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Günter Beyersdorfer und Ulrich Gernand
Kühlung von Schweineställen durch Unterflur-Zuluftführung
Im Rahmen eines vom BMELV geförderten Projektes wurde ein Abferkelstall mit 266 Abfer- kelplätzen mit einer Unterflur-Zuluftführung ausgestattet. In einem Versuchs- und einem Ver- gleichsabteil mit unterschiedlichen Kanallängen wurden Dauermessstellen für Temperatur, Luftfeuchte und Gasanalyse (NH
3, CO
2) installiert, die eine komplexe Auswertung ermöglichen.
Es zeigte sich, dass an Sommertagen mit 28 bis 33 °C eine Zuluftabkühlung von 6 K und an Ext- remtagen mit 35 °C von 8 K erreicht erreicht werden konnte. Die Zuluftabkühlung bewirkte eine Luftfeuchteregulierung und eine relative Reduzierung der NH
3-Konzentration im Versuchsabteil.
Im Versuch konnten fundierte Messreihen zur Temperaturschichtung im Stall gewonnen wer- den. Außerdem wurden tierische Leistungsparameter und Kosten für die Kühlung dokumentiert.
Schlüsselwörter
Stallklimatisierung, Unterflurzuluft, Kühlung von Schweineställen
Keywords
ventilation, underground air inlet ducts, cooling of pig stables Abstract
Beyersdorfer, Günter and Gernand, Ulrich
Cooling pig stables through under- ground air inlet ducts
Landtechnik 67 (2012), no. 3, pp. 221–224, 6 figures, 1 table Farrowing accommodation with 266 pens was built with an underfloor air intake system. Permanent measuring points were installed enabling comprehensive evaluation of temperature, air moisture and gas analyses (NH3, CO2) in respective trial and control compartments with differ- ent lengths of air ducting in each. The results showed that on summer days with 28 to 33 °C a supply air cooling of 6 K was achieved with 8 K achieved on extreme days with 35 °C. The cooling of the supply air enabled regulation of air moisture content and relative reduction of NH3 concentration in the trial compartment. Documented is a series of proven recordings on the temperature layering within the housing (at 0.6 m to 2.4 m). In addition, livestock production perfor- mance parameters and cooling costs are documented in this ministry of agriculture supported project.
n In der Agrargenossenschaft „Am Dün“ Deuna e. G. wurde die Sauenanlage Rüdigershagen schrittweise rekonstruiert. Ab 2008 stand der Neubau eines Abferkelstalles an, der anstelle zweier Abrissställe errichtet werden sollte. In der Projektie- rungsphase fiel, aufgrund der Möglichkeit die vorhandenen Betonkanäle zu nutzen, die Entscheidung für eine Unterflur- zuluftführung.
Der Neubau des Abferkelstalles mit 4 Abteilen mit jeweils 63 Abferkelbuchten und 2 x 7 Reserveabferkelplätzen erforder- te einen Stall mit 52 m Länge und 39,3 m Breite, der auf den Abrissflächen der alten Ställe errichtet wurde.
Mit der Inbetriebnahme des Stalles Ende 2008 ergab sich die Möglichkeit in den Jahren 2009/2010 innerhalb des KTBL-Projektes „Kühlung von Schweineställen“ umfangreiche Daten zu erfassen.
Datenerfassung und Messstelleninstallation
Die zeitliche Übereinstimmung der Inbetriebnahme der Abfer- kelabteile im Neubaustall mit dem Beginn des KTBL-Projektes ermöglichte es, ein festes Messstellensystem für Temperatur, Feuchte und Gasanalyse in 2 identischen Abferkelabteilen zu installieren. Durch die unterschiedliche Zuluftführung – eine Gebäudehälfte mit Unterflurbereich im Anschluss an lange Betonkanäle als Versuchsabteil und die andere mit Unterflur- bereich in direkter Verbindung zur Außenluft als Vergleichs- abteil – wurden Vergleichsmessungen zu Stalltemperaturen, Luftfeuchte, Staub-, Ammoniak- und CO2-Gehalt möglich.
