenreihe 7, 2008

27 Trocknung von Rundballen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Trocknung von Rundballen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Martin Holpp, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Zusammenfassung Mit allen Anlagen lassen sich Rundballen ab einem Trockensubstanzgehalt von mindestens % trocknen. Der Zeitvorteil beim Einfahren ist damit geringer als bei Belüftungen für Loseheu, die mit % Trockensubstanz (TS) beschickt werden können. Die Trocknung von Ballen mit einer gleichmässig niedrigen Dichte von zirka 100 kg/m 3 lässt sich gut durchführen. Im Vergleich zu Bodenheu, das mit bis zu 200 kg/m 3 gepresst werden kann, fällt nahezu die doppelte Menge Ballen an. Die benötigte Lagerkapazität ist ähnlich der von Loseheu. Aufgrund der systembedingten ungleichmässigen Abtrocknung und der schlechten Kontrollmöglichkeit des Trocknungsfortschritts sollten die Ballen beim Trocknungsende mehr als durchschnittlich 90 % TS aufweisen. Ein Wenden der Ballen während der Trocknung begünstigt ein gleichmässigeres Abtrocknen. Der Energieverbrauch liegt je nach Anlagenkonstruktion und -kapazität zwischen zirka 40 und 120 kwh/dt TS. Um Qualitätsverluste zu vermeiden, sollte nicht mehr gemäht werden, als pro Charge getrocknet werden kann. Beim ersten Schnitt ist das Wetterrisiko am höchsten. Die Anlagenkapazität muss für diese Erntemenge dimensioniert werden. Erst mit ausreichend grossen Anlagen mit mehr als 16 Plätzen lassen sich arbeits- und betriebswirtschaftliche Einspareffekte durch die Bewirtschaftung grösserer Flächen erreichen. Résumé Séchage de balles rondes Faisabilité et rentabilité Toutes les installations permettent de sécher les balles rondes à partir d une teneur minimale en matière sèche de %. Le gain de temps pour la mise en grange est moins important qu avec les systèmes de ventilation du foin en vrac qui peuvent être alimentés avec du fourrage ayant une teneur en MS de %. Le séchage des balles d une densité réduite et homogène, d env. 100 kg/m 3 est aisé. Par rapport au foin séché au sol qui peut être pressé jusqu à 200 kg/m 3, la quantité de balles est pratiquement double. Le volume de stockage nécessaire est semblable à celui du foin en vrac. Etant donné l irrégularité du séchage due au système et les difficultés de contrôler la progression du séchage, les balles devraient afficher en moyenne plus de 90 % de MS à la fin du séchage. Le fait de tourner les balles en cours de séchage permet d obtenir un résultat plus homogène. Suivant la construction et la capacité de l installation, la consommation d énergie est comprise entre 40 et 120 kwh/dt de MS. Pour éviter les pertes de qualité, il est recommandé de ne pas faucher plus qu on ne peut sécher. C est lors de la première coupe que le risque météorologique est le plus élevé. La capacité de l installation doit être prévue pour cette quantité de récolte. L exploitation de surfaces plus importantes ne permet de réaliser des économies en termes de travail et d organisation que lorsque les installations sont suffisamment grandes et comptent plus de 16 places. ART-Schriftenreihe 7,

28 Vollkostenkalkulationen Trocknung von Rundballen für Ackerkulturen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Summary Drying of Round Bales Feasibility and Cost-Effectiveness All drying facilities are capable of drying round bales from a dry-matter (DM) content of at least 65 70%. The time advantage at bringing-in is hence less than with ventilation for loose hay, which requires a DM content of 50 60%. Bales with a uniformly low density of approx. 100 kg/m 3 are easy to dry. The process yields nearly twice the number of bales as ground hay, which can be pressed with up to 200 kg/m 3. The storage capacity required is similar to that for loose hay. Because of the uneven drying inherent in the system and the difficulty of controlling drying progress, the bales should contain over 90% DM on average at the end of the drying process. Turning the bales whilst they are drying encourages more-even drying. Depending on the facility s capacity and design, energy consumption ranges between approx. 40 and 120 kwh/dt DM. To prevent quality losses, no more should be mown than can be dried. Weather risk is highest with the first cut. The capacity of the facilities must be sized for this harvest quantity. Only with sufficiently large facilities with more than 16 places can work-economics and farm-management savings effects be achieved via the farming of larger areas of land. Ausgangssituation In der Landwirtschaft findet der Einsatz von Rund- und Quaderballen immer mehr Verbreitung. Die Erntetechnik bietet mit leistungsstarken Pressen, Ladefahrzeugen (Frontlader, Radlader, Teleskoplader) sowie Misch- und Verteilgeräten für Silage, Heu und Stroh eine einheitliche, schlagkräftige Mechanisierung vom Feld bis in den Stall. Die Ansprüche an das Lager sind gering, die Ballen können in vorhandenen Gebäuden, unter einer Plane oder im Freien gestapelt werden. Landwirtschaftliche Betriebe, die Milch für bestimmte Käsesorten liefern, dürfen keine Silage verwenden und sind auf qualitativ hochwertiges Heu angewiesen. Im zeitigen Frühjahr und unter schlechten Wetterbedingungen ist eine komplette Bodentrocknung des Heus oft nicht möglich, es muss nachgetrocknet werden. Die entsprechende Belüftungstechnik für Loseheu am Stock ist seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz. Um auch in Rundballen hochwertiges Heu zu erhalten, muss entweder mit hohem Trockensubstanz-Gehalt gepresst oder die Ballen müssen anschliessend belüftet werden. Verschiedene Hersteller bieten Trocknungsanlagen für Rundballen an. Um mehr Informationen zu den Möglichkeiten und der Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen zu bekommen, wurden drei verschiedene Bautypen im praktischen Einsatz getestet. Beschreibung der Systeme Das Verfahren ist prinzipiell dasselbe wie bei der Loseheubelüftung: Mit einem Ventilator verdichtete Luft strömt durch Kanäle über die Stirnseite/n der Ballen ein. Dort nimmt sie den Weg des geringsten Widerstandes und tritt an der Bauchseite beziehungsweise entgegengesetzten Stirnseite wieder aus. Im Gegensatz zur Loseheubelüftung mit einer kontinuierlichen Trocknungsphase über mehrere Tage und Wochen hinweg, werden Rundballen im absätzigen Verfahren innerhalb eines Trocknungszykluses von durchschnittlich acht bis 24 Stunden auf Lagerfeuchte getrocknet. Die Belüftung mit Kaltluft dauert länger als mit warmer Luft, auch ist bei kaltem Wetter und feuchter Luft eine zusätzliche Heizung notwendig. Hier werden meist Ölbrenner verwendet. Abhängig vom System verkürzt ein Wenden der Ballen die Trocknungzeit und vereinheitlicht die Trocknungsqualität Die Anlagen lassen sich grob in die Kategorien Belüftung von oben und unten (zum Beispiel Firma Inventagri), Belüftung von unten (zum Beispiel Firma Zumstein Maschinen AG) und Belüftung von oben (zum Beispiel Firma Tecnolam) einteilen. 20 ART-Schriftenreihe 7, 2008

29 Trocknung von Rundballen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Die Systeme (Abb. 1) unterscheiden sich dabei sowohl in der Konstruktion als auch in den Anschaffungskosten stark voneinander. Abb. 1: Aufbau der Anlagen. Inventagri Oben-/Untenbelüftung mit festem Belüftungskasten Dieselmotor/Holzheizung* *Anlage von Landwirt modifiziert Zumstein Untenbelüftung mit festem Belüftungskasten E-Motor/Ölheizung Tecnolam Obenbelüftung mit PVC-Hauben E-Motor/Ölheizung Belüftungssystem Inventagri Die Belüftungskästen sind tragendes Element der Anlage. Drei Kästen sind übereinander angeordnet, so dass zwei Lagen Ballen von beiden Stirnseiten her belüftet werden können (Abb. 2 und 3). Die getestete Anlage mit einer Kapazität von acht Ballen ist ein modifiziertes Serienmodell. Der Landwirt ersetzte den Original-Dieselmotor durch einen stärkeren, und die Luftanwärmung erfolgt über Wärmetauscher für die Wasserkühlung des Motors sowie eine zusätzlich installierte Holzheizung. Abb. 2 (unten links): Belüftungsprinzip Inventagri. Abb. 3 (unten rechts): Belüftungssystem Inventagri. Belüftungssystem Zumstein Der Belüftungskasten ist einstockig konstruiert, die Ballen liegen in zwei Reihen hintereinander (Abb. 4). An der oberen Stirnseite deckt ein Holzdeckel die Ballen lose ab. Die Luft tritt von unten in die Ballen ein und an der Bauchseite wieder aus (Abb. 5). Die Luftanwärmung erfolgt durch einen fahrbaren Brenner, der im Freien steht. Ein Gebläse fördert die Luft über einen flexiblen Schlauch zur Ansaugöffnung des Ventilators. Die getestete Anlage hat eine Kapazität von vier Ballen. ART-Schriftenreihe 7,

30 Vollkostenkalkulationen Trocknung von Rundballen für Ackerkulturen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Abb. 4 (oben links): Belüftungssystem Zumstein. Abb. 5 (oben rechts): Belüftungsprinzip Zumstein. Belüftungssystem Tecnolam Die Anlage besteht aus einem kompakten, gedämmten Block, in dem Ventilator, Elektromotor und Ölbrenner untergebracht sind. Die Belüftungskanäle und -hauben bestehen aus kunststoffbeschichtetem Gewebe (Abb. 6). Unten am Ballen schliesst ein Zurrgurt luftdicht ab. Während der Trocknung stehen die Ballen für eine gute Luft- und Feuchtigkeitsableitung auf Holzpaletten. In den Belüftungshauben tritt die Luft vorwiegend in die dichteren Randzonen und von der Bauchseite ein, nicht direkt am Kern (Abb. 7). Die getestete Anlage hat eine Kapazität von neun Ballen in drei Strängen. Durch Verlängerung der Stränge beziehungsweise Anschluss eines weiteren Stranges ist eine Erweiterung möglich. Abb. 6 (oben links): Belüftungssystem Tecnolam. Abb. 7 (oben rechts): Belüftungsprinzip Tecnolam. Versuchsdurchführung Die Trocknungsanlagen standen im ersten Schnitt noch nicht für Versuche zur Verfügung. Im zweiten und dritten Schnitt von Juli bis September 2003 wurden in acht Durchgängen insgesamt 56 Ballen gepresst. Auf der Inventagri wurden 24 Ballen in drei Zyklen getrocknet, mit der Tecnolam-Anlage 24 Ballen in fünf Zyklen und auf der Zumstein-Anlage acht Ballen in zwei Zyklen. Die Messungen konnten nicht mit komplett identischem Material durchgeführt werden, da einerseits die Anlagen nicht zeitgleich zur Verfügung standen und es unter anderem dadurch zu Futter- und Pressunterschieden kam. Vor allem die Trockenheit in diesem Jahr hatte entscheidenden Einfluss auf den Aufwuchs. Ab August stand kaum mehr Futter zur Verfügung. 22 ART-Schriftenreihe 7, 2008

31 Trocknung von Rundballen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Der Trockensubstanz-Gehalt zum Zeitpunkt des Pressens schwankte bei den einzelnen Ballen von % und lag im Schnitt bei 75 %. Das Futter stammte von Natur- und Kunstwiesen. Zwei Pressentypen verschiedener Hersteller kamen zum Einsatz. Die Festkammerpresse der Firma Orkel hat 1,20 m Durchmesser bei 1,20 m Breite. Die Ballen haben einen weichen Kern und einen harten Rand. Diese Pressen eignen sich hauptsächlich bei trockenem Heu, Stroh und Silage. Die Pressdichte ist meist höher als die von Bänderpressen. Die Bänderpresse der Firma Deutz-Fahr mit variabler Kammer hat 1 m Breite. Die Ballen mit 1,20 m beziehungsweise 1,50 m haben über den Querschnitt hinweg durchgehend eine relativ gleichmässige Dichte. Durch den grösseren Durchmesser und die lockere Pressung eignen sie sich auch für Material, das noch eine gewisse Restfeuchte abgeben muss. Die Ballen aus der Festkammerpresse hatten ein Gewicht von 388 kg, was einer Pressdichte von durchschnittlich 209 kg/m 3 entspricht. Die Ballen aus der Bänderpresse hatten bei einem Durchmesser von 1,50 m eine Masse von 261 kg (durchschnittliche Pressdichte 110 kg/m 3 ), bei einem Durchmesser von 1,20 m eine Masse von 277 kg (durchschnittliche Pressdichte 195 kg/m 3 ). Das höhere Gewicht der kleineren Ballen lässt sich auf das feine Futter und technische Faktoren zurückführen. Damit lässt sich eine Einteilung in drei Ballentypen vornehmen: 1. Bänder d=1,50 m niedrige Dichte getrocknet auf Inventagri und Tecnolam 2. Bänder d=1,20 m hohe Dichte getrocknet auf Zumstein 3. fest d=1,20 m hohe Dichte getrocknet auf Inventagri und Tecnolam Die Typen 2 und 3 sind sehr ähnlich, da es aufgrund der hohen Dichte zu einer Aufhebung der durch das Pressverfahren bedingten Unterschiede kommt. Nicht alle Ballentypen wurden auf allen Anlagen getrocknet. Für die Zumstein kann daher nur eine eingeschränkte Aussage hinsichtlich der Trocknungsleistung gemacht werden. Ergebnisse Trocknungsdauer und -leistung Die erzielte Trockensubstanz schwankte von %. Die Belüftungsdauer bewegte sich bei einer Anfangstrockensubstanz von % in einer Bandbreite von neun bis 26 Stunden. Dabei verdunsteten pro Ballen kg Wasser. Die Trocknungsleistung in Kilogramm Wasser pro Stunde und Dezitonne Trockensubstanz ist bei lose gepressten Ballen um % höher als bei dicht gepressten (Tab. 1). Tab. 1: Trocknungsleistung der Anlagen. Presssystem Dichte Inventagri Zumstein Tecnolam kg/m 3 kg h-1 dt -1 TS kg h-1 dt -1 TS kg h-1 dt -1 TS Bänderpresse Ø 1,50 m 110 1,9 1,4 Bänderpresse Ø 1,20 m 195 1,0 Festkammerpresse Ø 1,20 m 209 1,2 1,2 Trocknungsqualität Aus Proben von verschiedenen Stellen im Ballen lassen sich anlagenspezifische Trocknungsmuster ableiten. Die Abtrocknung war immer ungleichmässig, an manchen Stellen erreichte die Trockensubstanz Werte höher 95 %, an anderen lagen sie unter 70 %. Der für die Lagerstabilität notwendige Mindestwert von 88 % wurde nicht immer erreicht (Abb. 8). ART-Schriftenreihe 7,

32 Vollkostenkalkulationen Trocknung von Rundballen für Ackerkulturen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Abb. 8: Trocknungsmuster. TS < 80 % TS % TS > 88 % Inventagri F Ø 1.2 m Inventagri B Ø 1.5 m Zumstein B Ø 1.2 m Tecnolam F Ø 1.2 m Tecnolam B Ø 1.5 m Insgesamt lässt sich festhalten: Ballen mit grossem Durchmesser und gleichmässig niedriger Pressdichte trocknen wesentlich besser als solche mit kleinem Durchmesser, einer harten Randzone und hoher Pressdichte. Durch die niedrige Dichte ist auch sichergestellt, dass nach dem Trocknen noch vorhandene Feuchte im Lager verdunsten kann. Es ist kaum möglich, verdichtete Stellen durch eine Verlängerung der Belüftungszeit zu trocknen, da die Luft immer den Weg des geringsten Widerstands geht. Energieverbrauch Der Energieverbrauch setzt sich aus der elektrischen Arbeit und dem Heizöl zusammen. Eine Ausnahme bildet die Inventagri, die an eine Holzheizung angeschlossen ist. Das verbrauchte Holz wurde nicht mit einbezogen. Zum besseren Vergleich wird in der Wirtschaftlichkeitsrechnung für die Inventagri zusätzlich eine Variante mit dem Heizölverbrauch der Zumstein mit acht Plätzen gerechnet. Die Werte liegen insgesamt recht weit auseinander (Tab. 2). Einerseits lassen sich diese Differenzen bei der Tecnolam auf den gedämmten Antriebsblock und bei der Zumstein auf die geringe Anlagenkapazität zurückführen. Anderseits ist es aber auch Merkmal für die optimierte Abstimmung von Motor, Ventilator und Heizung aufeinander, um eine möglichst hohe Energieeffizienz zu erhalten. Tab. 2: Energieverbrauch der Anlagen. Energieverbrauch Inventagri Zumstein Tecnolam El. Energie kwh/h 4 15 El. Energie kwh/dt TS 8,4 14,1 Öl l/h 4,9 5,2 2,9 Öl l/dt TS 5,1 11,0 2,7 Öl kwh/dt TS 52,36 113,05 27,37 Summe kwh/dt TS 52,36 + Holz 121,45 41,47 Arbeitszeitbedarf Der Arbeitszeitbedarf setzt sich aus dem Be- und Entladen sowie in Betrieb nehmen der Anlage, der Ballenkontrolle, dem Wechsel des Ölfasses und organisatorischen Aufgaben wie zum Beispiel der Disposition des Heizöls zusammen. Durchschnittlich wurden 1,1 Arbeitskraftstunden benötigt, um die Ballen von einem Hektar Fläche zu trocknen (Abb. 9). Der Zeitbedarf ist recht unterschiedlich auf die einzelnen Arbeitsschritte verteilt, in der Summe sind sie nahe beieinander. Bei der Inventagri fällt die Bedienung der Holzheizung stark ins Gewicht, während bei der Zumstein der höhere Ölverbrauch zu kürzeren Wechselintervallen für das Ölfass führt. Bei der Tecnolam schlägt das Absenken und Anheben der Trockenhauben zu Buche. 24 ART-Schriftenreihe 7, 2008

33 Trocknung von Rundballen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Arbeitszeitbedarf [AKh/ha] Inventagri Zumstein Tecnolam Diverses Management Kontrolle Fasswechsel Aufnehmen Platzieren Abb. 9: Arbeitszeitbedarf Rundballentrocknung Annahmen: 30 dt TS/ha; 2,25 dt TS/Ballen 1.50 m; 13 Ballen. Wirtschaftlichkeit Für eine bessere Vergleichbarkeit der Anlagen miteinander wurde zusätzlich mit einer Inventagri mit Ölheizung sowie einer Zumstein mit acht Trocknungsplätzen gerechnet (Tab. 3). Durch die aufwändige Konstruktion hat die Inventagri den grössten Investitionsbedarf pro Ballenplatz, Zumstein und Tecnolam liegen gleichauf. Bei den Anlagen mit acht Plätzen und Ölheizung liegen die variablen Kosten zwischen CHF 4.20 und 6.10/dt TS. Ein hoher Ölverbrauch wirkt sich dabei wesentlich stärker aus als ein hoher Stromverbrauch. Tab. 3: Fixe und variable Kosten der Anlagen. Wirtschaftlichkeit Inventagri Holz Inventagri Öl Zumstein 4 Zumstein 8 Tecnolam Trocknungsplätze Investition CHF Fixe Kosten CHF/Jahr Fixe Kost. CHF/Jahr u. Platz Strom CHF/dt TS Heizöl CHF/dt TS Var. Kosten CHF/dt TS Annahmen: Festkosten: Rundballen: Trocknungsdauer: Energiekosten: Abschreibung 15 Jahre entsprechend 6,67 %, Zins 2,66 %, Reparatur 3 %, Versicherung 0,2 %, zusätzliche Gebäudekosten für Unterbringung der Zumstein-Anlagen CHF 22.50/m 2. Lagerraum wurde nicht mit einbezogen Bänderpresse, Ø 1,50 m; Gewicht 2,3 dt Inventagri 16 h; Zumstein 24 h; Tecnolam 20 h bei Anfangs-TS 75 %. Energieverbrauch Rundballen s. Tabelle 2; Loseheu 7 kwh/dt TS Strom 0,20 CHF/kWh; Heizöl CHF 0.43/l. Die Gesamtkosten pro dt TS in Abhängigkeit der Auslastung ist in Abbildung 10 dargestellt. Die Kosten sinken mit einer steigenden Auslastung stark. Mit Ballen pro Jahr wird die Schwelle von CHF 20. /dt TS unterschritten. Ab ungefähr 280 Ballen können CHF 10. /dt TS erreicht werden. In diesem kostengünstigen Auslastungsbereich liegen die Anlagen Inventagri mit Holzheizung, Zumstein mit acht Plätzen und Tecnolam relativ nahe beieinander. Die Tecnolam ist aufgrund der niedrigen Anschaffungs- und Betriebskosten am günstigsten. ART-Schriftenreihe 7,

34 Vollkostenkalkulationen Trocknung von Rundballen für Ackerkulturen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Abb. 10: Gesamtkosten/dt TS abhängig von der jährlichen Ballenanzahl Gesamtkosten CHF/dt TM Ballen/Jahr dt TS/Jahr Auslastung Inventagri Öl Inventagri Holz Tecnolam Zumstein 8 Zumstein 4 Dimensionierung der Trocknungsanlagen Der erste Schnitt wird in Tallagen häufig im zeitigen Mai, in Bergregionen bis Ende Mai geerntet. Abhängig von den Klimazonen stehen für Belüftungsheu durchschnittlich zwei bis vier Erntegelegenheiten zur Verfügung, in denen das Futter eingebracht werden muss. Die Trocknungsanlage muss für die Erntemenge dieses Zeitraums ausgelegt sein. In Abbildung 11 ist die Trocknungsleistung einer Anlage mit acht Plätzen dargestellt: Auf einer Fläche von 5 ha fallen 65 Ballen à 2,3 dt an. Im Optimalfall sind die Wetterbedingungen gut, das Futter ist nur leicht feucht und kann in acht Durchgängen auf einer leistungsstarken Anlage innerhalb von je acht Stunden getrocknet werden. Die Bergeleistung beträgt durchschnittlich 1,7 ha/tag, insgesamt werden drei Tage benötigt. Unter schlechteren Wetterbedingungen ist das Futter feuchter und braucht zur Trocknung 24 h. Die Bergeleistung sinkt auf 0,6 ha/tag, insgesamt werden acht Tage benötigt. Soviel Zeit steht aber nicht zur Verfügung. Mehr Ballen einzufahren, als Trocknungsplätze vorhanden sind, ist risikoreich, da Vergärung und Verderb schnell einsetzen. Eine für dieselbe Fläche dimensionierte Loseheubelüftung mit 100 m 2 hat dagegen eine Trocknungskapazität von 3 ha/tag dies entspricht einer Rundballentrocknung mit Plätzen. Abb. 11: Benötigte Ernteund Trocknungstage im 1. Schnitt abhängig von der Schnittfläche Annahme: Anlagenkapazität 8 Ballen; Ertrag 1. Schnitt 30 dt/ha. Benötigte Ernte-/Trocknungstage für 1. Schnitt Fläche 0 [ha] Menge [dt] Erntefläche ha / Anzahl Rundballen trocken in 24 h trocken in 16 h trocken in 8 h 26 ART-Schriftenreihe 7, 2008

35 Trocknung von Rundballen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit Das absätzige Beschicken der Anlage ist das Problem des Verfahrens. Bei der Loseheubelüftung wird Lage um Lage eingebracht und kontinuierlich über einen Zeitraum von mehreren Tagen bis zwei Wochen getrocknet. Dabei kann Futter auch bei technisch einfacheren Anlagen mit Sonnenkollektor ab zirka 50 % TS zeitlich flexibel in variierenden Mengen eingebracht werden. Feuchteres Futter aus Schlechtwetterperioden braucht zwar auch länger zum Trocknen, blockiert aber nicht die folgende Erntetätigkeit. Bei der Rundballenbelüftung hingegen kann erst dann wieder Belüftungsheu gepresst werden, wenn der letzte Trocknungsvorgang abgeschlossen ist. Mit den maximal möglichen % TS muss die Periode der Feldtrocknung wesentlich länger sein als beim Loseheu, zudem benötigt die Verkürzung des Trocknungsvorgangs auf max. 24 h wesentlich mehr Heizenergie. Schlussfolgerung Bei der Anschaffung einer Rundballenbelüftung sind die Einschränkungen hinsichtlich maximaler Feuchte des Ernteguts, Trocknungsgeschwindigkeit und ungleichmässiger Abtrocknung zu beachten. Je feinstrukturierter das Futter ist, desto lockerer muss der Ballen gepresst werden. Aufgrund des absätzigen Verfahrens entsprechen die täglichen Erntemengen der Trocknungsleistung der Anlage. Die Futterernte läuft bei kleineren Anlagen kontinuierlich mit kleineren Mengen über einen längeren Zeitraum hinweg. Die Ballen müssen sorgfältig gepresst, umgeschlagen und belüftet werden, um eine hohe Heuqualität zu erreichen. Die getesteten Anlagen eignen sich mit ihrem Leistungsvermögen eher für kleinere Betriebe, bei geforderten höheren Flächenleistungen sollte eine Kapazität von 16 und mehr Trocknungsplätzen vorhanden sein. Literatur Ammann, H., Maschinenkosten FAT-Berichte 603, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), Ettenhausen. Baumgartner, J., Ballentrocknen um jeden Preis. FAT Tänikon, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), Ettenhausen. Baumgartner, J. (1991): Die Heubelüftung von A bis Z. FAT-Berichte 406, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), Ettenhausen. GVL, Brandverhütung in der Landwirtschaft. Gebäudeversicherung des Kantons Luzern, Weisungsblatt 8/1. Gindl, G., Zeitgemässe Heubereitung und Heuqualität in der Praxis. BAL Gumpenstein, 8. Alpenländisches Expertenforum Luder, W., Wetterrisiko und verfügbare Feldarbeitstage in der Schweiz. FAT-Berichte 490, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), Ettenhausen. Luder, W., Betriebswachstum im Berggebiet: Heuernte neu organisieren. Agrarforschung 9 (10). Mouchet, P. A., Trocknung von Rundballen. Weiterbildungskurs für Baufachleute, Forschungsanstalt Agrosocpe Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), 26./ Nydegger, F., Heutrocknung Fünf Verfahren im Vergleich. Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), Ettenhausen. Pöllinger A. et al, Einfluss der Pressdichte auf die Rundballentrocknung von Heu. HBLFA Raumberg-Gumpenstein. Schick, M. et al, Arbeitswirtschaftliche Kennzahlen zur Rauhfutterernte. FAT-Berichte 588, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), Ettenhausen. ART-Schriftenreihe 7,

36 ART 28 ART-Schriftenreihe 7, 2008

37 Verluste bei der Futterbergung Vom Schwader bis zur Ballenpresse Verluste bei der Futterbergung Vom Schwader bis zur Ballenpresse Joachim Sauter, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Zusammenfassung Von der Mahd bis zur Einlagerung des Futters bleiben 10 bis 20 % der Erntemenge als Verlust auf dem Feld zurück. Parameter wie Bearbeitungsintensität, Maschineneinstellung und der Trockenmassegehalt des Futters haben einen wesentlichen Einfluss auf die Höhe der Verluste. Es liegt nahe, dass unterschiedliche Schwadersysteme sowie deren Arbeitsbreiten ebenso einen Einfluss auf die Höhe der Verluste haben. Um diese Hypothese zu überprüfen, erfolgte eine Vergleichsmessung der Schwadersyteme: Einkreiselschwader, Zweikreiselschwader mit Mittenablage, Zweikreiselschwader mit Seitenablage sowie Bandrechen. Die Versuche wurden auf einer Kunstwiese (27 dt TS/ha) im zweiten Schnitt bei einem TS Gehalt von 75 % durchgeführt. Alle Schwader wurden mit der gleichen Arbeitsgeschwindigkeit von 6,2 km/h sowie gleicher Zapfwellendrehzahl betrieben. Es zeigte sich, dass bei allen vier Varianten zwischen 10 und 20 % des Mähguts auf dem Feld zurück blieben. Systembedingte Unterschiede zwischen den einzelnen Systemen konnten nicht nachgewiesen werden. Bei der Bergung treten ebenfalls Verluste auf. Während der Ballenbildung sind diese visuell deutlich zu erkennen. In der Praxis werden überwiegend Bänder-, Rollen- und Stabkettenpressen eingesetzt. Eine Vergleichsuntersuchung zeigte, dass die Verluste mit 0,5 bis 2,6 % des Ertrages klein sind. Résumé Pertes lors de la récolte du fourrage de l andaineuse à la presse De l andainage à la mise en grange du fourrage, 10 à 20 % de la récolte demeurent sur la parcelle et sont perdus. Les paramètres tels que l intensité du travail, le réglage des machines et la teneur en matière sèche du fourrage ont une influence considérable sur l ampleur des pertes. On est porté à croire que les différents systèmes d andaineuses ainsi que leurs largeurs de travail ont également une influence sur l importance des pertes. Afin de vérifier cette hypothèse, une mesure comparative des systèmes d andaineuses a été réalisée: andaineuse à une toupie, andaineuse à deux toupies avec dépôt du fourrage au centre, andaineuse à deux toupies avec dépôt du fourrage sur les côtés et râteau-faneur. Les essais ont été effectués sur une prairie temporaire (27 dt de MS/ha) en deuxième coupe avec une teneur en MS de 75 %. Toutes les andaineuses travaillaient à la même vitesse, soit 6,2 km/h et avec le même régime à la prise de force. On a constaté que pour les quatre variantes, entre 10 et 20 % du fourrage restaient sur la parcelle. On n a pu mettre en évidence aucune différence liée aux systèmes employés. Des pertes surviennent également lors de la récolte du fourrage. Elles sont très visibles lors de la formation des balles. Dans la pratique, on utilise principalement des presses à courroies, des presses à rouleaux et des presses à chaînes et barrettes. Une étude comparative a montré que les pertes sont faibles, puisqu elles représentent 0,5 à 2,6 % du rendement. Summary Losses during Fodder Recovery from Swather to Baler From the mowing of the fodder until the point at which it is brought into the storage facility, 10 to 20% of the harvested quantity is left as losses in the field. Parameters such ART-Schriftenreihe 7,

