wärmestress der hochleistungskühe in der warmen jahreszeit ...

Offenställe für Milchkühe sind in der Regel quer gelüftete
Ställe, die relativ schmal sind und möglichst quer zur
Hauptwindrichtung stehen sollten. Im Sommer kommt es
allerdings immer wieder vor, dass der Windeinfluss für eine
gute Durchspülung des Stalles nicht ausreicht und eine ausreichende
Wärmeabfuhr bei den Tieren nicht gewährleistet
ist. Besonders problematisch ist dies, wenn sich die Ställe in
einer Tallage befinden oder zu breit sind, oder wenn durch
intensiven Bewuchs der Wind über den Stall geführt wird.
Um die Tiere bildet sich ein "Warmluftpolster", das eine
Wärme- und Wasserdampfabgabe behindert. Unsere "Hochleistungssportler"
im Stall haben dann keine Chance auf
Entwärmung und brechen in ihren Leistungen ein. Verweigerung
der Futteraufnahme, sinkende Milchleistungen
sowie ein reduziertes Aktivitätsverhalten können die Folge
sein. Lang anhaltender Hitzestress senkt die Toleranzschwelle
gegenüber anderen Stressfaktoren, was das
gesamte Gesundheitsgeschehen nachhaltig negativ beeinflusst.
THERMOPHYSIOLOGISCHE GRUNDLAGEN
DER WÄRMEABGABE
Die Wärmeabgabe unserer Nutztiere basiert bei hohen
Umgebungstemperaturen überwiegend auf der Verdunstung
von Wasser über die Haut und die Atemwege. In
einem unterschiedlich großen Temperaturbereich erfolgt die
Thermoregulation des Tieres, also die Köpertemperatureinstellung,
weitestgehend passiv und automatisch. Unter
Hitzestress versteht man einen physiologischen Belastungszustand,
bei dem das Tier seinen Wärmehaushalt nicht
mehr passiv regulieren kann. Es kann dann seine Wärme
nicht mehr in dem Maße abgeben, wie es bei einer hohen
Leistung (für Wachstum oder zur Milcherzeugung)
notwendig ist.
Maßgeblich für die Entwärmung des Körpers ist der Wärmeinhalt
der Luft, die Enthalpie. Der Wärmeinhalt der Luft
R I N D E R P R A X I S
Wolfgang Büscher
WÄRMESTRESS DER
HOCHLEISTUNGSKÜHE IN DER WARMEN
JAHRESZEIT MINIMIEREN
Extreme Wärmebelastungen für Milchkühe müssen nicht sein.
Was der Tierarzt dem intensiven Milchviehhalter raten sollte.
setzt sich zusammen aus der Energie, die über die Temperatur
in der Luft gebunden ist, und dem Wasserdampf,
der gasförmig vorliegt. Tabelle 1 zeigt zwei unterschiedliche
Luftzustände hinsichtlich Temperatur und Wasserdampf,
aber mit ähnlich großer Enthalpie. Man würde im ersten
Moment vermuten, dass die kühlere Luft wesentlich besser
zur Entwärmung des Körpers geeignet ist. Durch den hohen
Wasserdampfgehalt hat die kühlere Luft jedoch einen
größeren Wärmeinhalt und wirkt thermophysiologisch auf
den Körper erheblich belastender, weil die Entwärmung
über die Wasserverdunstung erschwert ist. Diese
Zusammenhänge werden in der Thermodynamik gerne mit
dem hx-Diagramm beschrieben. Leider wirkt dieses Diagramm
auf nicht "Fachleute" viel zu überladen und komplex,
was die Verwendbarkeit stark einschränkt.
Typische kontinentalklimatische Warmluft
Temperatur relative Wasser- Enthalpie
Feuchte dampfgehalt Luft
t [°C] phi [%] x [g/kg] h [kJ/kg]
32,0 40 12,1 63,0
typische "schwülwarme Gewitterluft"
Temperatur relative Wasser- Enthalpie
Feuchte dampfgehalt Luft
t [°C] phi [%] x [g/kg] h [kJ/kg]
25,0 80 16,2 66,3
Tabelle 1: Wärmeinhalt (Enthalpie) von Luft bei verschiedenen
Zuständen hinsichtlich Temperatur und relativer Luftfeuchte
WAS KANN MAN VORBEUGEND UNTERNEHMEN?
