Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel: Herausforderungen und Handlungsmöglichkeiten am Beispiel der Schweinehaltung

Bildungs- und Wissenszentrum Schweinehaltung, Schweinezucht Boxberg Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel: Herausforderungen und Handlungsmöglichkeiten am Beispiel der Schweinehaltung Dr. Wilhelm Pflanz Bodensee Konferenz, Lindau 13.11.2013 Nov-13 1

Möglichkeit zur Wärmeabgabe bei verschiedenen Tierarten Nov-13 2

Funktionskreis: Komfortverhalten Quelle: Weber, CH (2010) Nov-13 3

35 30 zu warm zu warm Optimal zu kalt Ferkelnest Ferkelaufzucht Mast 25 Temperatur in C 20 15 Behaglichkeitszone 10 zu kalt 5 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126 133 140 147 154 161 168 175 182 Lebensalter in Tagen Mit zunehmenden Gewicht bzw. Alter sinkt die Temperatur für die Behaglichkeitszone Nov-13 4

Einführung: Schweine haben keine Schweißdrüsen - können also nicht schwitzen / Hitze ist somit Stress und führt zu Kreislaufproblemen bis zum Herzversagen (Hitzetoleranz deutlich geringer ausgeprägt als Kältetoleranz) Organismus überfordert untere kritische Temp. obere kritische Temp. Organismus überfordert Nov-13 5

Kühlmöglichkeiten Schweine Wärmeleitung durch Kontakt (Konduktion) Wärmestrahlung (Radiation) Ausscheidung (Elimination) Wasserverdunstung (Transpiration) Nov-13 6

2 Stallbauprinzipien- 2 Forschungsprojekte konventionelle Bauweise zwangsbelüftet alternative Bauweise frei belüftet Vergleichende Untersuchungen zur Zuluftführung in Schweineställen im Hinblick auf Energieeffizienz, Emissionsgeschehen, Tierwohlbefinden und Wirtschaftlichkeit Entwicklung und Optimierung Sensorgestützter komplexer Regelstrategien für die optimale Stallklimatisierung in frei belüfteten Offenfrontställen für Schweine Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg Nov-13 7

Kühlung Ställen von konventioneller Bauweise Unterschiedliche Arten einen Stall zu kühlen nicht in jedem Stall einsetzbar Größe der Kühlsysteme sehr unterschiedlich unterschiedlich effektiv und unterschiedlich teuer Bild Cielejewski Nov-13 8

Kühlungssysteme im Forschungsprojekt: Referenzabteil Referenzabteil Nov-13 9

Kühlungssysteme im Forschungsprojekt: Hochdruckbefeuchtung Referenzabteil Hochdruck -befeuchtung Nov-13 10

Wassergehalt X (g/kg tr. Luft) 15 g/kg tr.l. 50 % Lufttemperatur T ( C) 32 C Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik Nov-13 11

Kühlungssysteme im Forschungsprojekt: Unterflurzuluft Unterflurzuluft Nov-13 12

Kühlungssysteme im Forschungsprojekt: Kühlpad Referenzabteil Kühlpad Hochdruck -befeuchtung Unterflurzuluft Nov-13 13

Boxberg konventionelle Bauweise: Wärmster Tag 2012 (19.8.12) - Temperaturverläufe Nov-13 14

Boxberg konventionelle Bauweise: Kühleffekt der Systeme bis ins Abteil am 19.08.2012-2,0-3,2-5,4-7,0 Außentemperatur Nov-13 18

Boxberg: Relative Luftfeuchte in den Abteilen am 19.08.2012 Nov-13 19

Temperature humidity heat stress index (THI) am 19.08.2012 (Sollwert <85) Nov-13 20

Strom- und Wasserverbrauch in Zahlen Stromverbrauch Lüfter [kwh] & Luftvolumenstrom [m³/h] Jahr 2011 2012 [kwh] [m³/h] [kwh] [m³/h] Kühlpad 1209 Mittelw. 3413 1324 Mittelw. 3995 Ref. Abteil 1192 Mittelw. 3765 1342 Mittelw.4686 HDB 1374 Mittelw. 3623 1258 Mittelw. 4239 Unterflurzuluft 870 Mittelw. 4245 746 Mittelw. 4841 Nov-13 21

Boxberg: Differenzdruck über den Versuchszeitraum Nov-13 22

Differenzdruck am 30.06.2012 auf den Praxisbetrieben. Bilder rein Nov-13 23

Kosten der Kühlungssystemen und nötige Mehrzunahme Kühlpad Unterflurzuluft Einsparung an Heizkosten /TP*a Annahme: Gaspreis 0,06 /kwh, Strom 0,19 /kwh Abschreibung 0,77 3,11 2,91 2,91 Zinssatz (5%) 0,03 0,12 0,11 0,11 Lohnkosten 1,77 1,08 - - Strom 0,43 0,27-0,84-0,84 Wasser 0,28 0,11 - - Heizersparnis - - - -3,28 Hochdruckbefeuchtung Kostendifferenz zum Referenzabteil 3,28 4,70 2,18-1,07 Nov-13 24

Umrechnung Kosten der Kühlungssysteme und daraus resultierende nötige Mehrzunahme bzw. Verhinderung Leistungseinbruch [g] Kühlpad Hochdruckbefeuchtung Unterflurzuluft ohne mit + TZN (Jahr & Tier) + TZN (Sommer Mastdurchgang) Wärmenutzung 10 14 7-3 29 41 19-9 Annahme Preise: Schlachtschwein 1,60 /kg + 85 Tage > 22 C Nov-13 25

