MESSTECHNIK
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Jörg Driemer und Herman Van den Weghe, Vechta
Messung d e r Sc hwe bsta u b konze ntrati o n i n Sta l l unge n
Die gravimetrische kontinuierliche Schwebstaubmessung wurde für eine erste Analyse der Staubsituation in versch iedenen Stäl len eingesetzt. Bei der Aufzeichnung von Tagesverläufen der Schwebstaubkonzentration mit dem TEO M 1400a konnten kurzfristig auftretende Konzentrationsmaxima zuverlässig nach
gewiesen werden. Der charakteristische Tagesver lauf der Staubkonzentration im Broiler-Stall wird wesentlich durch Fütterung, Kontrollgänge und Lichteinwir
kung geprägt. ln zwei Versuchsställen für Mastschweine war die Abhängigkeit von externen Einzelereignissen geringer ; s pezifische Aktivitäten einzelner Tiere überlagerten andere Einflußfakto ren.
konventionellen Filterwägu ng steht ein hoher personeller Aufwand entgegen , zu
dem können bei diesem integralen Meßverfahren zeitweilige Konzentrations
maxima nicht erkannt werden. Bei opti
schen Meßverfahren bereitet die Kali brie
rung Probleme. Die optische Meßgröße u nterliegt neben der Massen konzentrati
on a uch anderen Einfl ußgrößen , wie ver
schiedenen Partikeleigenschaften und der Meßanordnung [2, 3).
l n den U ntersuchungen der Tagesver
läufe der Schwebstaubkonzentration in einem B roiler-Stall und zwei Versuchs
stä l len für Mastschweine wurde das TEOM-Schwebsta u bmeßgerät 1400a ein
gesetzt. Das Gerät entspricht den Anfor-
S
ta ub in Tierstä l len ist seit n unmehr ü ber 30 Jahren als Forschungsobjekt von vielfältigem I nteresse. Wä hrend in Eu-
Hauptvolumenstrom
---,�
sample flow
ropa Sta u b in Tierstä l len zunächst vorwiegend wegen sei-
messer sowie weiterer Steuer- und Kon
trollelektron i k. Die schwebsta u bbeladene Probenl uft wird wäh rend des Meßvor
gangs d u rch eine Va ku umpumpe über das Probenahmesystem mit konstantem Volumenstrom a ngesaugt und zum Mas
senu mformer ( Bild 1J weitergeleitet [4).
Der Massen umformer basiert auf ei nem konischen röhrenförm igen Schwingstab, der als Kernelement des Massenu mfor
mers an einem Ende befestigt ist, während das andere Ende frei schwingt.
Das konische Rohr wird elektron isch in Schwingung gehalten. An der Spitze der frei schwingenden Sta bseite ist ein Meß
filter a ngebracht, dessen Beaufsch lagung mit Staub die Freq uenz des Schwi ngsy-
stems ändert. Diese Schwin
gu ngsfrequenz wird alle zwei Sekunden m it einem Freq uenz
zä hler bestimmt und d u rch ei
nen nachgeschalteten Rechner a usgewertet. Die gemessene Freq uenzänderung wird über ner Trägerfu n ktion für M i kroor-
ganismen untersucht wurde, rü- austauschbares
TEOM-Meßfilter
eine gerätespezifische Ka librier
konstante in Beziehung gesetzt zur Massenänderung a uf dem Fi lter. Die M assenänderung wird wie folgt berechnet [4) : stete man in den USA bereits
den ersten Geflügelstal l mit ei-
exchangeable TEOM filter cartridge
nem Wäscher aus [ 1 ) . ln neue-
rer Zeit haben U ntersuch u ngen Schwingstab
tapered element
vermehrt die U rsachen der Stau bentstehung zum Gegen-
stand und zielen auf d ie Vermei- zum Gasmassen-
d u ng von Staubq uellen durchflußmesser to mass flow
controller
wobei L'im die Massenänderung in einem Zeiti ntervall (h-to), fo und f1 d ie Freq uenzen zur Zeit to und h sowie Ko d ie Kal i brierkon- (prod uktionsintegrierter Um