38 Vollkostenkalkulationen Verluste bei der Futterbergung für Ackerkulturen Vom Schwader bis zur Ballenpresse as soil-tillage intensity, machine setting and dry-matter content of the fodder substantially influence the amount of wastage. From this, it is obvious that different swathing systems as well as their working widths also have an impact on loss percentages. In order to test this hypothesis, we carried out a comparitive measurement of the four swathing systems single rotary rake, twin rotary rake with centre delivery, twin rotary rake with side delivery, and belt rake. The trials were performed on a temporary ley (27 dt DM/ha) in the second cut with a DM content of 75%. All of the rakes were operated at the same working speed of 6.2 km/h, as well as the same PTO shaft speed. With all four variants, between 10 and 20% of the mowings remained on the field. System-related differences between the individual systems could not be proven. Losses also occur during fodder recovery. These are clearly noticeable during bale formation. In practice, it is largely belt, roller and bar-chain balers that are used. A comparative study showed losses to be small, at 0.5 to 2.6% of the harvest. Einleitung Bei der Dürrfutterbereitung besteht die Bestrebung, das Futter so lang wie möglich breitflächig liegen zu lassen, um die kostenlose Sonnenenergie zur Trocknung auszunutzen. Begrenzte Schönwettertage sowie die Kapazitätsgrenzen der Erntekette bringen den Landwirt häufig in zeitliche Engpässe. Die Praxis versucht diesem Dilemma mit Erntemaschinen grösserer Leistung entgegenzuwirken. Bereits aus älteren Untersuchungen ist bekannt, dass Mähgut im Umfang von 300 bis 560 kg TS/ha die Lagerhallen des Landwirts nicht erreichen, sondern als Bröckelverluste auf dem Feld liegen bleiben (Höhn 1986, Frick et al. 1999, Frick et al. 2000, Sauter et al. 2002). Hohe Bearbeitungsintensitäten, wie zum Beispiel starkes Aufbereiten oder aggressives Zetten bei niedrigem TS Gehalt, vergrössern die Verluste, die aus nährstoffreichem Material bestehen. Das Schwaden ist der vorletzte Arbeitschritt bei der Futterernte. Da das Futter zu diesem Zeitpunkt einen hohen TS-Gehalt erreicht hat, ist es besonders anfällig für Bröckelverluste. Grosse Arbeitsbreiten der Schwader transportieren das Futter über einen langen Transportweg zu einem Schwad zusammen. Es ist zu befürchten, dass grosse Maschinen das Futter stärker mechanisch belasten und daher höhere Bröckelverluste auslösen könnten. Besonders Zweikreiselschwader mit Seitenablage, bei denen das Erntegut zweimal bewegt wird, werden kritisch betrachtet. In einem Vergleichsversuch standen sich folgende Maschinen gegenüber (Tabelle 1): Tab. 1: Technische Daten der verwendeten Schwader. Einkreisel Zweikreisel (Seitenablage) Zweikreisel (Mittenablage) Bandrechen Typ Stoll R335 Stoll 1405 SB Stoll M 800 Knüsel B300/5 Arbeitsbreite (m) 3,40 3,60 6,35 8,00 3,00 Kreiseldurchmesser / Bandlänge (m) 2,9 3,0 3,5 6,3 Zinkenarme/Kreisel (Anzahl) Zinkenpaare/Arm (Anzahl) Eigengewicht (kg) Investitionskosten (CHF) Parzellenversuche geben Klarheit Als Versuchsmessfläche diente eine zweijährige Kunstwiese im zweiten Aufwuchs (Ertrag: 27 dt/ha). Das Schwaden erfolgte bei einem TS Gehalt von 75 % nach einer dreimaligen Bearbeitung. Nach der Bergung wurden mit der Laubsaugermethode die Gesamtver- 30 ART-Schriftenreihe 7, 2008

39 Verluste bei der Futterbergung Vom Schwader bis zur Ballenpresse luste, die während des Ernteprozesses erzeugt wurden, ermittelt. Da mit Ausnahme des Schwadereinsatzes die 24 Versuchsparzellen einheitlich bearbeitet wurden, können die gemessenen Unterschiede dem verwendeten Schwader zugeordnet werden. Um auszuschliessen, dass neben der verwendeten Technik auch die Maschineneinstellung beziehungsweise die Bedienung einen Einfluss auf die Verluste haben, wurden die Schwader mit derselben Fahrgeschwindigkeit (6,2 km/h) und Zapfwellendrehzahl (330 U/min) betrieben. Dies war mit geringen Abweichungen wie zum Beispiel beim Seitenschwader und beim Bandrechen möglich, da diese mit anderen Traktoren beziehungsweise mit der Frontzapfwelle angetrieben wurden. Tabelle 2 zeigt die Einstellungswerte der verwendeten Maschinen. Es zeigt sich auch, dass sie auf Grund der unterschiedlichen Getriebeübersetzungen unterschiedliche Rechenzinken-Umlaufgeschwindigkeiten besitzen. Tab. 2: Einstellungswerte der verwendeten Schwader. Einkreisel Zweikreisel (Seite) Zweikreisel (Mitte) Bandrechen Zapfwellendrehzahl (U/min) Drehzahl der Kreisel (U/min) Fahrgeschwindigkeit (km/h) 6,2 5,8 6,2 6,2 Rechenzinken-Umlaufgeschwindigkeit (m/s) 7,4 6,6 5,9 4,2 Effektive Arbeitsbreite (m) 2,8 5,4 7,2 3,2 Kein Einfluss der Arbeitsbreite nachweisbar Auf Grund der natürlichen Inhomogenität (unterschiedlicher Gras- und Kräuteranteil) der Versuchsparzellen streuen die Messwerte schon innerhalb der einzelnen Maschinen. So wurden bei einem Schwader Verluste zwischen 15 und 20 % des Mähguts gemessen (Abb. 1). Über die Mittelwerte konnte mit der Zunahme der Arbeitsbreite kein Anstieg der Verluste festgestellt werden. Ein Grund könnte darin liegen, dass, wie Tabelle 2 zeigt, die Grossflächenschwader mit langsameren Rechengeschwindigkeiten arbeiten und damit das Futter weniger belasten. Zusätzlich reduziert sich bei den Grossflächenschwadern die Anzahl an Überfahrten auf dem Futter, so dass die Belastung durch die Reifen niedriger ist. Futterverluste % Bröckelverluste unterschiedlicher Schwadsysteme Streubreite Mittelwerte Abb. 1: Die Messergebnisse innerhalb des einzelnen Schwadersystemstreuen stark. Über die Mittelwerte konnte mit zunehmender Arbeitsbreite kein Anstieg der Bröckelverluste festgestellt werden ,8 m 1-Kreisel 3,2 m Bandrechen 5,4 m 2-Kreisel "Seite" 7,2 m 2-Kreisel "Mitte" ART-Schriftenreihe 7,

40 Vollkostenkalkulationen Verluste bei der Futterbergung für Ackerkulturen Vom Schwader bis zur Ballenpresse Abb. 2 : Drei unterschiedliche Presssysteme im Vergleich, von links nach rechts: Rollenpresse, Riemenpresse, Stabkettenpresse. Deutlich sichtbare Verluste bei Ballenpressen Beobachtet man eine Rundballenpresse bei der Arbeit, so fällt augenscheinlich ein herunterrieselnder «Vorhang» aus Pflanzenbröckeln zwischen den Rädern der Presse auf. Dieser Vorhang besteht aus Bröckelverlusten, die während der Ballenbildung aus der Presskammer herausrieseln und zu Boden fallen. Ebenso auffällig sind die kleinen Futterhaufen, die bei der Ballenablage entstehen. Da diese Verluste hauptsächlich aus nährstoffreichen Bestandteilen wie Blättern bestehen, werden diese Häufchen vom Landwirt ungern gesehen. Um das Ausmass der Verluste in Menge und Qualität genauer beziffern zu können, erfolgte 2005 eine Vergleichsmessung zwischen den drei am weitesten verbreiteten Presssystemen beim Pressen von Heu auf einer Kunstwiese im zweitem Schnitt. Ein Funktionsschema der verwendeten Presssysteme ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Verluste, die während des Pressens entstanden, wurden mit einer Folie aufgefangen. Diese war hinter der Pickup mit einer Eisenstange befestigt. Haftmagnete ermöglichten die Folie seitlich und hinter der Presse zu fixieren. Die Folie erfasste auch Verluste, die während des Ballenauswurfs entstanden. Nach dem Wiegen des Ballens und den dazugehörigen Verlusten erfolgten die Entnahme von Futterproben, um Trockensubstanz- und Nährstoffgehalte zu bestimmen. Verluste wesentlich tiefer als erwartet Obwohl die optisch wahrnehmbaren Verluste während des Pressens dramatisch aussehen, zeigten Messungen, dass sie bei allen Pressentypen niedrig sind. Der Durchschnitt bei den Messungen der Rollenpressen lag bei 2,6 % des Ballengewichts. Bei der Bänder- und der Stabkettenpresse lagen die Verluste bei 0,5 % des Ballengewichts (Abb. 3). Ein Ver- Abb. 3: Die Verluste beim Pressen sind mit weniger als 3 % des Ballengewichts gering, obwohl sie mit 7,8 kg TS pro Ballen deutlich sichtbar sind Verluste/Ballen Bänder Rollen Stabketten Presssystem Verluste (TS %) Verluste (kg) 32 ART-Schriftenreihe 7, 2008

41 Verluste bei der Futterbergung Vom Schwader bis zur Ballenpresse gleich mit der Getreideernte, bei der ein Mähdrescher etwa 1 % der Verluste verursacht, zeigt, dass die Werte aller Presstenypen als gut einzustufen sind. Die Nährstoffanalysen der von den Ballen und Verlusten gezogenen Proben zeigten, dass die Nährstoffkonzentration der Verluste höher als die der Rundballen sind. Die Forschungsanstalt Agroscope Liebefeld-Posieux ALP ermittelte für die Rundballen einen mittleren Energiegehalt von 5,4 MJ NEL mit 10,7 % Rohprotein. Der Energiegehalt der Verluste betrug 5,6 MJ NEL mit einem Rohproteingehalt von 14,0 %. Aus diesem Grund fallen die Verlustangaben, wenn man sie anstelle der Massenanteile auf die Nährstoffe bezieht, geringfügig höher aus. Bei der Rollenpresse entstanden 3,4 % Verlust an Rohprotein beziehungsweise 2,7 % Verlust an Energie. Bei den Bänder- und Stabkettenpressen betrugen die Verluste 0,7 % an Eiweiss beziehungsweise 0,5 % an Energie (Abb. 4). Verluste in % Abb. 4: Auf Grund der höheren Nährstoffkonzentrationen in den Verlusten sind die nährstoffbezogenen Verluste höher als die Gewichtsverluste (TS = Ertrag pro Ballen, Energie in Megajoule NEL, Protein = Rohprotein) TS Energie MJ NEL 0 Protein Bänder Rollen Stabketten Presssystem Fazit Zwischen den geprüften Schwadsystemen liessen sich bezüglich der Bröckelverluste keine Unterschiede nachweisen. Die vorliegenden Untersuchungen zeigen, dass die gemessenen Verluste beim Pressen mit Rundballenpressen mit weniger als 3 % des Ertrags ein geringfügiges Mass erreichen. Unbefriedigend hoch sind nach wie vor die gesamten Verluste von Mahd bis zur Ernte, die bis zu 20 % betragen können. Hier liegt ein Potential brach, dass sich vielleicht durch neue oder schonendere Verfahren erschliessen liesse. Literatur Frick, R., Ammann, H., Wyss, U. und Daccord, R Einsatz von Intensivaufbereitern in der Futterbergung, FAT-Berichte 532, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, Ettenhausen (vormals FAT). 20 S. Frick, R und Ammann H Futterwerbung mit dem Schwadwender, FAT-Berichte 545, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, Ettenhausen (vormals FAT). 12 S. Höhn, E Feldverluste bei der Futterernte, FAT-Berichte 285, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, Ettenhausen (vormals FAT). 7 S. Sauter J., Kirchmeier H. und Neuhauser, H Ernte von Luzernenheu mittels Schwadwendeverfahren, Landtechnik 57 Jahrg. (4), ART-Schriftenreihe 7,

42 ART 34 ART-Schriftenreihe 7, 2008

43 Entwicklungstrends bei Transportern Entwicklungstrends bei Transportern Niklaus Moos, Entwicklungsleiter, Aebi & Co. AG, CH 3400 Burgdorf Zusammenfassung Die Entwicklung bei den Transportern wird auch in Zukunft voranschreiten, da besteht kein Zweifel. Die Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden werden sich weiterhin wandeln. Es werden andererseits auch neue Technologien zur Verfügung stehen, welche das Einsatzgebiet der Transporter erweitern und dem Benutzer effizientes und sicheres Arbeiten ermöglichen. Elektronik und Hydraulik werden bei diesen Entwicklungen einen grossen Beitrag leisten. Résumé Développement des transporteurs: nouvelles tendances Le développement des transporteurs se poursuivra à l avenir également. Il n y a aucun doute là-dessus. Les besoins et les exigences des clients continueront à évoluer. D autre part, de nouvelles technologies seront également disponibles, qui élargiront le champ d action des transporteurs et permettront à l utilisateur de travailler avec une plus grande efficacité et une plus grande sécurité. L électronique et l hydraulique participeront largement à ces développements. Summary Developmental Trends in Transporters There is no doubt that the development of transporters will continue to progress in future. Customer needs and requirements will continue to change. By the same token, new technologies that will expand the field of application of transporters and allow users to work with increased efficiency, safety and reliability will become available. Electronics and hydraulics will make a major contribution in these developments. Einleitung Bei den Transportern hat in den letzten 50 Jahren eine massive Entwicklung stattgefunden und die Fahrzeuge wurden den veränderten Anforderungen der Benutzer laufend angepasst. Diese Veränderungen ergaben sich auf Grund des Strukturwandels in der Landwirtschaft, neuen Bewirtschaftungsmethoden, neuen Vorschriften, usw. Der Transporter wurde ursprünglich als rein landwirtschaftliches Transport- und Arbeits-Fahrzeug genutzt. In den letzten Jahren wurden die Transporter aber zunehmend auch kommunal eingesetzt. Transportaufgaben in Gemeinden, bei Wasser- und Elektrizitätswerken oder bei Bauunternehmungen werden zunehmend mit diesen handlichen und vergleichsweise leichten Fahrzeugen durchgeführt. Die typischen Merkmale eines Transporters sind immer noch die gleichen: Geringes Leergewicht Hohe Nutzlast Tiefe Ladebrücke Gute Geländegängigkeit (tiefe Schwerpunktlage, 4x4, Differzialsperren) Bodenschonend, geringe Bodenverdichtung Handlich ART-Schriftenreihe 7,

44 Entwicklungstrends bei Transportern Vielseitig einsetzbar, einfacher Wechsel der Auf- und Anbaugeräte mit Schnellverschlüssen Homologation als Traktor oder LKW Geschwindigkeit max km/h Kein LKW-Führerschein nötig Abb. 1: Aebi TP48, ein typischer Landwirtschaftstransporter. Abb. 2 (unten): Aebi VT450, ein typischer Kommunaltransporter. Entwicklungstendenzen Auf Grund der Anforderungen der traditionellen Landwirtschaft waren die Transporter viele Jahre relativ einfach konzipiert und ausgerüstet. Mit den oben erwähnten Veränderungen wurden die Fahrzeuge vor allem in den letzten Jahren zunehmend komplexer. Der Kommunaltransporter ist heute von der Ausstattung her sehr nahe bei einem LKW. Kabine mit Klimaregulierung, Dieselmotoren mit Common-Rail Einspritzung, Niveau regulierte Einzelradfederung sind nur einige Beispiele dafür. Es gibt aber ganz klar nach wie vor einen nicht zu unterschätzenden Markt für einfache, überschaubare Transporter für die Landwirtschaft. Es ist heute kaum mehr möglich, die unterschiedlichen Bedürfnisse mit einem Fahrzeugkonzept beziehungsweise einem Baukasten abzudecken. So läuft bei Aebi in Burgdorf die Produktion der Transporter auf zwei Plattformen. a) konventionell: Starres Fahrwerk, ohne Elektronik, einfache Hydraulik mit Ventilbetätigung über Handhebel, einfache Kabine, Motor Stufe 3A. Einsatz hauptsächlich in der Landwirtschaft (Abb. 1). b) kommunal: Fahrwerk mit Niveau regulierter Einzelradaufhängung, Euro-4-Motor mit CR-Einspritzung, Elektronik, Proportionalhydraulik mit verschiedenen Optionen. Einsatz hauptsächlich kommunal (Abb. 2). Auch die Landwirtschaft verlangt heute zunehmend vollgefederte Transporter. Verschiebefahrten über grosse Distanzen und lange Arbeitszeiten am Lenkrad erfordern Fahrzeuge, die hohe Verschiebegeschwindigkeiten zulassen und ein ermüdungsfreies, bequemes und sicheres Bedienen ermöglichen. An Hand von einigen Beispielen soll aufgezeigt werden, welche Entwicklungsschwerpunkte bei der Entwicklung des neuen AEBI VT450 im Vordergrund standen: Motor: Der Motor ist nach wie vor das Herz eines jeden Fahrzeugs. Leistungen von knapp 100 PS, Drehmomentsanstiege von über 30 %, aber trotzdem klein und leicht. Abgasstufe 3A oder EURO 4. Getriebe: Leichtgängiges 4-Gang-Reversiergetriebe mit vorwählbarer Gruppen- und Halbgangschaltung für Geschwindigkeiten bis zu 50 km/h 36 ART-Schriftenreihe 7, 2008

45 Entwicklungstrends bei Transportern Hydraulik: Modular ausbaubare proportionale Arbeitshydraulik, um möglichst alle Bedürfnisse abzudecken. Serienmässiger Ölkühler für Ölmengen bis 70 l/min bei 200 bar Druck. Fahrantrieb: Permanenter 4-Rad-Antrieb mit Planetenübersetzung im Endantrieb, Längsdifferenzial und die Differenziale in Hinter- und Vorderachse sind hundertprozentig elektro-hydraulisch sperrbar. Kabine: Die Ergonomie in der Kabine ist weiter optimiert worden. Alle Hebel sind griffgünstig platziert. Der spiegelfreie Bildschirm und alle Überwachungseinrichtungen sind gut einsehbar. Grossdimensionierte Heizung mit automatischer Temperaturregulierung ist serienmässig, Klimaanlage optional. Elektronik: Die Elektronik hat definitiv Einzug gehalten. Drei Steuerungen für Fahrwerk, Motor, Hydraulik und Fahrzeugelektrik sind über CAN-BUS miteinander verbunden. Federung: Hydropneumatische Einzelradfederung nach dem Doppelquerlenkerprinzip. Diese Anordnung ergibt beim Einfedern nur minimalste Sturz- und keine Radstandveränderung. Die geringe ungefederte Masse garantiert besten Federungskomfort, wie das im Testbericht der BLT (Biomass Logistics Technology, Francisco Josephinum, Wieselburg) bereits ausführlich dargelegt ist. Federweg +/- 50 mm, abschalt- und blockierbar, manuelles anheben und absenken (Abb. 3). Kleines Detail: Die Last auf der Hinterachse wird permanent gemessen und auf dem Bildschirm angezeigt. So hat der Fahrer jederzeit die Information über den Beladungszustand seines Fahrzeugs. Abb. 3: Einzelradaufhängung VT450. Verdrehdämpfung: Die seit Jahren bewährte Verdrehdämpfung zwischen Vorder- und Hinterwagen ist im Zusammenhang mit der Einzelradaufhängung ein Schlüsselelement. Die progressiv wirkenden Rückstellkräfte garantieren optimale Standsicherheit im Gelände. Bei Geschwindigkeit Null des Transporters ist die Verdrehdämpfung automatisch blockiert. So ist garantiert, dass zum Beispiel bei Arbeiten mit einem Kran Vorder- und Hinterwagen sich gegenseitig stabilisieren (Abb. 4). Fahrtrichtung Abb. 4: Prinzip Verdrehdämpfung Verdrehdämpfung: +/- 30 ART-Schriftenreihe 7,

46 Entwicklungstrends bei Transportern Design: Ein funktionales, gefälliges Design ist heute ein «Muss» und zwar innen wie aussen (Abb. 5 und 6). Kein Mensch kauft heute ein hässliches Fahrzeug! Schlussfolgerung Die Entwicklung bleibt nicht stehen. Leistung und Geschwindigkeit werden weiterhin zunehmen. Elektronik und Hydraulik werden den Fahrer in Zukunft noch mehr entlasten und so den Transporter noch effizienter und sicherer machen. In Sachen Umweltschutz werden die Transporter umweltfreundlicher werden. Die zulässigen Emissionen werden weiter reduziert (Abgasstufe 3B beziehungsweise EURO 5). Die Zeiten bleiben spannend! Den Entwicklungsabteilungen wird die Arbeit so rasch nicht ausgehen zum Glück! Abb. 5 (oberes Bild): VT450 in Fahrt. Abb. 6 (unteres Bild): Innenraum. 38 ART-Schriftenreihe 7, 2008

47 Photovoltaik/Solarstrom in der Landwirtschaft Photovoltaik/Solarstrom in der Landwirtschaft Thomas Böhni, Böhni Energie & Umwelt GmbH, CH 8500 Frauenfeld Zusammenfassung Die Sonne ist unsere zentrale Energiequelle. Alles Leben auf diesem Planeten verdanken wir der Kraft der Sonne. Die Sonne hält unseren Wasserkreislauf aufrecht. Unsere Winde verdanken wir der Sonne. Direktes Sonnenlicht schenkt uns Licht und Wärme. Die solare Strahlung auf unseren Feldern ermöglicht das pflanzliche Wachstum, die Sonne ernährt uns. Die Sonne lässt sich direkt technisch nutzen. Selbst die Entstehung von Erdöl, Kohle und Gas ist indirekt eine Ablagerung von Sonnenenergie über Jahrmillionen. Indem die Menschen nun diesen Millionenjahre andauernden Prozess in wenigen Jahren rückgängig machen, entsteht unser Klimaproblem. Die konsequente Nutzung aller erneuerbarer Energieträger inklusive Sonnenenergie ist deshalb von zentraler Bedeutung. Résumé Photovoltaïque/Courant solaire dans l agriculture Le soleil est notre principale source d énergie. C est au soleil que nous devons tout ce qui vit sur cette planète. Le soleil régit le cycle de l eau. C est encore au soleil que nous devons les vents. La lumière directe du soleil nous apporte lumière et chaleur. Le rayonnement du soleil sur nos champs permet la croissance des végétaux. En un mot, le soleil nous nourrit. Enfin, le soleil peut également être utilisé directement grâce à la technique. Même la formation de pétrole, de charbon et de gaz est le fruit du stockage indirect de l énergie solaire pendant des millions d années. Or, les hommes sont en mesure d épuiser en quelques années ce processus qui a duré des millions d années, d où les problèmes de changement climatique. C est pourquoi il est capital d exploiter systématiquement toutes les sources d énergie renouvelables. Summary Photovoltaics/Solar Electricity in Agriculture The sun is our key source of energy. All life on this planet exists thanks to the power of the sun. The sun drives the water cycle. We owe our winds to the sun. Direct sunlight provide us with light and warmth. Solar radiation on our fields enables plant growth, hence the sun feeds us. The sun s power can be harnessed for direct technical use. Even the formation of petroleum, coal and gas deposits is the indirect result of the deposition of solar energy over millions of years. Our current climate problems are the result of humans using up in just a few years energy resources that it took millions of years to lay down. The consistent use of all renewable energy sources is therefore of key importance. 1. Vorwort Die Endlichkeit fossiler und atomarer Energieträger ist bekannt. Eine starke Preisentwicklung von Erdöl und Erdgas in jüngster Zeit sind erste Anzeichen einer zunehmenden Verknappung. Einzelne Länder wie England zum Beispiel haben bereits sehr hohe Gaspreise, die weit über dem europäischen Durchschnitt liegen. ART-Schriftenreihe 7,

48 Photovoltaik/Solarstrom in der Landwirtschaft Die heutigen fossilen und atomaren Energieträger verursachen erhebliche Folgekosten und Risiken im Bereich der Gesundheit und der Umwelt (externe Kosten). Im Kanton Thurgau bewegen wir uns diesbezüglich in einer Höhe von ein- bis zweihundert Millionen Schweizer Franken pro Jahr. Diese Kosten sind zu einem Grossteil auf die Verwendung nicht erneuerbarer Energieträger (Öl, Gas, Kohle und Uran) zurückzuführen. Diese Tatsache können wir unserer Folgegeneration längerfristig nicht zumuten. Es stehen bereits genügend Alternativen zur Verfügung. Die Umstellung auf erneuerbare Energieträger ist eine grosse Chance und bedeutet zugleich einen immensen Umbau der bestehenden Energieinfrastruktur. Aus diesem Grund muss dieses Thema langfristig angegangen werden. «Heute verbrauchen 6,3 Milliarden Menschen an einem Tag so viel Kohle, Öl und Gas, wie die Natur in 1369 Jahren gebildet hat.» Franz Alt «Wir müssen die Veränderung sein, die wir in der Welt sehen wollen.» Mahatma Gandhi 2. Energielieferung der Sonne und deren Nutzungsmöglichkeiten Zu jeder Sekunde scheint die Sonne irgendwo auf unsere Erde. Während einem Jahr sendet die Sonne in unseren Breitengraden zirka 1050 kwh solare Energie auf jeden Quadratmeter unserer Erdoberfläche. Dies entspricht etwa 100 Liter Heizöl. Diese solare Strahlungsenergie gilt es nun optimal zu nutzen. Das ganze Wachstum in der Natur ist nur dank der Sonne möglich. Tabelle 1 soll einen Überblick geben, in welchem Verhältnis diese solare Strahlung tatsächlich genutzt wird. Dabei fällt auf, dass der Photosyntheseprozess (pflanzliches Wachstum) das solare Strahlungsangebot nur zu einem sehr kleinen Bruchteil in pflanzliches Wachstum umwandelt. Dennoch ist das pflanzliche Wachstum in unserer Region sehr gross und üppig. Niemand wird behaupten, dass der jährliche Biomassezuwachs gering sei. Wird die solare Strahlung nun direkt mittels Solartechnik genutzt, zeigt sich, dass die Wirkungsgrade technischer Nutzungsmöglichkeiten sehr hoch sind. Dem Bereich Landwirtschaft kann entnommen werden, dass mit zunehmender energetischer Biomassenutzung ein beachtlicher Flächenbedarf notwendig wird. Diese Flächenumnutzung führt längerfristig zu steigenden Nahrungsmittelpreisen, weil die zur Verfügung stehenden Flächen «knapper» werden. Klar ersichtlich wird auch, dass die Fleischproduktion (Tabelle 1 Punkt 1.3) die «solare Energie» nur zu einem sehr kleinen Teil nutzen kann. Das heisst in einem Stück Fleisch ist schlussendlich viel weniger von solarer Energie enthalten als in einem Stück Brot (Getreide), Gemüse oder Hülsenfrüchte, die ernährungsphysiologisch betrachtet einen vergleichbaren Eiweissanteil haben. Der Anteil an solarer Energie im Fleisch ist sogar so klein, dass bei einer intensiven Tierhaltung die Fremdenergie (Treibstoff zur Bearbeitung der Felder, Dünger für die Felder, heizen, kühlen, lüften der Ställe) oft wesentlich grösser ist. Falls Erdöl, Erdgas usw. in Zukunft knapp werden, haben solche Produktionsmethoden keine Zukunft. Die Tabelle zeigt auch, dass es energetisch Sinn macht, Flächen, die zur Tiernahrungsproduktion genutzt wurden, für den energetischen Biomasseanbau nutzbar zu machen. Im Weiteren zeigt die Tabelle, dass die direkte Umwandlung der solaren Energie in Strom und Wärme (Tabelle 1 Punkt 2.5 und 3.4) sehr effizient und der Flächenbedarf dementsprechend klein ist. Auch die gespeicherte Oberflächenwärme (Tabelle 1, Punkt 2.3) in der Erde ist sehr gross, dementsprechend gross ist das Potential mittels Wärmepumpen. 40 ART-Schriftenreihe 7, 2008

49 Photovoltaik/Solarstrom in der Landwirtschaft Tab. 1: Energielieferung der Sonne und deren Nutzungsmöglichkeiten. Ausgangsgrösse Solare Strahlung Kanton Thurgau 1050 kwh/m2*jahr 100 % 1 Landwirtschaftliche Produkte/ Nahrung (brutto inkl. Input) 1.1 Milch (1,15 Liter/ m 2 via Kuh) 0,9 kwh/m 2 *Jahr 0,09 % 1.2 Kartoffeln (45 to/ha) 3,75 kwh/m 2 *Jahr 0,36 % 1.3 Getreide zur Fleischproduktion 0,1 kwh/m 2 *Jahr 0,01 % 1.4 Getreide für Brot 1,5 kwh/m 2 *Jahr 0,14 % 2 Wärme (netto nutzbar) 2.1 Biomasse (Mais) in Biogas umgewandelt 3,84 kwh/m 2 *Jahr 0,37 % Erdöl, Erdgas, Kohle haben Biomasse als Ursprung (über Mio. Jahre) kwh/m 2 *Jahr 0,37 % 2.2 Biogas aus Gülle (1.4 GVE pro ha) 0,24 kwh/m 2 *Jahr 0,02 % 2.3 Erdwärme (z.b. Nutzung des Erdkörpers 1,6 Meter) 41,2 kwh/m 2 *Jahr 3,92 % 2.4 Wald (energetisch, nachhaltig nutzbarer Teil) 1 kwh/m 2 *Jahr 0,10 % 2.5 Sonnenkollektoren 380 kwh/m 2 *Jahr 36,19 % 2.6 Wärmeeinsparung im Haushalt -50 %; 180m 2 66,67 kwh/m 2 *Jahr 6,35 % 3 Strom (netto nutzbar) 3.1 Biomasse (Mais) Strom aus Biogas 1,53 kwh/m 2 *Jahr 0,15 % Erdöl, Erdgas, Kohle haben Biomasse als Ursprung (über Mio. Jahre) kwh/m 2 *Jahr 0,15 % 3.2 Wasserkraft (60 Mio kwh/j.; 991km2) 0,06 kwh/m 2 *Jahr 0,01 % 3.3 Strom aus Holz 0,25 kwh/m 2 *Jahr 0,02 % 3.4 Solarstromanlagen 140 kwh/m 2 *Jahr 13,33 % 3.5 Stromeinsparung im Haushalt -30 %; 180m 2 7,5 kwh/m 2 *Jahr 0,71 % 4 Treibstoff (netto nutzbar) 4.1 Biomasse (Mais) Treibstoff aus Biogas 3,12 kwh/m 2 *Jahr 0,3 % Fahrleistung pro m 2 (8,5 Liter/100km) 3,67 km/m 2 *Jahr Erdöl und Erdgas haben Biomasse als Ursprung (über Mio. Jahre) kwh/m 2 *Jahr 0,3 % 4.2 Pflanzenöl aus Raps kaltgepresst 0,8 kwh/m 2 *Jahr 0,08 % Fahrleistung pro m 2 (6 Liter/100km) 1,33 km/m 2 *Jahr 4.3 Solarstrom im Honda Typ: EV plus Elektro 140 kwh/m 2 *Jahr 13,33 % Fahrleistung pro m 2 (2 Liter/100km) 700 km/m 2 *Jahr Fazit Einen grossen Anteil an Kilowattstunden wird am besten mittels direkter solarer Nutzung erzeugt. Gezielte Kilowattstunden, Leistungsspitzen etc. werden mit indirekter solarer Nutzung produziert. Für eine erneuerbare Energiezukunft sind alle Möglichkeiten auf der Basis erneuerbarer Energieträger in sinnvoller Kombination zu nutzen. 3. Zusammenfassung unseres Energieberichts für den Kanton Thurgau (2006) Betrachten wir die bestehende Energieversorgung und versuchen zu erfassen, welche tragende Rolle diese in unsere Gesellschaft spielt, wird uns bewusst, wie wertvoll eine funktionierende Energieversorgung ist. Die Endlichkeit von Öl, Gas und Uran sowie die rasant fortschreitende Klimaerwärmung zwingen uns, neue Wege zu finden. Der Umbau hin zu erneuerbaren Energien und zu Energieeffizienz ist eine enorme Herausforderung. Sie erfordert eine Umstellung unserer gesamten Energieinfrastruktur. Diese Umstellung erfolgt ART-Schriftenreihe 7,