Ein massiver Stall bietet keinen generellen Schutz vor Hitze.
Es hat besondere Vorteile in der Übergangszeit, weil Tem-
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peraturschwankungen besser abgepuffert werden. Durch
die langjährigen Forderungen nach Baukostensenkung
spielen Massivställe für Milchkühe allerdings keine Rolle
mehr. Abbildung 1 zeigt die derzeit eingesetzten Funktionsprinzipien
der Lüftungen in Ställen, wobei der quer
gelüftete Stall (Bildmitte) für Milchkühe mehr und mehr
zum Standard wird. Da bei Außenklimaställen keine Wärmedämmung
der Bauhülle erforderlich ist, wird überwiegend
Holz für den geschlossenen Anteil der Seitenwände
eingesetzt.
Abbildung 1: Funktionsprinzip von verschiedenen Stalllüftungen
[verändert nach MÜLLER 2003]
Besondere Aufmerksamkeit sollte man dem Dach beim
Außenklimastall schenken. Große Dachflächen können sich
jedoch durch die Sonneneinstrahlung erheblich aufheizen.
Dunkle Dachflächen heizen sich besonders stark auf. In frei
belüfteten Ställen können daher durch eine nachträgliche
Wärmedämmung des Daches oftmals hohe Temperaturen
im Stall verhindert werden. Leider sind unsere Stallanlagen
in der Regel nicht mehr von großen Bäumen gesäumt, die
ihren Schatten auf die Dachflächen werfen.
Die Lüftungstechnik hat im Sommer die Aufgabe, die
Wärme aus dem Stallraum abzuführen. Technische
Ursachen für Hitzestress liegen oftmals in der zu geringen
Luftleistung der Lüftungsanlage beim zwangsbelüfteten
bzw. zu kleinen Öffnungen beim frei belüfteten Stall.
DEN LUFTDURCHSATZ BEI DER QUERLÜFTUNG STEIGERN
Wichtigste Voraussetzungen für einen zufrieden stellenden
Luftwechsel beim quer gelüfteten Stall ist Ausrichtung der
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Stall-Längsachse im rechten Winkel zur Hauptwindrichtung
und eine freie Anströmung des Windes. Besonders bei
Umnutzungen oder Umbaulösungen ist die Stellung des
Gebäudes oft nicht optimal und kann daher auch nur als
Kompromisslösung betrachtet werden. Der Stall muss
darüber hinaus an den Seitenwänden und ggs. an den
Stirnwänden geöffnet werden, damit ein ausreichender
Luftdurchsatz erfolgen kann. Man geht derzeit von einer
Öffnungsfläche von 0,2 m²/Tierplatz an beiden Seitenwänden
aus. Windschutznetze oder Jalousien werden an
den Seitenwänden gerne so eingesetzt, dass man im Winter
den freien Querschnitt begrenzen kann, damit der Stall nicht
so stark auskühlt und der kalte Wind nicht direkt auf die
Tiere strömt. Besonders gerne werden geschlossene Folienvorhänge
verwendet, damit man im Stall im Winter Minusgrade
und die sonst nötigen Investitionen für frostsichere
Tränketechniken vermeiden kann.
Schmutz und Staub können den Luftdurchsatz von Windschutznetzen
im Sommer allerdings stark vermindern,
wenn sie sich in allen Bereichen abgelagert haben. Kommt es
im Frühsommer zu starkem Pappelflaum-Flug, kann eine
zusätzliche Wartung sinnvoll sein. Besonders gefährdet sind
engmaschige Windschutznetze, die sich auf der windzugewandten
Seite des Stalles befinden.
WAS KANN MAN NACHTRÄGLICH MACHEN?
Die Antwort der Technik auf diese Probleme liegt auf der
Hand. Verbesserter Wärmeschutz der Bauhülle, Verdunstungskühlung
auf den Dach- und Bodenflächen im Stall
sowie gesteigerte Luftumwälzung im Stall durch Umluftventilatoren.
Auf den Aspekt Umluftventilatoren soll in
diesem Beitrag vorrangig eingegangen werden, weil vielen
Praktikern die Planungsweise unklar ist und einfache
Lösungen zum Nachrüsten existieren.