weltschutz) . Die Schwebstau b
messung kann je nach Meßme- thod i k einen wichtigen Beitrag
Ansteuerungs
verstärker des Schwingstabes tapered element
drive amplifier
Frequenzzähler frequency counter
stante bezeichnen. Der Durch
fl uß d u rch das Meßfi lter wird mit einem Massenstromregler a uf zum Auffinden potentiel ler
einem einstellbaren N iveau Stau bquellen leisten; gegebe
nenfalls wird sie d u rch eine Ana
lyse des Sta ubs ergänzt. Zur Qua ntifizieru ng der Sta ubbela
stung, bei der d ie Massen kon
zentration an Schwebstaub im
Bild 1 : Schematische Darstellung der TEOM (Tapered Element Oscil/a
ting Microbalance)-Mikrowägetechnik [41 konstant gehalten, so daß aus der Massenänderung a uf dem Fi lter die Massenkonzentration berechnet werden kan n , deren
Fig. 1: Schematic diagram of the TEOM ( tapered element oscillating microbalance)-microbalance technology [ 41
Ausgabe in 1Jg/m3 erfolgt. Die Nachweisgrenze des T EOM-Sta u bmeß
gerätes beträgt nach Herstelleranga ben bei der Berec h n u ng von 3-min-M ittelwer
ten weniger als 5 1Jg/m3. Der Meßbereich wird mit 5 1Jg/m3 bis 50 mglm3 angege
ben . Stall kontinuierlich bestimmt wird , muß deru ngen der U .S. EPA in I mmissions-
zu nächst eine geeignete Meßtechnik a us- meßnetzen . gewä hlt werden . Der Anwendung der
Dipl. -lng. Jörg Driemer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Prof Dr. lr. Herman Van den Weghe ist Leiter des Fachgebietes Verfah
renstechnik am Forschungs- und Studien
zentrum für Veredelungswirtschaft
Weser/Ems der Fakultät Agrarwissenschaften der Georg-August-Universität Göttingen, Driverstraße 22, 49377 Vechta.
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Meßtechnik
Das TEOM-Schwebstaubmeßgerät be
steht aus zwei Hauptkomponenten: der M eßeinheit, die sich aus dem Probenah
mesystem und dem Massenumformer zusammensetzt, und der Steuer- und Kontrolleinheit, bestehend aus ei nem Be
d ientermina l , einem Massendurchfluß-
Kalibrierung
U nter normalen U mständen ä ndert sich d ie Kalibrierkonstante Ko über die Le
bensdauer des Meßgerätes grundsätzlich
52. Jahrgang LANDTEC H N I K 5/97
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00:00 03:00 06:00 09:00 1 2:00 1 5:00 1 8:00 21 :00 00:00 Tageszeit I daytime
Bild 2: Verschiedene Einflußfaktoren auf den Tagesverlauf der Schwebstaubkonzentration in einem Masthähnchenstall
F1g. 2: Various factors influencing the daily course of airborne dust concentration in a broiler hause
n icht. Abweichungen der gemessenen Konstante vom original eingestellten Wert von weniger als 2,5 % sind hinnehmbar [4] . Verfei nerte Methoden der Kali brie
rung des TEOM-Sensors ergeben eine größere Kali briergenauigkeit und bestäti
gen die Anwendbarkeit der einfachen Ka
l i briermethode [5]. Zur Ü berprüfung der Kali brierkonstanten des verwendeten TEOM-Sensors wurden zehn TEOM-Meß
filter mit ei ner Mikrogrammwaage gewo
gen . Aus den gemessenen Schwingfre
q uenzen des TEOM-Sensors vor und nach der Bea ufschlagung mit den Meßfil
tern erfolgte die Berechnung der Kali
brierkonstanten gemäß Gleichung 1. Ko wurde zu 10124 ± 85 g/s2 bestimmt und weicht dam it d urchschnittlich u m -0,64
% von dem vom Hersteller angegebenen Wert 10189 g/s2 ab.
Schwebstaub im B roiler-Stall
ßend klingt die Sta u bkonzentration mit et
wa 800 �g/m3h ab.