50 Photovoltaik/Solarstrom in der Landwirtschaft schrittweise und ist bereits im Gang. Tatsache ist, dass in der Schweiz wesentliche Schritte zu einem erfolgreichen Wandel noch fehlen, so zum Beispiel die politischen und finanziellen Rahmenbedingungen einer kostendeckenden Vergütung. Schlussendlich ist eine erneuerbare Energieinfrastruktur volkswirtschaftlich und ökonomisch eine grosse Chance. Verzögern sich diese Umstellungen weiter, ist der Bau weiterer konventioneller Kraftwerke notwendig. Im Gespräch ist beispielsweise der Neubau von Atomkraftwerken, wobei vehement einzuwenden ist, dass sich noch keine Lösungen für die Endlagerung von Atommüll abzeichnen. Dies neben der Tatsache, dass Uran fossil ist und die Ressourcen auf 45 Jahre geschätzt werden. Im Preis von Atomstrom ist auch das Haftungsrisiko nicht enthalten. 3.1 Szenario «Weiter wie bisher» Aus dem Szenario «Weiter wie bisher» ist ersichtlich, dass die heutigen Energiekosten von rund 650 Mio. pro Jahr (ganzer Kanton Thurgau) bis ins Jahre 2050 bei einem konstanten Verbrauch (Annahme) und bei einer jährlichen Energiepreissteigerung von 2 % auf 1600 Mio. Schweizer Franken pro Jahr ansteigen. Werden noch die entstandenen Umweltschäden (+200 Mio. Schweizer Franken/Jahr) dazugerechnet, ergeben sich Gesamtkosten von 1800 Mio. Schweizer Franken/Jahr. Ein Rückblick auf die letzten drei Jahre zeigt, dass sich der Treibstoffpreis um 60 %, das Heizöl um 100 % und das Gas um 36 % verteuert hat. Die Preisentwicklung in diesen Bereichen ist sehr heikel und ausserhalb unserer Beeinflussungsmöglichkeiten. 3.2 Szenario «100 % erneuerbare Energien im Kanton Thurgau bis 2050» Im Vergleich dazu steht das Szenario «100 % erneuerbare Energien im Kanton Thurgau bis 2050». Dabei gehen wir davon aus, dass in einer ersten Phase bis 2030 herkömmliche, erneuerbare und erprobte Energietechnik zum Einsatz kommt. Zum Teil müssen auch Rohstoffe (zum Beispiel Biomasse oder Windstrom aus der Nordsee) importiert werden. In der zweiten Phase bis 2050 werden neue Techniken (Brennstoffzellen, Wasserstofftechnologien, Elektroautos etc.) massgebend eingesetzt. Der Energieimport (vor allem Biomasse) kann dadurch stark reduziert werden. Die Schweiz soll für europäische Energielösungen offen sein und gleichzeitig eine Eigenversorgung anstreben, analog unserer Wasserkraft. Im Vergleich zum Szenario «weiter wie bisher» steigen die Energiekosten bis ins Jahr 2050 auf rund 2000 Mio. Schweizer Franken pro Jahr für den Kanton Thurgau. Somit sind die Kosten durchaus vergleichbar. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Umstellung auf erneuerbare Energien erhöhte Anfangsinvestitionen voraussetzt und die kostendämpfende Wirkung erst später wirksam wird. Deshalb ist die Finanzierung dieser Umstellungsphase von grosser Bedeutung. Dazu ist Weitsicht und konsequentes Handeln notwendig. Eine konsequente Strompreiserhöhung im Bereich Haushalt, schafft die dazu notwendigen Mittel. Bis 2030 wird sich dadurch der Strompreis verdoppeln. Weil Strom in Zukunft stark an Bedeutung gewinnen wird (vermehrter Einsatz von Strom in den Bereichen Wärme und Mobilität) ist es sinnvoll, dass die Finanzierung der Umstellung auf erneuerbare Energien über eine Strompreiserhöhung stattfindet. Erhöhte Strompreise bewirken auch vermehrte Stromeinsparungen. Die Umstellung auf eine erneuerbare Energieversorgung erfordert zusätzliche Flächen. Ein beachtlicher Teil der Dachflächen muss zur Wärme und Stromproduktion genutzt werden. Rund 7000 ha oder 13 % der landwirtschaftlichen Fläche wird für die Energieproduktion benötigt (Abb. 1 und 2). Davon braucht Solarfarming rund 2000 ha. Die restlichen 5000 ha gehen in den Biomasseanbau. Im Vergleich dazu beträgt das derzeitige Baugebiet im Kanton Thurgau 9400 ha. Solarfarming ist wichtig, da der Stromertrag pro Hektar 42 ART-Schriftenreihe 7, 2008

51 Photovoltaik/Solarstrom in der Landwirtschaft rund 40-mal höher liegt, als bei einer Biomassenutzung. Bei Südhanglagen erhöht sich der Solarfarmingnutzen gegenüber der normalen Biomassenutzung sogar um den Faktor 100. Insgesamt ist das Zusammenspiel aller erneuerbaren Energieträger (Wasser, Biomasse, Solar, Erdwärme und Wind) sehr wichtig und entscheidend, damit auch das Energiemanagement (Verfügbarkeit etc.) gegeben ist. Bei entsprechender Energieeffizienz sollte es möglich sein, eine Vollversorgung durch erneuerbare Energieträger zu erreichen. Biogasanlagen liefern Spitzenstrom, nächtliche Bandenergie, Strom zum Betrieb von Wärmepumpen und speisen Biogas zu Treibstoffzwecken in unser Erdgasnetz ein. Energetisch sanierte Gebäude halten die Wärme im Gebäude. Das Energie-Versorgungsmanagement solcher Gebäude wird dadurch stark vereinfacht. Das Gebäude kann zu einem selbstgewählten Zeitpunkt an einem Wintertag geheizt werden. Solarstromanlagen produzieren tagsüber wertvollen Strom, welchen man zum Betrieb von Wärmepumpen und für andere Zwecke nutzt. Der Solarstrom trägt dazu bei, die vermehrt auftretenden Sommerstromspitzen zu dämpfen. Der Solarstrom kann via Wärmepumpen in Gebäuden und Batterien in Elektroautos kurzfristig gespeichert werden. Eine langfristige Speicherung ist via Pumpspeicherkraftwerke und bei der Umwandlung in Wasserstoff möglich. Sonnenkollektoren dienen der Warmwassererwärmung und Heizungsunterstützung. Saisonale Warmwasserspeicher ermöglichen die Versorgung eines energetischen «Top-Gebäudes» zu 100 % mit Wärme und Warmwasser. Holz als Baustoff ist sehr wertvoll. Jedes Holzgebäude ist ein «CO 2 -Speicher». Holzheizungen sollen vermehrt dort zum Einsatz kommen, wo energetische Sanierungen an Gebäuden nicht konsequent vollzogen werden können. Deshalb ergeben sich hohe Vorlauftemperaturen des Heizsystems und der Energiebedarf ist dementsprechend hoch. Im Weiteren ist auch eine enge Zusammenarbeit mit den heimischen Grosswasserkraftwerken und importiertem Windstrom sehr sinnvoll. Abb. 1 (oben links): Solarstromanlage Grundler: 27 kwp Solarstromanlage mit optimaler Auslegung. Stromertrag 1150 kwh/kwp pro Jahr. Abb. 2 (oben rechts): Kompaktbiogasanlage Klaesi zur reinen Güllenverwertung, 150 GVE, 50 kwel. 4. Fünf Leitgedanken zu einer zukunftsfähigen Energieversorgung 1. Energieeffizienz und «regionale» Energiekreisläufe sind sehr wichtig. 2. Strom im Allgemeinen und Strom aus erneuerbaren Energienquellen im Besonderen werden zum Leitenergieträger, weil die Energieumwandlungsketten sehr kurz und die Verluste dementsprechend klein sind. Zudem ist die Vielseitigkeit und direkte Anwendbarkeit von Strom enorm. ART-Schriftenreihe 7,

52 Photovoltaik/Solarstrom in der Landwirtschaft 3. Da die fossilen Energieträger Erdöl, Kohle, Erdgas und Uran auf unserer Erde nur begrenzt vorhanden sind und zudem der Klimaerwärmung entgegen gewirkt werden muss, muss die Nutzung sämtlicher erneuerbarer Energieträger konsequent vorangetrieben werden. Dabei wird die Landwirtschaft zusätzlich zur Nahrungsmittelproduktion auch zum Energie- und Rohstoffproduzenten. 4. Eine Energiepreiserhöhung im Bereich Strom zur Finanzierung der Punkte 1. bis 3. ist notwendig und sinnvoll. Die notwendigen Mittel dafür sind beachtlich und dienen der Schaffung einer neuen «Energieinfrastruktur». Diese Kosten sind jedoch tragbar im Vergleich zu den Kosten, welche die Klimaerwärmung verursacht und verursachen wird. In dem Sinne können diese Kosten einer Energieumstellung als Prävention oder als Vorinvestition für unsere Kinder betrachtet werden. 5. Die Umstellung auf erneuerbare Energieträger und die konsequente Umsetzung von Energieeffizienz hat ein lang anhaltendes Arbeitsplatzpotential. Die konsequente Ansiedlungspolitik neuer Energietechnologie-Firmen ist eine Chance, zumal weltweit die gleichen Aufgaben anstehen. Die Schweiz muss in diesen Energiebereichen eine wichtige Rolle einnehmen, dadurch wird diese Umstellungsphase auch aus volkswirtschaftlicher Sicht ein Erfolg. 44 ART-Schriftenreihe 7, 2008

53 Abwasserreinigung ohne Strom am Beispiel einer Bergkäserei Abwasserreinigung ohne Strom am Beispiel einer Bergkäserei Dr. Paul Schudel, Symbo GmbH, CH 4410 Liestal Zusammenfassung Ausserhalb der Kanalisation und besonders auch im Alpenraum nimmt die Bedeutung der dezentralen Abwasserreinigung zu. Soll Alp- und Bergkäse überregional vermarktet werden, zwingen Rationalisierung aber auch hygienische Vorschriften der EU zu Zusammenschluss und Bau von modernen, zentralen Bergkäsereien, deren Abwasser gereinigt werden muss. Da oft keine elektrische Energie verfügbar ist, sollte die Kläranlage ohne Strom funktionieren, was besonders bei der Reinigung der Käsereiabwässer nicht einfach ist. Die Firma Symbo GmbH hat ein Reinigungssystem entwickelt, das diesen Anforderungen entspricht. Eine Pilotanlage zur Reinigung von Käsereiabwässern ist seit 2002 im Kanton Freiburg in Betrieb. Résumé Nettoyage des eaux usées sans électricité: exemple d une fromagerie de montagne En dehors du réseau de canalisations et dans l espace alpin notamment, le traitement décentralisé des eaux usées prend de plus en plus d importance. Pour commercialiser les fromages de montagne et d alpage dans d autres régions, la rationalisation nécessaire, mais aussi les directives de l UE sur l hygiène obligent à regrouper et à construire des fromageries de montagne modernes et centralisées dont les eaux usées doivent être traitées. Comme l énergie électrique n est souvent pas disponible sur place, la station d épuration devrait fonctionner sans courant, ce qui n est pas simple surtout pour le traitement des eaux usées provenant d une fromagerie. L entreprise Symbo GmbH a mis au point un système de traitement qui répond à ces exigences. Une installation pilote est en service depuis 2002 dans le canton de Fribourg et traite les eaux usées d une fromagerie. Summary Wastewater Treatment without Electricity Using the Example of a Mountain Cheese Dairy Outside of the sewerage system and particularly in the Alpine region, the importance of decentralised wastewater treatment increases. If Alpine and mountain cheese are to be marketed supra-regionally, both rationalisation and EU hygiene regulations demand the amalgamation into and building of modern, centrally located mountain-cheese dairies whose wastewater must be treated. Since electrical power is often unavailable, the wastewater-treatment plant should work without electricity a somewhat tall order, particularly for the treatment of wastewater from cheese dairies. Symbo GmbH have developed a treatment system that matches these requirements. A pilot plant for treating cheese-dairy wastewater has been operating in Freiburg Canton since Einleitung Naturnahe Abwasserreinigungsanlagen, wie zum Beispiel Sandfilter-Kläranlagen, dienen zur Klärung des Abwassers von einzelnen Gebäuden oder kleinen Gebäudegruppen (Höfe, Ferienhäuser, Restaurants u.a.), die nicht an eine Kanalisation angeschlossen werden können. Sie können je nach Dimensionierung das anfallende Abwasser von einigen bis mehreren hundert Personen reinigen. Auch laut dem revidierten Gewässerschutz-Gesetz ART-Schriftenreihe 7,

54 Abwasserreinigung ohne Strom am Beispiel einer Bergkäserei des Bundes von 1998 tragen kleine Kläranlagen im ländlichen Raum dazu bei, lokale Wasserkreisläufe zu schliessen. Sandfilterkläranlagen sind nicht neu. Die ältesten Anlagen gab es in den USA schon vor über achtzig Jahren. Die in der Folge beschriebenen Sandfilter-Kleinkläranlagen wurden aber in den letzten zwanzig Jahren durch die Firma Symbo für die Verhältnisse in der Schweiz erheblich weiterentwickelt. Die erste Sandfilter-Kläranlage wurde 1984 in Rothenfluh Kanton Baselland (Asphof) gebaut. Heute sind in der Schweiz über 100 Symbo-Sandfilter-Kläranlagen in Betrieb. Symbo-Sandfilter-Kläranlagen sind heute nachhaltig und günstig im Unterhalt. Das patentierte System funktioniert im Gefälle über Jahrzehnte ohne Strom. Sandfilter-Klärsysteme Sandfilter-Kläranlagen bestehen aus vier Elementen, nämlich: 1. der Klärgrube (meist ein Emscherbrunnen), in der die Feststoffe (Fäkalien, WC-Papier, usw.) abgesetzt werden. An Stelle einer Klärgrube wird teilweise auch eine Rottegrube eingesetzt, in der die Abfälle direkt in Kompost umgewandelt werden. 2. einem Siebschacht zur Abtrennung von kleinen, schwimmenden Abfällen, die Sprühdüsen verstopfen könnten. 3. der Dosierkammer, die das vorgereinigte Abwasser stossweise auf den Filter leitet. Mit der Dosierkammer konnte die Ablaufqualität dieser Anlagen ganz wesentlich verbessert werden, da die Sandfilter in den Beschickungspausen mit Sauerstoff versogt werden. Dies ermöglicht einen optimalen (aeroben) biologischen Abbau im Filter. 4. dem Sandfilter, in dem das Abwasser hauptsächlich durch Bakterien gereinigt wird. Bei ganzjährig bewohnten Siedlungen sind zwei solche Sandfilter nötig, die abwechslungsweise in Betrieb stehen, um die Verstopfung der Filter zu verhindern. Die beiden Sandfilter bestehen aus Behältern von rund zwei Meter Tiefe und enthalten einen grobkörnigen Filtersand. Beim Betrieb gelangt das der Anlage zugeführte Abwasser von den Vorklärbecken über eine Dosiereinrichtung zum Sandfilter. Diese stossweise Beschickung ermöglicht erst eine gute Reinigungsleistung. Das durch die Poren abfliessende Wasser wird selbst zur Luftpumpe, da es beim wegsickern Luft nachzieht. Die mit dem Schmutzwasser in den Sandfilter gelangenden gelösten organischen Stoffe werden dann im Sandfilter hauptsächlich durch sauerstoffliebende Mikroorganismen abgebaut, aber auch physikalisch ausgefiltert und biochemisch umgewandelt. So wird zum Beispiel das fischgiftige Ammonium einerseits in Luftstickstoff und anderseits in Nitrat umgewandelt. Auch die Beseitigung von Fä- Abb. 1: Aufbau einer Sandfilterkläranlage. 46 ART-Schriftenreihe 7, 2008

55 Abwasserreinigung ohne Strom am Beispiel einer Bergkäserei kalbakterien (Escherichia coli, Enterokokken) leisten diese Anlagen gut. Im Ablauf gibt es mehr als tausend mal weniger Bakterien als im Zulauf. Bei den Symbo-Sandfilter-Kläranlagen wird das vorgereinigte Abwasser mit einem Drehsprenger auf der Oberfläche des Sandfilters versprüht. Nachdem das Abwasser durch den Klärsand gesickert ist, kann es sauber in den nächsten Bach, in eine Drainage geleitet oder versickert werden. Wartung und Betriebsaufwand Bei jeder Klein-Kläranlage muss die Klärgrube regelmässig ausgepumpt und der Schlamm muss vorschriftsgemäss entsorgt werden. Entweder wird er in eine grössere Abwasserreinigungsanlage (ARA) gebracht, oder in einem Acker untergepflügt. Der geringe Schlammanfall von nur etwa 0,2 Kubikmeter pro Person und Jahr trägt zu niedrigen Betriebskosten bei. Ferner müssen die Sprinkler regelmässig kontrolliert und wenn nötig gereinigt werden. Symbo-Kläranlage für eine Bergkäserei Eine Kläranlage, die Käsereiabwasser ohne Strom reinigt, gab es bis vor kurzem noch nicht, weil die Schmutzstoffe im Käsereiabwasser (Milchbestandteile, Reinigungsmittel, Reste von Schotte) schwerer abbaubar sind als in häuslichem Abwasser. Deshalb wurden bisher Reinigungsverfahren mit Pumpen oder Kompressoren zur Belüftung des Schmutzwassers eingesetzt. Alphütten sind aber nur selten an ein Stromnetz anschliessbar, und müssen deshalb mit einem Dieselgenerator den nötigen Strom erzeugen. Die Firma Symbo hat ein Verfahren entwickelt, das diese Komplikationen umgeht indem es ohne elektrische Energie funktioniert. Die Reinigung basiert auf einem zweistufigen Verfahren. Das vorgereinigte Abwasser wird zuerst anaerob abgebaut, ähnlich wie in einer Biogas-Anlage. Anschliessend wird das Wasser mit Hilfe eines Sandfilters nachgereinigt und sauber in die Umwelt abgegeben. Eine Pilotanlage auf 1300 m ü. M. wurde für eine Schaukäserei bereits erstellt und funktioniert seit 2002 einwandfrei. In der Käserei werden während rund vier Monaten im Sommer (Mitte Mai bis Mitte September) täglich 1300 bis 1700 kg Milch verarbeitet. Abbildung 2 zeigt die neu gebaute Käserei mit der Kläranlage und Abbildung 3 gibt das Funktionsschema der Kläranlage wieder. Abb. 2: Bergkäserei Gantrischli mit Sandfilter (rechts). ART-Schriftenreihe 7,

56 Abwasserreinigung ohne Strom am Beispiel einer Bergkäserei Abb. 3: Funktionsschema Bergkäserei, Sandfilter- Kläranlage. Abwasser Käsekeller Abwasser Produktion Neutralisation Zulauf Toiletten Kontrollschacht Zulauf Fettabscheider Siebschacht Klärgrube Anaerobfilter Dosierschacht Sandfilter Kontrollschacht Ablauf In einer Käserei fällt an verschiedenen Orten Abwasser an. Bei der Käseherstellung werden oft mit viel Wasser Milchspritzer weggespült und bei der Reinigung von Gefässen und Leitungen werden zur Desinfektion zum Teil stark saure und basische Reinigungsmittel eingesetzt. Derartiges Abwasser muss zwingend neutralisiert werden, weil die anaerobe Stufe kein saures Abwasser erträgt. Im Käsekeller entsteht ausserdem beim Salzen und Waschen der Käse ein fetthaltiges Abwasser. Das Fett muss in einem Fettabscheider zurückgehalten werden. Das weitere Reinigungsverfahren entspricht dem oben bereits beschriebenen System einer Sandfilterkläranlage. Abbildung 4 zeigt einen Drehsprenger, der das vorgereinigte Abwasser intervallweise auf dem Sandfilter verteilt. Abb. 4: Sandfilter mit Drehsprenger. 48 ART-Schriftenreihe 7, 2008

57 Abwasserreinigung ohne Strom am Beispiel einer Bergkäserei Untersuchung der Ablaufqualität Im Jahre 2003 hatte das Amt für Umweltschutz des Kantons Freiburg die Reinigungsleistung der Anlage genau unter die Lupe genommen. Während drei Tagen wurde die Abwassermenge mit Datalogger registriert. An drei Orten wurden zudem im Klärsystem mit automatischen Probenehmern mengenproportional Proben entnommen (alle 70 Liter eine Probe). Die tägliche Abwassermenge lag zwischen drei und sechs Kubikmeter Wasser pro Tag. Tabelle 1 zeigt die Mittelwerte der Konzentrationen organischer Stoffe an den drei Messpunkten im Reinigungssystem: Die erste Probe wurde nach der Vorreinigung entnommen, die zweite nach dem Anaerobfilter und die dritte im Auslauf der Anlage. Als Mass für die Belastung wurden die üblichen Parameter des biochemischen Sauerstoffbedarfs in fünf Tagen (BSB 5 ) und der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) gemessen. Tab. 1: Mittlere Reinigungsleistung in Prozent der Bergkäserei-Kläranlage für organische Belastungsstoffe. Ort Parameter BSB5 mg/l Reinigungsleistung % CSB mg/l Reinigungsleistung % nach Vorklärung nach Anaerobfilter Im Auslauf Die Reinigungsleistung für organische Stoffe ist in allen ausreichend gewarteten Sandfilterkläranlagen gut bis sehr gut. Im Anaerobfilter wurde hingegen nur ein Teil der Milchbestandteile abgebaut. Dieser Abbau ist aber ausreichend, damit der Sandfilter nicht nach kurzer Zeit verstopft und seine Oberfläche dauernd wieder mit einem Rechen gelockert werden muss. Zudem dürfte sich die Wirksamkeit des Anaerobfilters seit der Untersuchung noch verbessert haben, weil die Neutralisierung des Abwassers heute konsequenter durchgeführt wird. Bei der Untersuchung war der Zulauf in diesen Filter noch leicht sauer, was die Aktivität der Bakterien stark gebremst hatte. Im Auslauf wurden auch die Konzentrationen der Stickstoffkomponenten Ammonium und Nitrat, sowie der gesamte Phosphorgehalt gemessen. Ammonium wurde weitgehend eliminiert, das heisst in Luftstickstoff und Nitrat umgewandelt. Im Ablauf wurden durchschnittlich nur noch 0,75 mg NH 4 -N/l gemessen. Der Nitratgehalt betrug 12,5 mg NO 3 -N/l. Phosphor wird im Filter nur teilweise zurückgehalten. Die durchschnittliche Ablaufkonzentration betrug 5,7 mg P tot /l. Das gereinigte Abwasser läuft nicht nur optisch sauber, sondern auch chemisch gut gereinigt in den nächsten Bach, sodass mit Sicherheit keine Organismen im Bach irgendwelchen Schaden nehmen. Literatur Boller, M. und J. Eugster Untersuchungen auf der Bodenfilter-Kläranlage des Autobahnrastplatzes Fillistorf FR. Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (EAWAG), Dübendorf. Boller, M., A. Schwager, J. Eugster und V. Mottier Dynamic Behaviour of intermittent buried Filters. Swiss Federal Institute for Environmental Sciences and Technology (EAWAG), Dübendorf. Wat. Sci. Tech., Vol.28, No.10, pp Mauch D. und Freisler P., 1996: Untersuchung der Abbauleistung und des Fliessverhaltens von zwei Sandfilterkläranlagen bei Starkbelastung. Institut für terrestrische Ökologie, ETH-Z, Diplomarbeit unter der Leitung von Prof. R. Schulin ETH Zürich und Dr. P. Schudel, Symbo GmbH, Liestal. ART-Schriftenreihe 7,

58 Abwasserreinigung ohne Strom am Beispiel einer Bergkäserei USEPA, 1980: Design manual for onsite wastewater treatment and disposal systems. U.S. Environmental Protection Agency; Off. of Res. and Devel. MERL, Cincinnati, Ohio. Schwager, A. und M. Boller Transport Phenomena in Intermittent Filters. Swiss Federal Institute for Environmental Sciences and Technology (EAWAG), Dübendorf. Schudel P., Leibundgut Ch., 1988: Untersuchungen über hydraulische Eigenschaften und Reinigungsleistung einer Sandfilterkläranlage. Gewässerschutz Wasser Abwasser (GWA) 68/8, pp Schudel P., Boller M., 1989: Onsite wastewater treatment with intermittent buried filters. In Small wastwater treatment plants. Trondheim 1989, pp Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute (VSA) Kleinkläranlagen Richtlinie für den Einsatz, die Auswahl und die Bemessung von Kleinkläranlagen. VSA, Strassburgerstrasse 10, CH-8026 Zürich. Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute (VSA), VSA-Erhebung Kleinkläranlagen, Kommission «Abwasserentsorgung im ländlichen Raum». 50 ART-Schriftenreihe 7, 2008

59 Effizientes Mähen in extremen Lagen ausserhalb des Gefahrenbereichs mit dem «Deltrak» Effizientes Mähen in extremen Lagen außerhalb des Gefahrenbereichs mit dem ferngesteuerten «Deltrak» Ralph Bahle, Dipl. Betriebswirt (FH), Vertriebsleiter, Irus Motorgeräte GmbH, D Salmendingen Zusammenfassung Mit dem funkgesteuerten Mähgerät «Deltrak» der Firma Irus Motorgeräte GmbH gelangt eine Maschine zur Serienreife, die in extremen Lagen wirtschaftlich und effizient arbeiten kann. Die Herausforderungen der Entwicklung einer funkgesteuert Maschine für extreme Lagen sind sehr groß und es brauchte eine lange Zeit, bis nun eine Maschine zur Verfügung steht, die vor allem darauf ausgelegt ist, dem Bediener seine Arbeit zu erleichtern, seine Arbeit in Extremlagen sicherer zu machen, die Unfallgefahr zu minimieren und seine Gesundheit zu schonen. Résumé Moisson efficace dans les situations extrêmes en dehors de la zone à risque La faucheuse «Deltrak» radioguidée de la société Irus Motorgeräte SARL est une machine apte à être produite en série, qui peut travailler de manière efficace et rentable dans les situations extrêmes. Les exigences que doit satisfaire une machine radioguidée adaptée aux terrains extrêmes sont très élevées et il a fallu beaucoup de temps avant qu une telle machine soit disponible. Son but premier est de faciliter la tâche de l opérateur, de lui permettre de travailler avec plus de sécurité dans les situations extrêmes, de minimiser le risque d accidents et de ménager sa santé. Summary Efficient Mowing in Extreme Situations outside of the Danger Zone With Irus Motorgeräte GmbH s «Deltrak» radio-controlled mower, a machine capable of working economically and efficiently in extreme situations is now ready for series production. The challenges of developing a radio-controlled machine for extreme situations are very great, and it has taken a long time for a machine to become available that above all is designed to make the operator s work easier as well as safer in extreme situations, to minimise the danger of accidents, and to protect the operator s health. Einleitung Mit der Herstellung von einachsigen Geräteträgern mittlerweile seit 80 Jahre vertraut, ist der enge Kontakt und die Zusammenarbeit mit Ihren Kunden immer ein Garant des Erfolges der Irus Motorgeräte GmbH gewesen. Aus diesem Kontakt heraus ist eine Maschine entstanden, die wohl einzigartig in der ganzen Welt ist. Es gibt und gab auch schon früher Bestrebungen anderer Hersteller das Thema Funksteuerung in Verbindung mit Mähgeräten zu bringen, aber erst mit dem «Deltrak» ist eine Maschine zur Serienreife gebracht worden, die wirtschaftlich und effizient arbeiten kann. Die Herausforderungen an so eine Maschine sind sehr groß und es brauchte eine lange Zeit, bis mit dem «Deltrak» nun eine Maschine zur Verfügung steht, die vor allem darauf ausgelegt ist, dem Bediener seine Arbeit zu erleichtern, diese Arbeit sicherer zu machen, die Unfallgefahr zu minimieren und seine Gesundheit zu schonen. Wenn als Resultat dann noch herauskommt, dass man unter Umständen auch noch schneller sprich wirtschaftlicher mit der Maschine arbeiten kann, als mit einem herkömmlichen Einachser, sei es nun eine Getriebemaschine oder auch ein Hydrostat, so ist das umso erfreulicher. ART-Schriftenreihe 7,

60 Effizientes Mähen in extremen Lagen ausserhalb des Gefahrenbereichs mit dem «Deltrak» Vorteile des funkgesteuerten Mähens Durch das Mähen mir Funksteuerung ist der Bediener natürlich nicht mehr an seine Schrittgeschwindigkeit gebunden. Diese Schrittgeschwindigkeit wird umso niedriger je steiler und unebener das Gelände wird, das heisst je extremer die Verhältnisse werden, umso größer ist der Vorteil beim funkgesteuerten Mähen. Dies ist ein grosser Vorteil im Vergleich zum Einachser mit Balkenmähwerk oder zum Schlegelmulcher (Abb. 1). Mit dem «Deltrak» haben Sie eine theoretische maximale Flächenleistung von 7500 m²/h (6 km/h Fahrgeschwindigkeit x 125 cm Arbeitsbreite). Mit dem Einachser ist der Bediener an seine Schrittgeschwindigkeit gebunden, diese beträgt maximal 3 km/h, dazu kommt in der Regel eine Arbeitsbreite beim Einachser von maximal 105 cm, daraus folgt eine Flächenleistung von 3150 m²/h. Abb. 1: «Deltrak» im Einsatz mit Schlegelmulcher. Auch im Vergleich zur Arbeit mit Freischneidern sieht die Einsparung noch positiver aus, exakte Zahlen sind in dem Bereich aber nur schwer zu ermitteln. Man muss hierbei bedenken, das Freischneider nicht in der Lage sind, alles zu mähen (Sträucher, Büsche) und dass teilweise Material noch abgeräumt werden muss, mit der Folge noch höherer Kosten. Interessant ist auch hier wieder die Arbeit im extremsten Steilhang, dort wo sich ein Mensch kaum mehr halten kann. Die Erfahrung aus der Praxis beziehungsweise Rückmeldungen von Anwendern besagen, dass ein Mann am «Deltrak» 5 8 Männer an Freischneidern ersetzt. Eine der Hauptanforderungen im Vorfeld der Entwicklung war es, eine möglichst kompakte Bauweise zu verwirklichen. Mit den daraus resultierenden geringen Abmessungen ist der «Deltrak» leicht zu transportieren und schnell von A nach B zu bringen. Dies spart ebenfalls Zeit und Geld und macht den «Deltrak» gerade bei Anwendern mit mehreren Aussenstellen zu einer flexiblen Alternative (Abb. 2). Weitere Argumente für funkgesteuertes Mähen Neben den wirtschaftlichen Faktoren besticht der «Deltrak» vor allem im Bereich der Sicherheit und damit Gesundheitserhaltung des Bedieners. Hier gibt es dermaßen gravierende Vorteile gegenüber der bisherigen Praxis, dass es kaum eine Alternative zum funkgesteuerten Mähen gibt. 52 ART-Schriftenreihe 7, 2008

61 Effizientes Mähen in extremen Lagen ausserhalb des Gefahrenbereichs mit dem «Deltrak» Abb. 2: «Deltrak» im Einsatz mit Schneefräse. Der Bediener ist zu jeder Zeit ausserhalb der Gefahrenzone. Dies bedeutet höchstmögliche Sicherheit, kein Ausrutschen, kein Hängen bleiben an Ästen und Gestrüpp beziehungsweise Dornen, kein Umknicken der Fußgelenke. Das bedeutet konkrete Unfallprävention und die Gesundheit des Bedieners wird in hervorragender Weise geschont: kein «Bergsteigen» keine Motorenabgase in unmittelbarer Nähe zum Bediener keine Vibration am Holm weniger Lärm am Ohr des Bedieners keine Probleme mit Grenzwerten, max. zulässiger Arbeitszeit etc. Keine Dauerbelastung des Bedieners bedeutet weniger Langzeitfolgen Mit einer funkgesteuerten Maschine wie dem «Irus Deltrak» steht der Bergwirtschaft, aber auch dem kommunalen Sektor eine völlig neuartige Technik zum Mähen extremer Hänge und unter extremen Bedingungen zur Verfügung. Diese Arbeit ist nicht einfach und bisweilen lebensgefährlich. Neben den Emissionen wie Lärm und Abgas und den Schwingungen, die auf Hände und Arme wirken, ist die Gefahr des Ausrutschens ein weiteres Risiko. Im Wege stehende Bäume und Büsche, Dornen und Hecken oder einfach nur ein aufgescheuchter Wespenschwarm kann das Arbeiten am Hang zur Qual machen. Neben diesen unmittelbaren Auswirkungen auf die Gesundheit des Bedieners ist es allgemein bekannt, dass das handgeführte Mähen in Berglagen auch langfristig starke Auswirkungen auf die Gesundheit hat. Jahrelanges Mähen führt zu Problemen am gesamten Haltungsapparat des Menschen. Beispielhaft sei hier der Rücken oder auch die Knies genannt. Der Bediener ist bei einer funkgesteuerten Maschine weg von der Belastung und steht im Idealfall sicher und geschützt auf flacherem Boden. Der «Deltrak» von Irus fährt überall dort alleine, wo der Mensch sich nur noch schwer bewegen kann gesteuert per Fernbedienung. Der Schwerpunkt ist sehr niedrig. Der Motor ist pendelnd gelagert. Er fährt auf «Stachelraupen», was ihm zusätzlich eine hervorragende Hangtauglichkeit ermöglicht. Die Raupen gewährleisten aber auch, dass er in sehr unebenem und löchrigem Gelände nicht die ART-Schriftenreihe 7,

