WGM e.V.

Vorträge – Seite 15
Klimagestaltung von Milchviehställen
Thomas Heidenreich
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft, Fachbereich Agrarökonomie, Ländlicher
Raum, Leipziger Str. 200, 04178 Leipzig
Neben dem Trend zur Querlüftung in Rinderställen setzt sich in den letzten Jahren immer stärker
der Einsatz von Zusatzventilatoren zur Unterstützungslüftung durch. Die enorme Leistungssteigerung
während der letzten Jahre in der Milchproduktion führt zur Notwendigkeit, der Wärmeproduktion
der Tiere und der Abführung der Wärme aus dem Stall eine höhere Aufmerksamkeit zu
schenken. Länger anhaltende Hitzeperioden im Sommer sorgen immer wieder für Probleme in
Ställen. Zum einen sinkt die Milchleistung der Tiere, zum anderen können auch erhebliche
Gesundheitsprobleme, insbesondere bei Hochleistungstieren auftreten.
Planungsgrundlagen
Die DIN 18910-1 „Wärmeschutz geschlossener Ställe – Wärmedämmung und Lüftung – Teil1:
Planungs- und Berechnungsgrundlagen für geschlossene zwangsbelüftete Ställe“ gilt zwar, wie im
Titel eindeutig dargestellt, nur für geschlossene zwangsbelüftete Ställe, die enthaltenen Formeln
zur Berechnung der Wärmeproduktion der Tiere sind aber unabhängig des Stalltyps anwendbar.
Viele Milchviehbetriebe erreichen inzwischen eine Milchleistung von mehr als 10.000 kg / Kuh und
Jahr. Diese Leistungshöhe muss auch bei der Lüftungsplanung Berücksichtigung finden. So produziert
eine 10.000-Liter-Kuh im Durchschnitt der Laktation eine Gesamtwärmemenge von etwa
2.000 Watt (W), davon bei 0°C Umgebungstemperatur 1.500 W als direkte Wärmeabgabe (sensible
Wärme) und 500 W in Form von 580 g Wasserdampf. Bei einer Stalltemperatur von 30 °C
beträgt die sensible Wärme noch 450 W, die Wasserdampfproduktion liegt aber bereits fast 1400g.
Aufgrund der geringeren Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenbereich von etwa 8-12 K
bei Außenklimaställen und der damit verbundenen geringeren Wasserdampfaufnahme der Luft,
erfordern Außenklimaställe im Winter höhere Luftraten als Warmställe. Entsprechend der genannten
Bedingungen verdoppelt bis verdreifacht sich das zu fördernde Luftvolumen zum Abtransport
des anfallenden Wasserdampfes.
Bei der Planung einer Unterstützungslüftung für den Sommerbetrieb sind die Luftraten entsprechend
der tierischen Leistung (Tabelle 1) zu berücksichtigen. Bei größeren Herden, bei denen
eine Unterteilung in Leistungsgruppen erfolgt, ist bei der Planung auch die Betrachtung der
einzelnen Gruppen interessant, insbesondere bei separater Aufstallung der trockenstehenden
Tiere, da diese einen wesentlich geringeren Anspruch aufweisen, als Tiere im 1. Laktationsdrittel.
Aus tierphysiologischer Sicht führen Umgebungstemperaturen von 30°C aber bereits zu erheblichen
Belastungen bei den Kühen, die sich nicht nur in Form von Leistungsdepressionen äußern,

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sondern auch Verdauungs- und Fruchtbarkeitsstörungen bis hin zu Kreislauferkrankungen nach
sich ziehen. Bereits bei Temperaturen über 22°C verringert sich die Futteraufnahme und der
Wasserbedarf der Tiere steigt an.
Um auch bei diesen Temperaturen einen ausreichenden Luftwechsel ohne wesentlichen Anstieg
der Stalltemperaturen zu realisieren, sind weitaus höhere Luftraten zu fördern, als der
Berechnungsmodus der DIN 18910 vorgibt (Tabelle 1 unten).
