Schon Temperaturen von 16°C können Kühen zusetzen. An der LfL Bayern wurde geprüft, wie ein Stall gebaut werden sollte, in dem die Kühe möglichst wenig Hitzestress ausgesetzt sind.
Aufgrund der ruminalen Verdauung hat die Kuh eine hohe Wärmeproduktion. Schon ab einer Temperatur von 20°C können die Kühe ihre Wärme nicht mehr ausreichend an die Umgebung abgeben. Bereits ab...
Schon Temperaturen von 16°C können Kühen zusetzen. An der LfL Bayern wurde geprüft, wie ein Stall gebaut werden sollte, in dem die Kühe möglichst wenig Hitzestress ausgesetzt sind.
Aufgrund der ruminalen Verdauung hat die Kuh eine hohe Wärmeproduktion. Schon ab einer Temperatur von 20°C können die Kühe ihre Wärme nicht mehr ausreichend an die Umgebung abgeben. Bereits ab 16°C treten die ersten Anzeichen von Unwohlsein, wie eine Erhöhung der Atemfrequenz und eine Abnahme der Futteraufnahme, auf. Wenn wie in den letzten Jahren die Sommer immer heißer werden und dabei kaum Wind weht, wird Hitzestress auch in unseren Breitengraden zum Problem!
Neben der Lufttemperatur spielen insbesondere die Luftfeuchtigkeit, die Luftgeschwindigkeit und die Strahlungswärme, die vor allem über erwärmte Bauteile wie Dachflächen in den Stall gelangt, die entscheidende Rolle. An der LfL Bayern wurden bauliche Einflussfaktoren auf den Hitzestress erforscht. Um diese vergleichen zu können, wurden digitale Gebäudemodelle mit Aufstallungsvarianten eines 2-, 3- und 4-reihigen Milchkuhstalls mit jeweils gleicher Tierzahl entwickelt.
Für die verschiedenen Gebäudemodelle wurden mithilfe eines Simulationsprogramms Stundenwerte für die Lufttemperatur, die operative Temperatur und die Luftfeuchtigkeit im Stallinneren für ein Sommerhalbjahr berechnet. Die operative Temperatur berücksichtigt zu gleichen Teilen sowohl die Lufttemperatur als auch die mittlere Bauteiltemperatur der inneren Hüllflächen und damit auch die Strahlungswärme der Dachflächen. Aus den berechneten Stundenwerten ist die Summe der THI-Stundenwerte (Temperature-Humidity-Index) für die unterschiedlichen Modelle ermittelt worden. Ergebnisse:
Geringer Einfluss
Eingen geringen Einfluss auf das Aufheizen des Stallinneren haben:
- Orientierung: Hinsichtlich der unterschiedlichen Orientierungen der Gebäudemodelle zeigen sich nur geringfügige Unterschiede. Der First in West-Ost ausgerichtet ergab 604 Hitzestressstunden (HSS); in Nord-Süd-Ausrichtung 619 HSS. Der Grund für den geringen Unterschied ist wenig Wind.
- Gebäudetypus: Beim Vergleich der verschiedenen Gebäudetypen mit unterschiedlichen Aufstallungsvarianten weist der 2-Reiher aufgrund des größeren Fassadenflächenanteils im Verhältnis zur Grundfläche mit 603 HSS weniger auf als der 3-Reiher (621 HSS) und der 4-Reiher (614 HSS).
- Fassadenöffnung: Ist die Trauffassade des Stalles um 50% verschlossen und so der Luftwechsel erschwert, werden die Vorteile des 2-Reihers deutlicher: Die HSS des 2-Reihers blieben nahezu auf demselben Niveau (609 HSS), während sie beim 3- und 4-Reiher deutlich ansteigen (644 bzw. 632 HSS). Bemerkenswert dabei ist, dass bei dem untersuchten 3-Reiher- Modell die Summe der HSS erst bei einer Öffnungsgröße von weniger als 75%, bezogen auf die Gesamtfläche beider Trauffassaden, deutlich zunimmt.