62 Effizientes Mähen in extremen Lagen ausserhalb des Gefahrenbereichs mit dem «Deltrak» Bodenhaftung verliert. Neben diesen Argumenten, die Sicherheit und Gesunderhaltung des Bedieners betreffend, kann eine funkgesteuerte Maschine unter Umständen aber auch eine deutlich höhere Leistung und letztendlich auch geringere Kosten gegenüber einem handgeführten Einachser aufweisen. Mit der ferngesteuerten Maschine kann man je nach Beschaffenheit des Mähgutes, bis zu zweimal schneller mähen als mit handgeführten Mähern. Zum Abschluss sei noch gesagt, dass es wirtschaftlicher ist, wenn so eine Maschine nicht nur als Einzweckgerät zum Mähen verwendet werden kann, sondern auch noch weitere Anbauoptionen vorhanden sind. Mit dem «Deltrak» der Firma Irus Motorgeräte GmbH steht so eine Maschine zur Verfügung. Portalmähwerke, Schlegelmulcher, Bandrechen aber auch Schneeschilder, Schneefräsen und Kehrmaschinen sind nur einige der zahllosen Anbaumöglichkeiten. 54 ART-Schriftenreihe 7, 2008

63 Einsatz von Elektronik zur Erhöhung von Arbeitsleitstung und Bedienkomfort Einsatz von Elektronik zur Erhöhung von Arbeitsleistung und Bedienkomfort Werner Haas, Dipl. Ing. Dr. techn., CNH Österreich GesmbH, Entwicklungsabteilung, A 4300 St. Valentin Zusammenfassung Komplexe Steuerungsfunktionen sind heute bei modernen Traktoren Stand der Technik. Aufgrund der Kundenforderungen sind in diesem Bereich auch weitere Innovationen zu erwarten. Solche Funktionen führen auch zur Weiterentwicklung der Bedienumgebung in Richtung leistungsfähiger Armlehnen und Anzeigemonitore. Résumé Emploi de l électronique pour augmenter le rendement et le confort d utilisation L augmentation du rendement est une des exigences posées actuellement à un tracteur moderne. Sans recours à l électronique, il n est plus possible de satisfaire cette attente de la clientèle. C est pourquoi l électronique prend de plus en plus de place dans la technologie des tracteurs et est devenue un important moteur d innovation. Quelques-unes des fonctions de commande seront présentées au cours de ce bref exposé. Le deuxième point de l exposé sera consacré à l amélioration du confort d utilisation. Un mode d utilisation simple et clair améliore non seulement le rendement, mais augmente également le plaisir de travailler avec des tracteurs hightech. Summary Use of Electronics to Increase Work Performance and Ease of Operation Increased work performance is a demand currently made of modern tractors. Without the use of electronics, this customer requirement is no longer achievable. For this reason, electronics is becoming an ever-increasing part of tractor technology, and has turned into an important innovation driver. This short paper will present several of these control functions. The second core theme is improving ease of operation. Ultimately, a simple, clear operating environment not only boosts work performance, but also increases the enjoyment of dealing with high-tech tractors. Einleitung Die Erhöhung der Arbeitsleistung ist eine Anforderung, die aktuell an einen modernen Traktor gestellt wird. Ohne Einsatz von Elektronik ist diese Kundenforderung nicht mehr realisierbar. Damit hält die Elektronik mehr und mehr Einzug in die Traktortechnik und ist zu einem wichtigen Innovationstreiber geworden. Dieser Kurzbeitrag stellt einige dieser Steuerungsfunktionen vor. Der zweite Schwerpunkt ist dem Thema Verbesserung des Bedienkomforts gewidmet. Eine einfache und übersichtliche Bedienumgebung steigert letztendlich auch die Arbeitsleistung, erhöht aber auch die Freude am Umgang mit Hightech- Traktoren. Elektronik am Traktor In den letzten Jahren hat sich die Motortechnologie insbesondere durch die verschärften Emissionsvorschriften weiterentwickelt. Im Leistungsbereich über 75 kw können die Vorgaben nur durch deutlich verbesserte elektronische Einspritzsysteme erfüllt werden. Die ART-Schriftenreihe 7,

64 Einsatz von Elektronik zur Erhöhung von Arbeitsleitstung und Bedienkomfort Hochdruckpumpe Abb. 1: Common-Rail Einspritzsystem. Injektoren Common-Rail Technologie hat sich als Standard etabliert (Abb. 1). Eine Hochdruckpumpe versorgt das gemeinsame Hochdruckrohr permanent mit Kraftstoff, der unter hohem Druck steht. Elektronisch gesteuerte Injektoren sorgen für eine präzis kontrollierte Einspritzung. Neben der geringeren Belastung der Hochdruckrohr Umwelt bekommt auch der Kunde einige Vorteile geboten: Konstant-Drehzahl-Betrieb: Um die Motordrehzahl konstant zu halten, reagiert die Kraftstoffeinspritzung in diesem Betriebsmodus sehr dynamisch. Diese Funktion verbessert insbesondere bei Zapfwellenarbeiten die Arbeitsqualität. Unter bestimmten Betriebsbedingungen wird eine Überleistung (Boost) angeboten. Der Kraftstoffdruck wird unabhängig von der Motordrehzahl aufgebaut, deswegen sind höhere Drehmomentwerte bei niedrigerer Motordrehzahl möglich. Dank des permanent zur Verfügung stehenden Drucks wird auf Lastwechsel des Motors schneller reagiert. Präzises Einspritzen des Kraftstoffs mit hohem Druck ermöglicht eine bessere Zerstäubung und eine verbesserte Verbrennung. Durch zwei Einspritzphasen (Vor- und Haupteinspritzung) reduziert sich der Geräuschpegel. In der Getriebetechnik stellt die Stufenlos-Technologie einen Höhepunkt dar, der ohne Einsatz von Elektronik nicht umsetzbar gewesen wäre (Abb. 2). «CNH» hat hier eine Vorreiterrolle bei der Umsetzung von komplexer Steuerungstechnik übernommen. Insbesondere das automatische Produktivitätsmanagement und die Stillstandsregelung sind hier zu erwähnen. Neue Funktionen wurden auch für Lastschaltgetriebe entwickelt. So wird am Puma eine Feldautomatik mit automatischer Schaltung der Gänge 1 11 und eine Transportautomatik für die Gänge 7 19 angeboten. Das so genannte «speed matching» wählt nach einem Be- Abb.2: Stufenlosgetriebe S-Matic. 56 ART-Schriftenreihe 7, 2008

65 Einsatz von Elektronik zur Erhöhung von Arbeitsleitstung und Bedienkomfort tätigen der Fahrkupplung den richtigen Gang zum Wiedereinkuppeln aus. Solche Automatikfunktionen entlasten den Anwender und erlauben eine Konzentration auf die Arbeit. Auch im Bereich der Arbeitshydraulik wurde in den letzten Jahren eine Vielzahl von neuen elektronischen Steuerungsfunktionen eingeführt. Der Klassiker ist sicher die kombinierte Zug- und Lageregelung für das Heckhubwerk mit aktiver Schwingungstilgung bei Strassenfahrt. Für das Fronthubwerk wird eine kombinierte Druck- und Positionsregelung angeboten. Insbesondere bei Mäharbeiten im alpinen Bereich kann dieses achs- oder chassisgeführte elektronische Fronthubwerk seine Vorteile ausspielen. Elektrohydraulische Zusatzsteuergeräte sind heute mit frei einstellbaren Zeit- und Mengensteuerungen kombiniert, die eine Optimierung der Zeitabläufe erlauben. Viele dieser Funktionen lassen sich auch in einer zeitlichen Abfolge programmieren und abrufen. Das so genannte Vorgewendemanagement reduziert dadurch den Bedienaufwand am Vorgewende deutlich. Bedienelemente und Einstellmonitore Die Bedienung von Traktoren stellt besondere Anforderungen an ihren Fahrer. Bei vielen Einsätzen bedient er nicht nur die zahlreichen Arbeitsfunktionen der Maschine, sondern gleichzeitig auch den Fahrantrieb. Die komplexer werdenden Arbeitsfunktionen erfordern deshalb eine aktive Entlastung des Fahrers durch eine leichte und intuitive Bedienung. Verbesserter Fahrkomfort sorgt für ermüdungsfreies Arbeiten und steigert somit die Leistungsfähigkeit. Profi- und Gelegenheitsanwender unterscheiden sich in ihrer Erwartungshaltung. Der Profi erwartet sich umfangreiche Einstellmöglichkeiten zur Optimierung der Arbeitsabläufe. Gelegenheitsanwender möchten aus Zeitgründen nicht in diese Details vordringen, sie arbeiten mit Standardeinstellungen. Zusätzlich ist der Sicherheitsaspekt zu beachten: Jede Bedienung muss gegen Fehlbedienungen abgesichert sein. «CNH» trägt diesen Forderungen durch Entwicklung von neuen Armlehnen Rechnung. Wohl bekannt ist die in Abbildung 3 dargestellte Armlehne, die in leicht veränderten Varianten auf vielen in St. Valentin produzierten Traktoren im Einsatz ist. Dieses Konzept wird derzeit weiterentwickelt und die nächste Generation der Armlehnen wird in naher Zukunft eingeführt. Abbildung 4 zeigt ein Beispiel. Moderne Einstellmonitore bilden einen weiteren Schwerpunkt der Entwicklungstätigkeit. Ein Beispiel dafür ist der Monitor AFS 200, der dem Anwender eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten zur Optimierung der Arbeitsleistung bietet (Abb. 5). Beispiele sind die Zeit- und Mengensteuerung der elektrohydraulischen Zusatz steuergeräte, das Zapfwellenmanagement und das Vorgewendemanagement. Daneben stehen dem Kunden Informationen zur Verfügung, wie Kraftstoffverbrauch und Flächenleistung. Der Monitor ist ISO kompatibel und auch für das spurgeführte Fahren (Autoguidance) ausgelegt. Ein Anzeigegerät dient also gleichzeitig als Traktor-, ISOBUS- und Autoguid-ancemonitor. Der Monitor AFS 600 pro stellt die nächste Entwicklungsstufe dar, hier handelt es sich um ein Touch-Screen-Farbdisplay. Während des Vortrags wird anhand einer Simulation dieser Monitor vorgestellt. Abb.3: Armlehne Puma. ART-Schriftenreihe 7,

66 Einsatz von Elektronik zur Erhöhung von Arbeitsleitstung und Bedienkomfort Abb. 4: Konzeptstudie der Armlehnen der neuen Generation. Abb. 5: Monitor AFS ART-Schriftenreihe 7, 2008

67 Partikelfilter bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen Partikelfilter bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen Marco Landis, Dipl. Masch.-Ing. FH, Ueli Wolfensberger, Dipl. Masch.-Ing. ETH, Isidor Schiess, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Zusammenfassung Landwirtschaftliche Fahrzeuge stossen Dieselrusspartikel aus, die gesundheitsschädigend und krebserregend sind. Neueste Berechnungen beziffern den jährlichen Ausstoss an krebserregendem Dieselruss der Schweizer Landwirtschaft mit 400 Tonnen. Diese Menge liegt in vergleichbarer Grössenordnung mit den Partikelemissionen von Lastwagen. Filtersysteme können den Partikelausstoss der Motoren drastisch reduzieren. Serienmässig werden landwirtschaftliche Fahrzeuge mit Ausnahme von Transportern bisher nicht mit Partikelfiltern ausgerüstet. Um die Möglichkeit der Nachrüstung abzuklären, wurden acht Traktoren und ein Hoflader nachträglich mit geschlossenen Partikelfiltersystemen ausgerüstet. Die Fahrzeuge wurden in verschiedenen Bereichen der Land- und Forstwirtschaft eingesetzt, um möglichst viele unterschiedliche Arbeiten abzudecken. Die Filter stammten von verschiedenen Herstellern und verfügen über unterschiedliche Regenerationssysteme. Die Wirksamkeit war bei allen gemessenen Filtern mit einem Abscheidegrad von 99 Prozent bezogen auf die Anzahl der Feinpartikel ausserordentlich hoch. Bei Einbau und Betrieb sind verschiedene Probleme aufgetreten: Hoher Platzbedarf des Filters beim Aufbau, Nichterreichen der notwendigen Abgastemperaturen, Dimensionierung des Filters zur Vermeidung eines Gegendruckanstiegs, Elektronikausfall der Filterüberwachung, bis hin zu Totalschäden der Filter. Résumé Filtres à particules pour véhicules agricoles Les véhicules agricoles émettent des particules de suie de diesel qui sont nocives pour la santé et cancérigènes. D après les derniers calculs, on estime que l agriculture suisse émet 400 tonnes de suie de diesel cancérigène par an. Cette quantité est comparable aux émissions de particules des camions. Les systèmes de filtres peuvent réduire considérablement les émissions de particules par les moteurs. Jusqu à présent, à l exception des transporteurs, les véhicules agricoles ne sont pas équipés de filtres à particules en série. Pour étudier la possibilité d un post-équipement, huit tracteurs et un chargeur automoteur ont été équipés a posteriori de systèmes de filtres à particules fermés. Les véhicules ont été utilisés dans divers domaines de l agriculture et de la sylviculture, afin de pouvoir couvrir le plus grand nombre de travaux agricoles possible. Les filtres proviennent de différents fabricants et emploient différents systèmes de régénération. L efficacité de tous les filtres testés est extrêmement élevée puisqu ils sont capables d éliminer 99 % des particules fines. Différents problèmes sont néanmoins survenus lors de l installation et de l utilisation de ces filtres: place importante requise par le montage du filtre, températures nécessaires des gaz d échappement non atteintes, dimension nécessaire du filtre pour éviter l augmentation de la contre-pression, panne du dispositif électronique de contrôle du filtre, et enfin, dégât irréparable du filtre. Summary Particulate Filters in Agricultural Vehicles Agricultural vehicles emit diesel-soot particles which are damaging to health and carcinogenic. The latest calculations estimate annual emissions of carcinogenic diesel soot from Swiss agriculture at 400 tonnes. This quantity is of a comparable order of magnitude to ART-Schriftenreihe 7,

68 Partikelfilter bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen the particulate emissions of lorries. Filter systems are capable of drastically reducing particulate emissions from engines. To date, with the exception of transporters, agricultural vehicles have not been equipped with particulate filters as standard. In order to clarify the option of retrofitting, eight tractors and a self-propelled loader were retrofitted with closed particulate-filter systems. The vehicles were used in different sectors of agriculture and forestry, in order to cover as many different jobs as possible. The filters were from a variety of manufacturers, with different regeneration systems. The effectiveness of all measured filters was exceptionally high, with a separation efficiency of 99% with respect to the number of fine particles. Various problems arose in connection with fitting and operation: High space requirement of the filter for construction, failure to achieve the necessary exhaust-gas temperatures, sizing of the filter to avoid a rise in back-pressure, electronic failure of the filter control, ranging all the way to complete write-off of the filters. Fahrzeugflotte in der Schweiz Traktoren stellen mit gut zwei Drittel die Hauptanzahl landwirtschaftlicher Maschinen (Abb. 1). Sie werden für die verschiedensten Arbeiten eingesetzt. So dienen sie als Zugfahrzeug bei Transportarbeiten, treiben über die Zapfwelle Geräte an und werden in Kombination mit einem Frontlader auch für den Materialumschlag eingesetzt. Neben den Traktoren bilden die Zweiachsmäher und Transporter eine weitere wichtige Gruppe. Diese Fahrzeuge sind aufgrund ihrer besonderen Bauweise für Einsätze im Hügel- und Berggebiet bestens geeignet. Bei den restlichen Maschinen der Landwirtschaft handelt es sich vorwiegend um Spezialmaschinen wie Mähdrescher, Feldhäcksler und Spritzen. Abb. 1: Bestand an dieselbetriebenen Maschinen in der Landwirtschaft (Quelle: Landwirtschaftliche Betriebszählung, Bundesamt für Statistik, Neuenburg) Transporter und Ladewagen Zweiachsmäher 5000 Hoflader 360 Feldhäcksler 2400 Spritzen 3800 Mähdrescher Traktoren Eine Besonderheit der landwirtschaftlichen Maschinen besteht darin, dass sie aufgrund der geringen jährlichen Stundenzahl sehr lange in Betrieb bleiben. Rund die Hälfte der Traktoren in der Schweiz ist älter als 20 Jahre. Die jährlichen Betriebsstunden betragen durchschnittlich knapp 200 Stunden, wobei die neuen Traktoren mehr eingesetzt werden als die älteren, die häufig nur noch gelegentliche und leichte Arbeiten leisten. Generell besteht ein Trend zu leistungsstärkeren Maschinen. Lastkollektive Traktoren werden in der Praxis mit einem relativ geringen Lastfaktor von 0,25 0,30 betrieben. Dies ist deutlich tiefer als der Messzyklus nach ISO 8178-C1, der einem Lastfaktor von 0,48 entspricht. Der geringe Lastfaktor bei Traktoren in der Landwirtschaft entsteht 60 ART-Schriftenreihe 7, 2008

69 Partikelfilter bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen durch die vielfältige Verwendung dieser Fahrzeuge mit unterschiedlichen Geräten. So benötigen zum Beispiel Bodenbearbeitung und Transportfahrten viel Motorleistung. Für viele Arbeiten, wie Schwaden, Holzspalten etc. ist deutlich weniger Leistung erforderlich. Der Unterschied zwischen starker und geringer Motorbelastung ist in Abbildung 2 zu sehen. Die Abbildung zeigt zwei Verläufe der Abgastemperatur beim Holzspalten und bei Transportarbeiten. Die Abgastemperatur wurde direkt nach dem Turbolader gemessen. Da die Arbeit vor dem Holzspalter nur eine geringe Motorleistung erfordert, ist die Abgastemperatur entsprechend gering. Bei dieser Arbeit wird der Motor mit einer geringen Drehzahl betrieben, die nur leicht über dem unteren Leerlauf liegt. Zu beachten ist insbesondere die lange Dauer dieser Tätigkeit bei geringer Last. Die zweite Kurve eines Traktors, der für Transportarbeiten genutzt wird, zeigt die teilweise hohe Motorauslastung mit entsprechend hoher Abgastemperatur. Erkennbar sind auch die starken Schwankungen der Abgastemperatur, die auf den unterschiedlichen Bedarf an Leistung zurückzuführen sind. Fährt der Traktor mit beladenen Anhängern eine Steigung hoch, wird der Motor fast maximal belastet, bei anschliessender Talfahrt läuft der Motor sogar im Schubbetrieb. Diese unterschiedlichen Einsatzfälle zeigen die Problematik beim Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen auf, da diese in allen Einsatzfällen, bei dementsprechend unterschiedlichen Abgastemperaturen funktionieren müssen. Abb. 2: Verlauf der Abgastemperatur beim Holzspalten und bei Transportarbeit. Holzspalten Hürlimann 908 XT 63kW Transporte Fendt 411 Vario, 81kW Hinfahrt Rückfahrt Abgastemperatur [ C] Abgastemperatur [ C] Betriebsstunden [h] Betriebsstunden [h] Entwicklung der Abgasemissionen Rauchmessungen mittels Bestimmung der Schwärzungszahl werden an der Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART seit 1979 im Rahmen der Traktorprüfungen durchgeführt. Die Rauchmessungen erfolgen dabei jeweils unter Volllast bei 95 % und 70 % der Nenndrehzahl, sowie beim maximalen Drehmoment. Die Entwicklung der Rauchwerte bei Volllast und 70 % der Nenndrehzahl zeigt über die Jahre gesehen einen abnehmenden Verlauf (Abb. 3). Zu Beginn der Messungen waren die meisten getesteten Traktoren mit Saugmotoren ausgerüstet, die langsam durch aufgeladene Motoren ersetzt wurden. Seit etwa 2000 werden bei Traktoren auch aufgeladene Motoren mit Ladeluftkühlung eingesetzt. Partikelfilternachrüstung Da bisher die Motorenbauer keine Off-Road-Motoren herstellen, die über ein integriertes Partikelfiltersystem verfügen, wurde die Möglichkeiten zur Nachrüstung von landwirtschaftlichen Maschinen mit Partikelfiltern in einem vom Schweizer Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern, unterstützten Projekt untersucht. ART-Schriftenreihe 7,

70 Partikelfilter bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen Abb. 3: Zeitliche Entwicklung der Schwärzungszahlen von Traktoren gemessen auf dem Prüfstand von ART Schwärzungszahl Bosch bei Volllast und 70 % nnenn SZ (Bosch) Testjahr Sauger Turbo Turbo + LLK Dazu wurden acht Traktoren unterschiedlicher Leistungskategorien und ein Hoflader mit Filtersystemen nachgerüstet (Abb. 4). Diese Fahrzeuge wurden in verschiedenen Bereichen der Land- und Forstwirtschaft eingesetzt und decken viele unterschiedliche Arbeiten ab. Sie verfügen über Motoren der Abgasstufe 2 oder älter. Die Abgastemperaturen wurden bei den Versuchsfahrzeugen vor dem Filteraufbau über einen längeren Zeitraum mit Hilfe eines Datenloggers aufgezeichnet, um ein für den jeweiligen Einsatz passendes Filtersystem zu wählen. Die Aufbauten der geschlossene Filtersysteme mit unterschiedlichen Regenerationsarten wurden von Filterherstellern oder deren Importeuren vorgenommen. Abb. 4: Im Versuch eingesetzte Fahrzeuge mit nachgerüsteten Filtersystemen. Lindner Geotrac 65 Motorleistung: 48 kw Filterprinzip: Katalytische Beschichtung Fendt 411 Vario Motorleistung: 81 kw Filterprinzip: Vorkatalysator CRT Schäffer 4042 (Hoflader) Motorleistung: 29 kw Filterprinzip: Dieselstillstandsbrenner Hürlimann XT 908 Motorleistung: 63 kw Filterprinzip: Additivzumischung aus Zusatztank 62 ART-Schriftenreihe 7, 2008

71 Partikelfilter bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen Valtra blau Motorleistung: 66 kw Filterprinzip: Katalytische Beschichtung Deutz Agrotron K100 Motorleistung: 70 kw Filterprinzip: Elektrische Beiheizung im Stillstand Valtra rot Motorleistung: 74 kw Filterprinzip: Vorkatalysator CRT John Deere 6620 Motorleistung: 92 kw Filterprinzip: Additivzumischung aus Zusatztank Same Dorado 75 Motorleistung: 53 kw Filterprinzip: Katalytische Beschichtung Im Neuzustand wiesen alle Filter bezüglich der Partikelanzahl eine Abscheiderate von über 99 % auf. Bei einigen Lastpunkten war die Partikelkonzentration nach dem Filter teilweise geringer als in der Umgebungsluft. Während des Praxiseinsatzes traten bei einigen Filtern Störungen auf. Das Spektrum reichte von zu hohen Gegendrücken, die einen erneuten Aufbau mit einem grösseren Filter erforderten, über Störungen mit den elektronischen Filterüberwachungssystemen, bis hin zu drei Fahrzeugen mit einem oder mehreren Filterschäden. Beschädigungen an Motoren traten bis anhin keine auf. Während der Versuche gab es mehrere Ursachen für Filterschäden: Ein Filtermodell befand sich noch im Prototypenstadium und ein Fahrzeug er- ART-Schriftenreihe 7,

72 Partikelfilter bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen reichte die nötigen Abgastemperaturen für das passive System nicht, wobei der Motor zugleich bei niedriger Drehzahl Öl zu pumpen begann, was den Filter verstopfte. Der Filteraufbau auf einen Traktor mittlerer Grösse verursacht Kosten zwischen CHF und Zusätzlich fallen wiederkehrende Kosten für die Filterreinigung und für Zusatzenergie bei aktiven Filtersystemen an. Fazit und Ausblick Das Fazit der Versuche ist, dass jede Nachrüstung von Partikelfiltern auf das entsprechende Fahrzeug und dessen Einsatzbedingungen abgestimmt sein muss. Die Filterwirkung ist bei geschlossenen Filtersystemen sehr hoch, jedoch können Störungen nicht ausgeschlossen werden. Die nächste Verschärfung der Abgasgrenzwerte erfolgt mit Einführung der Abgasstufe 3B für Fahrzeuge > 37 kw in den Jahren 2011 bis 2013, abgestuft nach Leistungsklassen. Mit Einführung dieser Abgasstufe verändert sich der Messzyklus. Wurde bis anhin mit einem stationären 8-Stufen Zyklus gemessen, wird neu der dynamische NRTC- Zyklus angewendet. Abbildung 5 zeigt die Verschärfung der Abgasgrenzwerte für NOx und PM für Traktoren der Leistungsklasse 75 bis 130 kw. Das angegebene Jahr bezieht sich auf den Termin für die erste Inverkehrsetzung beziehungsweise erste Inbetriebnahme von neuen Motoren. Für das Einhalten der Abgasstufe 3B und später auch der Stufe 4 ist nach jetzigem Wissensstand eine Abgasnachbehandlung zwingend notwendig, wobei folgende Techniken möglich sind: Motor mit Abgasrückführung und geschlossenem Partikelfilter Motor mit Abgasrückführung und offenem Filter oder Oxidationskatalysator Motor mit SCR-System (selective catalytic reduction) Abb. 5: Entwicklung der Grenzwerte für PM und NOx bei Traktoren in der Schweiz Entwicklung der Abgasgrenzwerte bei Traktoren ( kw) PM [g/kwh] Stufe 3A (NOx+HC) ( ) Stufe 1 ( ) Stufe 2 (7.2003) Stufe 4 ( ) Stufe 3B ( ) NOx [g/kwh] Ausführlichere Informationen sind dem ART-Bericht 677 «Partikelfilter-Nachrüstung bei Traktoren Abstimmung des Filtersystems auf den Fahrzeugeinsatz nötig» von Marco Landis, Isidor Schiess und Ulrich Wolfensberger (2007) zu entnehmen. Zu bestellen bei www. art.admin.ch >Dienstleistungen >Publikationen im Shop. Der Bericht liegt auch auf französisch vor. 64 ART-Schriftenreihe 7, 2008

73 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung Leopold Lasselsberger, Dipl.-HLFL-Ing., BLT Biomass Logistics Technology, HBLFA Francisco Josephinum, A 3250 Wieselburg Zusammenfassung Biogene Brennstoffe haben einen hohen Gehalt an flüchtigen (vergasbaren) Bestandteilen und meist einen geringen Gehalt an Asche und Wasser. Die brennbaren Bestandteile sind hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff. Bereits bei geringer Erwärmung werden aus der Holzsubstanz die ersten organischen Abbauprodukte in Spuren freigesetzt. Ab zirka 250 C wird der eigentliche thermische Zersetzungsvorgang (Pyrolyse oder Entgasungsphase) heftig. In dieser Phase sind die Pyrolysereaktionen nicht mehr kontrollierbar und eine Ursache dafür, warum die Verbrennung von Holz in einer handbeschickten Feuerung nicht durch Luftdrosselung geregelt werden kann. Wesentliche Aufgabe des Konstrukteurs und des Betreibers einer Holzfeuerung ist es daher, einen möglichst ungestörten Ausbrand der Brenngase zu ermöglichen. In Österreich dürfen Feuerungen nur in Verkehr gebracht werden, wenn der Nachweis zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte und der Wirkungsgrade bei Nenn-Wärmeleistung und bei kleinster Wärmeleistung durch die Typenprüfung einer akkreditierten Prüfstelle erfolgt ist. Résumé Combustion de biomasse solide Homologation Les combustibles biogènes ont une teneur élevée en composants volatiles (gazéifiables) et généralement une faible teneur en cendres et en eau. Les composants combustibles sont principalement le carbone et l hydrogène. Il suffit d une faible élévation de la température pour que la substance du bois libère les premiers produits de décomposition organiques sous forme de traces. A partir d env. 250 C, le véritable procédé de décomposition thermique (pyrolyse ou phase de dégazage) s intensifie. Pendant cette phase, les réactions de pyrolyse ne peuvent plus être contrôlées. C est pourquoi dans les chaudières alimentées manuellement, la combustion du bois ne peut pas être régulée en réglant l arrivée d air. La principale tâche du constructeur et de l utilisateur d une chaudière à bois est donc de permettre la postcombustion la plus efficace possible des gaz combustibles. En Autriche, les chaudières ne peuvent être commercialisées que si elles ont été homologuées par un organe de contrôle accrédité prouvant qu elles respectaient les valeurs limites d émissions et attestant les degrés d efficacité à puissance calorifique nominale et puissance calorifique minimale. Summary Combustion of Solid Biomass Type Checking Biogenic fuels have a high content of volatile (i.e. vaporisable) components, and are usually low in ash and water. Their main combustible components consist of carbon and hydrogen. Even with little heating, the initial organic degradation products are released from the woody matter in trace amounts. From approx. 250 C upwards, the actual thermal decomposition process (pyrolysis or degassing stage) begins in earnest. At this stage the pyrolysis reactions can no longer be controlled, which is one reason why the combustion of wood in a manually fed furnace cannot be controlled by air throttling. An essential task of the designer and operator of a wood furnace is therefore to enable as unimpeded a total combustion of the combustion gases as possible. ART-Schriftenreihe 7,

74 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung In Austria, furnaces can only be put into circulation once the certificate of compliance with the emission limits and of efficiency at both nominal and minimum thermal output has been issued following type checking at an accredited testing centre. 1. Zusammensetzung von Holz Feste Brennstoffe lassen sich sowohl durch ihre brennbaren und nicht brennbaren Bestandteile als auch durch ihre Elementaranalyse beschreiben. Nicht brennbare Bestandteile sind Asche und Wasser (Abb. 1). Holz unterscheidet sich von Kohle durch einen hohen Gehalt an flüchtigen (vergasbaren) Bestandteilen und einen geringen Gehalt an Asche. Der Wassergehalt von Holz ist variabel. Erntefrisches Waldholz hat einen Wassergehalt von 40 % bis 50 %, lufttrockenes Holz enthält 15 % bis 20 % Wasser. Abb. 1: Schematische Zusammensetzung von festen Brennstoffen (Marutzky und Seeger, 1999). Brennstoff Nicht brennbare Substanz Brennbare Substanz Wasser Asche Flüchtige Bestandteile Holzkohle Die brennbaren Bestandteile sind hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff. Als Ballaststoffe kommen Sauerstoff, Stickstoff, Asche und Wasser vor. In der Asche sind diejenigen festen Rückstände erfasst, die nicht mit Sauerstoff reagieren können, also zum Beispiel Quarz aber auch der in Karbonaten gebundene Kohlenstoff und Sulfidschwefel. Die einzelnen Elemente liegen im Brennstoff in meist nicht näher bekannten Bindungen vor. Die Mengen der vorhandenen Elemente werden durch eine Elementaranalyse ermittelt und als Massenanteile angegeben. Auch von der Asche und vom Wasser werden die Massenanteile bestimmt. Zur Kennzeichnung der Massenanteile werden Kleinbuchstaben verwendet, zum Beispiel bei Kohlenstoff (c), bei Wasserstoff (h), bei der Asche (a), beim Wassergehalt (w) usw.. Die Elementarzusammensetzung (c, h, n, o, s) sagt etwas über den Heizwert des Brennstoffs aus und ermöglicht auch Rückschlüsse auf die zu erwartenden Emissionen bei der Verbrennung. Der Aschegehalt gibt an, mit welchem Ascheanfall nach der Verbrennung zu rechnen ist. Holz (wie auch andere pflanzliche biogene Brennstoffe) enthält erhebliche Mengen an gebundenem Sauerstoff. Dies zeigt an, dass ein Teil der Verbindungen bereits teilweise oxidiert ist. Holz hat daher einen geringeren Heizwert als Holzkohle, Koks (besteht nahezu vollständig aus Kohlenstoff) oder Gas und Heizöl aus Kohlenwasserstoffen. 2. Wassergehalt und Energieinhalt Die entscheidende Größe des Holzes ist der Wassergehalt (w). Holz enthält in der Praxis stets unterschiedlichen Wassergehalt, der sich laufend verändern kann. Der Wassergehalt hat einen Einfluss auf das Verbrennungsverhalten des Holzes und den Heizwert. Bei der Trocknung verflüchtigt sich das Wasser. 66 ART-Schriftenreihe 7, 2008