Tabelle 1: Luftraten für Hochleistungskühe mit 700 kg LM (nach CIGR)
Leistungsgruppe Leistung
in kg
Durchschnitt 1.Lakt.
-drittel
2.Lakt.
-drittel
3.Lakt.
-drittel
Trockensteher
Mindestluftrate in m³/h 10.000 136 159 132 115 94
Sommerluftrate in m³/h 5.000 (DIN) 366 410 363 343 334
30 °C, delta t = 3 K 10.000 477 569 473 412 334
12.000 521 632 517 439 334
14.000 565 696 562 466 334
22 °C, delta t = 3 K 10.000 890 1062 884 769 624
Zusatzwärme bei Außenklimaställen
Neben der Luftratenberechnung auf Basis der Wärmeabgabe der Tiere kommt bei ungedämmten
Dächern noch die Einstrahlungswärme der Dachhaut hinzu. Bei wolkenlosem Himmel beträgt die
Globalstrahlung etwa 800 W/m². Entsprechend der Farbe der Dachhaut wird ein Teil davon reflektiert.
Je heller die Farbe, desto höher die Rückstrahlung. Deshalb sollten bei Außenklimaställen
vorrangig Dachplatten in hellen Farbtönen (hellgrau) zum Einsatz kommen. Die wirksame Strahlungswärme
kann trotzdem noch bis zu 300 Watt je m² Dachfläche betragen. Im Sommer wurden
so Dachinnentemperaturen von z. T. über 60°C gemessen.
Berücksichtigt man eine Dachfläche von etwa 10 m² je Kuh und einen U-Wert der Dachplatten von
3,3 ergeben sich bei Dachtemperaturen von 35 bis 60°C zusätzliche Wärmeeinträge zwischen 165
bis 990 Watt je Kuh (Tabelle 2). Diese Wärmeeinträge sind bei Außenklimaställen in angemessener
Form bei der Lüftungsplanung zu berücksichtigen (Tabelle 3). Allerdings kann nicht der
gesamte Wärmeeintrag von ungedämmten Dächern durch die Lüftung abtransportiert werden. Ein
Großteil davon wird als Wärmestrahlung freigesetzt. Die so auf einen Körper, also auch auf die
Tiere einwirkende Strahlungstemperatur liegt bei ungedämmten Dächern bis zu 5 K über der
Stallinnentemperatur. Besonders ungünstig wirken sich Lichtplatten im Dach aus, und so eine
direkte Einstrahlung auf die Liegeboxen erfolgt. In diesem Fall wurden Strahlungstemperaturen
von > 10 K über Innentemperatur gemessen.

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Tabelle 2: Wärmeeintrag bei ungedämmten Dächern und Luftrate zum Abtransport der
zusätzlichen Wärme
Temperatur über Dach ° C 35 40 45 50 55 60
W/Kuh bei 10 m² Dachfläche 165 330 495 660 825 990
Luftrate in m³/Kuh*h 174 348 521 695 869 1.043
Tabelle 3: Theoretisch notwendige Luftraten für Kuhställe
Durchschnitt 1. Lakt.
-drittel
2. Lakt.
-drittel
3. Lakt.
-drittel
Trockensteher
Stall ohne
wärmegedämmte Decke
1.172 1.264 1.169 1.107 1.029
Stall mit
wärmegedämmter Decke
477 569 473 412 334
Zu- und Abluftflächen
Entsprechend der dargestellten Luftraten sind die Zu- und Abluftöffnungen zu planen. Bisherige
Angaben, wie sie beispielsweise vom KTBL oder der ALB Bayern veröffentlicht sind, berücksichtigen
lediglich wärmegedämmte Ställe bei verschiedenen Auftriebshöhen.