- Dachneigung: Der Vergleich zweier 4-reihiger Gebäudemodelle mit unterschiedlicher Dachneigung von 10° und 30° zeigt, dass beide Gebäudemodelle nahezu die gleiche Anzahl von HSS aufweisen. Das heißt, dass ein größeres Luftvolumen im Stall bei gleichem Luftwechsel keine Reduzierung der HSS mit sich bringt!
- Orientierung: Hinsichtlich der unterschiedlichen Orientierungen der Gebäudemodelle zeigen sich nur geringfügige Unterschiede. Der First in West-Ost ausgerichtet ergab 604 Hitzestressstunden (HSS); in Nord-Süd-Ausrichtung 619 HSS. Der Grund für den geringen Unterschied ist wenig Wind.
- Gebäudetypus: Beim Vergleich der verschiedenen Gebäudetypen mit unterschiedlichen Aufstallungsvarianten weist der 2-Reiher aufgrund des größeren Fassadenflächenanteils im Verhältnis zur Grundfläche mit 603 HSS weniger auf als der 3-Reiher (621 HSS) und der 4-Reiher (614 HSS).
- Fassadenöffnung: Ist die Trauffassade des Stalles um 50% verschlossen und so der Luftwechsel erschwert, werden die Vorteile des 2-Reihers deutlicher: Die HSS des 2-Reihers blieben nahezu auf demselben Niveau (609 HSS), während sie beim 3- und 4-Reiher deutlich ansteigen (644 bzw. 632 HSS). Bemerkenswert dabei ist, dass bei dem untersuchten 3-Reiher- Modell die Summe der HSS erst bei einer Öffnungsgröße von weniger als 75%, bezogen auf die Gesamtfläche beider Trauffassaden, deutlich zunimmt.
- Dachneigung: Der Vergleich zweier 4-reihiger Gebäudemodelle mit unterschiedlicher Dachneigung von 10° und 30° zeigt, dass beide Gebäudemodelle nahezu die gleiche Anzahl von HSS aufweisen. Das heißt, dass ein größeres Luftvolumen im Stall bei gleichem Luftwechsel keine Reduzierung der HSS mit sich bringt!
Mehrere Faktoren mit hohem Einfluss
Einen hohen Einfluss auf das Aufheizen des Stallinneren haben:
- Sonnenschutz: Gebäude ohne wirkungsvollen Sonnenschutz der Fassaden (z.B. Dachüberstände, Lamellen, Bäume etc.) bei gleicher Luftwechselrate weisen deutlich mehr HSS auf, als solche mit Sonnenschutz. Dachoberlichter oder nicht verschattete Lichtfirste können dieses Ergebnis noch weiter negativ beeinflussen! Ein Dachüberstand von 3,5 m an Ost- bzw. Westfassaden im Vergleich zu 0,3 m brachte eine Reduzierung von bis zu 55 HSS. Der Dachüberstand erweist sich damit als sehr wirkungsvoller Hitzeschutz (Minimum sind an Südfassaden 1,5 m) und bedarf aufgrund der tief stehenden Sonne vor allem an Ost- und Westfassaden einer sorgfältigen Planung.
- Dachaufbauten: Der Einfluss unterschiedlicher Dachaufbauten auf die HSS ist aufgrund der unterschiedlichen Wärmestrahlung, die ins Stallinnere gelangt, erheblich. Am Beispiel eines 3-Reiher-Modells wurden verschiedene Dachaufbauten geprüft:
- Sonnenschutz: Gebäude ohne wirkungsvollen Sonnenschutz der Fassaden (z.B. Dachüberstände, Lamellen, Bäume etc.) bei gleicher Luftwechselrate weisen deutlich mehr HSS auf, als solche mit Sonnenschutz. Dachoberlichter oder nicht verschattete Lichtfirste können dieses Ergebnis noch weiter negativ beeinflussen! Ein Dachüberstand von 3,5 m an Ost- bzw. Westfassaden im Vergleich zu 0,3 m brachte eine Reduzierung von bis zu 55 HSS. Der Dachüberstand erweist sich damit als sehr wirkungsvoller Hitzeschutz (Minimum sind an Südfassaden 1,5 m) und bedarf aufgrund der tief stehenden Sonne vor allem an Ost- und Westfassaden einer sorgfältigen Planung.