75 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung In Freiluftlagerung erreicht das Holz den so genannten lufttrockenen Zustand (lutro) von 15 % bis 20 % Wassergehalt. Durch Erwärmung auf Temperaturen über 100 C lässt sich die Holzfeuchte vollkommen entfernen. Dieser Zustand wird als absolut trocken (atro) bezeichnet. Die Holzfeuchte (u) ist der Anteil des im Holz enthaltenen Wassers, angegeben in Prozent der Masse des wasserfreien Holzes und wird aus der Differenz zwischen Frischgewicht (G u = Gewicht bei u % Feuchte) und Darrgewicht (G o = absolutes Trockengewicht) errechnet: Gu Go u = 100 in % G o Der Wassergehalt (w) ist der Anteil des im Holz enthaltenen Wassers, angegeben in Prozent der Masse des wasserhaltigen Holzes (Frischgewicht), und errechnet sich nach der Formel: w G u G o = 100 in % G u Ein hoher Wassergehalt vermindert den Heizwert pro Kilogramm Brennstoff (Abb. 2) und führt zu niedrigeren Verbrennungstemperaturen, die einen unvollständigen Ausbrand begünstigen. Unterer Heizwert 25 MJ/kg Abb. 2: Zusammenhang zwischen Wassergehalt w (x) bzw. Holzfeuchte u und dem Heizwert H u bei Holz (Marutzky und Seeger, 1999) x % u % Feuchte Die im Brennstoff gebundene Energie wird durch den Brennwert beziehungsweise den Heizwert gekennzeichnet und stellt eine weitere wichtige Kennzahl des Brennstoffs dar. Der Heizwert für den Brennstoff Holz wird entsprechend ÖNORM M 7132 wie folgt berechnet: H u, wf (100 w) 2,44w H u, w = [MJ/kg] 100 Hu,w Heizwert in MJ/kg bei einem Wassergehalt von w Hu,wf Heizwert der wasserfreien Substanz in MJ/kg 2,44 Verdampfungswärme des Wassers in MJ/kg, bezogen auf 25 C ART-Schriftenreihe 7,

76 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung 3. Ablauf der Holzverbrennung Die Verbrennung von Holz ist ein komplexer Vorgang, der in mehreren Stufen abläuft (Abb. 3). Die Verbrennung beginnt mit der Trocknungs- und Entgasungsphase. Das Holz gibt zunächst das Wasser (15 bis 20 Massen-Prozent bei luftgetrocknetem Holz) ab. Da für die Verdampfung des Wassers Energie gebraucht wird, verringert sich der Heizwert mit steigendem Wassergehalt. Abb. 3: Schematischer Verlauf der Holzverbrennung Vorgänge (Marutzky und Seeger, 1999). Abb. 4: Gewichts- und Energieanteil der festen und flüchtigen Stoffe in Holz (Ebert, 1998). Phase Produktkette Zwischenprodukt Endprodukt Trocknung + Entgasung + Brennphase (homogene Oxidation) Ausbrand (heterogene Oxidation) Holz, lutro* Holz, atro** + Primärluft ( C) Holzkohle + Primärluft (600 C) Asche * lutro: lufttrocken ** atro: absolut trocken ( C) Brenngas (CO, Gesamt-C, H 2 ) Brenngas (CO) + Sekundärluft ( C) + Sekundärluft (800 C) Wasserdampf Abgas Abgas In dieser Phase steigt die Temperatur des Holzes kaum über 100 C. Wenn das auf der Oberfläche anhaftende oder in Hohlräumen der Zellen befindliche Wasser verdampft ist, steigt die Temperatur des Holzes. Bereits ab 60 C werden aus der Holzsubstanz die ersten organischen Abbauprodukte in Spuren freigesetzt. Die eigentliche thermische Zersetzung aber beginnt bei C (Pyrolyse oder Entgasungsphase). Mit steigender Temperatur nehmen die Abbaureaktionen immer stärker zu. Ab zirka 250 C wird der Zersetzungsvorgang heftig. Jetzt erzeugen die Zersetzungsreaktionen mehr Wärme als sie verbrauchen. In dieser Phase sind die Pyrolysereaktionen nicht mehr kontrollierbar und eine Ursache dafür, weshalb die Verbrennung von Holz in einer handbeschickten Feuerung nicht durch Luftdrosselung geregelt werden kann. Die Entgasungsphase (Pyrolysephase) dauert bis etwa 600 C an. Dann hat das luftgetrocknete Holz rund 85 % seiner Masse in Form von Wasser, Kohlendioxid und brennbaren gasförmigen Produkten verloren. Es verbleibt energiereiche Holzkohle (Abb. 4). Gewichtsanteil 1% 83 % 16 % Mineralstoffe Flüchtige Stoffe Holzkohle Energieanteil 67 % 33 % Während der Entgasungsphase werden zirka 70 % des Heizwertes von Holz freigesetzt. Das bei der Entgasung gebildete Gas enthält als brennbare Bestandteile vor allem Kohlenmonoxid, Wasserstoff und organische Verbindungen. Das Gas ist sehr reaktiv und reagiert unter Flammenbildung in Gegenwart von Luft zu CO 2 und H 2 O durch Freisetzung von Wärme (Energie). Werden die Verbrennungsvorgänge an dieser Stelle vorzeitig gestört, zum Beispiel durch Wärmeentzug, dann entsteht ein schadstoffreiches und geruchsintensives Gas, das ausserdem mit schwer flüchtigen organischen Verbindungen, Russ und Teer beladen ist. 68 ART-Schriftenreihe 7, 2008

77 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung Wesentliche Aufgabe des Konstrukteurs und des Betreibers einer Holzfeuerung ist es daher, einen möglichst ungestörten Ausbrand der Brenngase zu ermöglichen. 3.1 Verbrennung der Brenngase Die Reaktionen in der Flamme laufen über sogenannte Radikale ab. Radikale sind Moleküle oder Atome, die ungepaarte Elektronen haben und sehr reaktiv sind. Sie entstehen aus normalen Molekülen oder Atomen bei höheren Temperaturen oder aus bereits vorhandenen Radikalen. In dieser Phase ist es notwendig, ausreichend Luftsauerstoff zuzuführen und mit dem Brenngas gut zu vermischen und ausreichend lang reagieren zu lassen. 3.2 Verbrennung der Holzkohle Das Endprodukt der Pyrolyse (Entgasung) von Holz ist Holzkohle. Dieser kohlenstoffreiche Rückstand (zirka 90 % C) verbrennt bei Temperaturen über 600 C mit einer kleineren Flamme. Die Oxidation der Holzkohle setzt nochmals zirka 30 % des Heizwertes von Holz frei. Am Ende der Verbrennung verbleibt die Asche mit einem Anteil von ca. 0,5 bis 1 Masse- Prozent. Holzkohle verbrennt weniger heftig. Chemisch gesehen ist es eine heterogene Reaktion. Luftsauerstoff (Gas) muss die Oberfläche von Holzkohle (Feststoff) erreichen. Es entsteht zuerst CO, das weiter mit Luftsauerstoff zu CO 2 reagiert (Boudouard Gleichgewicht). 2C + O2 2CO 2CO + O2 2CO2 CO + C 2CO 2 Die Holzfeuerung verhält sich in dieser Phase wie eine mit einem gasarmen Festbrennstoff (Koks, Kohle) betriebene Anlage. Der stufenweise Verlauf der Verbrennung lässt sich gut am Verlauf der CO 2 -Konzentration im Abgas einer handbeschickten Feuerung erkennen (Abb. 5). Durchbrandkessel (Abb. 6) zeigen dieses typische Verbrennungsverhalten. Bei Aufgabe von 10 kg Holz (luftgetrocknet) ist die Trocknungszeit nach ein paar Minuten zu Ende. Es setzt die Entgasungsreaktion, verbunden mit Flammenbildung und einem steilen Anstieg der CO 2 -Konzentration, ein. Nach rund 15 Minuten erreichen die Verbrennungsvorgänge und die CO 2 -Konzentration ein Maximum, das einige Minuten anhält. Da- Abb. 5: (unten links): Verlauf der Temperatur und der CO 2 -Konzentration im Abgas einer handbeschickten Holzfeuerung (Marutzky und Seeger, 1999). Abb. 6: (unten rechts): Durchbrandkessel (Wörgetter und Lasselsberger, 1987) % C Kohlendioxidkonzentration T CO Abgastemperatur min 175 Zeit ART-Schriftenreihe 7,

78 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung nach nimmt der CO 2 -Wert ab. Nach einer Stunde sind mehr als 95 % des Holzes verbrannt. Auch der Temperaturverlauf im Abgas (nach der Brennkammer) spiegelt diese Vorgänge wider. Bei kontinuierlich arbeitenden Feuerungen laufen die Vorgänge parallel ab, d.h. sie sind räumlich und zeitlich getrennt. Abbildung 7 zeigt eine Rostfeuerung, bei der die einzelnen Zonen nacheinander auf einem beweglichen Rost angeordnet sind. Dem mehrstufigen Verbrennungsablauf des Holzes wird dadurch Rechnung getragen, dass die Verbrennungsluft stufenweise zugeführt wird. Mindestanforderung für eine Holzfeuerung ist eine zweistufige Luftzufuhr, die als Primär- und Sekundärluft bezeichnet wird. Abb. 7: Räumliche Differenzierung der verschiedenen Phasen des Verbrennungsvorgangs bei Holz bei einer Schrägrostfeuerung (Marutzky und Seeger, 1999). Brennstoff Heizkessel 4 T T : Tertiärluft S : Sekundärluft P : Primärluft P S Ascheaustrag Verbrennungsintensität 1 Trocknungszone 2 Entgasungszone 3 Ausbrandzone Holzkohle 4 Ausbrandzone Brenngase 4. Typenprüfung von Holzfeuerungen in der BLT Wieselburg An der BLT Wieselburg, einer akkreditierten Prüfstelle, werden Typenprüfungen an Heizkesseln für biogene Brennstoffe durchgeführt und die Prüfberichte veröffentlicht. Jährlich werden etwa 40 Kleinfeuerungen geprüft und davon wurden in den vergangenen Jahren mehr als 80 % positiv beurteilt. Als die BLT vor mehr als 20 Jahren mit der Prüfung von Biomassefeuerungen begann, mussten zuerst entsprechende Prüfmethoden ausgearbeitet werden. Ein Vergleich der Prüfergebnisse einzelner europäischer Prüfinstitute war bisher auch für Fachleute wegen fehlender einheitlicher Normen und Gesetze sehr schwierig. Mit der Veröffentlichung der Europanorm ÖNORM EN «Heizkessel für feste Brennstoffe», die unter österreichischer Leitung erarbeitet wurde, ist eine einheitliche Prüfung und Beurteilung der Biomassefeuerungen in Europa möglich. Für das Inverkehrbringen von Kleinfeuerungen ist in Österreich die Einhaltung der Emissionen und der Wirkungsgrade entsprechend der Vereinbarungen gemäss Art. 15 a B-VG (Bundes-Verfassungsgesetz) «Schutzmassnahmen betreffend Kleinfeuerungen» und «Einsparung von Energie» zu beachten. Die BLT Wieselburg wurde mit Akkreditierungsbescheid für die «Prüfung von Feuerungen für biogene Brennstoffe» akkreditiert. Durch die periodische Überprüfung erfolgte die Bestätigung, dass diese Prüfstelle den Anforderungen der ÖVE/ÖNORM EN ISO/IEC entspricht. 70 ART-Schriftenreihe 7, 2008

79 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung 4.1 Durchführung der heiztechnischen Prüfung Der Nachweis zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte und der Wirkungsgrade ist bei Nenn-Wärmeleistung und bei kleinster Wärmeleistung zu erbringen. Bei manuell beschickten Feuerungen ist die kleinste Leistung 50 % der Nennleistung, bei automatisch beschickten Feuerungen 30 % der Nennleistung. Falls bei hand-beschickten Kleinfeuerungen der Nachweis bei kleinster Leistung nicht erbracht werden kann, ist sowohl auf dem Typenschild als auch in der technischen Dokumentation der Einbau eines entsprechenden Pufferspeichers vorzuschreiben. Bei Stückholzkesseln erstreckt sich die Messung bei Nenn-Wärmeleistung über zwei aufeinander folgende Abbrandperioden. Die verringerte Wärmeleistung ist die kleinste Leistung des vom Hersteller angegebenen Wärmeleistungsbereichs und wird über eine Abbrandperiode beurteilt. Die Messung zur Erlangung des Beurteilungswertes bei automatisch beschickten Feuerungen erstreckt sich in allen Leistungsbereichen über sechs Stunden. Die Messungen werden unter Beachtung der Herstellerangaben mit den Brennstoffen Buche oder Fichte (lufttrocken, abgelängt und gespalten), Presslingen aus naturbelassenem Holz oder naturbelassener Rinde, Hackgut (Buche und/oder Fichte lufttrocken oder lagertrocken) und/oder sonstigen biogenen Brennstoffen entsprechend geltender Standards durchgeführt. Die ausgewiesenen Messungen beziehen sich auf reproduzierbare Versuche mit optimierter Einstellung. Die Einstellung erfolgt im Vorversuch anhand der Empfehlung des Herstellers. Dabei wird getrachtet, bei möglichst hohem Gehalt an Kohlendioxid einen möglichst geringen Gehalt an Kohlenmonoxid zu erreichen. 4.2 Messtechnik der BLT Wieselburg Bei der Typenprüfung von Heizkesseln werden die Wärmeleistung, der Kesselwirkungsgrad, die Brenndauer, die Abgaszusammensetzung, die Abgastemperatur, der Förderdruck und das Emissionsverhalten bestimmt. Im Herbst 1997 wurden die neu errichteten Prüfstände mit einer maximalen Leistungsabnahme von 300 kw auf zwei getrennten Messplätzen in Betrieb genommen. Der Leis- Abb. 8: Prüfstände (Foto BLT). ART-Schriftenreihe 7,

80 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung tungsbereich wurde für den Messplatz I von kw und für den Messplatz II von kw berechnet. Die Messgeräte und die Messverfahren entsprechen den Anforderungen von ÖNORM EN und EN Prüfergebnisse Exakte Messungen und moderne Messtechnik geben sowohl dem Hersteller als auch dem Betreiber Einblick in die Verbrennungstechnik. Die Prüfung von Feuerungen und die Veröffentlichung der Prüfberichte regen den Wettbewerb unter den Herstellern an und tragen zur Verbesserung der Feuerungstechnik bei. Seit Mitte der 80er Jahre wurde durch die Entwicklung, vor allem österreichischer Produkte, eine deutliche Verbesserung der Verbrennungsqualität erreicht. So konnten die Emissionen von organisch gebundenem Kohlenstoff und Kohlenmonoxid sowohl bei manuell beschickten Feuerungen (Stückholzkesseln) als auch bei automatisch beschickten Feuerungen (Holzhackgut- und Pelletsfeuerungen) auf 1/10 bis 1/100 verringert werden. Der Wirkungsgrad stieg in den letzten Jahren von durchschnittlich 70 % auf über 90 % und mehr. Auch die Qualität der Ausführung sowie der Bedienungskomfort wurden wesentlich verbessert. So liegt zum Beispiel die Brenndauer bei händisch beschickten Stückholzkesseln im Bereich der Nenn-Wärmeleistung bei vier bis acht Stunden. Handbeschickte Kessel Besonders auffallend ist das wesentlich verbesserte Abbrandverhalten der neu entwickelten Stückholzfeuerungen. Die geforderten Grenzwerte können im bestimmungsgemäßen Betrieb auch bei gedrosselter Leistung (bei Stückholzkesseln nach Angabe des Herstellers) eingehalten werden. Automatisch beschickte Feuerungen Hackgutfeuerungen Durch die Anpassung der mit dem Brennstoff zugeführten Energie an den Wärmebedarf konnte bei automatisch beschickten Feuerungen das Teillastverhalten wesentlich verbessert werden. Eine entsprechende Steuerung mit zusätzlichen Sensoren (beispielsweise O 2 -Sonde) regelt die Brennstoff- und Luftmengenzufuhr und optimiert damit die Verbrennung. Bei Hackgutfeuerungen können mit Hilfe dieser Massnahmen die geforderten Grenzwerte über den gesamten Wärmeleistungsbereich von % der Nenn-Wärmeleistung eingehalten werden. Pelletsfeuerungen Durch die Verwendung des sehr homogenen Brennstoffs zeigen Pelletsfeuerungen eine weitere Verbesserung der Verbrennung und können aufgrund des einfacheren Aufbaus auch relativ preisgünstig angeboten werden. Vor allem die Typenprüfungsergebnisse von Zentralheizungsfeuerungen weisen geringe Emissionen und hohe Wirkungsgrade aus. 5. Zusammenfassung Typenprüfungen an Biomassefeuerungen werden in der BLT der HBLFA Francisco Josephinum seit 1979 durchgeführt. Einheitliche internationale Prüfmethoden erlauben nun den Vergleich der Prüfergebnisse. Die Veröffentlichung der Ergebnisse führte zur Belebung des Marktes und zu einer wesentlichen Verbesserung der Verbrennungsqualität. Holz kann in modernen Feuerungen komfortabel händisch oder automatisch bei hohen Wirkungsgraden und geringsten Emissionen verfeuert werden. Der neue Brennstoff «Holzpellets» ermöglicht zudem den Einsatz von kostengünstigeren Feuerungen. Abbildungen 9 und 10 zeigen die positive Entwicklung der Holzfeuerungen anhand der Prüfergebnisse hinsichtlich der CO-Emissionen und der Wirkungsgrade. 72 ART-Schriftenreihe 7, 2008

81 Verbrennung fester Biomasse Typenprüfung Entwicklung der Kohlenmonoxidemission von Biomassefeuerungen ( ) Abb. 9: Entwicklung der CO-Emissionen von Holzfeuerungen (Prüfberichte der Bundesanstalt für Landtechnik. Wieselburg, ). CO [mg/nm 3 ] Jahr Entwicklung des Wirkungsgrades von Biomassefeuerungen ( ) Abb. 10: Entwicklung der Wirkungsgrade von Holzfeuerungen (Prüfberichte der Bundesanstalt für Landtechnik. Wieselburg, ). Wirkungsgrad [%] Jahr Literaturhinweise Marutzky R., Seeger K., 1999: Energie aus Holz und anderer Biomasse, DRW-Verlag. Schwarzott J., 1993: Diplomarbeit TU Wien, Inst. Für Verfahrenstechnik. Ebert H. P., 1998: Heizen mit Holz, Ökobuch Verlag, 6. Auflage. Staufen. Wörgetter M., L. Lasselsberger, 1987: Richtig heizen mit Scheit-Holz, Holzhackgut und Stroh, Beratungsschrift 46 des BMLF, 2. Auflage. Wien. Prüfberichte der Bundesanstalt für Landtechnik. Wieselburg, ART-Schriftenreihe 7,

82 ART 74 ART-Schriftenreihe 7, 2008

83 Energie aus dem Wald Eine ökologische Pflicht, ein ökonomisches Ziel Energie aus dem Wald Eine ökologische Pflicht, ein ökonomisches Ziel Hermann Gahr, Abgeordneter zum Nationalrat, Maschinenring Tirol, A 6010 Innsbruck Zusammenfassung Verstärkte Holzernte ist eine Herausforderung und Chance für Österreichs Waldbauern. Gerade jetzt müssen wir aktiv werden, um den steigenden Holzbedarf zu decken. Es gibt in Österreich ein erhebliches Potential an Holzmengen, die derzeit nicht genutzt werden. Gerade im Kleinwald ist der Holzeinschlag noch steigerbar. Viel Holz bleibt im Wald stehen. Damit wird eine wertvolle Ressource und ein wichtiger Rohstoff liegengelassen. Es braucht im Wald mehr Management, Kompetenz und Kooperation. Nur so können wir gestellte Erwartungen und politische Vorgaben erfüllen. Im Wald stecken enorme Mengen an Energie. Es braucht aber auch viel Energie für unseren Wald. Résumé Energie provenant des forêts Un devoir écologique, un objectif économique Le développement de la récolte de bois représente à la fois un défi et une opportunité pour les forestiers autrichiens. C est maintenant précisément que nous devons agir pour couvrir la demande croissante de bois. Les quantités de bois offrent un potentiel considérable en Autriche, potentiel qui n est pas exploité pour le moment. Dans les petites forêts notamment, les coupes de bois peuvent être accrues. Une grande quantité de bois est abandonnée dans la forêt. C est se priver d une ressource précieuse et d une importante matière première. La forêt a besoin de davantage de management, de compétence et de coopération. C est la seule façon pour nous de satisfaire les attentes et les directives politiques. La forêt recèle d énormes quantités d énergie, mais beaucoup d énergie doit également être déployée pour notre forêt. Summary Energy from the Woods An Ecological Duty, an Economic Goal The intensified harvesting of wood is both a challenge and opportunity for Austria s forest farmers. Now in particular, we must take action in order to cover the rising need for wood. There are substantial potential quantities of wood in Austria that are currently not being turned to account. Particularly in small forests, logging could still be increased. A lot of wood is left standing in the forest, leaving a valuable resource and an import raw material unexploited. More management, competence and cooperation are needed in the forest, if we are to meet existing expectations and policy targets. Huge amounts of energy are contained in the forest, but our forest also requires the investment of a great deal of energy. Einleitung: Aktuelle Zahlen und Fakten - Waldbestand in Österreich: 3,96 Millionen Hektar (fast 50 % der Gesamtfläche) - Zuwachs jährlich: 33 Millionen m³ - Vorratsfestmeter zur Ernte bereit: 1,1 Milliarden ART-Schriftenreihe 7,

84 Energie aus dem Wald Eine ökologische Pflicht, ein ökonomisches Ziel - Steigender Rohstoffbedarf bis 2010: % (Sägeindustrie sowie Papier- und Plattenindustrie) + 6 % Energieeinsatz - Forst- und Holzwirtschaft zweitgrösster Devisenbringer - Arbeitsplätze im vor- und nachgelagertem Bereich der Forstwirtschaft: Abb. 1: Energieverbrauch private Haushalte in der EU. Warmwasser 15% Kochen 5% Elektrogeräte 11% Raumwärme 69% Energie das Gesellschaftsthema der Zukunft Durch eine verstärkte Nutzung unserer Ressourcen im Wald kann die österreichische Land- und Forstwirtschaft das Thema Energie entscheidend mitgestalten. Energie aus Acker- und Grünland stehen derzeit hoch im Kurs. Jedoch stehen diese Energiequellen sehr stark im Wettbewerb mit Lebens- und Futtermitteln sowie Biotreibstoff. Energie aus dem Wald ist eine krisensichere, ökologische und vor allem ständig erneuerbare Quelle. Energie aus heimischer Biomasse kann in vielfältiger Form, flexibel und zu fairen Preisen bereit gestellt werden. Gerade für die Raumwärme und Warmwasserbereitung soll neben der Sonne der Brennstoff Holz genutzt werden (Abb. 1.) Sonnenenergie und heimische Biomasse sind eine sinnvolle und kluge Ergänzung und bei kombinierter Nutzung konkurrenzlos (Abb. 2). Die Energiequelle Holz hat viele Vorteile: kurze Transportwege, hohe Wirkungsgrade, Krisensicherheit, Unabhängigkeit, faire Preise. Erosionsschutz sichert heimische Lebensräume und zudem wird die Erhohlungs-, Schutz- und Nutzfunktion des Waldes gestärkt. Abb. 2: Künftige Entwicklung des Anteils erneuerbarer Energie in Europa (Quelle: K.P. Nemestothy, BES, 2000). Biomasse Wasser Wind Photovoltaik Mio t SKE Biomassestudie bestätigt das Mehrpotential an Holz Die neueste Studie des Holz- und Biomasseaufkommens zeigt, dass es in Österreich bis 2020 jährlich ein Mehrpotential an Holz und Biomasse von 7,6 Millionen Erntefestmeter gibt, das sind plus 70 % (Abb. 3). Wie die aktuelle Biomassestudie zeigt, kann mit dem festgestellten Mehrpotential die gestellte Herausforderung des nationalen Biomasseaktionsplans erfüllt werden. 76 ART-Schriftenreihe 7, 2008

85 Energie aus dem Wald Eine ökologische Pflicht, ein ökonomisches Ziel ,0 Abb. 3: Holz- und Biomassepotenziale. Mio. Erntefestmeter (Efm) Rinde Brennholz/Hackgut Nutzholz 17,2 7,6 Mio. Efm Mehrpotential 8,6 16,2 24,8 Rinde Äste/Nadeln Hackgut/Brennholz Industrieholz Schlechte Qualität Sägeholz 0 ÖWI «theoretisches» «verfügbares» Potential Potential bis 2020 Von einer entsprechenden Holzmobilisierung profitieren alle: Die Industrie erhält Rohstoffe, die Wirtschaft wird angekurbelt und die Gesellschaft ist unabhängiger von Erdöl beziehungsweise Erdgas durch den Gebrauch von heimischer Energie. Nur wenn es vernünftige und attraktive Alternativen gibt, können Energiemonopole eingedämmt und verhindert werden. Holz ein kostengünstiger Brennstoff Heizen mit Holz ist CO 2 -neutral und somit klimafreundlich. Bei einer Verbrennung wird nur soviel Kohlendioxid freigesetzt, wie der Wald während des Wachstums aus der Atmosphäre entnommen hat. Durch die technologischen Weiterentwicklungen in den letzten Jahren sind moderne Biomasseheizanlagen sauber und komfortabel geworden. Waldhackgut ist im Vergleich zu Öl, Gas und elektrischem Strom kostengünstig und nachhaltig. Der Umstieg auf Holzbrennstoffe kann heute und auch in Zukunft empfohlen und eingefordert werden. Die Zeit spricht für die Ressource Holz, die Perspektiven sind positiv und Chancen sind zu nutzen. Klimaziele mit heimischem Holz erfüllen Die Hauptziele des EU-Klimapaketes fordern eine Senkung des CO 2 -Ausstosses von 20 % bis zum Jahr 2020 (Abb. 4). Österreichs CO 2 -Bilanz ist derzeit nicht erfreulich, die Emissionen stiegen seit 1990 von 67 auf 90 Millionen Tonnen. Industrie/prod. Gewerbe Mio Tonnen CO 2 24,7 Veränderung zu 1990 in % +10,8 Abb. 4: Österreichs CO 2 -Bilanz (Quelle: Wifo, BKA). Verkehr 24,4 +91,2 Energieerzeugung Raumwärme/Kleinverbrauch 15,9 15,6 +16,0 +4,7 Landwirtschaft 7,8-14,5 Sonstige 4,8-21,3 ART-Schriftenreihe 7,

86 Energie aus dem Wald Eine ökologische Pflicht, ein ökonomisches Ziel Weiter soll der Anteil erneuerbarer Energie auf 20 % angehoben werden. Österreich hat sich freiwillig 34 % zum Ziel gesetzt. Durch den gesenkten Energieverbrauch von 20 % soll zudem die Energieeffizienz verbessert werden. Alle Sektoren wie Verkehr, Haushalt, Gewerbe und Landwirtschaft müssen den Ausstoss schädlicher Treibhausgase um zehn Prozent reduzieren. Reichere EU-Länder müssen dabei mehr reduzieren als ärmere, daher muss Österreich 16 % einsparen. Zu den nationalen und EU-Zielen kommt noch das Kyoto-Protokoll, das uns auf allen Ebenen fordert. Unser Holz sowie heimische und erneuerbare Energie sind ein unverzichtbarer Beitrag dazu, die nationalen und internationalen Klimaziele zu erreichen. Gemeinsam müssen wir mit Nachdruck für unsere Umwelt, unsere Ressourcen und damit für unsere Lebensqualität arbeiten. Projekt Forstservice Tirol ein Regionalprojekt Um die Holznutzung und Holzernte in Tirol anzukurbeln, wurde im Jahr 2006 das Projekt «Forstservice Tirol» gestartet (Abb. 5). Projektträger ist der Maschinenring «Service Tirol» gemeinsam mit dem Tiroler Waldverband. Abb. 5: «Forstservice Tirol» als universeller Partner. Waldaufseher Schlägerungsunternehmer Waldaufseher Forstservice Frächter Waldaufseher Heizkraftwerke Waldbesitzer Sägeindustrie Diese Plattform hat einen klaren Auftrag und grosse Ziele: Durch Bündelung von Holzmengen sind bessere Verkaufspreise am Markt zu erzielen (gemeinsame Holzvermarktung) Lieferprofile und Liefermengen verbessern den Marktauftritt und die Marktposition Forstliche Dienstleistungen werden gemeinsam organisiert und vermittelt Dienstleistungen aus einer Hand für nicht aktive Waldbesitzer unser Paket: Aufforstung, Pflege, Ernte, Transport, Biomasseaufbereitung und wenn notwendig auch Lagerung Mehr Sicherheit für Waldbesitzer durch kontrollierte Klassifizierung, Vertragsgestaltung und garantierte Preise Durch Aus- und Weiterbildung werden fachlich qualifizierte Waldhelfer und Holzakkordanten für den praktischen Einsatz geschult und eingesetzt 78 ART-Schriftenreihe 7, 2008