Viele Betriebe verschaffen ihren Tieren im Sommer
Erleichterung, indem sie eine Verdunstungs-Kühlung mit
offenen Wasserflächen im Stallgang oder in den zentral verlegten
Frischluftkanälen anlegen. Auch bei dieser Technik
sind die Kühlungswirkungen abhängig von der Kontaktzeit
und der Wasseraufnahmekapazität der Frischluft. Aber
auch eine Abkühlung von nur 2 Kelvin verschafft schon eine
gewisse Erleichterung.
Sehr aufwendig sind fest installierte Hochdruckleitungen
mit Düsen zur Sprühbefeuchtung bzw. Wasservernebelung.
Die Tröpfchengröße und die Wassermenge dürfen nicht so
weit gesteigert werden, dass die Oberflächen im Stall feucht
werden. Dies ist besonders kritisch in Ställen mit Stroheinstreu.
Bei den Ventilatoren, die für Umluftzwecke in Frage
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kommen, bestehen hinsichtlich Größe, Drehzahl und
Geräuschentwicklung klare Unterschiede. Aber auch die
Wurfweite der Luft und energetische Effizienz sind wichtige
Kriterien für die Auswahl. Bei der Vorauswahl der in
Sachsen getesteten Ventilatoren spielte die elektrische Leistungsaufnahme
je 1000 m³ Luftleistung eine wichtige Rolle.
WELCHE KRITERIEN SIND FÜR DIE AUSWAHL
DER VENTILATOREN WICHTIG?
Grundsätzlich ist bei Umluftventilatoren zwischen
Deckenventilatoren und Standard-Axial-Ventilatoren zu
unterscheiden. Deckenventilatoren fördern die Luft
senkrecht nach unten oder nach oben gegen die Stalldecke.
Der Einwirkungsbereich am Boden ist relativ klein und liegt
"kreisrund" unterhalb des Ventilators. Axialventilatoren
sind in der Regel so aufgehängt, dass sie die Luft nahezu
waagerecht in den Raum "werfen". Durch ein leichtes
Anwinkeln erreicht man ein gezieltes Überblasen der
Bodenfläche. Der Einwirkungsbereich am Boden ist ausgehend
vom Ventilator "trichter-" oder besser
"keulenförmig". Kleine Ventilatoren mit hoher Drehzahl
haben eine große Wurfweite (bis über 20 m) während große
Ventilatoren mit niedriger Flügelraddrehzahl nur geringe
Wurfweiten (12 - 15 m) aufweisen. Soll die Luft gleichmäßig
im Raum verteilt werden, ergeben sich aus den Wurfweiten
die Abstände zwischen den Ventilatoren.
Bei der Schaltung der Ventilatoren gibt es unterschiedliche
Techniken:
• Ein-Aus-Schaltung von Hand oder über Relais vom
Klimacomputer,
• Stufenschaltung mit Trafo,
• Stufenlose Steuerung mit Phasenanschnitt oder
Frequenzumrichter.
Welche Lösung im speziellen Fall die Richtige ist, hängt von
den Erwartungen an die Technik und von der Investitionsbereitschaft
des Betreibers ab. Die einfachste Lösung ist die
Steuerung von Hand mit Motorschutzschaltern. Oft werden
die Umluftventilatoren schon bei Stall-Temperaturen von
über 20 °C zugeschaltet. Moderne Klimacomputer können
Relais ansteuern, die die Ventilatoren bei bestimmten Temperaturen
jederzeit zuschalten können. Will man die
Drehzahl und somit die Wurfweite bzw. Luftgeschwindigkeit
im Tierbereich einstellen können, sind Stufenschaltungen
oder stufenlose Steuergeräte zu verwenden.
WIE VIEL LUFTBEWEGUNG IM TIERBEREICH
IST NOTWENDIG?
Über die notwendigen Luftbewegungen im Tierbereich gibt
es sehr unterschiedliche Ansichten und sicher noch erheb-
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lichen Untersuchungsbedarf. In den USA wird häufig die
unten aufgeführte Tabelle 2 von Barnwell (Universität Pittsburg)
benutzt, um die gefühlte Temperatur einzustellen. Die
Tabelle 2 ist so zu verstehen, dass z. B. bei einer Raum-temperatur
von 29,5 °C eine Luftgeschwindigkeit von 1,5 m/s
im Tierbereich herrschen muss, damit die Tiere eine gefühlte
Umgebungstemperatur von 22,8 °C haben. Ein plastisches
Beispiel für diese Zusammenhänge ist der Kühler im PKW,
der beim stehenden Fahrzeug wesentlich schlechter die
Wärme abgeben kann als im bewegten Zustand bei Nutzung
des Fahrtwindes. Der Wärmeübergang vom festen
Körper an die umgebende Luft kann durch gesteigerte Luftgeschwindigkeit
um den Faktor 10 vergrößert sein!
