Partielle Unterflurabsaugung in Rinderställen

Hintergrund und Zielsetzung

Versauerung und Stickstoffanreicherungen im Erdreich und in Gewässern sind Belastungen der Ökosysteme, die auf Ammoniak zurückgeführt werden können. Etwa ein Fünftel dieser Ammoniakemissionen entfallen auf die Bereiche Stall und Gülle in der Rinderhaltung. Hier gibt es folglich ein großes Einsparpotential.

In frei belüfteten Rinderställen kommen bislang keine Luftfilteranlagen zum Einsatz. Bei konventioneller Luftführung taucht die Strömung durch den perforierten Boden in den Güllekeller ein, fließt über die Gülleoberfläche und strömt, mit Ammoniak angereichert, wieder in den Oberflurbereich zurück.

Eine Möglichkeit, Emissionen im natürlich belüfteten Rinderstall zu reduzieren, kann die partielle Unterflurabsaugung bieten. Das System, das bereits in der Schweinemasthaltung (geschlossene Ställe) erprobt worden ist, saugt die stark mit Ammoniak angereicherte Luft im Güllebereich unter dem perforierten Boden ab und führt sie einer Abluftreinigungsanlage zu. Da die windinduzierte natürliche Belüftung im Oberflurbereich weiterhin stattfindet, die Ammoniakbelastung aber reduziert ist, wird erwartet, dass die Emissionen gesenkt und darüber hinaus Tierschutzaspekte berücksichtigt werden können.

Bei der Auslegung eines solchen Systems muss vor allem auf das gleichmäßige Absaugen über die gesamte Stalltiefe und auf das Druckgefälle vom Oberflur- zum Unterflurbereich geachtet werden, damit die kontaminierte Luft im Unterflurbereich gehalten werden kann. So wird verhindert, dass die Tiere hohe Ammoniakkonzentrationen einatmen und große Ammoniakfrachten in die Umwelt getragen werden.

Weiterhin wird erwartet, dass die partielle Unterflurabsaugung an windarmen warmen Tagen eine Durchlüftung des Stalls ermöglichen wird. Dadurch wird die Wärmelast der Tiere besser abtransportiert, sodass die Gefahr für Hitzestress sinkt und das Wohlbefinden der Tiere steigt.

Zielgruppe

Planungsbüros und Landwirte, die einen emissionsarmen und tiergerechten Rinderstall bauen möchten.

Vorgehensweise

Im Projekt soll eine umsetzbare Bauzeichnung erstellt werden, die auf der Basis eines bereits bestehenden Rinderstalls um eine partielle Unterflurabsaugung mit anschließender Abluftreinigung ergänzt wurde. Anhand dieses Bauplans werden die Kosten für den Stallbau und die darin enthaltenen Mehrkosten für den Einbau der erforderlichen raumlufttechnischen Anlage ermittelt. Die Geometrie der Zeichnung wird in ein Computermodell übertragen. Mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation werden die Luftwege überprüft und das Emissionsminderungspotential berechnet.

Daten und Methoden

Die Berechnungen werden mit dem Programm StarCCM+ von Siemens Industry Software GmbH durchgeführt.

Unsere Forschungsfragen

• Kann eine partielle Unterflurabsaugung die Emissionen von natürlich belüfteten Rinderställen reduzieren?
• Lässt sich das Konzept der partiellen Unterflurabsaugung aus geschlossenen Schweinemastställen auf natürlich belüftete Rinderställe übertragen?
• Wie muss eine solche Absaugung geometrisch und strömungstechnisch ausgelegt werden, um sowohl über die gesamte Stalltiefe als auch bei schwankender natürlicher Belüftung des Stalls wirksam zu sein?
• Lässt sich das Konzept der partiellen Unterflurabsaugung baulich in die herkömmliche Bauart von frei belüfteten Rinderställen integrieren?
• Kann durch die partielle Unterflurabsaugung eine Durchlüftung des Stalls an warmen windarmen Tagen erreicht werden, um den Hitzestress der Rinder zu senken?

Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen eine starke NH₃-Massenstromreduktion vom Stall in die Umwelt. Diese beträgt bei einer Anströmung normal zum First und geöffneten Jalousien bis zu 96 %. Aber auch für wechselnde Bedingungen, seien es unterschiedliche Windrichtungen und -geschwindigkeiten, verschiedene Stellungen der Windschutznetze oder Situationen ganz ohne Wind wurde ein hohes Emissionsminderungspotential und eine Verringerung der Schadgasbelastung im Atembereich der Tiere gefunden. Im Zusammenhang mit Schwachwindlagen konnte in diesem Projekt aufgrund der geringen Datenlage (es wurde nur je eine Simulation für Sommer und Winter gerechnet) keine Aussage zur Verbesserung der Wärmeabfuhr der Tiere gemacht werden. Bei dem vergleichsweise geringen simulierten Absaugvolumenstrom wird aber erwartet, dass mit dessen Steigerung auch eine deutlich gesteigerte Abfuhr der Wärme aus dem Stallinneren vor allem im Sommer erreicht werden kann. Dies ist jedoch auch abhängig von der nachströmenden Umgebungstemperatur. Nicht betrachtet wurde in diesem Zusammenhang die Verteilung und mögliche Reduzierung der Luftfeuchtigkeit.

Links und Downloads

DBU-Endbericht

Beitrag zur 14. Tagung Bau, Technik und Umwelt

Pressemitteilung der DBU zum Projekt