87 Energie aus dem Wald Eine ökologische Pflicht, ein ökonomisches Ziel Derzeit sind im Projekt Forstservice Tirol sieben Personen im Einsatz, die eng mit den sechs Maschinenring-Geschäftsstellen und den Forstorganen im Land, im Bezirk und in den Gemeinden kooperieren. Fakt ist, es benötigt im Forstbereich auf allen Ebenen Spezialisten und professionelle Partner, um erfolgreich arbeiten zu können. In den nächsten Jahren sollen landesweit verstärkt und gezielt forstliche Dienstleistungen ausgebaut und ein «Full Service Paket» für Waldbesitzer angeboten werden. Durch eine gemeinsame Vermarktung möchten wir bessere Preise erzielen und durch einen gemeinsamen Marktauftritt die Abhängigkeit von Grosskunden ausgleichen. Waldhackgut Tankstellen vor Ort Um die Belieferung von Waldhackgut an Kunden jederzeit sicherzustellen, werden im ganzen Land Hackgut-Tankstellen eingerichtet. Bei diesen kann jederzeit Holz für Biomassezwecke zur Aufbereitung angeliefert werden. Weiter sollen für Zeiten, in denen es eine erhöhte Nachfrage nach Hackgut gibt, Pufferkapazitäten geschaffen werden. Durch den Einsatz von leistungsfähigen Grosshackern werden die Hackkosten niedrig gehalten. Mit einer durchdachten und regional angepassten Logistik werden Transportwege verkürzt und Kosten gesenkt. Dies bringt mehr Wertschöpfung und Einkommen für bäuerliche Waldbesitzer. Fazit: Bei Biomasseheizanlagen bleibt das Geld im Land (Abb. 6). Biomasseheizung Ölheizung Abb. 6: Biomasse-Heizwerkanlagen Wertschöpfung. Gute Gründe für Biomasse aus dem Wald Energie aus dem Wald ist eine grosse Chance, das forstliche Einkommen zu steigern. Energie aus dem Wald hilft uns, unsere Klimaziele zu erreichen. Energie aus dem Wald ist ein aktiver Beitrag dazu, unseren Wald gesund und vital zu erhalten. Energie aus dem Wald ist eine Quelle mit Zukunft, sie wächst nach und ist sauber. Energie aus dem Wald gibt Sicherheit und reduziert die Abhängigkeit. ART-Schriftenreihe 7,

88 ART 80 ART-Schriftenreihe 7, 2008

89 Holz aus dem Bauernwald arbeits- und betriebswirtschaftliche Aspekte Holz aus dem Bauernwald Arbeits- und betriebswirtschaftliche Aspekte Christoph Moriz, Dr. sc. ETH, Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Zusammenfassung Holz gewinnt als nachwachsender Rohstoff und Energieträger zunehmend an Bedeutung. Dadurch ist es möglich, die Arbeit im bäuerlichen Forst angemessen zu entlohnen. Die Ernte und Aufbereitung von Holz erlangt wieder einen wirtschaftlichen Stellenwert. Für die dazu notwendingen Kostenkalkulationen bedarf es aber der Kenntnis des erforderlichen Arbeitszeitbedarfs und der Verfahrenskosten. Nur so kann beim Verkauf von Scheitholz oder Hackschnitzel ein kostendeckender Preis ermittelt werden. Der Zeitbedarf für die Herstellung von Scheitholz ist in erster Linie vom jeweiligen Mechanisierungsgrad abhängig und liegt zwischen 4,97 und 2,28 AKh/Fm. Dabei sind alle Arbeiten vom stehenden Baum im Wald bis einschliesslich des Transports des Scheitholzes zum Kunden berücksichtigt. Deutlich weniger Arbeit erfordert die Verarbeitung von Holz zu Hackschnitzel. Hier liegt der Zeitbedarf zwischen 2,35 und 1,12 AKh/Fm und hängt neben dem eingesetzten Hackgerät auch von der Mechanisierung bei der Holzernte ab. Auch in diese Kalkulation fliessen sämtliche Arbeitsschritte vom Fällen des Baumes bis zum Transport zum Endverbraucher mit ein. Die Arbeits- und Maschinenkosten für die Bereitstellung von Scheitholz beziehungsweise Hackschnitzel belaufen sich in den kalkulierten Beispielen auf rund CHF 160. (100 Euro) je Raummeter beziehungsweise CHF 49. (30 Euro) je Schüttraummeter. Résumé Bois provenant des forêts rurales Aspects relatifs à l économie du travail et à l économie d entreprise Le bois prend de plus en plus d importance comme matière première renouvelable et comme source d énergie. Cette situation permet de rémunérer comme il se doit le travail forestier rural. La récolte et le conditionnement du bois retrouvent un intérêt économique. Afin d effectuer les calculs de coûts nécessaires, il est indispensable de connaître le temps de travail requis et le coût des procédés. C est la seule façon d établir un prix permettant de couvrir les coûts de revient pour la vente de bois de chauffage ou de plaquettes de bois. Le temps nécessaire à la production de bois de chauffage dépend en premier lieu du degré de mécanisation. Il se situe entre 4,97 et 2,28 MOh / mètre cube solide. Ce chiffre prend en compte tous les travaux de l arbre sur pied dans la forêt jusqu au transport de bois de chauffage chez le client. La transformation du bois en plaquettes exige nettement moins de travail. Le temps de travail est compris entre 2,35 et 1,12 MOh / mètre cube solide et dépend non seulement de la déchiqueteuse utilisée, mais aussi des machines employées pour la récolte du bois. Ces calculs comprennent eux aussi tous les travaux depuis l abattage de l arbre jusqu au transport chez le consommateur final. Pour les exemples calculés, les coûts de la main-d oeuvre et des machines pour la production de bois de chauffage ou de plaquettes de bois s élèvent environ à CHF 160. (100 Euro) par mètre cube, resp. CHF 49.- (30 Euro) par mètre cube en vrac. Abkürzungen AKh Arbeitskraftstunde AKmin Arbeitskraftminute BHD Brusthöhendurchmesser Fm Festmeter Rm Raummeter (Ster) Srm Schüttraummeter ART-Schriftenreihe 7,

90 Holz aus dem Bauernwald arbeits- und betriebswirtschaftliche Aspekte Summary Wood from the Farmer s Forest Work-Economics and Farm-Management Aspects Wood is gaining more and more importance as a renewable raw material and energy carrier, making the commensurate reward of work in the farmer s forest possible. The harvesting and preparation of wood is once again achieving economic significance. In order to carry out the essential cost calculations, however, the necessary working-time requirement and process costs must be known. Only thus can a cost-covering price be determined for the sale of firewood or wood chips. The time requirement for the production of firewood is first and foremost dependent on the degree of mechanisation involved, and ranges between 4.97 und 2.28 MPh / Cm. This takes account of all tasks, starting from the standing tree in the forest up to and including the transport of the firewood to the customer. The processing of wood into wood chips requires considerably less work. Here, the time requirement ranges between 2.35 and 1.12 MPh / Cm, and depends not only on the chipper used, but also on the degree of mechanisation of the wood harvest. This calculation also includes all working steps from the felling of the tree to transport to the end user. The labour and machine costs for the provision of firewood or wood chips come to around CHF 160 (EUR 100) per stacked cubic metre or CHF 49 (EUR 30) per loose cubic meter in the examples calculated. Einleitung und Problemstellung Bedingt durch die Trendwende am Energiemarkt steigt die Nachfrage nach alternativen Energieträgern und nachwachsenden Rohstoffen so auch nach Holz. Das Potential der Holzwirtschaft und des Waldes ist im Energiesektor als hoch einzustufen, zumal der Anteil an bewaldeter Fläche im Alpenraum überdurchschnittlich gross ist. In der Schweiz sind derzeit 31 % der Landesfläche bewaldet (Bundesamt für Umwelt 2008). In den letzten rund 100 Jahren hat diese Fläche um zirka 70 % zugenommen. In Österreich sind sogar 47 % der Staatsfläche bewaldet (Forstliche Bundesversuchsanstalt 2008). Holz in Form von Scheitholz, Hackschnitzel und Holzpellets gewinnt als Brennstoff zunehmend an Bedeutung. Für die Forstwirtschaft und für Landwirte mit Waldbesitz ist vor allem die Bereitstellung von Scheitholz und Holzhackschnitzeln von besonderem Interesse. Für die Planung und zur Abschätzung des erforderlichen Arbeitszeitbedarfs mangelt es in diesem Bereich in erster Linie an aktuellem arbeitswirtschaftlichen Datenmaterial. Vorgehensweise und Datenerfassung Ausgangspunkt für die vorliegende Studie war zunächst eine grundlegende Sichtung der vorhandenen Literatur. Mit dem Arbeitszeitbedarf für die Scheitholzproduktion beschäftigten sich Höldrich et al. (2006 und 2007). In Abhängigkeit des Mechanisierungsgrads ermittelten sie für die Bereitstellung von 33 cm Scheitholz einen Arbeitszeitbedarf zwischen 5,7 und 0,5 AKh je Festmeter. Neben relativ gering mechanisierten Verfahren betrachteten sie auch das professionelle Scheitholzgewerbe. Die Produktion von Holzhackschnitzel ist in dieser Untersuchung nicht berücksichtigt. Hierzu finden sich Angaben bei Becker et al. (1986) und Corda (1999). Daten zum Arbeitszeitbedarf für die komplette Verfahrenskette vom Fällen des Baums bis zum Transport der Hackschnitzel fehlen aber weitestgehend. Um den Arbeitszeitbedarf für die entsprechenden Verfahrenskette kalkulieren zu können, sind hierfür zunächst die entsprechenden Arbeitsablaufmodelle zu formulieren. Dies gilt gleichermassen für die gewählten Bereitstellungsketten für Scheitholz und Hackschnitzel. Die entsprechenden Arbeitsverfahren sind festzulegen. Zu unterscheiden sind hierbei der Bereich der Holzernte sowie der Aufbereitung zu Scheitholz (Abb. 1) oder Hackschnitzel (Abb. 2). 82 ART-Schriftenreihe 7, 2008

91 Holz aus dem Bauernwald arbeits- und betriebswirtschaftliche Aspekte Abb. 1 (links): Eine Aufarbeitung zu 1-m-Scheiten erfolgt in vielen Fällen bereits im Wald. Abb. 2 (oben): Zapfwellenbetriebene Anbau- oder Anhängehacker eignen sich für den Einsatz im bäuerlichen Forst. Die Holzernte umfasst das Fällen und Ausasten sowie eine erste Aufbereitung des Holzes im Wald. Hierzu gehört das Ablängen der Stämme und das Rücken bis zur Waldstrasse. Das Rücken kann manuell, teilmechanisiert oder mechanisiert erfolgen. Beim Rücken von Langholz wird dieses in der Regel an der Waldstrasse zwischengelagert. Werden Meterstücke manuell aus dem Wald befördert, können diese direkt aufgestapelt oder zuvor noch gespalten und gebündelt werden. Die eigentliche Verarbeitung des Holzes zu Scheitholz oder Hackschnitzeln kann sowohl im Wald als auch auf dem Hof erfolgen. Die Produktion von Hackschnitzeln erfolgt in aller Regel auf der Waldstrasse. Die Verarbeitung beinhaltet das Sägen, Spalten und Hacken. Bei der Kalkulation des Arbeitszeitbedarfs sind auch die anfallenden Transporte (Wald-Hof, Hof-Kunde) zu berücksichtigen. Für die Datenerfassung standen Lohnunternehmen und Landwirte in den Kantonen Thurgau, St. Gallen und Zürich zur Verfügung. Die Kontaktaufnahme erfolgte über die Förster der Forstreviere. Die Erfassung der Arbeitszeiten wurde auf Stufe «Arbeitselement» und «Arbeitsteilvorgang» durchgeführt. Die Messpunkte für die jeweiligen Arbeitselemente und -teilvorgänge waren dazu festzulegen. Die Zeitaufnahme erfolgte mittels Pocket-PC (Dell Axim) und einer speziellen Software für die Zeiterfassung (Ortim b3). Insgesamt wurden 34 Zeitmessungen durchgeführt und 125 Arbeitsablaufabschnitte in einer Datenbank abgelegt. Neben der Erfassung von Arbeitszeitdaten wurden während den Arbeitsbeobachtungen auch die auf den Arbeitszeitbedarf wirkenden Einflussgrössen (Massen, Volumina, Anzahl, Wegstrecken) ermittelt. Aus dieser Datengrundlage konnte der Arbeitszeitbedarf für die verschiedenen Bereitstellungsketten für Scheitholz und Hackschnitzel errechnet werden. Darüber hinaus sind diese Daten auch für eine Kostenkalkulation erforderlich. Die Arbeitskosten ergeben sich bei einem Lohnansatz von CHF 27. pro Stunde (umgerechnet rund 16 Euro) direkt aus dem erforderlichen Arbeitszeitbedarf. Die Maschinenkosten lassen sich aus den Maschinenzeiten und dem Investitionsbedarf kalkulieren. ART-Schriftenreihe 7,

92 Holz aus dem Bauernwald arbeits- und betriebswirtschaftliche Aspekte Ergebnisse Tabelle 1 stellt den Arbeitszeitbedarf für unterschiedliche Bereitstellungsketten für Scheitholz und Hackschnitzel dar. Um eine Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten, ist der Arbeitszeitbedarf jeweils in Arbeitskraftminuten je Festmeter (AKmin/Fm) angegeben. Eine Umrechnung auf die üblichen Einheiten (Raummeter bei Scheitholz und Schüttraummeter bei Hackschnitzel) erfolgt am Ende der Tabelle. Bezogen auf einen Festmeter (Fm) liegt dieser zwischen 4,97 und 1,13 Arbeitskraftstunden. Die Unterschiede erklären sich durch Abweichungen im Produkt (Scheitholz 33 cm, Scheitholz 50 cm und Hackschnitzel) sowie durch verschieden gewählte Mechanisierungsgrade bei den einzelnen Arbeitsabschnitten. Die Verarbeitung von Holz zu Hackschnitzel erfordert in der Regel einen niedrigeren Zeitbedarf als die Herstellung von Scheitholz. Dabei sind aufgebaute Grosshacker den zapfwellenbetriebenen Geräten deutlich überlegen, haben aber auch ein deutlich höheres Investitionsvolumen. Bei der Bereitstellung von Scheitholz ergeben sich merkliche zeitliche Vorteile beim Einsatz von kombinierten Säge-Spaltmaschinen. Auch in diesem Fall wird der Faktor Arbeit durch den Faktor Kapital ersetzt. Tab. 1: Arbeitszeitbedarf in AKmin/FM in ausgewählter Verfahren zur Bereitstellung von Scheitholz und Hackschnitzel. Scheitholz cm Scheitholz 50 cm Hackschnitzel Anbauhacker Hackschnitzel Grosshacker Fällen, Ausasten und Aufarbeiten mit Motorsäge 27,50 27,50 27,50 18,89 Rücken manuell, 1-m-Stücke 22,08 22,08 22,08 Rücken mit Seilwinde, Langholz 13,46 Spalten zu 1-m-Scheiten 26,44 26,44 26,44 Aufschichten manuell 13,70 13,70 Bündeln mit Gerät 9,56 Transport zum Hof, lose 44,43 Transport zum Hof, Bündel 12,59 Sägen zu 33 cm Scheitholz 28,85 Sägen zu 50 cm Scheitholz 23,96 Spalten mit Kleinholzspalter 111,80 75,85 Hacken mit Anbauhacker 25,98 Hacken mit Grosshacker 9,89 Transport zum Kunden, inklusive abladen 23,65 23,65 25,42 25,42 Summe AKmin/Fm 298,5 221,6 141,1 67,7 Summe AKh/Fm 5,0 3,7 2,4 1,1 Summe AKh/Rm 3,5 2,6 Summe AKh/Srm 0,9 0,5 Beim Fällen und Ausasten sind keine Unterschiede ersichtlich, da immer mit der Motorsäge gearbeitet wird. Gemessen wurde das Fällen und Ausasten von Nadelholz (Fichte). Der durchschnittliche Brusthöhendurchmesser (BHD) wurde mit 26 cm kalkuliert. Bei den weiteren Verarbeitungsschritten konnten Messungen für Laub- und Nadelholz sowie auch für gemischte Sortimente durchgeführt werden. In der Mehrzahl der Fälle wurde eine Motorsäge mit einer Leistung von 3 4 KW eingesetzt, die überwiegend sowohl für Fällarbeiten als auch für das Ausasten genutzt wurde. Das Fällen enthält neben der Ausführung des Fällschnitts auch das vorherige Aufsuchen und Anzeichnen des Baums sowie das Anlegen der Fällkerbe. Ebenfalls anteilig sind das Betanken der Motorsäge sowie das Schärfen und Nachstellen der Kette. Der Einsatz von Vollerntern würde zwar grosse Zeiterspar- 84 ART-Schriftenreihe 7, 2008

93 Holz aus dem Bauernwald arbeits- und betriebswirtschaftliche Aspekte nisse bringen, wurde hier aber im Hinblick auf eine bäuerliche Forstwirtschaft nicht berücksichtigt. Beim Rücken ergeben sich vor allem beim Einsatz der Seilwinde im Langholzbereich zeitliche Vorteile. Alternativ dazu wurden Meterstücke manuell oder mit einer Kippschaufel zur Waldstrasse transportiert. Das Gelände war eben bis leicht geneigt. Aufgrund der relativ trockenen Witterung während der Zeitmessungen waren die Waldstrassen in einem guten Zustand und die Waldbestände entsprechend gut zu erreichen. Beim Rücken von Langholz mit der Seilwinde kann das Holz in dieser Form an der Waldstrasse zwischengelagert werden. Gerade bei der Weiterverarbeitung zu Hackschnitzel ist dies der Fall. Alternativ dazu erfolgte ein Ablängen der Stämme zu Meterstücken und das Spalten mit einem Senkrechtspalter. Nur geringfügige Unterschiede zeigen sich zwischen dem manuellen Aufschichten des Meterscheitholzes und dem Einsatz eines Bündelgeräts. Letzteres ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Holzbündel mehrfach umgesetzt und transportiert werden müssen. Das Holz kann einfach mit einem Heckstapler oder Frontlader bewegt werden und muss nicht jedes Mal von Hand manövriert werden. Für die Transporte von der Waldstrasse zum Hof wurde eine mittlere Hof-Wald-Entfernung von 3000 m angenommen. Die durchschnittliche Geschwindigkeit auf Wald- und nicht befestigten Feldwegen beträgt 15 km/h. Für den Transport zum Hof stehen unterschiedliche Varianten zur Auswahl. Ist das Holz lose zwischengelagert, erfolgt die Verschiebung zum Hof in der Regel mit einem Anhänger. Holzbündel können über kurze Distanzen einzeln bewegt werden. Für weitere Entfernungen bietet sich auch hier der Transport mit dem Anhänger an. Die weitere Verarbeitung zu Scheitholz kann auf der Hofstelle erfolgen. Gängig ist die Zerkleinerung zu 33 cm und 50 cm Scheitholz. Sind die Arbeitsgänge Sägen und Spalten getrennt, ist deutlich mehr Arbeitszeit erforderlich als beim Einsatz von Säge-Spalt-Kombinationen. In den meisten Fällen wird das fertige Produkt direkt in das anschliessende Transportmittel gegeben (Gitterbox, Anhänger). Für den Transport zum Kunden wurde eine einfache Entfernung von m bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 20 km/h in die Kalkulation mit einbezogen. Die Verarbeitung zu Hackschnitzel erfolgt in aller Regel auf der Waldstrasse. Sowohl Langholz als auch Meterstücke können zu Hackschnitzeln verarbeitet werden. Unterschiede im Arbeitszeitbedarf resultieren aber in erster Linie aus der Leistung der Hacker. Das Hackgut wird direkt auf einen Anhänger geblasen. Für den Transport zum Kunden gelten die gleichen Annahmen wie beim Scheitholz. In den Berechnungen werden die Hackschnitzel beim Kunden direkt in einen Bunker gekippt. Alternativ dazu gibt es auch die Möglichkeit der Beförderung in einen Silo. Die vier in Tabelle 1 vorgestellten Varianten passen natürlich nicht auf jeden Betrieb. Durch die Angabe der Arbeitszeiten für einzelne Arbeitsabschnitte, ergibt sich jedoch eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten, die betriebsindividuell angepasst werden können. Abbildung 3 zeigt den Arbeitszeitbedarf für die Bereitstellung von 33 cm Scheitholz bei unterschiedlichen Mechanisierungsstufen. Nur geringe Differenzen sind bei der Holzernte, dem Holzrücken und der ersten Aufarbeitung im Wald zu verzeichnen. Bei allen Varianten erfolgt die Ernte manuell mit der Motorsäge. Die Unterschiede ergeben sich durch die gewählten Rückeverfahren (manuell, Kippschaufel und Seilwinde) und durch abweichende Verfahren der Erstaufarbeitung im Wald (manuell aufschichten, Bündelgerät). Grosse Effekte zeigen sich bei der Verarbeitung zu Scheitholz. Es ist deutlich zu erkennen, welche positiven Auswirkungen der Einsatz einer kombinierten Säge-Spaltmaschine bei mittlerem und hohem Mechanisierungsgrad mit sich bringt. Die unterschiedlichen Zeiten für den Transport ergeben sich ausschliesslich aus der Verfrachtung des Holzes vom Wald auf den Hof. Der Einzeltransport von Holzbündel (mittlere Mechanisierung) zeigt gegenü- ART-Schriftenreihe 7,

94 Holz aus dem Bauernwald arbeits- und betriebswirtschaftliche Aspekte Abb. 3: Arbeitszeitbedarf für die Bereitstellung von 33 cm Scheitholz bei unterschiedlichen Mechanisierungsstufen Arbeitszeitbedarf [AKh/Fm] Transport Wald/Hof/Kunde Holzverarbeitung zu Scheitholz 0 niedrig mittel hoch Mechanisierungsgrad Holzernte, Rücken und Aufarbeitung im Wald ber dem losen Transport (niedrige Mechanisierung) kaum zeitliche Vorteile. Werden dagegen mehrere Bündel mit einem Anhänger transportiert (hohe Mechanisierung), sind deutlich Effekte zu erkennen. Für die Kostenkalkulation wurden beispielhaft jeweils eine Verfahrenskette für die Scheitholzproduktion und für Hackschnitzel berechnet. Bei einem niedrigen Mechanisierungsgrad belaufen sich die Arbeits- und Maschinenkosten für die Produktion von 33 cm Scheitholz auf CHF 223. je Festmeter (140 Euro). Dies entspricht CHF 160. (100 Euro) je Raummeter. Bei der Herstellung von Hackschnitzeln mit einem zapfwellenbetriebenen Anbau- oder Anhängehacker müssen CHF 63. je Festmeter (40 Euro) für die Arbeitserledigung und CHF 74. (46 Euro) für den Maschineneinsatz kalkuliert werden. Je Schüttraummeter bedeutet dies Bereitstellungskosten von insgesamt CHF 49. (30 Euro). Literatur Becker et al. (1986): Nutzung forstlicher Biomasse durch Hackung Aufkommen, Bereitstellung und Qualität von Waldhackschnitzeln. Abschlussbericht zum EG-Projekt BOS/002/D(B), Freiburg. Bundesamt für Umwelt (2008): Wald und Holz, Wald, Waldfläche. Zugang: admin.ch/wald/01198/01201/index.html?lang=de [ ]. Corda (1999): Leistungs- und Kostenermittlung bei der Bereitstellung von Waldhackschnitzeln im Kleinprivatwald. Diplomarbeit Ludwig-Maximilians Universität München. Höldrich, A., Hartmann, H., und Schardt, M. (2007): Arbeitszeitbedarf bei der Scheitholzproduktion. Landtechnik (62), 1/2007, S Höldrich, A., Hartmann, H., Decker, T., Reisinger, K., Schardt, M., Sommer, W., Wittkopf, S., und Ohrner, G. (2006): Rationelle Scheitholzbereitstellungsverfahren. Berichte aus dem TFZ, Nr. 11, Technologie- und Förderzentrum (TFZ), Selbstverlag, Straubing, 274 S. Russ, W. (1997): Waldfläche wächst weiter Tendenz zu mehr Laubholz. Zugang: [ ]. 86 ART-Schriftenreihe 7, 2008

95 Brennstoffe Feuerungstechnik Brennstoffe Feuerungstechnik Leopold Lasselsberger, Dipl.-HLFL-Ing., BLT Biomass Logistics Technology, HBLFA Francisco Josephinum, A 3250 Wieselburg Zusammenfassung Österreich hat im Bereich der energetischen Nutzung der Biomasse und bei der Standardisierung von Feuerungen und Brennstoffen lange Tradition. Bereits 1981 wurde auf Initiative der Niederösterreicher Umweltschutzanstalt im Fachnormenausschuss Luftreinhaltung (FNA 139) begonnen, die Emissionen aus Strohfeuerungen zu begrenzen. In weiterer Folge wurden viele Normen in den Fachgebieten Energiewirtschaft (FNA 093), Heizungsanlagen (FNA 058) sowie Biomasse (FNA 241) erstellt. All diese Normen stellen grundsätzlich den Stand der Technik dar und beeinflussen natürlich auch die Entwicklung sowohl in der Brennstoffbereitung als auch in der Feuerungstechnik. Für die Entwicklung der Feuerungen war die Erstellung eines einheitlichen Standards für die Anforderungen an Heizkessel auf europäischer Basis sehr wichtig. Zentralheizungskessel traditioneller Bauart (Durchbrandkessel) wurden Mitte der 80er Jahren von Kesseln mit Gebläseunterstützung und in weiterer Folge von den Saugzugkesseln abgelöst. Mit der Bereitstellung des Feinhackgutes mit einer Korngrösse von etwa 30 mm begann die Entwicklung von Hackgutfeuerungen kleiner Leistung. Pelletsfeuerungen wurden auf Basis dieser Hackgutfeuerungen ab 1995 entwickelt. Moderne Holzfeuerungen können mit hohem Komfort und geringen Emissionen energieeffizient betrieben werden. Résumé Combustibles Technique de combustion L Autriche a une longue tradition dans le domaine de l exploitation énergétique de la biomasse et dans celui de la standardisation des chaudières et des combustibles. Dès 1981, à l initiative du Bureau fédéral de protection de l environnement de Basse-Autriche, le comité normatif de protection de l air (FNA 139) a commencé à limiter les émissions issues de la combustion de la paille. Par la suite, plusieurs normes ont été élaborées en ce qui concerne la gestion de l énergie (FNA 093), les installations de chauffage (FNA 058) et la biomasse (FNA 241). Toutes ces normes reflètent l état de la technique et influencent bien sûr, aussi bien l évolution de la production de combustibles, que celle de la technique de combustion. Pour le développement de la technique de combustion, il était très important d établir un standard homogène au niveau européen pour définir les exigences relatives aux chaudières. Les chaudières centrales traditionnelles (chaudières à tirage libre) ont été remplacées au milieu des années 80 par des chaudières ventilées et puis par des chaudières avec tirage par aspiration. Avec la mise à disposition de matériaux broyés très fins d une granulométrie d env. 30 mm, on a commencé à développer des chaudières de petites puissances fonctionnant avec des combustibles broyés. A partir de 1995, les poêles à pellets ont été développés sur la base de ces chaudières à combustibles broyés. Les poêles à bois modernes exploitent efficacement l énergie et génèrent peu d émissions tout en offrant un grand confort. ART-Schriftenreihe 7,

96 Brennstoffe Feuerungstechnik Summary Fuels Furnace Technology Austria has a long tradition in the use of biomass as an energy source and in the standardisation of furnaces and fuels. As early as 1981, on the initiative of the NÖ Umweltschutzanstalt (Environmental Protecton Institute of Lower Austria), the first steps were taken in the Air-Pollution Control Standards Committee (FNA 139) to limit emissions from straw furnaces. Subsequently, numerous standards in the fields of Energy Economics (FNA 093), Heating Systems (FNA 058) and Biomass (FNA 241) were created. All these standards in general represent the state of the art, and of course also influence development in both the fuel-preparation and furnace-technology sectors. The creation of a uniform European standard on requirements for boilers was of key importance for the development of the furnaces. Central-heating boilers of traditional design (continuous-combustion boilers) were replaced in the mid 1980s by blower-supported boilers, and subsequently by induced-draft fan boilers. The provision of fine wood chips with a grain size of approx. 30 mm ushered in the development of low-output wood-chip furnaces. Pellet furnaces were developed from 1995 onwards based on these wood-chip furnaces. Modern wood furnaces can be operated with great convenience and energy efficiency, as well as with low emissions. 1. Standardisierung von Begriffen, Feuerungen und Brennstoffen Die in diesem Kapitel behandelten Normen werden in Definitionsnormen, Brennstoffnormen und Heizungsnormen unterteilt. Diese Normen stellen das Bindeglied zwischen der Holzwirtschaft und Herstellern von Biomasseheizkesseln dar. Gerade dies hat positiv zur Entwicklung von Energie aus Holz beigetragen. Die Beschreibung der brennstofftechnologischen Merkmale erleichtert die Entwicklung von Anlagen. Die in diesem Abschnitt behandelten Normen haben seit ihrem Erscheinen zur Verbreitung des Wissens, zur Vereinheitlichung der Sprache und zur Vermittlung wesentlicher Kenntnisse und somit zur Entwicklung der energetischen Nutzung von Holz beigetragen. In den nachfolgenden ÖNORMEN sind allgemeine Definitionen und Begriffsbestimmungen enthalten, die für Kleinfeuerungen für Biomasse relevant sind. Definitionen und Klassifizierungen ÖNORM M 7101:1996 Begriffe der Energiewirtschaft Allgemeine Begriffsbestimmungen. ÖNORM M 7104:1996 Begriffe der Energiewirtschaft Gewinnung und Verarbeitung fester Brennstoffe. ÖNORM M 7111:1996 Grundbegriffe der Energiewirtschaft Energie aus Biomasse, organischen Abfällen, Wind und Geothermie. 1.2 Normung der Brennstoffe ÖNORM M 7132:1998 Energiewirtschaftliche Nutzung von Holz und Rinde als Brennstoff; Begriffsbestimmungen und Merkmale. ÖNORM M 7133:1998 Holzhackgut für energetische Zwecke; Anforderungen und Prüfbestimmungen. ÖNORM M 7135: 2000 Presslinge aus naturbelassenem Holz oder naturbelassener Rinde, Pellets und Briketts; Anforderungen und Prüfbestimmungen. 88 ART-Schriftenreihe 7, 2008

97 Brennstoffe Feuerungstechnik ÖNORM M 7136: 2002 Presslinge aus naturbelassenem Holz oder naturbelassener Rinde, Pellets, Qualitätssicherung in der Transport- und Lagerlogistik. ÖNORM M 7137: 2003 Presslinge aus naturbelassenem Holz Holzpellets, Anforderungen an die Pelletslagerung beim Endkunden. ÖNORM CEN/TS 14961: 2005 VORNORM Feste Brennstoffe Brennstoffspezifikationen und -klassen. VORNORM ÖNORM M 7139: 2006 Energiekorn Anforderungen und Prüfbestimmungen. VORNORM ÖNORM C 4000: 2007 Miscanthuspresslinge Anforderungen und Prüfbestimmungen. 1.3 Normung von Heizkesseln ÖNORM EN 303-5: 1999 Heizkessel für feste Brennstoffe, hand- und automatisch beschickte Feuerungen, Nenn- Wärmeleistung bis 300 kw; Begriffe, Anforderungen, Prüfungen und Kennzeichnung. ÖNORM M 9466: 1998 Emissionsbegrenzung für luftverunreinigende Stoffe aus Feuerungsanlagen für Holzbrennstoffe mit einer Nennwärmeleistung ab 50 kw; Anforderungen und Prüfungen am Aufstellungsort. ÖNORM M : 1997 Überprüfung von Heizanlagen für feste Brennstoffe mit einer Nenn-Wärmeleistung bis 300 kw. 2. Biogene Brennstoffe 2.1 Holzbrennstoffe allgemein (Sortimente) «Brennholz» ist ein Sammelbegriff und beinhaltet die verschiedenen Formen, in denen Holz zur Energiegewinnung anfällt oder angeboten wird (Tab. 1). Masseinheiten für Brennholz 1 Festmeter (fm) 1 m³ feste Holzmasse 1 Raummeter (Schichtraummeter), (rm) 1 m³ geschichtete oder geschüttete Holzteile inkl. Luftzwischenräume 1 Schüttraummeter (Srm) 1 m³ geschüttete Holzteile (Stückholz, Hackgut, Sägespäne, usw.) Tab. 1: Umrechnungszahlen gebräuchlicher Brennholzsortimente. Masseinheit fm rm rm Srm Srm Srm Sortiment Rundholz Scheitholz Stückholz Hackgut geschichtet geschüttet G 30 «fein» G 50 «mittel» 1 fm Rundholz 1 1,40 1,20 2,00 2,50 3,00 1 rm Scheitholz, 1 m lang, geschichtet 0,70 1 0,80 1,40 (1,75) (2,10) 1 rm Stückholz ofenfertig, geschichtet 0,85 1,20 1 1,70 1 Srm Stückholz ofenfertig, geschüttet 0,50 0,70 0, Srm (Wald)-Hackgut G 30 «fein» 0,40 (0,55) 1 1,20 1 Srm (Wald)-Hackgut G 50 «mittel» 0,33 (0,50) 0, Tonne Hackgut (G 30) entspricht rund 4 Srm Weichholz (Fichte) bei w = 25 % 3 Srm Hartholz (Buche) Quelle: «Energie aus Holz», LLWK NÖ, DI Jonas in Anlehnung an die ÖNORM M 7132 ART-Schriftenreihe 7,