Bei Außenklimaställen, wie auch bei Warmställen im Sommer, ist aufgrund der geringen Temperaturdifferenzen
(Innen – Außen) die Thermik aber nur eingeschränkt nutzbar. Der größte Teil des
Luftwechsels wird durch den Wind realisiert. Entsprechend der Bauweise des Stalles sowie bei
Berücksichtigung unterschiedlicher Anströmungsbedingungen können für die Planung der Zu- und
Abluftöffnungen die in Tabelle 4 dargestellten Flächen empfohlen werden.
Sinkt die Windgeschwindigkeit unter 1 m/s, ist bei großflächigen Ställen trotz offener Wände meist
kein ausreichender Luftwechsel mehr gegeben. Besonders kritisch sind der Melkstand und der
Vorwartehof sowie auch Ställe, die von anderen Gebäuden beeinflusst werden. Gerade im Vorwartehof
und im Melkstand fallen aufgrund des geringen Raumes und der hohen Tierdichte große
Mengen Wärme und vor allem Wasserdampf an, die Hitzestress für Tier und Mensch verursachen.
Tabelle 4: Empfohlene Zu- und Abluftflächen für Kuhställe
Wärmegedämmter Stall
einzeln stehend Queranströmung von anderen Gebäuden beeinflusst bzw. ungünstige Lage
0,20 m² 0,30 - 0,40 m²
Außenklimastall
einzeln stehend Queranströmung von anderen Gebäuden beeinflusst bzw. ungünstige Lage
0,40 m² 0,60 - 0,80 m²
(Leistung > 8.000 kg Milch/Kuh und Jahr, Außenwindgeschwindigkeit 1 m/s)

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Kühlwirkung der Luft
Unter diesen Bedingungen ist es dann notwendig, die Luftwechselrate künstlich zu beschleunigen.
Wichtig ist dabei, eine gleichmäßige Luftströmung in den Aufenthaltsbereichen der Kühe zu erzeugen,
um den sogenannten "Saunaeffekt", d. h. die Schichtbildung der Luft um den Körper der
Kuh - vor allem bei liegenden Kühen - zu durchbrechen, um so die Wärme- und Wasserdampfabgabe
der Tiere zu unterstützen.
In Abhängigkeit von der Luftgeschwindigkeit und der Luftfeuchte können durch die Kühe unterschiedliche
Mengen an Wasser über die Haut verdampft werden. Durch die Verdampfung entsteht
Verdunstungskälte, die eine entsprechende Kühlwirkung an der Haut der Tiere erzeugt (Tabelle 5).
Tabelle 5. Kühlwirkung der Luft in K durch Nutzung der Verdunstungskälte (nach R.
BARNWELL 1997, modifiziert)
Temperatur in °C 25 30 35
rel. Feuchte in % 50 70 50 70 50 70
Luftgeschwindigkeit in m/s Kühlwirkung
0,00 0,00 -1,60 0,00 -2,20 0,00 -3,30
0,50 1,10 -0,50 2,80 -0,60 2,80 -0,50
1,00 2,80 0,60 5,00 2,20 8,40 4,50
1,50 3,90 1,70 6,60 3,90 10,60 6,20
2,00 6,20 3,90 8,30 5,00 11,70 8,90
2,50 7,30 5,10 9,40 6,10 12,80 10,60
Die höchste Kühlwirkung ist nach Barnwell mit einer Luftgeschwindigkeit von 2,5 m/s zu erreichen.
Über diese Geschwindigkeit hinaus verringert sich die Kühlwirkung wiederum, da die Feuchtigkeit
der Haut bei hohen Luftgeschwindigkeiten ohne Verdampfungswirkung mitgerissen wird. Allerdings
sind Luftgeschwindigkeiten von bis zu 5 m/s bei hohen Umgebungstemperaturen unschädlich für
die Tiere.