Die Erhebung von baulichen Kennwerten, Betriebskosten und tierischen Leistungsparametern war an den Vorgaben des KTBL-Projektes ausgerichtet, aber nicht in jedem Fall bis auf die Abferkelgruppe aufzuteilen. Abbildung 1 zeigt die wich- tigsten Messstellen im Lageplan und schematisch die Zuluft- führung.
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TIer UND TeCHNIK
Messergebnisse
Temperatur und Luftfeuchte
Der Temperaturverlauf (Abbildung 3) an ausgewählten Mess- stellen entlang der Zuluftführung des heißesten Tages zeigt die Leistungsfähigkeit der Unterflurzuluft zur Stallklimatisierung.
Bereits im Ansaugschacht steigt die Temperatur deutlich langsamer an als außen, die Maximalwerte werden erst am Nachmittag erreicht. Bereits vor der Verzweigung in die Kel- lergänge liegt in den Abendstunden die Maximaltemperatur um 5 K unter dem Tagesmaximum im Außenbereich. An der Eintrittsstelle in das Stallabteil liegt die Temperatur um bis zu 8 K niedriger als die Außentemperatur. Im Abteil, dessen Soll- temperatur auf 25 °C eingestellt ist, ergeben sich infolge der Abwärme der Sauen und der Ferkelnestheizung Temperaturen zwischen 27 und 29 °C im Bereich der Sauen. Die am Tag von den Wänden des Zuluftkanals aufgenommene Wärme wird in der Nacht wieder abgegeben. Damit kühlen sich die Wände des Zuluftkanals wieder ab und die in den Stall einströmende Zu- luft wird erwärmt.
Infolge der Zuluft von unten bildet sich eine deutliche Tem- peraturschichtung mit ca. 2 K Differenz von oben nach unten.
Abbildung 4 zeigt den Temperaturverlauf an 3 aufeinander folgenden warmen Tagen. Hier wird die Phasenverschiebung der Maxima der Außen- und Zulufttemperatur deutlich. Gut zu erkennen sind auch die niedrigeren Temperaturen im unteren Bereich (Messhöhe 0,6 m über Boden), der für die Sauen rele- vant ist, gegenüber der Ablufttemperatur. Im Gegensatz dazu wird bei einer Rieseldecke die von oben eintretende, eventuell gekühlte Luft bereits beim Absinken erwärmt und der Aufwand zur Kühlung der Zuluft in der Wirkung abgeschwächt.
Bezüglich der Luftfeuchte konnten in keinem Fall kritische Verhältnisse festgestellt werden. Die relative Feuchte im Stall lag immer im Bereich zwischen 40 und 70 % r. F. Auch bei sehr feuchter Außenluft gibt diese beim Abkühlen im Zuluftkanal bei Taupunktunterschreitung Feuchtigkeit ab und trocknet bei der anschließenden Erwärmung im Stall so weit, dass sie auch die dort verdunstende Wassermenge aufnehmen kann.
Ammoniak
In Abbildung 5 wird die Ammoniakkonzentration im Stall in der für die Sauen relevanten Höhe (0,6 m) und am Abluftschacht (2,4 m) im Verlauf von 3 Tagen gezeigt. Auch hier zeigt sich der Vorteil der Luftzuführung von unten. Im Bereich der Schnauze ist die Ammoniakkonzentration nur gering gegenüber der Au- ßenluft erhöht. In 2,4 m Höhe ist dagegen bereits eine deutli- che NH3-Anreicherung um ca. 5 mg/m³ erkennbar. Aber auch diese Konzentrationen zwischen 5 und 9 mg/m³ sowie die im Vergleichsstall 10 bis 15 % höheren Werte sind noch im grünen Bereich.
Tierische Leistungen
Die im Versuchs- und Vergleichsabteil erreichten Aufzuchtleis- tungen sind für einen ausgewählten Zeitraum exemplarisch in Tabelle 1 gegenübergestellt. Dabei zeigt sich trotz des geringen Abbildung 2 zeigt anschaulich im Querschnitt die Zuluft-
führung aus dem Unterflurbereich in das Abteil.