Fazit Kühlungssysteme konventionelle Bauweise: Alle gezeigten Kühlungssysteme haben einen Kühleffekt. Relative Vorzüglichkeit: Unterflurzuluft > Kühlpad > Hochdruckbefeuchtung Standort, Jahrestemperaturen und bauliche Gegebenheiten entscheiden mit die Wahl einer Kühlungsvariante. Die Zuluftvariante hat erheblichen Einfluss auf den Stromverbrauch der Ventilatoren. ( Win-win Situation Unterflurzuluft) Einstellungen + Wartungsaufwand ist bei den wasserbasierten Kühlungssystemen zu beachten! Nicht jedes System passt zu jedem Stall. (Neubau oder Nachrüstung)

Kühlung von Ställen alternativer Bauweise Hintergrund und Arbeitshypothese des Projekts: Außenklimagebäude für Schweine eine Variante für die gelungene Anpassung an den Klimawandel - hohe Tiergerechtheit durch niedrigere Sommertemperaturen im Stall im Vergleich zu konventionellen Gebäuden - kein/geringer Energieaufwand für die Kühlung bzw. Lüftung (Wechselwirkung) Voraussetzung: - funktionierende Verfahrenstechnik: Öffnungsdeckel, Antriebstechnik, Sensoren... - funktionierende Regel- und Steuerungstechnik: Steuerung der Lüftung für verschiedene Anforderungen... Nov-13 27

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Besucherstellung Lüftungsstellung Nov-13 34

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Definition Regelstrategien (vereinfacht für Vormast) Nov-13 37

Boxberg alternative Bauweise: Wärmster Tag 2012 (19.8.12) - Temperaturverläufe Temperatur in C 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 3:10 6:30 9:50 13:10 16:30 19:50 23:10 Uhrzeit Wickeljalousie Ausstellfenster Schiebefenster Wendeklappe Außentemperatur Nov-13 38

Boxberg alternative Bauweise: Kühleffekt der Systeme bis ins Abteil am 19.08.2012 3 2 Wickeljalousie Ausstellfenster Schiebefenster Wendeklappe 1 Kelvin [K] 0-1 -2-3 -4-5 3:10 6:30 9:50 13:10 16:30 19:50 23:10-2,3-2,4-2,5-4,1 Uhrzeit Nov-13 39

Vorteil frei belüfteter Ställe: durch hohe Luftrate kann mit größeren Mengen Wasser gekühlt werden Nov-13 40

Boxberg alternative Bauweise: Klimawandel: Extreme Wintersituation 2011/2012 (22.12.-22.02) 1 3 K 20 K 10 K Temperaturwerte tagsüber in Abteil A (Wickellüftung) Temperaturwerte nachts in Abteil A (Wickellüftung) Nov-13 41

Boxberg alternative Bauweise: Klimawandel: Extreme Wintersituation 2011/2012 (05.02.-07.02) beispielhafter Temperaturverlauf während Kälteperiode Außentemperatur Wetterstation A2 Kistentemperatur A2 Abteiltemperatur A2 Bodentemperatur 30 25 20 15 10-10 -505-15 -20 00:00:00 06:00:00 12:00:00 18:00:00 00:00:00 06:00:00 12:00:00 18:00:00 00:00:00 06:00:00 12:00:00 18:00:00 23:50:00 05.02.2012 06.02.2012 07.02.2012 Nov-13 42

Wärmebildmessungen Aufgenommen am 02.02.2012 (-8 C Außentemperatur) Nov-13 43

Fazit Kühlungssysteme alternative Bauweise: Stallsystem mit hohem Potential für gestiegene Anforderungen der Gesellschaft an Prozessqualität (z.b. mehr Fläche - Tierschutzlabel) Im Vergleich zu konventionellen Stallungen geringer Energieaufwand für die Kühlung bzw. Lüftung (Wechselwirkung auch zur Entstehung Klimawandel, [CO 2 -Bilanz]). Vorliegende Forschungs- und Entwicklungsprojekt ist weiterer Beitrag zur Steigerung der Funktionssicherheit (z.b. Wintersituation) und kann von interessierten Landwirten übernommen werden. Relative Vorzüglichkeit Techniken für Aspekt Sommerkühlung: Ausstellfenster > Schiebefenster > Wendeklappe > Wickeljalousie Stallsystem eignet sich gut für den Einsatz einfacher, kostengünstiger Wasserkühltechniken (z.b. Wasserschlauch) aufgrund hoher Luftwechselraten im Stall

Gesamtfazit Sowohl für zwangsbelüftete wie für frei belüftete Stallsysteme konnten geeignete Kühltechniken definiert werden, somit stallbauliche Anpassung an den Klimawandel möglich!! Beim Vergleich der Bauweisen und Techniken keine schwarz-weiß Beurteilung sondern evaluieren was am Besten zum Betrieb und dem betreuenden Personal passt!! Im Optimalfall können sogar Win-win Situationen mit der Anpassung an den Klimawandel erreicht werden: z.b. Unterflurzuluft senkt Energieverbrauch Ventilatoren und bringt Heizleistung Winter somit Beitrag zur Energieeffizienz z.b. frei belüftete Gebäude, systemimmanent niedrige Innentemperaturen mit geringeren Emissionen und hohes Potential für Tierwohl Beitrag zum Tier- und Umweltschutz Nov-13 45

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Nov-13 46