Gestaltung der Unterstützungslüftung
Welche Form der Lüftungsunterstützung sinnvoll ist, hängt von der Kubatur und dem Standort der
Ställe ab. Bei in der Nähe liegender Wohnbebauung oder N-empfindlichen Biotopen sollte die
Strömungsrichtung so gewählt werden, dass keine direkte Beeinflussung dieser erfolgt. Die gesamte
zu installierende Luftleistung der Ventilatoren ist abhängig von der Stalllänge, der jeweiligen
Kuhgruppe und, wie bereits oben erwähnt, vom Dach des Stalles. Sie schwankt entsprechend zw.
500 und 1.200 m³ je Kuh, explizit der Ventilatoren für den Melkstand und den Vorwartehof.

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- Umluftverfahren
Beim Umluftverfahren werden bewegliche Ventilatoren an den Stallwänden und im Innern des
Gebäudes installiert. Durch die oszillierende Bewegung wird die Luft im Stall verwirbelt, was zu
einer Abkühlung an der Haut der Tiere führt. Bei unzureichend natürlichem Luftwechsel kann es
aber zu einer Erhöhung der Luftfeuchte im Stall kommen, so dass sich die Kühlwirkung
entsprechend reduziert.
- Tunnellüftung
Bei der Tunnellüftung werden mehrere große Ventilatoren in eine Stirnwand des Stalles installiert,
der gesamte Stall bis auf eine definierte Zuluftöffnung in der gegenüberliegenden Stirnwand
verschlossen. Die Ventilatoren erzeugen einen Unterdruck im Stall, so dass die Luft den gesamten
Stall in Längsrichtung durchströmt. Die Strömungsgeschwindigkeit beträgt dabei bis zu 2,5 m/s.
Auf Grund der Bauart vieler Ställe mit offenem First sowie großem Luftvolumen ist dieses
Verfahren aber kaum anwendbar bzw. zu aufwendig.
- Step-by-step-Verfahren
Das Step-by-step-Verfahren nutzt sowohl den Saug-, als auch den Druckbereich der Ventilatoren.
Durch eine Reihung mehrerer Ventilatoren, meist in Längsrichtung des Stalles angeordnet, wird
die Luft Schritt für Schritt durch den Stall transportiert.
Die Ventilatoren sind so anzuordnen, dass sie die Zuluft entsprechend der Hauptwindrichtung
möglichst in den Tierbereich transportieren. Um Frischluft anzusaugen, sollten die ersten
Ventilatoren maximal 3 bis 6 m von der geöffneten Stallstirnseite installiert werden. Die Wurfweite
eines Ventilators, sie schwankt in Abhängigkeit von der Ventilatorbauart, -größe und -drehzahl von
10 bis 25 m, gibt den Abstand der folgenden Ventilatoren vor (Tabelle 6). Wenn es die Stallhöhe
zulässt, sollten die Ventilatoren möglichst in 2,70 m Höhe (Unterkante Ventilator) montiert werden,
da dann auf die Schutzgitter verzichtet werden kann. Die Schutzgitter können sehr schnell verschmutzen
und reduzieren damit die Ventilatorleistung.
Die Anordnung mehrerer mittlerer oder kleinerer Ventilatoren im Block erhöht die Wurfweite der
Ventilatoren (Abbildung 7). Insbesondere Ventilatoren der Baugröße 70 cm Durchmesser und
Drehzahlen von 900 bis 1000 U/min erreichen so Wurfweiten bis zu 20 m (Abbildung 8). Allerdings
haben kleinere Ventilatoren einen höheren spezifischen Leistungsbedarf als größere Ventilatoren.
Durch die Blockanordnung ist aber eine gleichmäßige Durchströmung des Stalles gewährleistet.