Der Bau eines zentralen begehbaren Zuluftkanals für alle 4 Abferkelabteile ermöglichte die offene Installation der Gülle- abflussrohre in diesem Zentralgang. Das erleichtert die Bewirt- schaftung und sorgt für gute Zugangsverhältnisse bei Havarien und für geringe Schadgasemissionen.
Die Messung der Konzentrationen von NH3, CO2 und Was- serdampf erfolgte mit einem Innova-Multigasanalysegerät durch die TLUG (Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geo- logie). Die Messperioden wurden in die Sommermonate gelegt, um parallel zu den kontinuierlichen Messungen auch heiße Außentemperaturphasen zu erfassen. Als Stichtagsmessung erfolgte die Erfassung der Gesamt- und Feinstaubwerte in den Stallabteilen.
Grundriß Abferkelstall mit Meßstellen
Abb. 1
Lageplan der Messstellen und Zuluftkanäle Fig. 1: Lay-out of measuring points and air inlet ducts
Gülle slurry Gülle
slurry
Heizplatte heating element Heizplatten
heating elements Heizplatten
heating elements Zuluftkanal air supply duct Heizplatte
heating element Gitterrost grating element
Decke/ceiling Abluftschacht mit
Ventilator exhaust shaft with fan
Gang mit Gitterrostplatten
corridor with grating elements
Zuluftkanal air supply duct
Gang mit Gitterrostplatten
corridor with grating elements
Abb. 2
Luftführung aus Unterflurbereich durch Abteil im Querschnitt Fig. 2: Air flow from underfloor area into the compartment
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0 2 4 6 8 10 12
28.06.2010 00:00 28.06.2010 01:00 28.06.2010 02:00 28.06.2010 03:00 28.06.2010 04:00 28.06.2010 05:00 28.06.2010 06:00 28.06.2010 07:00 28.06.2010 08:00 28.06.2010 09:00 28.06.2010 10:00 28.06.2010 11:00 28.06.2010 12:00 28.06.2010 13:00 28.06.2010 14:00 28.06.2010 15:00 28.06.2010 16:00 28.06.2010 17:00 28.06.2010 18:00 28.06.2010 19:00 28.06.2010 20:00 28.06.2010 21:00 28.06.2010 22:00 28.06.2010 23:00 29.06.2010 00:00 29.06.2010 01:00 29.06.2010 02:00 29.06.2010 03:00 29.06.2010 04:00 29.06.2010 05:00 29.06.2010 06:00 29.06.2010 07:00 29.06.2010 08:00 29.06.2010 09:00 29.06.2010 10:00 29.06.2010 11:00 29.06.2010 12:00 29.06.2010 13:00 29.06.2010 14:00 29.06.2010 15:00 29.06.2010 16:00 29.06.2010 17:00 29.06.2010 18:00 29.06.2010 19:00 29.06.2010 20:00 29.06.2010 21:00 29.06.2010 22:00 29.06.2010 23:00 30.06.2010 00:00 30.06.2010 01:00 30.06.2010 02:00 30.06.2010 03:00 30.06.2010 04:00 30.06.2010 05:00 30.06.2010 06:00 30.06.2010 07:00 30.06.2010 08:00 30.06.2010 09:00 30.06.2010 10:00 30.06.2010 11:00 30.06.2010 12:00 30.06.2010 13:00 30.06.2010 14:00 30.06.2010 15:00 30.06.2010 16:00 30.06.2010 17:00 30.06.2010 18:00 30.06.2010 19:00 30.06.2010 20:00 30.06.2010 21:00 30.06.2010 22:00 30.06.2010 23:00
Versuch/0,6 m NH3 mg/m³
test/0.6 m NH3 mg/m³ Versuch/2,4 m NH3 mg/m³
test/2.4 m NH3 mg/m³ Vergleich/0,6 m NH3 mg/m³ comparison/0.6 m NH3 mg/m³
Vergleich/2,4 m NH3 mg/m³ comparison/2.4 m NH3 mg/m³ mg NH3/m³
Abb. 5
Ammoniakkonzenztration im Stall in 0,6 und 2,4 m Höhe
Fig. 5: Ammonia concentration in the stable at a height of 0.6 and 2.4 m
0 5 10 15 20 25 30 35 40
21:00 21:40 22:20 23:00 23:40 0:20 1:00 1:40 2:20 3:00 3:40 4:20 5:00 5:40 6:20 7:00 7:40 8:20 9:00 9:40 10:20 11:00 11:40 12:20 13:00 13:40 14:20 15:00 15:40 16:20 17:00 17:40 18:20 19:00 19:40 20:20 21:00 21:40 22:20 23:00 23:40 0:20 1:00 1:40 2:20
AußenTemperatur
outside temperature Ansaugschacht
air intake Verzweigung in Zuluftkanal point of divergence in incomming air
Versuch Zulufteintritt
test area incomming air VersuchStall 0,6 m
test area 0.6 m VersuchStall 2,4 m test area 2.4 m
Abb. 3 °C
Temperaturverlauf an einem heißen Tag Fig. 3: Temperature variation during a hot day
Abb. 4
Temperaturverlauf an 3 aufeinander folgenden warmen Tagen Fig. 4: Temperature variation at 3 consecutive warm days
0 5 10 15 20 25 30 35
28.6.10 0:00 28.6.10 1:20 28.6.10 2:40 28.6.10 4:00 28.6.10 5:20 28.6.10 6:40 28.6.10 8:00 28.6.10 9:20 28.6.10 10:40 28.6.10 12:00 28.6.10 13:20 28.6.10 14:40 28.6.10 16:00 28.6.10 17:20 28.6.10 18:40 28.6.10 20:00 28.6.10 21:20 28.6.10 22:40 29.6.10 0:00 29.6.10 1:20 29.6.10 2:40 29.6.10 4:00 29.6.10 5:20 29.6.10 6:40 29.6.10 8:00 29.6.10 9:20 29.6.10 10:40 29.6.10 12:00 29.6.10 13:20 29.6.10 14:40 29.6.10 16:00 29.6.10 17:20 29.6.10 18:40 29.6.10 20:00 29.6.10 21:20 29.6.10 22:40 30.6.10 0:00 30.6.10 1:20 30.6.10 2:40 30.6.10 4:00 30.6.10 5:20 30.6.10 6:40 30.6.10 8:00 30.6.10 9:20 30.6.10 10:40 30.6.10 12:00 30.6.10 13:20 30.6.10 14:40 30.6.10 16:00 30.6.10 17:20 30.6.10 18:40 30.6.10 20:00 30.6.10 21:20 30.6.10 22:40 AußenTemperatur/outside temperature Versuch Zuluft/test incoming air VersuchStall /test area 0,6 m VersuchStall/test area 2,4 m
°C
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TIer UND TeCHNIK
turen von 34 °C die Stalltemperatur auf 28 °C und 2010 bei 35 °C außen das Maximum für die Sau auf 29 °C begrenzt. Im Vergleichsabteil (Zuluft über kurzen Kellergang) wurden zum gleichen Zeitpunkt 30 °C gemessen, was die Wirksamkeit der Luftzuführung über die Bodenkanäle unterstreicht. In Perioden von 3 bis 5 Tagen in Folge mit Tagestemperaturmaxima zwi- schen 28 und 30 °C konnte in der Zuluft eine Maximaltempe- ratur von unter 24 °C über die gesamte Zeit gehalten werden.
Am folgenden Tag mit 35 °C außen stieg die Zulufttemperatur nicht über 27 °C. Über länger anhaltende Hitzeperioden ist keine Aussage möglich. Von grundsätzlicher Bedeutung ist die nachgewiesene Temperaturschichtung im Abteil von Schnau- zenhöhe bis Eingang Ablüfter. Das erbringt auch sehr günstige NH3-Werte im Tierbereich.