98 Brennstoffe Feuerungstechnik Stückholz Stückholz und Scheitholz sind in den Normen M 7104 und M 7132 definiert. Die Versorgung mit Stückholz wird zum überwiegenden Teil von kleinen land- und forstwirtschaftlichen Betrieben beziehungsweise durch Eigenproduktion sichergestellt. Unterschieden wird einerseits zwischen Hart- und Weichholz und andererseits nach der Grösse. Als Meterholz werden ein Meter lange Abschnitte von Ästen und Stämmen bezeichnet. Der Verkauf von Meterholz erfolgt in Raummetern. Ein Schichtraummeter (rm) ist ein Stapel von 1 m x 1 m x 1 m aufgeschichtetem Holz und entspricht 0,7 Festmeter (fm). Ein Festmeter ist ein Kubikmeter Holzsubstanz. Ein Raummeter lufttrockenes Laubholz (meist Hartholz) hat je nach Holzart ein Gewicht von 450 bis 550 kg, bei lufttrockenem Nadelholz (Weichholz) liegt der Wert bei etwa 350 bis 450 kg. Dies entspricht, abhängig vom Wirkungsgrad der Feuerung, einer Heizölmenge zwischen 190 l und 230 l bei Laubholz und 160 l bis 200 l bei Nadelholz. Gespaltenes und abgelängtes Holz wird als Scheitholz (ofenfertig) bezeichnet. Diese Zerkleinerung wird meist von Hand durch den Endverbraucher durchgeführt. Für die Produktion grösserer Mengen kleiner Scheite werden Ketten-, Band- oder Kreissägen eingesetzt, die Spaltung erfolgt mit maschinell angetriebenen Spaltgeräten. Neben der Stückgrösse und der Holzart ist der Wassergehalt das wesentlichste Qualitätsmerkmal. Frisch eingeschnittenes Holz wird üblicherweise in Meterscheitern mit guter Durchlüftung gestapelt. Nach einer Lagerzeit von ein bis zwei Jahren erreicht es den Zustand «lufttrocken» mit einem Wassergehalt von %. Die Verbrennung von frisch eingeschnittenem beziehungsweise feuchtem Holz liefert eine geringe Energiemenge und kann der Heizanlage Schäden zufügen! Hackgut Hackgut oder Hackschnitzel sind maschinell zerkleinertes Holz mit und ohne Rinde, in der Regel bis zu einer Stücklänge von 10 cm. Hackgut, das als Sägenebenprodukt anfällt, wird als Industriehackgut bezeichnet. Die Masseinheit bei Hackgut ist der Schüttraummeter (Srm). Ein Schüttraummeter entspricht, je nach Holzart, Stückigkeit und Wassergehalt einer Masse von kg. Der Energieinhalt lässt sich mit Hilfe der Schüttdichte, des Heizwerts und des Wassergehalts bestimmen. Gemäss ÖNORM M 7133 darf der Feinanteil (< 1 mm) für alle Grössenklassen maximal 4 % betragen, das heisst Sägespäne, Schleifstaub usw. sind kein Hackgut und sollten in Hackschnitzelfeuerungsanlagen ausser bei entsprechender Eignung nicht verbrannt werden. Aus Tabelle 2 ist die Klassifizierung von Hackgut laut ÖNORM M 7133 ersichtlich. Holzpresslinge Holzbriketts Holzbriketts sind wie Holzpellets ein durch Verdichtung erzeugter Brennstoff unterschiedlicher Grösse und Form. Holzbriketts werden wie Holzpellets in der ÖNORM M 7135 standardisiert. Die Produktion erfolgt meist im industriellen Massstab aus reinem, naturbelassenem Restholz der Holz- und Sägeindustrie mittels Zylinderstrangpressen aus Säge- und Hobelspänen. Holzbriketts sind seit einigen Jahren auf dem österreichischen Markt bekannt und werden vom Brennstoffhandel aber auch in Supermärkten, Lagerhäusern und Bauhäusern angeboten. Derzeit ist allgemein eine Marktsättigung zu verzeichnen. Holzbriketts eignen sich besonders für kleine beziehungsweise nur unregelmässig beheizte Feuerstätten wie Kaminöfen, Saunaöfen, Kachelöfen usw. Durch ihren hohen Energieinhalt, sowohl bezogen auf das Volumen (hohe Dichte über 1 kg/dm³) als auch bezo- 90 ART-Schriftenreihe 7, 2008

99 Brennstoffe Feuerungstechnik Tab. 2: Klassifizierung von Hackgut laut ÖNORM M Hackgutklasse Beschreibung Grössenverteilung 1) Maximalgrössen einzelner Stücke G 30 Feinhackgut mit einer Nennlänge von Maximal je 20 % kleiner als 2,8 mm Querschnitt von 3 cm Länge von 30 mm bzw. grösser als 16 mm 8,5 cm G 50 Mittelhackgut mit einer Nennlänge von Maximal je 20 % kleiner als 5,6 mm 50 mm bzw. grösser als 31,5 mm Querschnitt von 5 cm Länge von 12 cm G 100 Grobhackgut mit einer Nennlänge von Maximal je 20 % kleiner als 11,2 mm Querschnitt von 10 cm Länge von 100 mm bzw. grösser als 63 mm 25 cm Wassergehalt Klassengrenzen Erläuterung W 20 W 20% Lufttrockenes Holzhackgut W % < w 30 % Lagerbeständiges Holzhackgut W % < w 35 % Beschränkt lagerbeständiges Holzhackgut W % < w 40 % Feuchtes Holzhackgut W % < w 50 % Erntefrisches Holzhackgut Schüttdichte Klassengrenzen Erläuterung S 160 < 160 kg/m³ Geringe Schüttdichte S kg/m³ Mittlere Schüttdichte S 250 > 200 kg/m³ Hohe Schüttdichte Aschegehalt Klassengrenzen Erläuterung A 1 0,5 % Holzhackgut mit geringem Rindenanteil A 2 0,5 % < a 2 % Holzhackgut mit erhöhtem Rindenanteil 1) Grössen beziehen sich auf die Nenn-Maschenweite der Analysensiebe gen auf ihr Gewicht (Feuchte unter 10 %), und durch das attraktive Erscheinungsbild werden die vergleichsweise hohen Kosten von den Kunden akzeptiert. Holzpellets Holzpellets sind der jüngste und innovativste Holzbrennstoff der seit rund zehn Jahren eine rasante Verbreitung erfährt. Holzpellets werden, ebenso wie Holzbriketts, industriell hergestellt. Durch die bereits heute in Österreich bestehenden Produktionskapazitäten wie beispielsweise bei den Firmen Glechner, Leitinger, Loitzl, Massivholz, ÖKO Wärme, Pabst, Pfeiffer und RZ, ist einerseits die Versorgung mit hochwertigen, geprüften Qualitätspellets gesichert, andererseits gewährleistet die Vielzahl der Produzenten eine marktgerechte Preisentwicklung. In Tabelle 3 sind die Anforderungen an Holz- und Rindenpresslinge nach ÖNORM M 7135 aufgeführt. Holz- und Rindenpellets werden aus reinem, unbehandelten Holz oder Rinde ohne Zusatz von synthetischen Bindemitteln aus Restprodukten der Holzindustrie gepresst. Der Holzpelletsverbrauch ist in Österreich auf etwa Tonnen pro Jahr angewachsen. Rindenpellets wurden bisher nur in Versuchsanlagen verfeuert. Rohstoffe für die Pelletierung von Holz: Hobelspäne aus der Verarbeitung von unbehandeltem Holz, Wassergehalt unter 10 %, Sägespäne aus der Verarbeitung rindenfreien Stammholzes, Presshilfsmittel auf reiner Biomassebasis wie beispielsweise Stärke, Roggenmehl, Mais bis zu maximal 2 %, Wasser beziehungsweise Wasserdampf. ART-Schriftenreihe 7,

100 Brennstoffe Feuerungstechnik Tab. 3: Anforderungen an Holz- und Rindenpresslinge gemäss ÖNORM M Eigenschaften Einheit Prüfung gemäss Abschnitt Holzpresslinge Rindenpresslinge Durchmesser 1) Mm D<10 1) 10 D<40 40 D<120 4 D<10 1) 10 D<40 40 D<120 Länge Mm x D 2) 4 x D 2) x D 2) 4 x D 2) 400 Rohdichte Kg/dm ,12 1,00 1,00 1,12 1,10 1,10 Wassergehalt % ,0 10,0 10,0 18,0 18,0 18,0 Aschegehalt % 6.6 0,50 0,50 4) 0,50 4) 6,0 6,0 6,0 Heizwert 3) MJ/kg ,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 Schwefelgehalt 3) % 6.8 0,04 0,04 0,04 0,08 0,08 0,08 Stickstoffgehalt 3) % 6.9 0,30 0,30 0,30 0,60 0,60 0,60 Chlorgehalt 3) % ,02 0,02 0,02 0,04 0,04 0,04 Abrieb % ,3 2,3 Presshilfsmittel 5) % Der nach 7.6 anzugebende Durchmesser muss innerhalb einer Toleranz von ± 10 % des angegebenen Durchmessers liegen. 2. Maximal 20 % der Masse der Presslinge dürfen Längen von bis zu 7,5 x D aufweisen. 3. Im wasserfreien Zustand (wf) 4. Der Aschegehalt darf bis zu 0,80 % betragen, wenn das verwendete naturbelassene Holz bereits einen natürlichen höheren Aschegehalt aufweist. Der Nachweis ist im Rahmen der Fremdüber-wachung durch den Hersteller zu erbringen. 5. Die Prüfung über Art und Menge eines Presshilfsmittels erfolgt im Rahmen der Fremdüberwachung gemäss anhand von Herstellerunterlagen. 2.2 Feste agrarische Brennstoffe Holz war immer schon der biogene Brennstoff für den Hausbrand. Die energetische Nutzung anderer pflanzlicher Biomasse wurde erst vor gut einem Vierteljahrhundert mit den Strohfeuerungen der ersten Generation begonnen. Seit einigen Jahren wird die Möglichkeit diskutiert und vielerorts auch erprobt, Getreidekorn als Brennstoff zu verwenden. Einer breiteren Nutzung von so genanntem «Energiekorn» für thermische Zwecke stehen einerseits Akzeptanzprobleme gegenüber, andererseits aber auch technische Unwägbarkeiten. Bisher noch nicht ausreichend untersuchte Brennstoffe sind Stroh- und Miscanthuspellets. Das feuerungstechnische Verhalten von Strohpellets ist nach bisherigen Erfahrungen mit jenem des Energiekorns vergleichbar. Erste Messungen mit Miscanthuspellets zeigen, dass die Verbrennung dieses Brennstoffs etwas leichter beherrschbar ist. Energiekorn, Stroh und vor allem Miscanthus können durch das hohe Mengenpotenzial wichtige Energieträger der Zukunft werden. Feuerungen, die für spezielle Brennstoffe wie Energiekorn und sonstige biogene Brennstoffe entwickelt wurden, weisen bereits ein Verbrennungsverhalten auf, das vollständigen Ausbrand mit geringen Emissionen und hohen Wirkungsgraden zeigt. 3. Technische Umsetzung Feuerungstechnik Warmwasser-Zentralheizungsanlagen bestehen aus einem Heizkessel mit Brenner, einem Warmwasser-Verteilungssystem mit Pumpen und Heizkörpern in den Räumen, einer Warmwasser-Bereitungsanlage, einer Regelungseinheit und der Abgas-Abfuhreinrichtung. Die Heizkessel werden dabei mit verschiedenen Brennstoffen und unterschiedlicher Beschickung betrieben. 92 ART-Schriftenreihe 7, 2008

101 Brennstoffe Feuerungstechnik 3.1 Handbeschickte Kessel Stückholzkessel werden manuell mit Holzstücken (abgelängt und gespalten) oder grobem Energiehackgut beschickt. Bei modernen Kesseln mit unterem Abbrand wird die Verbrennungsluft über Gebläse (Saugzug- oder Druckgebläse) als Primär- und Sekundärluft getrennt zugeführt. Traditionelle Bauweise Durchbrandkessel (Abb. 1) haben grosse, gekühlte Brennräume. Die Flamme brennt durch die gesamte Brennstofffüllung. Die Verbrennung ist schwer zu kontrollieren. Systembedingt ist mit kurzen Nachlegeintervallen zu rechnen und die Verluste im Abgas sind hoch. Aufgrund bestehender Anforderungen sind diese Kessel für Holz nicht mehr zu empfehlen. Kessel mit unterem Abbrand (Abb. 2) sind auf das Brennverhalten von Holz abgestimmt. Die Verbrennung erfolgt im unteren Teil des Füllraums. Auf Grund des höheren heizgasseitigen Widerstands und der meist geringen Abgastemperaturen ist in der Praxis vor allem beim Anfeuern und im gedrosselten Betrieb auf die richtige Dimensionierung des Rauchfangs zu achten. Diese Bauart wird mit und ohne Saugzuggebläse als typengeprüfte Feuerung nach wie vor angeboten. Abb. 1 (unten links): Durchbrandkessel. Abb. 2 (unten rechts): Stückholzkessel mit unterem Abbrand. Neue Kesselgeneration Gebläsekessel: Stückholz wird im Füllraum auf das Glutbett, wo die Primärverbrennung stattfindet, aufgebracht. Durch den von einem Ventilator erzeugten Überdruck im Füllraum werden die Holzgase durch eine Öffnung (Brenner) in den darunter gelegenen heissen Brennraum gedrückt, in welchem die Gase unter Zufuhr von Sekundärluft bei hohen Temperaturen ausbrennen können. Saugzugkessel (Abb. 3): Im unteren Teil des Füllraums wird durch Zufuhr von Primärluft Wärme freigesetzt und brennbares Gas erzeugt. Das Gas wird durch das Saugzuggebläse am Übergang vom Wärmetauscher zum Kamin nach unten oder seitlich neben dem Füllraum, in den Brennraum gesaugt, verwirbelt und brennt ohne Wärmeabgabe unter Zufuhr von Sekundärluft aus. Abb. 3: Saugzugkessel handbeschickt (Bild: Firma Hoval). ART-Schriftenreihe 7,

102 Brennstoffe Feuerungstechnik 3.2 Automatisch beschickte Feuerungen Hackgutfeuerungen Hackgutfeuerungen kleiner Leistung für die Beheizung des Wohnraums werden überwiegend mit Holzhackgut bis zu einer Körnung von 30 mm automatisch beschickt. Meist werden diese Systeme mit in den Wärmetauscher integrierten Brennräumen verwendet. Abb. 4: Automatisch beschickte Feuerung (Bild: Firma Hargassner). Pelletsfeuerungen Pelletsfeuerungen sind als Heizkessel, ähnlich Holzhackgutfeuerungen, oder als Kaminöfen zur Wohnraumbeheizung aufgebaut. Diese Feuerungen werden automatisch aus einem Vorrats- oder Zwischenbehälter beschickt. Der sehr rieselfähige Brennstoff mit konstantem Wassergehalt ermöglicht einen einfacheren Aufbau der Fördereinrichtung und einfachere Regelungen. Abb. 5 (links): Pellets-Heizkessel. Abb. 6 (rechts): Pellets-Kaminofen. 3.3 Regelung der Feuerungen Grundsätzlich wird die Leistungsabgabe der im Handel befindlichen von Hand oder automatisch beschickten Holzfeuerungen durch die Kesselsolltemperatur geregelt. Eine Begrenzung der höchsten und tiefsten Abgastemperatur ermöglicht ebenfalls die Leistungsregelung. Unterstützend wird auch eine Unterdruckmessung und -kontrolle im Brennraum eingesetzt. Diese Regelparameter drosseln vor allem die Primärluftzufuhr durch Öffnen oder Schliessen von Stellschiebern und/oder durch Drehzahlregelung der Verbrennungsluftgebläse. 94 ART-Schriftenreihe 7, 2008

103 Brennstoffe Feuerungstechnik Bei einfachen Regelungen wird die Sekundärluftzufuhr durch festgelegte Stellgrössen entsprechend dosiert. Mit einer Lambda-Sondenregelung kann die Sekundärluftmenge weiter optimiert werden. Als weitere Regelgrössen zur Leistungsanpassung beziehungsweise Verbrennungsoptimierung werden eine Brennraumtemperaturregelung oder Luftmengenmessungen von Primärluft und Sekundärluft verwendet. Manuell beschickte Feuerungen können nur über die Zufuhr der Verbrennungsluftmenge geregelt werden. Bei automatisch beschickten Feuerungen kann zusätzlich die Brennstoffmenge kontrolliert zugeführt werden. Mit Hilfe von Füllstandskontrollen wird mechanisch oder optisch die optimale Füllmenge im Brennraum garantiert. Durch die Anpassung der mit dem Brennstoff zugeführten Energie an den Wärmebedarf kann bei automatisch beschickten Feuerungen das Teillastverhalten wesentlich verbessert werden. Eine entsprechende Steuerung mit zusätzlichen Sensoren (wie Sauerstoffoder Kohlenmonoxid-Sonde) regelt die Brennstoff- und Luftmengenzufuhr und optimiert damit die Verbrennung. ART-Schriftenreihe 7,

104 ART 96 ART-Schriftenreihe 7, 2008

105 Sonnenkollektoren für die Heubelüftung Sonnenkollektoren für die Heubelüftung Franz Nydegger, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Zusammenfassung Betriebe mit silofreier Milchproduktion sind auf Dürrfutter hoher Qualität angewiesen. In den alpennahen Gebieten ist die Produktion von bodengetrocknetem Dürrfutter mit grossen Wetterrisiken verbunden. Deshalb stehen Heubelüftungsanlagen im Einsatz. Sonnenkollektoren sind eine umweltfreundliche Möglichkeit zur Steigerung der Trocknungsleistung. Sie sind in der Regel ein Bestandteil des Scheunendachs. Es ist somit von Vorteil, wenn bereits bei der Planung des Gebäudes die notwendigen Überlegungen zur Luftführung und zur Dimensionierung des Sonnenkollektors angestellt werden. Die Software «ART-SOKO Dimensionierung Heubelüftung» unterstützt die Planung von Sonnenkollektoren für die Heubelüftung. Sie ist besonders auf Berater und Planer zugeschnitten. Die Software berechnet für bis zu sechs Heustöcke den Durchsatz des Ventilators und den Druckverlust mit der eingestellten Situation für jedes von max. vier Kollektorfeldern, die Luftgeschwindigkeit, den Druckverlust, den Wirkungsgrad und die mögliche Temperaturerhöhung. Der Auslegepunkt geht aus der Berechnung des optimalen Abstandes zwischen Dachabdeckung und Luftleitplatte (Unterdach) hervor. Für jedes Kollektorfeld wird der Punkt berechnet, der einen möglichst hohen Wirkungsgrad unterhalb des maximal tolerierten Druckverlustes erreicht. Résumé Capteurs solaires pour le séchage du foin en grange Les exploitations de production laitière sans ensilage sont obligées d avoir du fourrage sec de première qualité. Dans les régions proches des Alpes, la production de fourrage sec séché au sol est liée à d importants risques météorologiques. C est pourquoi on a recours à des installations de séchage en grange. Les capteurs solaires constituent une possibilité écologique d augmenter la puissance de séchage. En général, ils font partie de la toiture de la grange. Il est donc bon de réfléchir à la circulation de l air et à la dimension des capteurs solaires dès l établissement des plans du bâtiment. Le programme «ART-SOKO Dimension optimale des capteurs solaires pour le séchage en grange» aide à planifier la mise en place de capteurs solaires pour le séchage en grange. Il s adresse particulièrement aux conseillers et aux concepteurs. Pour un total de six tas de foin, le logiciel calcule le débit du ventilateur et la perte de pression suivant la situation de chacun des quatre champs de capteur (quatre au maximum). Il calcule également la vitesse de l air, la perte de pression, le degré d efficacité et l augmentation potentielle de la température. Le point d installation s appuie sur le calcul de la distance optimale entre la couverture du toit et la plaque de conduction d air (sous-toiture). Pour chaque champ de capteur, on cherche le point qui permet d obtenir le degré d efficacité maximum sans dépasser la perte de pression maximale tolérée. Summary Solar Collectors for Hay Ventilation Farms with silo-free milk production are dependent upon high-quality dry forage. In areas close to the Alps, the production of field-dried forage is associated with substantial weather-related risks. For this reason, hay-ventilation facilities are in use. Solar collectors ART-Schriftenreihe 7,

106 Sonnenkollektoren für die Heubelüftung are an environmentally friendly option for increasing drying power. As they are generally a component part of the barn roof, it is advantageous if the necessary considerations on air conveyance and the dimensions of the solar collector can be taken into account at the planning stage of the building. The ART-SOKO Hay-Ventilation Dimensioning program, which is especially geared to advisers and planners, aids in the planning of solar collectors for hay ventilation. The software calculates for up to six haystacks the throughput of the ventilator and the pressure loss with the set situation for each of a maximum of four collector fields, as well as airflow velocity, pressure loss, efficiency and possible rise in temperature. The reference point for the installation is derived from the calculation of the optimum distance between roof cover and air-guide plate (underroof). The point at which maximum efficiency below the maximum tolerated pressure loss is reached is calculated for each collector field. Ausgangslage Betriebe mit silofreier Milchproduktion sind auf Dürrfutter hoher Qualität angewiesen. In den alpennahen Gebieten ist die Produktion von bodengetrocknetem Dürrfutter mit grossen Wetterrisiken verbunden (Abb. 1). Deshalb stehen seit rund 40 Jahren Heubelüftungsanlagen im Einsatz. Die Trocknungsleistung der Heubelüftungsanlage hängt direkt von der Lufttemperatur und Feuchtigkeit ab (Abb. 2). Nebst weiteren Hilfsmitteln wie Abb. 1: Erntegelegenheiten (EG) je Halbmonat in Tänikon mit einem Wetterisiko von 20 % für die verschiedenen Konservierungsarten Anwelksilage (AWS), Belüftungsheu (Bel. Heu) und Bodenheu (Bod. Heu) mit Angabe des TS-Gehalts beim Einführen. EG/Halbmonat AWS 35 % Bel. Heu 60 % Bod. Heu 75 % Verfahren Mai 1. H Mai 2. H Juni 1. H Juni 2. H Juli 1. H Juli 2. H Aug. 1. H Aug. 2. H Sept. 1. H Abb. 2: Mittlerer Wasserentzug bei 70 % TS im Futter in Abhängigkeit von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit. Wasserentzug g/m % 50% 60% 70% 80% Lufttemperatur C 90% 98 ART-Schriftenreihe 7, 2008

107 Sonnenkollektoren für die Heubelüftung Warmluftöfen und Luftentfeuchter- oder Wärmepumpe-Anlagen stellen Sonnenkollektoren seit Jahren eine umweltfreundliche Möglichkeit zur Steigerung der Trocknungsleistung dar. Sonnenkollektoren für die Heubelüftung sind in der Regel ein Bestandteil des Scheunendachs (Abb. 3). Es ist somit von Vorteil, wenn bereits bei der Planung des Gebäudes die notwendigen Überlegungen zur Luftführung und zur Dimensionierung des Sonnenkollektors angestellt werden. Dachhaut Ansaugöffnungen Abb. 3: Heubelüftungsanlage mit ins Dach integriertem Sonnenkollektor. Sammelkanal Sonnenkollektor Luftleitplatte Abluftöffnungen Einwandung Ventilator Rost Planung der Belüftungsanlage mit Sonnenkollektor Bei der Planung sind vorerst die Rahmenbedingungen zu klären. Die für den Sonnekollektor nutzbare Fläche sollte erfahrungsgemäss rund der doppelten Heustockfläche entsprechen. Einerseits ist dies Bedingung, um eine ansprechende Temperaturerhöhung der Trocknungsluft zu erreichen, andererseits benötigen die Kollektorkanäle genügend Querschnitt, was bei knappen Flächen kritisch wird. Die Leistung eines Sonnenkollektors hängt stark vom Dachmaterial und von der Luftströmung im Kollektor sowie von der Neigung der Dachflanken und ihrer Ausrichtung zur Sonne ab. Die beste Wirkung während der Dürrfutterernteperiode erreicht ein nach Süden ausgerichtetes Dach mit einer Neigung von 20 Grad. Auch Ost- oder Westflanken können bei derselben Neigung rund 90 % und Nordflanken rund 75 % der Leistung einer Südausrichtung ergeben. Steilere Dächer sind bei grosser Abweichung von Süden wesentlich schlechter. Dies zeigt aber, dass für Sonnenkollektoren durchaus auch nicht ganz optimal ausgerichtete Flächen in Betracht gezogen werden können. Bei der Dachkonstruktion lassen sich grob zwei Bauweisen unterscheiden: Das Pfettendach mit horizontal verlaufenden Balken, auf die direkt das Abdeckmaterial verlegt wird (Abb. 4). Das Sparrendach mit vom First zur Traufe verlaufenden Sparren, auf die eine horizontale Lattung zur Aufnahme des Abdeckmaterials montiert wird (Abb. 5). Diese Bauweisen haben einen grossen Einfluss auf die Luftströmung im Kollektor und auf die Länge der Kollektorkanäle. In aller Regel erfolgt die Montage der Luftleitplatte un- ART-Schriftenreihe 7,

108 Sonnenkollektoren für die Heubelüftung L 1 L 2 B L 1 B B 2 B 2 L 2 Abb. 4 (oben links): Sonnenkollektoren können aus mehreren Feldern bestehen. Hier sind im Pfettendach vier Kollektorfelder auf zwei Dachflanken mit unterschiedlichen Längen (L1, L2) und Breiten (B1, B2) und einem mittigen Sammelkanal dargestellt. Abb. 5 (oben rechts): Skizze einer Sonnenkollektoranlage mit zwei Kollektorfeldern, mit zwei Kollektorlängen (L1, L2) und zwei Kollektorbreiten (B1, B2 hier gleich lang) im Sparrendach. ter, oder in optimalem Abstand zur Abdeckung, zwischen den Balken (Sparren oder Pfetten). Abdeckung, Balken und Luftleitplatte bilden so die Kollektorkanäle. Beim Sparrendach wird der Luftstrom durch die Lattung etwas gebremst, dafür sind die Kollektorkanäle in der Regel weniger lang. Als Abdeckungsmaterial stehen Wellfaserplatten sowie Well- und Profilbleche im Vordergrund. Mit durchsichtigen Materialien lassen sich zwar höhere Wirkungsgrade erreichen, sie sind aber aus Gründen des Brandschutzes und des Erscheinungsbildes selten einsetzbar. Für ein optimales Funktionieren des Sonnenkollektors ist es wichtig, eine genügend hohe Geschwindigkeit in den Kollektorkanälen zu erreichen, damit die Luft verwirbelt und die Energie an der Unterseite der Abdeckung abgeholt wird. Gleichzeitig sollte der Druckverlust nicht zu hoch ausfallen. In langjähriger Praxis hat sich eine Drucklimite von rund 100 Pa (1 mbar) etabliert. Der Sammelkanal übernimmt die Luft aus den Kollektorkanälen und leitet sie zum Ventilator weiter. Im Sammelkanal ist der Querschnitt so zu wählen, dass die Luftgeschwindigkeit in der Regel 4 m/s nicht überschreitet (Vermeidung von unnötigem Druckverlust). Wenn möglich ist bei der Einteilung der Felder auf gleiche Längen zu achten. Entscheidend ist beispielsweise bei Pfettendächern mit Leimbindern, welches Binderfeld als Sammelkanal dienen soll. Daraus ist ersichtlich, dass auch die Planung der Belüftungsanlage und die Anordnung des Ventilatorstandorts eine grosse Rolle spielen. Im Gegenzug ist es Dank dem Einbau eines Sonnenkollektors auch möglich, den Ventilator in einem Bereich der Scheune zu platzieren, der für einen direkten Ansaug der Luft von aussen nicht geeignet ist. Weisen Sonnenkollektoren unterschiedlich lange oder breite Felder auf, kann eine ungleichmässige Durchströmung und somit auch unterschiedliche Temperaturerhöhungen durch unterschiedliche Abstände zwischen der Luftleitplatte und der Abdeckung verhindert werden. Jedes Feld erhält somit einen individuellen Abstand. Diese Massnahme lässt sich allerdings in der Praxis nur mit guter Information (zum Beispiel der beteiligten Handwerker) und entsprechendem Nachdruck durchsetzen. Damit bei einer solaren Heubelüftungsanlage alle Elemente gut zusammenspielen, ist das Berechnen verschiedener Varianten von Bedeutung. Dazu bietet die Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART die Software «ART-SOKO Dimensionierung von Sonnenkollektoren für die Heubelüftung» an. Neue Software Das Programm «ART-SOKO Dimensionierung Heubelüftung» unterstützt die Planung von Sonnenkollektoren für die Heubelüftung. Es ist besonders auf Berater und Planer ausgerichtet und wird per Mail bestellt und dem Lizenznehmer über den WebFTP-Server oder auch auf CD zugestellt. 100 ART-Schriftenreihe 7, 2008

109 Sonnenkollektoren für die Heubelüftung Aufbau und Grundlage der Software Die Software ist eine für die Betriebssysteme Windows 2000, XP oder Vista geeignete Java-Anwendung. Sie weist ein schlichtes Erscheinungsbild auf. Die Software basiert auf den Messungen von Sonnenkollektoren durch das Paul Scherrer Institut, Schweiz, sowie der Programmversion 1.2 «Sonnenkollektoren» von Jürg Baumgartner. Eingaben und Berechnung Als erstes sind die Daten zum Projekt einzugeben (Abb. 6), anschliessend ist der Kollektortyp (Abdeckmaterial und Strömungsrichtung) aus der Auswahlliste zu wählen. Danach erfolgt die Eingabe der Kollektordaten. Es können 1, 2 oder 4 Kollektorfelder gewählt werden. Die Kollektorlängen (L1 und L2) beziehen sich auf die Distanz zwischen Lufteintritt in den Kollektor und Austritt in der Mitte des Sammelkanals (Abb. 4). Bei einseitigem Ansaug (nur L1) wird der ganze Sammelkanal in die Länge einbezogen. In der Kollektorbreite sind die Balken einberechnet, sie müssen also nicht von der Breite abgezogen werden. Abb. 6: Eingabe zum Projekt, Berater und Betrieb. Kanalhöhe Balkenhöhe Dachabdeckung Unterdach Für die Kanalhöhe im Kollektor steht in der Regel maximal die Balkenhöhe zur Verfügung. Deshalb ist die maximale Balkenhöhe einzugeben (Abb. 7). In speziellen Fällen (Umdecken eines Daches oder Aufbau eines Kollektors auf ein bestehendes Dach) kann diese relativ frei gewählt werden. Es kann zwischen tabellarischer und grafischer Darstellung der Ergebnisse gewählt werden. Weiter sind die Flächen und die entsprechenden Höhen der Heustöcke einzugeben. Den mittleren Luftdurchsatz des Ventilators berechnet die Software automatisch. Es ist jedoch möglich, bei abweichenden Daten des Ventilators diesen Wert einzugeben. Bei zu grosser Abweichung vom empfohlenen Wert erscheint der Wert der Strömungsgeschwindigkeit rot. Es ist einzugeben, welche Stöcke mit dem Sonnekollektor betrieben werden sollen. Abb. 7: Die Kanalhöhe geht von der maximalen Balkenhöhe aus und umfasst 10 Schritte (Reduktion jeweils um 1 cm). Bei unterschiedlichen Kollektorlängen erfolgt automatisch eine Verringerung der angezeigten Anfangs-Kanalhöhe im Verhältnis der Kollektorlängen. Ergebnisse zur Sonnenkollektor-Anlage Die Software berechnet für bis zu sechs Heustöcke den Durchsatz des Ventilators (in Abhängigkeit von der Stockfläche) und den Druckverlust (in Abhängigkeit von der Stockhöhe) und mit der eingestellten Situation für jedes von maximal vier Kollektorfeldern die ART-Schriftenreihe 7,