Schwebstaub in Mastschweineställen I m Vergleich zum B roiler-Stall wurde in Versuchsställen für Mastschweine ein grundsätzlich a nderer Verlauf der tages
zeitlichen Schwebstau bkonzentration ge
funden. Die typischen Verläufe in einem Vol lspaltenstall mit zwölf Tieren und ei
nem Kom poststall mit 24 Tieren sind in Bild 3 dargestellt. Die Konzentrationsver
läufe in beiden Ställen sind d u rch eine Vielzahl a n Pea ks geken nzeichnet, von denen einer jeweils der Fütterungszeit so
wie dem Zeitraum der Kompostd urchmi
sch u ng zugeord net werden kan n . Andere Peaks h a ben kein bestimmtes externes Ereignis als U rsache, sondern ergeben sich in beiden Systemen als Folge ind ivi
d ueller Tieraktivität Eine a bschließende Bewertung der beiden Stallsysteme hin
sichtlich der u nterschied lichen Konzen
trationsniveaus kann a ufgrund versuchs
bedingter Einflußfaktoren wie Stallgeome
trie und Aufstellungsort des Meßgerätes noch nicht erfolgen.
Schlußfolgerungen
Die kontinuierliche gravimetrische Schwebsta u bmessung m it dem T EOM 1400a ermögl icht eine e rste Analyse der Stau bsituation im Sta l l . Eine Kalibrieru ng des Gerätes ist bei d iesem Meßverfahren n icht erforderlich.
Der tageszeitliche Verlauf der Staub
konzentration im B roiler-Stall ist sehr viel stärker vom Hauptereignis der Fütterung geprägt als in den Versuchsställen für Mastschweine. Das Beispiel der Kontroll
gänge im B roiler-Stall zeigt, daß auch u n
tergeordnete Einflußfaktoren auf d ie Schwebsta u bkonzentration trotz Ü berla
gerung erka nnt werden können. Ob Ein
flußfaktoren, wie etwa die Fütterung
(stechnik) direkt oder indirekt ü ber d ie in
d uzierte Tieraktivität beim Fressen wirken, ka n n letztlich n u r mit H i lfe einer Staubana lyse herausgearbeitet werden.
Auch Stalltem peratur, relative Luftfeuch
te, Futtermenge, Art der Fütteru ng, Tier
gewicht und Luftvolumenstrom können d ie Sta u bkonzentration beeinflussen [6] . Der Zusammen hang zwischen Tierakti
vität und Staubkonzentration wurde auch bereits mit statistischen M ethoden aufge
zeigt [7].
literaturhinweise sind v om Verlag erhält
lich unte r LT 97 507.
Schlüsselwörter
Meßtech n i k, Schwebstau b, G ravimetrie, Tieraktivität
Keywords
Measuring technique, a irborne dust, gra
vimetry, animal activity Das TEOM-Meßgerät wurde in der Stall
m itte a ufgestellt. Die Probenahme erfolg
te mit einem TSP-Meßkopf in einer Höhe von 1 ,75 m. Zu Beginn der Messungen war der Stall m it 28671 Tieren besetzt;
am 36. Tag wurden 7 176 Tiere ausge
stallt Die festen Zeiten bei der Futtervor
lage und Lichtschaltung sowie bei Durch
führung der Kontrollgänge durch den Stall bewirken, daß sich trotz der Ind ivi
d ualität von Ereignissen an jedem Tag nach M ittelung der Schwebstaubkonzen
tration über fünf Tage ein typischer Ver
lauf ergibt, der im wesentlichen d u rch d ie wiederkeh renden Hauptereignisse ge
kennzeichnet ist ( Bild 2). Ein Anstieg auf das Zehnfache des unteren Konzentra
tionsnivea us wird durch die Fütterung in Verbindung m it Lichteinwirkung hervor
gerufen. U rsächl ich dafür ist offensicht
lich ein Anstieg der Tieraktivität Anschlie-
2�,---.
52. Jahrgang LANDTEC H N I K 5/97
Bild 3: Typischer Tagesverlauf der Schwebstaubkonzen
tration in zwei Ver
suchsställen für Mastschweine Fig. 3: Typical daily course of airborne dust
Füttern -�•.,.
Ieeding -Spa�enbodenstal, 12 Schweine
slatted floor system, 12 pigs - Ko"l>oststall, 24 Schwein�
deep litter system, 24 pigs
concentration in two 03:00 06:00 os:oo 12:oo 15:00 18:00 21 :00 00:00
experimental houses Tageszeit 1 daytime
for fattening p1gs 1.---'
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