Ein wichtiger Kennwert der tierischen Leistung ist die An- zahl der abgesetzten Ferkel je Wurf. In den Sommermonaten 2009 und 2010 sind die ermittelten Werte in der Variante mit der langen Unterflurzuluftführung besser, wobei der direkte Vergleich zu herkömmlichen Oberflur-Zuluftställen fehlt (abge- setzte Ferkel + 0,3 bis 0,5 je Wurf, Verluste 9 zu 13 %).
Damit ist der Nachweis der Wirksamkeit bezüglich der Raum- temperaturbeeinflussung durch Unterflursysteme erbracht.
Bei weiteren Projekten mit Unterflurzuluft ist bereits in der Bauprojektierung darauf zu achten, dass die gekühlte Zuluft im Sauenbereich einströmt und nicht bei den Ferkeln. Damit sind auch bautechnische Vorteile zu erzielen. Vorhandene Unterflur- Reservoire sollten unbedingt genutzt werden.
Autoren
Dr.-Ing. Günter Beyersdorfer und Ulrich Gernand sind Mitarbeiter im Fachbereich Tierproduktion an der Thüringer Landesanstalt für Land- wirtschaft (TLL) Jena, Außenstelle Bad Salzungen, August-Bebel-Str. 2, 36433 Bad Salzungen, E-Mail: ulrich.gernand@tll.thueringen.de Temperaturvorteils von 1 bis 2 K in den kritischen Wetterperi-
oden ein deutlicher Vorteil des besser temperierten Versuchs- stalles. Auch bei der Umrauscherquote ist das Versuchsabteil im Vorteil wie in Abbildung 6 zu sehen ist. Infolge der Über- lagerung anderer Einflussgrößen fällt diese Aussage weniger deutlich aus.
Der Anstieg der Umrauscherquote während Hitzeperioden ist im Versuchsabteil meist deutlich geringer. Wegen der Viel- zahl überlagerter Einflussgrößen und weil die Trächtigkeit erst zeitversetzt festgestellt werden kann, wäre eine Verlängerung des Auswertungszeitraumes wünschenswert.
Schlussfolgerungen
Im Sommer 2010 wurden bei Tag-Nacht-Differenzen im Freien von 18 K am Lufteintritt in den Stall 4 K Differenz festgestellt.
Im Versuchsstall wurde 2009 bei maximalen Außentempera-
0 5 10 15 20 25
7.5/14.5.2009 4.6/11.6.2009 2.7/9.7.2009 30.8/6.8.2009 27.9/3.9.2009 24.10/1.10.2009 22.10/29.10.2009 19.11/26.11.2009 17.12/24.12.2009 14.1/21.1.2010 11.2/18.2.2010 11.3/18.3.2010 8.4/15.4.2010 6.5/13.5.2010 3.6/10.6.2010 1.7/8.7.2010 29.8/5.8.2010
Versuch/test Vergleich/comparison
Umrauscher/return rate [%]
Leistungsdaten Juli/August aus dem Versuchs- und Vergleichsabteil des Abferkelstalles
Table 1: Performance data Juli/August for the test and control compart- ments of the stable
Zeitraum Period
4.6.–1.7.10 Versuch
test
11.6.–8.7.10 Vergleich
control
2.7.–29.7.10 Versuch
test
9.7.–2.8.10 Vergleich
control Anzahl Sauen
Number of sows 63 62 63 59
Leb. geb. Ferkel je Wurf Live born piglets per litter
13,85 13,9 13,55 12,8
Abgesetzte Ferkel je Wurf Weaned piglets per litter
12,71 12,1 12,31 11,1
Ferkelverluste %
Loss of piglets 8,3 13,0 9,2 13,1
Tab. 1
Abb. 6
Verlauf der Umrauscherquote im Vergleich Fig. 6: Comparison of the course of the return rate
versuchsweise andere Brunststimulation trying of other heat stimulation