- Dachaufbauten: Der Einfluss unterschiedlicher Dachaufbauten auf die HSS ist aufgrund der unterschiedlichen Wärmestrahlung, die ins Stallinnere gelangt, erheblich. Am Beispiel eines 3-Reiher-Modells wurden verschiedene Dachaufbauten geprüft:
- Einschalige Dachaufbauten aus Ziegeln, Faserzement oder Blech schneiden am schlechtesten ab (Übersicht 1). Im Vergleich zum Außenklima (613 HSS) waren hier die HSS massiv erhöht (710 bis 751 HSS). Die Unterschiede innerhalb dieser Gruppe sind dabei auf die unterschiedlichen Absorptionsgrade (Helligkeit) der Oberflächen zurückzuführen.
- Einschalige Dachaufbauten aus Ziegeln, Faserzement oder Blech schneiden am schlechtesten ab (Übersicht 1). Im Vergleich zum Außenklima (613 HSS) waren hier die HSS massiv erhöht (710 bis 751 HSS). Die Unterschiede innerhalb dieser Gruppe sind dabei auf die unterschiedlichen Absorptionsgrade (Helligkeit) der Oberflächen zurückzuführen.
- Zweischalige Dachaufbauten mit Holzschalung (24 mm) und Sandwichelemente mit Wärmedämmung (40 mm) schützen besser und erreichen annähernd gleiche HSS wie das Außenklima.
- Zweischalige Dachaufbauten mit Holzschalung (24 mm) und Sandwichelemente mit Wärmedämmung (40 mm) schützen besser und erreichen annähernd gleiche HSS wie das Außenklima.
- Schwere, mehrschichtige Aufbauten wie Brettstapeldecken (10 cm) und Gründächer zeigen noch größere Vorteile. Ein schwerer Gründachaufbau mit erhöhter Substratschicht, einer Festkörperdrainage aus 50 mm Kies auf einer Schalung aus 38 mm starken zementgebundenen Spanplatten (mind. 3 bis 4% Neigung) war der mit den wenigsten HSS (558). Durch eine zusätzliche Bewässerung bei Gründächern wird die Feuchtigkeit im Substrat und damit auch die Verdunstungskühlung erhöht, ohne die Luftfeuchtigkeit im Inneren des Stalls zu beeinflussen. Erste Simulationen zeigen, dass bei einem schweren Gründachaufbau mit hoher Puffermasse so eine zusätzliche Reduzierung der HSS um ca. 10% zu erwarten ist.-fg-
- Schwere, mehrschichtige Aufbauten wie Brettstapeldecken (10 cm) und Gründächer zeigen noch größere Vorteile. Ein schwerer Gründachaufbau mit erhöhter Substratschicht, einer Festkörperdrainage aus 50 mm Kies auf einer Schalung aus 38 mm starken zementgebundenen Spanplatten (mind. 3 bis 4% Neigung) war der mit den wenigsten HSS (558). Durch eine zusätzliche Bewässerung bei Gründächern wird die Feuchtigkeit im Substrat und damit auch die Verdunstungskühlung erhöht, ohne die Luftfeuchtigkeit im Inneren des Stalls zu beeinflussen. Erste Simulationen zeigen, dass bei einem schweren Gründachaufbau mit hoher Puffermasse so eine zusätzliche Reduzierung der HSS um ca. 10% zu erwarten ist.-fg-