Tabelle 2: Einfluss der Luftgeschwindigkeit auf die gefühlte Temperatur
FAZIT FÜR DEN PRAKTIKER?
Es gibt diverse Umluftventilatoren, die ihre Aufgaben
zufrieden stellend erfüllen. Insgesamt scheint es für die Vermeidung
von Hitzestress wichtiger zu sein, viel Raumluft
umzuwälzen als diese verstärkt mit Frischluft auszutauschen.
Zusatzventilatoren können daher als Umluftlösungen
im Stall platziert werden und müssen nicht
zwangsläufig in die Stirnwände eingebaut werden.
Hinsichtlich der Geräuschentwicklung sind langsame
Flügelgeschwindig-keiten günstig zu bewerten; allerdings
leidet darunter die Wurfweite der Luft und somit der Einwirkungsbereich
des Ventilators am Boden. Verbringt man
relativ wenig Zeit im Stall, ist eine vollautomatische
Steuerung der Umluftventilatoren über den Klimacomputer
günstig zu bewerten. Ist man immer vor Ort, reicht eine
Zuschaltung von Hand. Diese und andere Details entscheiden
über die zusätzlichen Kosten. Der Aufwand für
eine zusätzliche Sprühbefeuchtung scheint beim derzeitigen
Leistungsniveau und bei den derzeitigen Sommertemperaturen
nicht gerechtfertigt.
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Ventilator mit Keilriemenantrieb und Schutzgitter Ventilator mit Direktantrieb und Schutzgitter
Sichelrad-Ventilatoren mit Direktantrieb in einer Einbauhöhe, die
keine Schutzgitter nötig macht
NUTZTIERPRAXIS AKTUELL
Großer Lichteinfall bei weit geöffneten Seitenwänden
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Ganzflächige Seitenwandöffnung
Laufstall Riswick
Ventilatoren im Vorwartehof. Tiergruppe wird direkt angeblasen
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Gibt es für Berater eine Checkliste oder Orientierungshilfen?
Bisher gibt es keine klassische Checkliste, an der man sich
orientieren könnte, um bestehende Probleme zu lösen. Aus
dem technischen Blickwinkel lassen sich natürlich die
Forderungen in Form einer Entscheidungs-Liste
zusammenfassen:
• Lassen sich die Wände (baulich technisch)
auf ein Maß von 0,2 m²/Tierplatz öffnen?
· Wenn ja, ist eine gut funktionierende Querlüftung
möglich. Als nachträgliche Maßnahme ist dann die
Unterstützungslüftung eine Option.
· Wenn nicht, sollte man so weit wie möglich öffnen
und eine Unterstützungslüftung von vornherein mit
einplanen.
• Ist die Stellung des Stalles zum Wind richtig?
· Exponiert (absolut freie Anströmung) à Faktor 0,7
· Stellung quer zur Hauptwindrichtung
mit Bewuchs à Faktor 1,0
· Anströmung behindert à Faktor 1,3
• Dimensionierung der Unterstützungsventilatoren:
· Luftförderleistung pro Stunde:
700 m³/Tierplatz * Standortfaktor
Auswahl und Anordnung der Ventilatoren für die Unterstützungslüftung:
• Möglichst energiesparend: Leistungsaufnahme
maximal 50 W / 1000 m³ geförderte Luft;
• hohe Luftleistung: min 15.000 m³/Stunde freiblasend;
• möglichst geräuscharm: max. 50 dba
• Position: Überblasen des Wartebereiches vom Melkstand
weg;
• Anordnung mehrerer Ventilatoren in Reihe:
· entweder alle in gleiche Richtung, um den Luft
wechsel zu steigern oder
· in Kreisanordnung, damit eine stallinterne
Luftumwälzung unterstützt wird.
• Abstände zwischen den Ventilatoren in Reihe:
min. 20 m
• Abstände der Ventilatoren seitlich: min. 10 m
• Luftleistung der einzelnen Ventilatoren =
Luftvolumenstrom / Zahl der Ventilatoren
Prof. Wolfgang Büscher
Universität Bonn
Institut für Landtechnik
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