110 Sonnenkollektoren für die Heubelüftung Luftgeschwindigkeit, den Druckverlust, den Wirkungsgrad und die mögliche Temperaturerhöhung (bei rund 800 Watt/m 2 Einstrahlung auf Kollektorebene). Die Projekte können verwaltet und die Ergebnisse ausgedruckt oder als pdf-file verschickt werden (Abb. 8). Abb. 8: Eingabe- und Resultattabelle mit den Daten zu den Heustöcken und den Kollektorfeldern. Auslegepunkt der Kollektorfelder Der Auslegepunkt geht aus der Berechnung des optimalen Abstands zwischen Dachabdeckung und Luftleitplatte (Unterdach) hervor. Für jedes Kollektorfeld wird nach dem Punkt gesucht, der einen möglichst hohen Wirkungsgrad unterhalb der Limite von 100 Pa erreicht. Der Auslegepunkt ist in der grafischen Darstellung durch die Nummer in der Farbe des zugehörigen Kollektorfelds markiert. Optimierung Falls die Werte für den Wirkungsgrad und den Druckverlust wesentlich zu tief oder zu hoch liegen, kann durch Änderung der Parameter eine Verbesserung gesucht werden. Zum Beispiel durch Vergrösserung oder Verkleinerung der Kollektorfläche oder bei sehr unterschiedlichen Kollektorlängen eine Verlegung des Sammelkanals in ein anderes Binderfeld. Fallweise kann es auch sinnvoll sein, auf einer weniger gut exponierten Dachflanke (Nordseite) ein Kollektorfeld zu erstellen, um so genügend Kollektorbreite zu erreichen. Bei Anlagen mit mehreren Heustöcken kann durch «Ausschalten» einzelner Ventilatoren («Ventilator in Betrieb» «nein») geprüft werden, wie das Ergebnis ausfällt, wenn nicht alle Stöcke gleichzeitig die Luft über den Kollektor beziehen. In diesem Falle sind Klappen in den Zuführkanälen und separate Öffnungen für das Ansaugen von Umgebungsluft notwendig. Vertrieb: Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, Bibliothek CH-8356 Ettenhausen Tel. +41 (0) , Fax +41 (0) [email protected], ART-Schriftenreihe 7, 2008

111 Vom Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft Vom ART-Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft Matthias Schick, PD Dr. habil., Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, CH 8356 Ettenhausen Zusammenfassung Zur Erstellung von Arbeitsvoranschlägen in der Landwirtschaft sind genaue Kenntnisse über die Verfahrensabläufe von grösster Bedeutung. Der Einsatz des neuen Arbeitsvoranschlags lässt den Vergleich von Arbeits- und Produktionsverfahren bis hin zum Gesamtbetrieb unter sonst gleichen Bedingungen zu. Auch sektorale Aussagen zum Arbeitskräftepotenzial in der Landwirtschaft sind möglich. Die ständige Rückverfolgbarkeit des Datenmaterials ist gewährleistet, so dass Erweiterungen leicht möglich sind. Die Datenweitergabe aus dem Programm heraus ist über Schnittstellen möglich. Die Software ist in drei Sprachen verfügbar. Somit steht mit dem rechnergestützten Arbeitsvoranschlag ein national und international einsetzbares Hilfsmittel sowohl für die Arbeitsorganisation als auch zur Zeitplanung zur Verfügung. Die Standardarbeitskraft ist eine Einheit für die Erfassung des gesamtbetrieblichen Arbeitszeitbedarfs mit Hilfe standardisierter Umrechnungsfaktoren. Diese dienen der Erfassung der arbeitswirtschaftlichen Betriebsgrösse für den Vollzug der Direktzahlungen sowie der Massnahmen zur Strukturverbesserung und des Bodenrechts. Mindestens 50 % der Arbeiten, die für die Bewirtschaftung eines Landwirtschaftsbetriebes erforderlich sind, müssen von betriebseigenen Arbeitskräften ausgeführt werden. Der Arbeitsaufwand berechnet sich dabei nach dem ART-Arbeitsvoranschlag der Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART. Résumé Du budget de travail à l unité de main-d œuvre standard Pour établir les budgets du travail dans l agriculture, il est capital de bien connaître le déroulement des procédés. Le nouveau budget de travail permet de comparer les procédés de production et de travail jusque dans l ensemble de l exploitation, dans des conditions constantes. Il permet également de tirer des conclusions sur le potentiel de main-d oeuvre dans le secteur agricole. La traçabilité permanente des données est garantie, ce qui facilite l intégration de nouveaux développements. Les données du programme peuvent également être diffusées via des interfaces. Enfin, le logiciel est disponible en trois langues. Le budget de travail informatique constitue donc un outil utilisable à l échelle nationale et internationale pour l organisation comme pour la planification du travail. L unité de main-d œuvre standard (UMOS) est une unité qui permet de saisir le temps de travail nécessaire dans l exploitation à l aide de facteurs de conversion standardisés. Ils servent à établir le profil de l exploitation en terme d économie du travail pour l octroi des paiements directs ou de mesures liées aux améliorations structurelles et au droit du sol. Au moins 50 % des travaux qui sont nécessaires à l exploitation d un domaine agricole doivent être effectués par de la main-d œuvre interne à l exploitation. La charge de travail se calcule d après le budget de travail d ART. Summary From Work Estimate to Standard Labour Unit Precise knowledge of process routines are of the greatest importance in compiling work estimates in agriculture. ART-Schriftenreihe 7,

112 Vom Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft The use of the new work estimate permits the comparison of work and production processes up to overall farm level under otherwise identical conditions. Sectoral statements on manpower potential in agriculture are also possible. The continuous traceability of the data is ensured, with the result that expansions are easy to incorporate. Data is exported from the program via interfaces. The software is available in three languages. The computer-supported work estimate thus provides a nationally and internationally useable tool for both the organisation of work and time planning. The standard labour unit (SLU) is a unit for recording the overall farm working-time requirement with the help of standardised conversion factors. The latter serve to record farm size in work-economics terms for the implementation of direct payments as well as structural-improvement and land-law measures. At least 50% of the tasks that are essential for running a farm must be performed by the in-house workforce. The work effort involved here is calculated according to the ART work estimate. Einleitung Die sich ständig verändernden Rahmenbedingungen in der Land- und Forstwirtschaft führen zur vermehrten Nachfrage nach verlässlichen Kalkulationsunterlagen für Forschung Beratung und Praxis. Bisherige arbeitswirtschaftliche Kalkulationssysteme auf der Grundlage von Schätzungen oder statischen Berechnungen mit linearen Interpolationen werden dieser Anforderung nicht gerecht. Der Gesamtbetrieb wurde im Rahmen von Systembetrachtungen in bisherige Betrachtungen nur selten einbezogen. Management- und Sonderarbeiten wurden bislang in die Kalkulationen nur aufgrund von groben Schätzungen integriert. Ein rechnergestützter Arbeitsvoranschlag kann hier als Hilfsmittel sowohl für die Arbeitsorganisation als auch zur Zeitplanung dienen. Arbeitselemente und Einflussgrössen Im Projekt «Arbeitswirtschaftliche Planungsgrundlagen» von ART werden arbeitswirtschaftliche Kennzahlen auf der Elementstufe erfasst, aufbereitet, statistisch ausgewertet und als Planzeiten einem Modellkalkulationssystem für weitere Berechnungen bis hin zur Erstellung von Arbeitsvoranschlägen zur Verfügung gestellt. Auch der Bedarf an Standardarbeitskräften (SAK) kann damit dargestellt werden. Auf jedem Erfassungsbetrieb wird ein detaillierter Fragebogen zur Erfassung der betrieblichen Arbeitsorganisation (zum Beispiel Anzahl Arbeitskräfte, Arbeitsverfassung) und wichtiger Einflussgrössen (beispielsweise Anzahl Milchkühe, Milchleistungen, Melkverfahren, Wegstrecken, etc.) erstellt. Hierbei wird auch eine erste Arbeitsbeobachtung durchgeführt, um die beteiligten Arbeitspersonen und Zeitnehmer auf die Zeitmessungen vorzubereiten. Die Zeitmessungen werden mit elektronischen Zeiterfassungssystemen (Hand-Held PC und integrierter Erfassungssoftware) durchgeführt. Sie erfolgen ausschliesslich als direkte Arbeitsbeobachtung mit Einzelzeitmessungen auf der Elementstufe. Die wesentlichen Einflussgrössen «Wegstrecken», «Milchmengen» «Futtermassen» und «Fahrgeschwindigkeiten» werden während der Zeitmessungen bestimmt und elektronisch erfasst. Alle anderen Einflussgrössen (zum Beispiel Melkstandbreite, Melkstandlänge, Stalllänge, Futtertischlänge) sind vor und nach den Zeitmessungen zu erfassen. Bei zyklischen Arbeitsablaufschritten wie «Vormelken», «Anrüsten», «Anhängen» erfolgt die Bestimmung der Datengüte schon während der Messung über den Epsilon-Test. Dabei wird ein Epsilon von < 10 % als gut befunden. Ausgehend von der Bestimmung der Datengüte kann ebenfalls der zu erwartende Stichprobenumfang n schon nach wenigen erfassten Messpunkten bestimmt werden. Hierdurch wird der Aufwand für die Datenerfassung besser planbar. 104 ART-Schriftenreihe 7, 2008

113 Vom Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft Es werden Messwiederholungen sowohl im Bereich von Sommer- und Wintersituationen als auch bei der zyklischen Erledigung von Tätigkeiten (zum Beispiel Abend- und Morgenmelken) durchgeführt. Die Vorgehensweise bei den Messungen ist in Abbildung 1 wiedergegeben. Betriebsauswahl (Verfahrensauswahl) Auswertung Auswertung, Elementdatenbank und Planzeiterstellung Modellkalkulationssystem Für die weitere Verarbeitung wird das erfasste Modellkalkulation Datenmaterial zunächst tabellarisch aufbereitet und SOLL Arbeitsvoranschlag anschliessend mit problemneutralen Testverfahren (Normalverteilung, Ausreisser, Zufälligkeit) untersucht. Bei fehlender Normalverteilung erfolgt eine einseitige logarithmische Transformation als Grundlage für die anschliessenden problemorientierten Testverfahren und Regressionsrechnungen. Anschliessend werden die ausgewerteten Daten in Form von Planzeitwerten und -funktionen in eine Planzeiten-Datenbanktabelle überführt. Dabei wird jedem Element ein eindeutiger alphanumerischer Code, ein Name mit Anfangs- und Endpunkten sowie die dazugehörigen statistischen Kenngrössen inklusive Inhaltsbeschreibung, Autor und Erstellungsdatum zugewiesen. Die weitergehende Berechnung von Arbeitszeitbedarfswerten auf der Stufe Arbeitsverfahren wird mit dem integrierten Modellkalkulationssystem durchgeführt. Hierbei erfolgt die logische Verknüpfung von Arbeitselementen mit den darauf einwirkenden quantitativen und qualitativen Einflussgrössen. Sämtliche Einflussgrössen sind als Variablen eingesetzt und jederzeit innerhalb der oberen und unteren Schranken veränderbar. Bei davon abweichenden Eingaben erscheint automatisch eine Warnmeldung. Das Kalkulationssystem ist modular aufgebaut und besteht neben der Planzeitendatenbank aus den Modulen «Einflussgrössenliste», «Verknüpfungsbereich» und «Ausgabebereich». Für jedes interessierende Arbeitsverfahren wird ein eigener Auszug aus der Planzeitendatenbank erstellt. Sämtliche Daten stehen zur weiteren Verarbeitung in frei wählbaren Formaten zur Verfügung. Vom Modellkalkulationssystem zum ART-Arbeitsvoranschlag Ausgehend vom Modellkalkulationssystem können Arbeits- und Produktionsverfahren erstellt werden. Der gesamtbetriebliche Arbeitszeitbedarf wird durch die Kombinationen verschiedener Produktionsverfahren und unter Berücksichtigung einzelbetrieblicher Bedingungen sowie der verfügbaren Feldarbeitstage für die einzelnen Tätigkeiten berechnet (Abb. 2). Als Ergebnis steht ein erster globaler Arbeitsvoranschlag zur Verfügung. Dieser zeigt den Arbeitszeitbedarf für den Gesamtbetrieb in Abhängigkeit der ausgewählten Arbeitsund Produktionsverfahren sowie der eingestellten Einflussgrössen. Ausserdem kann damit ebenfalls eine Aussage darüber getroffen werden, wie viele Arbeitskräfte für den Betrieb benötigt werden. Ausgehend von dieser globalen Stufe kann dann auch ein Arbeitsaufriss erstellt werden (Abb. 3). Die hierzu benötigten verfügbaren Feldarbeitstage werden für die Schweiz betriebsindividuell unter Berücksichtigung der Höhenlage, der Klimaeignungszonen, der Niederschlagshäufigkeitszonen und deren Interaktionen berechnet. Die Darstellung des Arbeitsaufrisses basiert auf einem Wochenraster und ermöglicht somit eine Feinanalyse des Arbeitskräftepotenzials eines Landwirtschaftsbetriebs. So kann über diese Analyse zum Beispiel festgestellt werden, ob ein Arbeitskraftüberangebot beziehungsweise ein Mangel IST Zeit Betriebsbeschreibung (Verfahrensbeschreibung) Einflussgrössenbestimmung Datenerfassung (Zeiten & Einflussgrössen) Abb. 1: Vorgehensweise von der Datenerfassung bis zum Arbeitsvoranschlag. ART-Schriftenreihe 7,

114 Vom Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft Abb. 2: Im neuen ART- Arbeitsvoranschlag erfolgt die Berechnung der Arbeitszeitbedarfswerte aus der logischen Verknüpfung von Arbeitselementen und Einflussgrössen. Damit werden alle Stufen vom Arbeitsvoranschlag bis zum Globalarbeitsvoranschlag abgedeckt. Einflussgrössen z. B. Feldarbeitstermine z. B. Arbeitsgänge z. B. Arbeitsbreite Globaler Arbeitsvoranschlag Detaillierter Arbeitsvoranschlag Produktionsverfahren (Winterweizen, Milchkühe, Mastschweine) Arbeitsverfahren (Pflügen, Eggen, Säen, Düngen) Gesamtbetrieb Arbeitselemente (Pflug anbauen, Strassenfahrt, Furche ziehen) Abb. 3: Der Arbeitsaufriss für den Gesamtbetrieb erlaubt die Gegenüberstellung von Arbeitsangebot und -zeitbedarf. Arbeitszeitbedarf je arbeitsreichster Tag [AKh] Kalenderwoche Stallarbeit Management Feldarbeit Temporäres PV Arbeitsangebot an Arbeitskräften in bestimmten Zeiträumen besteht. Weiter kann das Planungsinstrument durch Simulationen aufzeigen, ob es sinnvoller ist, die Arbeitsorganisation zu verändern (zum Beispiel optimierte Planung), leistungsfähigere verfahrenstechnische Hilfsmittel einzusetzen (beispielsweise grösserer Melkstand), oder auch einzelne Arbeits- oder ganze Produktionsverfahren auszulagern (zum Beispiel Lohnunternehmereinsatz). Vom ART-Arbeitsvoranschlag zum Planungsinstrument Neben der Erstellung von Arbeitsvoranschlägen auf der einzelbetrieblichen Ebene können mit diesem System auch Betriebs- und Betriebszweigvergleiche erstellt werden (Abb. 4). So kann zum Beispiel ein beliebiges Produktionsverfahren Milchviehhaltung mit verschiedensten Arbeitsverfahren erstellt, hinsichtlich seiner Vor- und Nachteile analysiert und mit anderen Produktionsverfahren verglichen werden (Abb. 5). Durch gezielte Auswahl der verfügbaren Einflussgrössen können auch Vergleiche auf der sektoralen Ebene beziehungsweise international erfolgen. Für die Bedienung und die Erstellung eigener Produktionsverfahren sind allenfalls verfahrenstechnische Kenntnisse notwendig. Weitergehendes arbeitswissenschaftliches Fachwissen ist auf dieser Stufe dagegen nicht erforderlich. Den Benutzern (Landwirte, Berater, Forscher) ermöglicht dies eine schnelle Analyse des vorhandenen Betriebs und das rasche Abschätzen eines Optimierungspotenzials. 106 ART-Schriftenreihe 7, 2008

115 Vom Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft Zeitbedarf je Kuh und Jahr [AKh] Milchkühe 60 Milchkühe 80 Milchkühe Aussenwirtschaft Management u. Sonderarbeiten Kälberbetreuung Misten/Einstreuen Füttern Melken (FGM) Abb. 4 (oben): Die einzelbetrieblichen Bedingungen stellen die Grundlage für genaue Berechnungen zur Verfügung. Abb. 5 (links): Der Gesamtzeitbedarf je Kuh und Jahr bei verschiedenen Produktionssystemen erleichtert die Analyse des vorhandenen Betriebs und des bestehenden Optimierungspotenzials. Anbindestall_7000_W Laufstall_7000_W Laufstall_10000_S Laufstall_6500_VW Anbindestall_7000_W Laufstall_7000_W Laufstall_10000_S Laufstall_6500_VW Laufstall_10000_S Laufstall_6500_VW Produktionssystem Die Standardarbeitskraft als sektorale Kennzahl Zur Erfassung des gesamtbetrieblichen Arbeitszeitbedarfs kann die Standardarbeitskraft (SAK) mit Hilfe standardisierter Umrechnungsfaktoren herangezogen werden (Landwirtschaftliche Begriffsverordnung; SR ). Diese dienen der Erfassung der arbeitswirtschaftlichen Betriebsgrösse für den Vollzug der Direktzahlungen sowie der Massnahmen zur Strukturverbesserung und des Bodenrechts. Mindestens 50 % der Arbeiten, die für die Bewirtschaftung eines Landwirtschaftsbetriebs erforderlich sind, müssen von betriebseigenen Arbeitskräften ausgeführt werden. Direktzahlungen werden nur ausgerichtet, wenn auf dem Betrieb ein Arbeitsbedarf für mindestens 0,25 SAK besteht. Der Arbeitsaufwand berechnet sich dabei nach dem ART-Arbeitsvoranschlag (Schweizerische Direktzahlungsverordnung; SR ). Da der vorhandene Globalarbeitsvoranschlag (AV 96) einerseits veraltet und andererseits für die Herleitung der SAK als ein zu differenziertes Instrument beurteilt wurde, waren für alle wichtigen Betriebszweige vereinfachte Standards je Hektare oder je Tier zu de- ART-Schriftenreihe 7,

116 Vom Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft finieren. Daher wurde bei der letzten Revision der SAK-Faktoren für die Landwirtschaftliche Nutzfläche (LN) ein aktueller Mischwert des Arbeitszeitbedarfs für Grünland, Getreide und Hackfrüchte bei mittlerer Mechanisierung errechnet (Tab. 1). Dieser beträgt durchschnittlich 78 Arbeitskraftstunden (AKh) pro Hektare. Ausgehend von der jährlich zur Verfügung stehenden Arbeitszeit je Arbeitskraft von 2800 AKh resultierte hier ein SAK-Faktor von 0,028 je ha für die LN ohne Spezialkulturen. Tab. 1. SAK-Umrechnungsfaktoren zur Erfassung der arbeitswirtschaftlichen Betriebsgrösse (LBV; SR , Art. 3); GVE= Grossvieheinheit. a) Landwirtschaftliche Nutzfläche LN SAK Bezugsmenge LN ohne Spezialkulturen 0,028 ha Spezialkulturen ohne Rebflächen in Steil- und Terassenlagen 0,3 ha Rebflächen in Steil- und Terassenlagen 1 ha b) Nutztiere Milchkühe, Milchschafe und Milchziegen 0,043 GVE Mastschweine, Remonten über 25 kg und abgesetzte Ferkel 0,007 GVE Zuchtschweine 0,04 GVE andere Nutztiere 0,03 GVE c) Zuschläge für Hanglagen im Berggebiet und in der Hügelzone (18 35 %) 0,015 ha für Steillagen im Berggebiet und in der Hügelzone (> 35 %) 0,03 ha für den biologischen Landbau 20 % ha (nach a)) für Hochstamm-Feldobstbäume 0,001 pro Baum Ähnlich pragmatisch war auch das Vorgehen bei der Milchviehhaltung. Hier wurde als massgebliches Produktionsverfahren ein solches für den 20-Kuh-Bestand im Anbindestall ausgewählt, bei dem nach Globalarbeitsvoranschlag mit zirka 120 AKh je Kuh und Jahr gerechnet wird. Dividiert durch die 2800 AKh je Arbeitskraft und Jahr ergibt dies den SAK- Faktor von 0,043 für eine Milchkuh. Bei kleineren Nutztieren gelang es, durch Umrechnung in Grossvieheinheiten die Zahl der verschiedenen Tierkategorien zu vermindern. Selbstverständlich stimmen die SAK-Faktoren für keinen Einzelbetrieb exakt, denn je nach Grösse, Arbeitsverfahren und Mechanisierungsgrad sind erhebliche Abweichungen möglich. So würde unter Praxisbedingungen für einen Betrieb mit 40 Kühen im Laufstall ein SAK-Faktor von 0,025 zutreffen. Beriebe dieser Grössenordnung kommen allerdings selten in einen Konflikt mit den SAK-Mindestlimiten. Durch den Einbezug der Zuschläge gemäss Tabelle 1 (siehe Ziffer c) wird ersichtlich, dass beträchtliche Abweichungen zum Arbeitsvoranschlag entstehen können. So berechnen sich für eine Wiese im Berggebiet in einer Steillage insgesamt 0, ,03 = 0,058 x 2800 = 162,4 AKh/ha und Jahr. Unter realistischen Bedingungen (3 Schnitte, Hangneigung %) fallen hier aber selten mehr als 66 AKh/ha und Jahr an. Ebenfalls nicht realitätsnah sind die Zuschläge von 20 % für den biologischen Landbau. Hier liegen die Unterschiede zwischen konventionellen und biologisch wirtschaftenden Futterbaubetrieben zwischen 8 und 10 % (Schick, 2007). Schlussfolgerungen Ein dynamisches Modellkalkulationssystem bildet die Grundlage zur exakten Darstellung landwirtschaftlicher Arbeitsprozesse und zur Optimierung verschiedener Situationen. Für rasche Abklärungen beziehungsweise auch für politische Bedürfnisse müssen allerdings neben den exakten arbeitswirtschaftlichen Berechnungen auch einfache Aussagen zum 108 ART-Schriftenreihe 7, 2008

117 Vom Arbeitsvoranschlag zur Standardarbeitskraft Gesamtarbeitsbedarf in der Landwirtschaft möglich sein. Mit dem neuen ART-Arbeitsvoranschlagssystem werden beide Möglichkeiten offengehalten. Es werden damit arbeitswirtschaftliche Daten sowohl für Praxis und Beratung als auch für sektorale politische Bedarfsabklärungen zur Verfügung gestellt. Literatur Luder, W.,2004: Neue SAK-Berechnung in drei Modulen. UFA-Revue Nr. 3, S Näf, E., 1996: Der neue FAT-Arbeitsvoranschlag. FAT-Berichte Nr. 489, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART (vormals FAT), Ettenhausen. Schick, M., 2000: Modellierung von Zeitbedarf und Massenfluss am Beispiel verschiedener Melkverfahren. 12. Arbeitswissenschaftliches Seminar Weihenstephan, Tagungsband, Landtechnik-Schrift Nr. 11, S Schick, M., 2005: The Work Budget as an Aid to Work Organization and Time Planning. XXXI COSTA-CIGR V Congress Proceedings, Hohenheim, , S Schick, M., R. Stark, 2006: Neuer Arbeitsvoranschlag Zeitplanung und Arbeitsorganisation auf dem Landwirtschaftsbetrieb. Informationstagung Landtechnik, Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, , 9 S. Schick, M., R. Stark, 2006: Le nouveau budget de travail Un systeme de simulation moderne pour l economie du travail. Cours Agridea no 1313, Agroscope Liebefeld-Posieux ALP, Schick, M., 2007: Arbeitswirtschaftlicher Vergleich Bio- mit ÖLN-Betrieb. 4. Bioforschungstagung, Tänikon Schweizerische Eidgenossenschaft, 1998: Landwirtschaftliche Begriffsverordnung (Änderungen bis berücksichtigt) SR Schweizerische Eidgenossenschaft, 1998: Direktzahlungsverordnung (Änderungen bis berücksichtigt) SR Aktuell: Christoph Moriz, 2007: Arbeitszeitbedarf für die Betriebsführung in der Landwirtschaft Ein kausal-empirischer Ansatz für die Arbeitszeitermittlung; ART-Schriftenreihe Nr. 06, 118 Seiten. Zu bestellen bei >Dienstleistungen >Publikationen im Shop >ART-Arbeitsvoranschlag. Zur Zeit ist eine Testversion der Software als Download verfügbar. Weitere, laufend aktualisierte Versionen unter >Themen >Arbeitswirtschaft >Arbeitsvoranschlag. ART-Schriftenreihe 7,

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119 Schriftenreihe der FAL 22 51: >Dokumentation >Art Shop 52 Integrierter und biologischer Anbau im Vergleich Anbausystemversuch Burgrain 2004 Urs Zihlmann et al. D CHF Ökobilanzierung des Landwirtschaftsbetriebs 2004 Dominique Rossier & Gérard Gaillard D CHF Schwermetallbilanzen von Landwirtschaftsparzellen der nationalen Bodenbeobachtung 2005 Armin Keller, Nicolas Rossier & André Desaules D CHF Koexistenz verschiedener landwirtschaftlicher Anbausysteme mit und ohne Gentechnik Konzept 2005 Olivier Sanvido et al. D CHF Evaluation der Ökomassnahmen Bereich Biodiversität Évaluation des mesures écologiques Domaine biodiversité 2005 Felix Herzog & Thomas Walter D/F CHF Evaluation der Ökomassnahmen Bereich Stickstoff und Phosphor Évaluation des mesures écologiques Domaine de l azote et du phosphore 2005 Felix Herzog & Walter Richner D/F CHF Ökobilanzierung von Anbausystemen im schweizerischen Acker- und Futterbau 2006 Thomas Nemecek, Olivier Huguenin-Elie, David Dubois & Gérard Gaillard D CHF 40. Diese Serie wurde ersetzt durch die ART-Schriftenreihe FAT-Schriftenreihe 33 64: >Dokumentation >Art-Shop 65 Treibstoffverbrauch und Emissionen von Traktoren bei landwirtschaftlichen Arbeiten 2005 Manfred Rinaldi, Stefan Erzinger & Ruedi Stark D CHF Konzeptionelle Überlegungen zur Neugestaltung des Direktzahlungssystems der schweizerischen Landwirtschaft auf der Basis der Tinbergen-Regel 2005 Stefan Mann D CHF Analyse der Repräsentativität im schweizerischen landwirtschaftlichen Buchhaltungsnetz 2005 Beat Meier D CHF Landtechnik im Alpenraum. Tagung 10./ in Feldkirch 2006 Robert Kaufmann & Günther Hütl (Redaktion) D CHF Landwirtschaftliches Bauen und Landschaft (BAULA) 2006 Antje Heinrich & Robert Kaufmann (Redaktion) D CHF La croissance de la productivité de l agriculture suisse, : Une Approche non paramétrique 2006 Ali Ferjani F CHF Influence of alternative semi-outdoor housing systems in comparison with the conventional indoor housing on carcass composition and meat and fat quality of finishing pigs 2006 Hans Ulrich Bärlocher E CHF 17. Diese Serie wurde ersetzt durch die ART-Schriftenreihe ART-Schriftenreihe 1 Ecological impacts of genetically modified crops Experiences from ten years of experimental field research and commercial cultivation 2006 Olivier Sanvido, Michèle Stark, Jörg Romeis & Franz Bigler E CHF Agrarstrukturwandel im Berggebiet 2006 Stefan Lauber D CHF Tänikoner Melktechniktagung 2007 Robert Kaufmann & Dusan Nosal (Redaktion) D CHF Evaluation ausgewählter agrarpolitischer Massnahmen im pflanzlichen Bereich 2007 Stefan Mann, Ali Ferjani, Markus Lips & Helmut Ammann D CHF Biotreibstoffe 2007 Andreas Kampa & Ulrich Wolfensberger D CHF Arbeitszeitbedarf für die Betriebsführung in der Landwirtschaft: Ein kausal-empirischer Ansatz für die Arbeitszeitermittlung in der Milchproduktion 2007 Christoph Moriz D CHF 30.- Bestelladresse: Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, Bibliothek, Tänikon, CH-8356 Ettenhausen Telefon +41 (0) , Telefax +41 (0) ; [email protected]

120 ART-Schriftenreihe 7 Landtechnik im Alpenraum Wandel und nachhaltige Entwicklung im Berggebiet Die Berglandwirtschaft passt sich laufend neuen Rahmenbedingungen in Wirtschaft, Politik und Gesellschaft an. Die Veränderungsprozesse haben sich in den letzten Jahren beschleunigt und die Ziele einer nachhaltigen Entwicklung sind anspruchsvoller geworden. Zudem beschränken topographische, strukturelle und klimatische Standortnachteile bekanntlich die Entwicklungsmöglichkeiten in Bergregionen. Neu stellt sich die Frage, welchen Beitrag der ländliche Raum zur Energieversorgung leisten kann und soll. Denn neben den klassischen Produkten Lebensmittel, sauberes Trinkwasser und gepflegte Kulturlandschaft ist die nachhaltige Energieproduktion ein neues, zukunftsträchtiges Aufgabenfeld für die Landwirtschaft. Die Berggebiete brauchen kompetente Entscheidungsgrundlagen, um ihre Ressourcen effizient einsetzen, die Lebensgrundlagen zu erhalten und den Erholungsraum gestalten zu können. Nach wie vor ist die Futterkonservierung eine bedeutende Arbeitsspitze und deshalb ein zentrales Thema aus der Sicht der Technik und der Arbeitsorganisation. Die Forschung hat aufzuzeigen, wo und mit welchen Ansätzen erfolgsversprechende Initiativen, zum Beispiel der überbetrieblichen Zusammenarbeit, entwickelt und umgesetzt werden können. Deshalb organisieren die Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, Schweiz, und Biomass Logistics Technology BLT, Österreich, im Zwei-Jahres-Rhythmus eine gemeinsame Tagung «Landtechnik im Alpenraum», die dem Wissensaustausch dient. Der vorliegende Tagungsband fasst die Beiträge der Referenten der 9. Tagung «Landtechnik im Alpenraum» vom 14./15. Mai 2008 zusammen und gibt einen Überblick über aktuelle Themen der Forschung in diesem Bereich. ISSN ART-Schriftenreihe ISBN Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Tänikon, CH-8356 Ettenhausen [email protected],