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Abstand vom Ventilator
in m
Luftgeschwindigkeit
in m/s
1 Ventilator 1,2 m Durchmesser
2 Ventilatoren 0,7 m Durchmesser
1 Ventilator 0,7 m Durchmesser
0
1
2
3
4
5
6
4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21
Abstand vom Lüfter in m
Luftgeschwindigkeit in m/s
Mittelschnellläufer
Langsamläufer
Abbildung 7: Wurfweiten von
Einzelventilatoren und Blockanordnung
Abbildung 8: Wurfweiten unterschiedlicher
Ventilatorzweierblöcke
- Vertikallüftung
Bei der Vertikallüftung kommen große Deckenventilatoren zum Einsatz. Die Durchmesser reicht
bis zu 6,30 m bei Luftvolumenströmen von mehr als 200.000 m³/h und Ventilator. Die Strömungsgeschwindigkeiten
unter den Ventilatoren betragen bei Einbau in etwa 5 m Höhe 2,5- 3 m/s.
Bedingt durch Stalleinbauten, wie Futtertischbegrenzungen (Krippenwulst) und Liegeboxen wird
ein Teil der Luft wieder vertikal nach oben gelenkt. Die horizontale Strömungsgeschwindigkeit im
Liegebereich der Tiere beträgt dann nur noch 0,5 – 1 m/s und ist stark windbeeinflusst.
Steuerung der Ventilatoren
Zur Steuerung der Ventilatoren werden im Schweine- und Geflügelbereich Regelgeräte eingesetzt,
die in Stufen oder stufenlos die Drehzahl der Ventilatoren regeln. Eine Reduzierung der Drehzahl
führt aber auch zum Absenken der Wurfweite der Ventilatoren. Beim Einsatz einzelner großer
Ventilatoren kann eine Regelung mittels Trafosteuerung sinnvoll sein. Allerdings führt diese
Steuerung zu einer Erhöhung des spezifischen Leistungsbedarfs der Anlagen. Bei Blockanordnung
von 2 - 3 Ventilatoren ist der Einsatz einfacher thermostatischer Regelgeräte möglich, die in Stufen
die Ventilatoren ohne Abregelung zuschalten. Die Spreizung sollte dabei etwa 5 K betragen. Bei
Zweierblöcken sind als Schalttemperaturen etwa 18 und 23° C, bei Dreierblöcken 15, 20 und 25° C
Stallinnentemperatur zu empfehlen. Bei offenen Ställen sind aber vor allem in den Nachtstunden
auch Lärmbelästigungen zu berücksichtigen. Sofern die Ventilatoren auf Grund hoher Temperaturen
nicht vollständig abgeschaltet werden sollen, empfiehlt sich hier der Einsatz von Drehstromventilatoren
mit implementierter Stern-Dreieckschaltung. Durch das Umschalten von Dreieck- auf
Sternschaltung verringert sich die Drehzahl auf etwa die Hälfte ohne durch weitere Regelgeräte

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Energieverluste in Kauf nehmen zu müssen. Gleichzeitig wird der Geräuschpegel erheblich
reduziert.
Energiebedarf und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Der Energiebedarf lag in einem Versuchsstall mit 326 Kuhplätzen und einer installierten
Luftleistung von 870 m³/h und Kuhplatz in den Jahren 2003 - 2005 bei 30 kWh/Kuh und Jahr. Bei
einem durchschnittlichen Strompreis in Höhe von 13 ct/kWh ergeben sich damit Stromkosten von
4,- € / Kuh und Jahr. Bei investiven Aufwendungen von sehr hoch angesetzten 55 € je Kuhplatz
und Berücksichtigung eines Abschreibungssatzes von 10 %, Instandhaltungskosten von 2 % sowie
einer Arbeitszeit zur Regelung und Kontrolle von jährlich etwa 20 Stunden ergeben sich für den
betrachteten Stall Verfahrenskosten von 9,15 € je Kuh und Jahr. Demgegenüber stehen ein Mehrertrag
von über 120 kg Milch ohne zusätzliche Aufwendungen, da das Futter ohnehin vorgehalten
werden muss, und zusätzliche Effekte bei der Fruchtbarkeit und dem Gesundheitsstatus der Tiere,
die aber bisher nicht exakt ausgewiesen werden können.
eigene Notizen: